ISO 20816-1 — Vibração de Máquinas Padrão de Avaliação

O que é a ISO 20816-1?

ISO 20816-1:2016 (full title: "Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine vibration — Part 1: General guidelines") is the current international standard providing the framework for how machinery vibration should be measured and evaluated. It was published in 2016 and replaces two older foundational standards that had been in use since the 1990s.

A mudança mais significativa é a unificação de duas filosofias de medição anteriormente separadas em um único documento coeso:

• ISO 10816-1 — cobria a vibração medida em partes não rotativas (mancas, carcaça da máquina) usando sensores sísmicos (acelerômetros).
• ISO 7919-1 — cobria a vibração medida em eixos rotativos usando sondas de proximidade sem contato.

ISO 20816-1 combines both approaches into one framework, recognizing that comprehensive machine assessment often requires both types of measurement. A machine might have acceptable casing vibration but dangerous shaft movement (indicating a rotor-dynamic problem), or vice versa (indicating a structural/foundation issue). Only by evaluating both can you get the full picture.

O que a Norma Aborda

1. Escopo e tipos de medição — define as metodologias de medição de vibração tanto da carcaça quanto do eixo
2. Requisitos de instrumentação — tipos de sensores, faixas de frequência, calibração, padrões de montagem
3. Critérios de avaliação — a abordagem de dois critérios (limites absolutos + mudança em relação ao valor de referência)
4. Zonas de avaliação — o sistema de classificação em quatro zonas (A, B, C, D)
5. Avaliação combinada e aceitação — como usar ambos os tipos de medição juntos, testes de aceitação vs. monitoramento operacional

A Série Completa ISO 20816

A ISO 20816 é uma norma multipartes. A Parte 1 fornece a estrutura geral; outras partes fornecem limites numéricos específicos para diferentes categorias de máquinas.

Tipos de Medição

A ISO 20816-1 unifica formalmente duas abordagens de medição fundamentalmente diferentes. Compreender a distinção é crítico para a aplicação correta.

Vibração da Carcaça (Partes Não Rotativas)

• O que é: Vibração da estrutura estacionária da máquina — mancais, pedestais, estruturas, carcaça.
• Sensor: Seismic transducers — piezoelectric accelerometers (most common) or velocity transducers — mounted on the bearing housing per ISO 5348.
• Parâmetro: Velocidade RMS de banda larga em mm/s (ou in/s em algumas regiões).
• Faixa de frequência: Padrão 10–1000 Hz; 2–1000 Hz para máquinas de baixa velocidade (<120 RPM).
• O que isso indica: A energia de vibração sendo transmitida para a estrutura da máquina. Reflete as forças atuando nos mancais e a resposta estrutural. Correlaciona-se diretamente com a fadiga do rolamento e o risco de danos estruturais.
• Equipamento: O Balanset-1A mede a velocidade RMS de banda larga no modo Vibrometer (F5), tornando-o diretamente adequado para a avaliação de carcaça conforme a ISO 20816.

Vibração do Eixo (Partes Rotativas)

• O que é: Deslocamento dinâmico do eixo em relação à caixa do rolamento — quanto o eixo realmente se move dentro da folga do rolamento.
• Sensor: Non-contact eddy-current proximity probes, typically installed in orthogonal pairs (X-Y) at each bearing per API 670.
• Parâmetro: Deslocamento pico a pico em μm (micrômetros) ou mils (1 mil = 25,4 μm).
• Faixa de frequência: Principalmente componentes síncronos do eixo (1×) e subsíncronos.
• O que isso indica: The actual rotor dynamic behavior — orbit shape, whirl direction, rub contact. Critical for detecting shaft bow, oil whirl, seal contact, and misalignment that may not transfer efficiently to the casing.
• Equipamento: Permanently installed proximity probes (not typically portable instruments). Primarily used on large turbo-machinery with fluid-film (journal) bearings.

Requisitos de Instrumentação

A norma especifica que toda a cadeia de medição — transdutor, cabeamento, condicionamento de sinal e analisador — deve ser calibrada e capaz de medir com precisão na faixa de frequência necessária. Referências principais:

• Montagem do acelerômetro: Por ISO 5348 — montagem com parafuso preferida, magnética aceitável para monitoramento de rotina, adesiva para instalação permanente.
• Instalação da sonda de proximidade: Conforme API 670 — folga da sonda, acabamento da superfície alvo, orientação do par ortogonal e requisitos de roteamento de cabos.
• Calibração: Calibração regular de toda a cadeia contra padrões rastreáveis. O Balanset-1A é fornecido calibrado na fábrica e pode ser verificado contra fontes de vibração conhecidas.

Zonas de Avaliação A, B, C, D

O sistema de quatro zonas é o recurso mais reconhecido das normas ISO de vibração. Ele fornece uma estrutura universal, com código de cores, para classificar a severidade da vibração e determinar a ação apropriada.

Valores de Limite das Zonas — Vibração da Carcaça (ISO 20816-3)

Estes são os limites numéricos específicos para velocidade RMS de banda larga nos mancais, aplicável a máquinas industriais com potência acima de 15 kW e velocidades de 120 a 15.000 RPM. Estes valores foram originalmente estabelecidos na ISO 10816-3 e são mantidos com pequenas atualizações na ISO 20816-3:2022.

Valores de Limite das Zonas — Deslocamento do Eixo (ISO 20816-2)

Para turbomáquinas com sondas de proximidade, os limites de deslocamento do eixo dependem da velocidade. A norma utiliza uma fórmula baseada na raiz quadrada da razão de velocidade.

Os Dois Critérios de Avaliação

A ISO 20816-1 determina que a avaliação de vibração deve considerar ambos critérios simultaneamente. Usar apenas um fornece uma visão incompleta.

Critério 1 — Magnitude Absoluta

Compare the measured vibration value against the fixed zone boundaries from the applicable part of ISO 20816. This tells you the machine's condition relative to the general population of similar machines.

• Uso para: Testes de aceitação de máquinas novas/reparadas, avaliação de valor de referência, configuração de alarmes de parada, comparação de máquinas em uma frota.
• Limitação: A machine that has always been at 4.0 mm/s (Zone B for Group 1) might be perfectly healthy — that's its normal operating level. Criterion 1 alone doesn't tell you if something has changed.

Critério 2 — Variação em relação ao Valor de Referência

Compare a vibração atual com um valor de referência (baseline) estabelecido. O valor de referência é tipicamente medido após a comissionamento, após manutenção ou como uma média estatística durante um período de operação estável.

• Uso para: Trend-based predictive maintenance, early fault detection, detecting deterioration regardless of absolute level.
• Insight principal: Uma variação significativa na vibração — mesmo que o valor absoluto ainda esteja na Zona A ou B — é frequentemente o indicador mais precoce e confiável de uma falha em desenvolvimento.

Grupos de Máquinas (ISO 20816-3)

A ISO 20816-3 (e sua predecessora ISO 10816-3) classifica as máquinas em quatro grupos com base na potência nominal e tipo de fundação. Os limites de zona são diferentes para cada grupo porque máquinas maiores em fundações flexíveis naturalmente têm vibração mais alta do que máquinas pequenas em fundações rígidas.

Pontos de Alarme e Parada

A aplicação prática da ISO 20816 em sistemas de monitoramento requer a configuração de Alerta (alarme) e Perigo (parada) pontos de ajuste. A norma fornece diretrizes para pontos de ajuste absolutos e relativos.

Pontos de Ajuste Absolutos (do Critério 1)

• Alerta = Valor do limite da zona B/C. Quando a vibração excede isso, aumente o monitoramento, investigue a causa raiz e planeje ação corretiva.
• Desarme = Valor do limite da zona C/D. Quando a vibração excede isso, desligamento automático (se disponível) ou ação manual imediata para evitar danos.

Pontos de Ajuste Relativos (do Critério 2)

• Alerta Relativo = Valor de referência × multiplicador (tipicamente 2,0–2,5×). Um dobro ou mais de vibração em relação ao valor de referência indica uma falha em desenvolvimento.
• O ponto de ajuste de alerta eficaz deve ser aquele que for inferior entre o alerta absoluto e o alerta relativo. Isso garante que o primeiro critério a ser violado acione o alarme.

Teste de Aceitação vs. Monitoramento Operacional

A ISO 20816-1 distingue claramente dois contextos de avaliação:

Testes de Aceitação

Usado ao comissionar máquinas novas ou aceitar máquinas após reforma. O requisito é tipicamente que a vibração esteja dentro da Zona A ou Zona B. Este é um critério rígido de aprovação/reprovação — uma máquina nova entregue na Zona C normalmente seria rejeitada.

• As condições de medição devem ser rigidamente controladas (velocidade estável, carga total, equilíbrio térmico).
• Múltiplas leituras em cada ponto de medição.
• Resultados documentados em um relatório formal de aceitação.

Monitoramento Operacional

Usado para avaliação contínua da condição de máquinas em serviço. O foco muda de aprovação/reprovação para análise de tendências e detecção de mudanças (Critério 2). Os pontos de ajuste de alerta e desligamento são as ferramentas principais.

• Coleta de dados portátil baseada em rotas (Balanset-1A) ou monitoramento online permanente.
• Pontos de medição, condições e procedimentos consistentes para comparação válida de tendências.
• Decisões de ação baseadas tanto na zona absoluta quanto na direção da tendência.

Migração da ISO 10816 para a ISO 20816

Many facilities still reference ISO 10816 in their procedures, monitoring databases, and specifications. Here's what you need to know about the transition.

Aplicação Prática com o Balanset-1A

O Balanset-1A o analisador de vibração portátil suporta diretamente a avaliação de vibração de carcaça da ISO 20816 por meio de seus modos de medição integrados.

Modo Vibrometro (F5)

Mede velocidade RMS de banda larga — o parâmetro exato especificado pela ISO 20816 para vibração de carcaça. O display mostra:

• V1s (vibração global) — compare diretamente com os limites das zonas
• V1o (componente 1× RPM) — indica quanto da vibração total é proveniente do desbalanceamento
• Ambos os canais simultaneamente — rolamento próximo e distante em uma única medição

Analisador de Espectro (F1 / F8)

Exibe o espectro de frequência FFT, permitindo identificar a fonte da alta vibração (desbalanceamento em 1×, desalinhamento em 2×, defeitos de rolamento em frequências características). Consulte o Guia de Análise de Vibração para interpretação de espectro.

Modo de Balanceamento

Se a vibração for diagnosticada como desbalanceamento (pico dominante em 1× RPM), o Balanset-1A pode prosseguir imediatamente para o balanceamento em campo para corrigi-lo — reduzindo a vibração da Zona C ou D de volta para a Zona A ou B. Consulte o Guia de Balanceamento Dinâmico em Campo para o procedimento completo.

Perguntas Frequentes

Qual é a diferença entre ISO 20816 e ISO 10816?

A ISO 20816 substitui a ISO 10816 ao combinar a vibração de carcaça (antiga ISO 10816) e a vibração de eixo (antiga ISO 7919) em uma norma unificada. Os valores dos limites das zonas para vibração de carcaça na ISO 20816-3 são muito semelhantes aos da ISO 10816-3. A principal melhoria é a integração de ambas as filosofias de medição em um único documento.

A ISO 10816 ainda é válida?

As partes da ISO 10816 foram formalmente retiradas, pois foram substituídas pelas partes correspondentes da ISO 20816. No entanto, os limites de vibração estão amplamente incorporados em sistemas de monitoramento e contratos existentes. Os valores numéricos para vibração de carcaça são essencialmente inalterados, portanto, os programas existentes baseados na ISO 10816 permanecem tecnicamente válidos na prática.

Qual parâmetro devo medir — velocidade ou deslocamento?

Para máquinas industriais gerais com rolamentos de elementos rolantes medidos externamente (instrumentos portáteis): velocidade RMS em mm/s. Para grandes máquinas rotativas com mancais de deslizamento e sondas de proximidade instaladas: deslocamento de eixo pico-a-pico em μm. Se ambos estiverem disponíveis, avalie ambos — eles fornecem informações complementares.

Como determino o grupo da máquina?

Dois fatores: potência nominal (acima ou abaixo de 300 kW) e tipo de fundação (rígida ou flexível). Um motor de 75 kW parafusado a uma base de concreto = Grupo 2. Um compressor de 500 kW em uma plataforma de aço = Grupo 3. Consulte a seção Grupos de Máquinas acima.

Uma máquina na Zona B ainda pode ter uma falha em desenvolvimento?

Yes — this is exactly why Criterion 2 exists. If a machine's baseline was 0.8 mm/s and it rises to 2.2 mm/s, it's still in Zone B for Group 2 (below 2.8 mm/s), but the 2.75× increase from baseline indicates a significant developing problem.

Qual nível de vibração devo buscar após o balanceamento?

Após o balanceamento em campo, busque Zona A (abaixo do limite A/B para o grupo da sua máquina). Para uma máquina do Grupo 2, isso significa abaixo de 1,4 mm/s. O Guia de Balanceamento aborda o procedimento em detalhes.

Qual faixa de frequência a velocidade RMS de banda larga cobre?

A faixa padrão é de 10–1000 Hz conforme a ISO 20816-1. Isso captura as assinaturas de falha mais comuns: 1× a ~60× para uma máquina operando a 1000 RPM (~17 Hz), ou 1× a ~20× para uma máquina a 3000 RPM (50 Hz). Máquinas de baixa velocidade (<120 RPM) usam uma faixa estendida de 2–1000 Hz.

Preciso comprar o documento ISO 20816-1 para usar os valores das zonas?

A própria ISO 20816-1 não contém valores específicos de zonas — ela apenas define a metodologia. Os números dos limites das zonas estão na ISO 20816-3 (para máquinas industriais gerais). Para os documentos oficiais completos com todos os procedimentos e anexos, compre na ISO Store. Os valores das zonas publicados neste guia são de referências publicamente disponíveis e amplamente utilizados na indústria.

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