Norma ISO 10816-1 e implementação instrumental do diagnóstico de vibrações utilizando o sistema Balanset-1A
Uma análise abrangente dos requisitos internacionais de gravidade das vibrações, metodologia de classificação de zonas e medições práticas utilizando equipamento de equilibragem portátil.
Referência rápida: Severidade da vibração - ISO 10816-1 (Anexo B)
| Zona | Classe I Pequenas máquinas ≤15 kW |
Classe II Médio 15-75 kW |
Classe III Base grande e rígida |
Classe IV Base grande e flexível |
|---|---|---|---|---|
| A - Bom | < 0.71 | < 1.12 | < 1.80 | < 2.80 |
| B - Satisfatório | 0.71 - 1.80 | 1.12 - 2.80 | 1.80 - 4.50 | 2.80 - 7.10 |
| C - Não satisfatório | 1.80 - 4.50 | 2.80 - 7.10 | 4.50 - 11.20 | 7.10 - 18.00 |
| D - Inaceitável | > 4.50 | > 7.10 | > 11.20 | > 18.00 |
Referência rápida: Severidade da vibração - ISO 10816-3 (Máquinas industriais)
| Zona | Grupo 1 (>300 kW) Fundação rígida |
Grupo 1 (>300 kW) Fundação flexível |
Grupo 2 (15-300 kW) Fundação rígida |
Grupo 2 (15-300 kW) Fundação flexível |
|---|---|---|---|---|
| A - Bom | < 2,3 | < 3,5 | < 1,4 | < 2,3 |
| B - Satisfatório | 2,3 – 4,5 | 3,5 – 7,1 | 1,4 – 2,8 | 2,3 – 4,5 |
| C - Não satisfatório | 4,5 – 7,1 | 7,1 – 11,0 | 2,8 – 4,5 | 4,5 – 7,1 |
| D - Inaceitável | > 7.1 | > 11,0 | > 4.5 | > 7.1 |
Resumo
Este relatório apresenta uma análise abrangente dos requisitos regulamentares internacionais para as condições de vibração de equipamentos industriais definidos na norma ISO 10816-1 e suas normas derivadas. O documento analisa a evolução da normalização desde a ISO 2372 até a atual ISO 20816, explica o significado físico dos parâmetros medidos e descreve a metodologia para avaliar a gravidade das condições de vibração. É dada especial atenção à implementação prática destas regras utilizando o sistema portátil de equilíbrio e diagnóstico Balanset-1A. O relatório contém uma descrição detalhada das características técnicas do instrumento, algoritmos do seu funcionamento nos modos vibrometro e equilíbrio e diretrizes metodológicas para a realização de medições, a fim de garantir a conformidade com os critérios de fiabilidade e segurança para máquinas rotativas.
Capítulo 1. Fundamentos teóricos do diagnóstico de vibrações e evolução da normalização
1.1. Natureza física da vibração e seleção dos parâmetros de medição
A vibração, como parâmetro de diagnóstico, é o indicador mais informativo da condição dinâmica de um sistema mecânico. Ao contrário da temperatura ou da pressão, que são indicadores integrais e muitas vezes reagem a falhas com atraso, o sinal de vibração transporta informações sobre as forças que atuam dentro do mecanismo em tempo real.
A norma ISO 10816-1, tal como as suas antecessoras, baseia-se na medição da velocidade de vibração. Esta escolha não é acidental e decorre da natureza energética dos danos. A velocidade de vibração é diretamente proporcional à energia cinética da massa oscilante e, portanto, às tensões de fadiga que surgem nos componentes da máquina.
O diagnóstico de vibrações utiliza três parâmetros principais, cada um com o seu próprio campo de aplicação:
Deslocamento por vibração (Deslocamento): A amplitude de oscilação medida em micrómetros (µm). Este parâmetro é crítico para as máquinas de baixa velocidade (abaixo das 600 rpm) e para avaliar as folgas nas chumaceiras de rolamentos, onde é importante evitar o contacto entre o rotor e o estator. No contexto da norma ISO 10816-1, a deslocação tem uma utilização limitada porque, a altas frequências, mesmo pequenas deslocações podem gerar forças destrutivas.
Velocidade de vibração (Velocidade): A velocidade do ponto de superfície medida em milímetros por segundo (mm/s). Este é o parâmetro universal para a gama de frequências de 10 a 1000 Hz, que abrange os principais defeitos mecânicos: desequilíbrio, desalinhamento e folga. A norma ISO 10816 adopta a velocidade de vibração como principal critério de avaliação. A norma especifica o valor RMS (root mean square), que caracteriza a energia média da vibração.
Aceleração da vibração (Aceleração): A taxa de variação da velocidade de vibração medida em metros por segundo ao quadrado (m/s²) ou em unidades g (1 g = 9,81 m/s²). A aceleração caracteriza as forças de inércia e é mais sensível aos processos de alta frequência (a partir de 1000 Hz), tais como defeitos nos rolamentos em fase inicial, problemas nas malhas das engrenagens e falhas eléctricas nos motores.
Por que RMS? A norma ISO 10816-1 centra-se nas vibrações de banda larga na gama de 10-1000 Hz. O instrumento deve integrar a energia de todas as oscilações dentro desta banda e produzir um único valor RMS. A utilização do valor RMS em vez do valor de pico justifica-se porque o RMS caracteriza a potência total do processo oscilatório ao longo do tempo, o que é mais relevante para avaliar o impacto térmico e de fadiga no mecanismo. A relação matemática é a seguinte VRMS = Vpico / √2 para um sinal sinusoidal puro, mas na prática a vibração do mundo real é uma superposição de muitas frequências, tornando o RMS a única métrica de energia correta.
1.2. Contexto histórico: da ISO 2372 à ISO 20816
Para compreender os requisitos actuais é necessário analisar o seu desenvolvimento histórico. A evolução das normas de vibração estende-se por mais de cinco décadas:
Este relatório centra-se nas normas ISO 10816-1 e ISO 10816-3, porque estes documentos são as principais ferramentas de trabalho para cerca de 90% de equipamentos industriais diagnosticados com instrumentos portáteis, como o Balanset-1A.
Capítulo 2. Análise detalhada da metodologia ISO 10816-1
2.1. Âmbito e limitações
A norma ISO 10816-1 aplica-se a medições de vibração realizadas em peças não rotativas de máquinas (caixas de rolamentos, pés, estruturas de suporte). A norma não se aplica a vibrações causadas por ruído acústico e não abrange máquinas alternativas (estas são abrangidas pela norma ISO 10816-6) que geram forças inerciais específicas devido ao seu princípio de funcionamento.
Um aspeto crítico é que a norma regula medições in situ — em condições reais de operação, não apenas em bancada de testes. Isso significa que os limites levam em consideração a influência da fundação real, das conexões de tubulação e das condições de carga operacional.
Principais limitações: A norma ISO 10816-1 prevê apenas orientações gerais. Os limites de zona no seu Anexo B são valores recomendados com base na experiência acumulada. Quando estão disponíveis limites de vibração específicos do fabricante, estes têm precedência. A norma indica explicitamente que os valores tabelados se destinam a situações em que não existem critérios específicos.
2.2. Classificação do equipamento
Um elemento fundamental da metodologia é a divisão de todas as máquinas em classes. Aplicar limites da Classe IV a uma máquina da Classe I pode fazer com que um engenheiro não perceba uma condição perigosa, enquanto o contrário pode levar a paragens injustificadas de equipamentos em bom estado.
Tabela 2.1. Classificação de máquinas de acordo com a norma ISO 10816-1
| Aula | Descrição | Máquinas típicas | Tipo de fundação |
|---|---|---|---|
| Classe I | Peças individuais de motores e máquinas, estruturalmente ligadas ao agregado. Pequenas máquinas. | Motores elétricos até 15 kW. Bombas pequenas, acionamentos auxiliares. | Qualquer |
| Classe II | Máquinas de tamanho médio sem fundações especiais. | Motores elétricos de 15 a 75 kW. Motores até 300 kW em base rígida. Bombas, ventiladores. | Normalmente rígido |
| Classe III | Grandes motores primários e outras máquinas de grande porte com massas rotativas. | Turbinas, geradores, bombas de alta potência (>75 kW). | Rígido |
| Classe IV | Grandes motores primários e outras máquinas de grande porte com massas rotativas. | Turbogeradores, turbinas a gás (>10 MW). | Flexível |
Problema de identificação do tipo de fundação (rígida vs. flexível)
A norma define uma fundação como rígida se a primeira frequência natural do sistema "máquina-fundação" for superior à frequência de excitação principal (frequência de rotação). Uma fundação é flexível se a sua frequência natural for inferior à frequência de rotação.
Na prática, isto significa:
- Uma máquina aparafusada a um piso de betão maciço de uma oficina geralmente pertence a uma classe com uma base rígida.
- Uma máquina montada sobre isoladores de vibração (molas, almofadas de borracha) ou sobre uma estrutura de aço leve (por exemplo, uma estrutura de nível superior) pertence a uma classe com fundação flexível.
- A mesma máquina física pode mudar de classe se for transferida de uma fundação para outra - é fundamental ter isto em conta quando se desloca o equipamento.
Erro comum: Muitos engenheiros assumem que qualquer estrutura de aço é "rígida". Na realidade, uma máquina numa mezzanine de aço tem normalmente um suporte flexível porque a frequência natural da mezzanine é frequentemente inferior à velocidade de funcionamento da máquina. Verifique sempre a frequência natural da estrutura de suporte.
2.3. Zonas de avaliação de vibração
Em vez de uma avaliação binária "bom/mau", a norma oferece uma escala de quatro zonas que apoia a manutenção baseada no estado:
Zona A - Boa
Nível de vibração para máquinas recentemente colocadas em funcionamento ou após uma grande revisão. Esta é a condição de referência que indica um excelente equilíbrio dinâmico e uma instalação correta.
Zona B - Satisfatório
Máquinas aptas a funcionar sem restrições a longo prazo. O nível de vibração é superior ao ideal, mas não ameaça a fiabilidade. Não é necessária qualquer ação.
Zona C - Não satisfatório
Máquinas impróprias para funcionamento contínuo a longo prazo. Degradação acelerada dos rolamentos e vedantes. Funcionamento por tempo limitado sob monitorização reforçada até à próxima janela de manutenção.
Zona D - Inaceitável
Níveis de vibração que podem causar uma falha catastrófica. É necessária uma paragem imediata. A continuação do funcionamento pode provocar danos graves no equipamento, riscos de segurança e danos colaterais em sistemas adjacentes.
2.4. Valores-limite de vibração
O quadro seguinte resume os valores-limite da velocidade de vibração RMS (mm/s) de acordo com o Anexo B da norma ISO 10816-1. Estes valores são empíricos e servem de diretrizes se as especificações do fabricante não estiverem disponíveis.
Tabela 2.2. Valores de limite de zona (ISO 10816-1 Anexo B)
| Limite da zona | Classe I (mm/s) | Classe II (mm/s) | Classe III (mm/s) | Classe IV (mm/s) |
|---|---|---|---|---|
| A / B | 0.71 | 1.12 | 1.80 | 2.80 |
| B / C | 1.80 | 2.80 | 4.50 | 7.10 |
| C / D | 4.50 | 7.10 | 11.20 | 18.00 |
Comparação visual: Limites de zona por classe de máquina
Interpretação analítica. Considere o valor 4,5 mm/s. Para máquinas pequenas (Classe I), este é o limite da condição de emergência (C/D), que requer paragem. Para máquinas médias (Classe II), este é o meio da zona "requer atenção". Para as máquinas de grande porte sobre uma fundação rígida (Classe III), este é apenas o limite entre as zonas "satisfatória" e "não satisfatória". Para as máquinas sobre uma base flexível (Classe IV), este é um nível de vibração de funcionamento normal (Zona B). Esta progressão demonstra o risco de utilizar limites universais sem uma classificação correta.
2.5. Dois critérios de avaliação: Valor Absoluto vs. Mudança Relativa
A norma ISO 10816-1 define dois critérios de avaliação independentes que devem ser aplicados em simultâneo:
Critério I - Magnitude da vibração: A velocidade de vibração RMS absoluta em banda larga é comparada com os limites da zona. Este é o principal critério descrito nos quadros acima.
Critério II - Alteração da Vibração: Uma alteração significativa (aumento ou diminuição) do nível de vibração em relação à linha de base estabelecida, independentemente do facto de o nível absoluto atravessar ou não um limite de zona. Uma alteração súbita superior a 25% no nível de vibração pode indicar uma falha em desenvolvimento, mesmo que a máquina permaneça na Zona B. Inversamente, uma diminuição súbita pode indicar que um acoplamento falhou ou que um componente se partiu.
Dica prática: Registar sempre os níveis de vibração de base durante a entrada em funcionamento ou após a manutenção. A tendência dos dados de vibração ao longo do tempo é frequentemente mais valiosa do que uma medição num único ponto. O software Balanset-1A permite guardar os resultados das medições para comparação.
Capítulo 3. Visão geral completa da série ISO 10816 / 20816
A norma ISO 10816 foi publicada como uma série de várias partes, em que a Parte 1 fornece o enquadramento geral e as partes subsequentes definem requisitos específicos para diferentes tipos de máquinas. Compreender qual a parte que se aplica ao seu equipamento específico é essencial para uma avaliação correta.
Quadro 3.0. Lista completa das peças ISO 10816 e dos seus substitutos ISO 20816
| ISO 10816 Parte | Tipo de máquina / âmbito | Substituída por (ISO 20816) | Parâmetros-chave |
|---|---|---|---|
| 10816-1:1995 | Orientações gerais para todas as máquinas | 20816-1:2016 | Velocidade RMS, 10-1000 Hz |
| 10816-2:2009 | Turbinas e geradores de vapor >50 MW em terra | 20816-2:2017 | Velocidade RMS + Deslocamento pico a pico |
| 10816-3:2009 | Máquinas industriais >15 kW, 120-15.000 rpm (ventiladores, bombas, compressores, motores) | 20816-3 (em desenvolvimento) | Velocidade RMS, 10-1000 Hz |
| 10816-4:2009 | Conjuntos acionados por turbinas a gás, excluindo derivados de aeronaves | 20816-4:2018 | Velocidade RMS + Deslocamento |
| 10816-5:2000 | Máquinas hidráulicas >1 MW ou com velocidade >600 rpm (turbinas hidráulicas, bombas) | 20816-5:2018 | Velocidade RMS + Deslocamento |
| 10816-6:1995 | Máquinas recíprocas >100 kW | 20816-8:2018 | Velocidade RMS (bandas modificadas) |
| 10816-7:2009 | Bombas rotodinâmicas (incl. centrífugas, de fluxo misto) | 20816-7 (em desenvolvimento) | Velocidade RMS, 10-1000 Hz |
| 10816-8:2014 | Sistemas de compressores alternativos | 20816-8:2018 | Velocidade RMS |
3.1. Série ISO 7919 (Vibrações do veio) - Agora parte da ISO 20816
Enquanto a ISO 10816 se centrava exclusivamente na vibração da caixa, a série paralela ISO 7919 abordava a vibração do veio medida utilizando sondas de proximidade sem contacto (sensores de correntes de Foucault). Para máquinas rotativas críticas, tais como grandes turbinas a vapor, turbinas a gás e geradores, a vibração relativa do veio é frequentemente o parâmetro mais informativo, uma vez que mede diretamente o movimento do rotor dentro das folgas das chumaceiras.
A unificação destas duas séries na ISO 20816 reflecte o entendimento moderno de que a monitorização abrangente do estado das máquinas críticas requer tanto a vibração da caixa (para avaliação estrutural) como a vibração do veio (para avaliação dinâmica do rotor).
3.2. Normas internacionais relacionadas
A ISO 10816 não existe isoladamente. Várias normas complementares definem as especificações dos sensores, a qualidade do equilíbrio e a metodologia de medição:
| Padrão | Título / Âmbito | Relevância para a norma ISO 10816 |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 | Requisitos de qualidade de equilíbrio de corpos rígidos em rotação | Define o desequilíbrio residual admissível (classes G: G0,4 a G4000). Diretamente ligado aos níveis de vibração alcançáveis de acordo com a norma ISO 10816. |
| ISO 2954 | Requisitos para os instrumentos de medição das vibrações | Especifica a exatidão e a resposta em frequência para instrumentos utilizados de acordo com a norma ISO 10816. |
| ISO 5348 | Montagem mecânica de acelerómetros | Define a montagem correta do sensor para garantir medições válidas de acordo com a norma ISO 10816. |
| ISO 13373-1/2 | Monitorização do estado das máquinas - vibrações | Fornece orientações sobre a aquisição de dados e técnicas de análise espetral utilizadas juntamente com as avaliações ISO 10816. |
| ISO 10816-21 | Turbinas eólicas de eixo horizontal com caixa de engrenagens | Limites específicos de vibração para aplicações de energia eólica. |
| ISO 14694 | Equilibrar os requisitos de qualidade dos ventiladores | Graus de equilíbrio específicos para ventiladores (BV-1 a BV-5) que complementam as zonas de vibração ISO 10816-3. |
3.3. Relação entre a qualidade de equilíbrio da norma ISO 1940 e as zonas de vibração da norma ISO 10816
Uma das questões mais comuns na prática é a forma como o grau de qualidade do equilíbrio (valor G segundo a ISO 1940) se relaciona com as zonas de vibração na ISO 10816. Embora não exista uma fórmula matemática exacta que as relacione (a relação depende da rigidez dos rolamentos, da massa da máquina e da dinâmica do suporte), existe uma correlação geral:
- O grau de equilíbrio G2.5 (típico para ventiladores, bombas, motores) atinge geralmente a Zona A ou B em máquinas corretamente instaladas.
- O grau de equilíbrio G6.3 (maquinaria geral) atinge normalmente a Zona B, mas pode estar na Zona C para estruturas rígidas e leves.
- O grau de equilíbrio G16 (equipamento agrícola, trituradores) corresponde normalmente à zona C ou pior, de acordo com a norma ISO 10816.
O sistema Balanset-1A pode alcançar uma qualidade de equilíbrio G2.5 e superior, o que contribui diretamente para o cumprimento dos requisitos da ISO 10816 Zona A.
Capítulo 4. Especificidades das máquinas industriais: ISO 10816-3
Embora a norma ISO 10816-1 defina o quadro geral, na prática, a maioria das unidades industriais (bombas, ventiladores, compressores acima de 15 kW) são regidas pela Parte 3 da norma (ISO 10816-3), que é mais específica. É importante compreender a diferença, pois o Balanset-1A é frequentemente utilizado para equilibrar ventiladores e bombas abrangidos por esta parte.
4.1. Grupos de máquinas na ISO 10816-3
Ao contrário das quatro classes da Parte 1, a Parte 3 divide as máquinas em dois grupos principais:
Grupo 1: Grandes máquinas com potência nominal superior a 300 kW, ou máquinas eléctricas com altura de veio superior a 315 mm, que funcionem a velocidades entre 120 rpm e 15.000 rpm.
Grupo 2: Máquinas médias com potência nominal de 15 kW a 300 kW, ou máquinas eléctricas com altura de veio de 160 mm a 315 mm, com velocidades de funcionamento entre 120 rpm e 15.000 rpm.
Nota de âmbito: A norma ISO 10816-3 exclui especificamente as máquinas já abrangidas por outras partes: turbinas a vapor (Parte 2), turbinas a gás (Parte 4), máquinas hidráulicas (Parte 5) e máquinas de movimento alternativo (Parte 6). Também exclui máquinas com velocidade de funcionamento inferior a 120 rpm ou superior a 15.000 rpm.
4.2. Limites de vibração na norma ISO 10816-3
Os limites dependem do tipo de fundação (rígida/flexível), que continua a ter a mesma definição que na Parte 1.
Tabela 4.1. Limites de vibração de acordo com a norma ISO 10816-3 (RMS, mm/s)
| Condição (Zona) | Grupo 1 (>300 kW) Rígido | Grupo 1 (>300 kW) Flexível | Grupo 2 (15–300 kW) Rígido | Grupo 2 (15–300 kW) Flexível |
|---|---|---|---|---|
| A (Novo) | < 2,3 | < 3,5 | < 1,4 | < 2,3 |
| B (Longo prazo) | 2,3 – 4,5 | 3,5 – 7,1 | 1,4 – 2,8 | 2,3 – 4,5 |
| C (Limitada) | 4,5 – 7,1 | 7,1 – 11,0 | 2,8 – 4,5 | 4,5 – 7,1 |
| D (Danos) | > 7.1 | > 11,0 | > 4.5 | > 7.1 |
Síntese de dados. A comparação das tabelas ISO 10816-1 e ISO 10816-3 mostra que a ISO 10816-3 impõe requisitos mais rigorosos às máquinas de média potência (Grupo 2) sobre fundações rígidas. O limite da Zona D é fixado em 4,5 mm/s, o que coincide com o limite da Classe I na Parte 1. Isto confirma a tendência para limites mais rigorosos para equipamentos modernos, mais rápidos e mais leves. Ao utilizar o Balanset-1A para diagnosticar um ventilador de 45 kW num piso de betão, deve concentrar-se na coluna "Grupo 2 / Rígido" desta tabela, onde a transição para a zona de emergência ocorre a 4,5 mm/s.
4.3. Requisitos adicionais da norma ISO 10816-3
A norma ISO 10816-3 acrescenta disposições importantes para além dos limites da zona de base:
- Testes de aceitação: Para máquinas recentemente instaladas ou reparadas, a vibração deve situar-se na Zona A. Se se situar na Zona B, recomenda-se uma investigação para determinar a causa.
- Alarmes operacionais: A norma recomenda a definição de dois níveis de alarme - ALERTA (normalmente no limite B/C) e PERIGO (no limite C/D). Estes podem ser implementados em sistemas de monitorização contínua.
- Condições transitórias: A norma reconhece que, durante o arranque e a paragem, a vibração pode exceder temporariamente os limites do estado estacionário, particularmente quando passa por velocidades críticas (ressonâncias).
- Máquinas acopladas: Para os equipamentos acoplados (por exemplo, conjuntos motor-bomba), cada máquina deve ser avaliada individualmente utilizando os limites adequados à sua classificação de grupo.
Capítulo 5. Arquitetura de hardware do sistema Balanset-1A
Para implementar os requisitos da ISO 10816/20816, é necessário um instrumento que forneça medições precisas e repetíveis e que corresponda às faixas de frequência exigidas. O sistema Balanset-1A desenvolvido pela Vibromera é uma solução integrada que combina as funções de um analisador de vibração de dois canais e um instrumento de balanceamento de campo.
5.1. Canais de medição e sensores
O sistema Balanset-1A possui dois canais independentes de medição de vibração (X1 e X2), o que permite medições simultâneas em dois pontos ou em dois planos.
Tipo de sensor. O sistema utiliza acelerómetros (transdutores de vibração que medem a aceleração). Este é o padrão moderno da indústria, pois os acelerómetros oferecem alta confiabilidade, ampla faixa de frequência e boa linearidade.
Integração de sinais. Como a norma ISO 10816 exige a avaliação da velocidade de vibração (mm/s), o sinal dos acelerómetros é integrado em hardware ou software. Esta é uma etapa crítica do processamento do sinal, e a qualidade do conversor analógico-digital desempenha um papel fundamental.
Intervalo de medição. O instrumento mede a velocidade de vibração (RMS) na gama de 0,05 a 100 mm/s. Esta gama cobre totalmente todas as zonas de avaliação da norma ISO 10816 (da Zona A 45 mm/s para as maiores máquinas).
5.2. Caraterísticas de frequência e exatidão
As características metrológicas do Balanset-1A estão em total conformidade com os requisitos da norma.
Gama de frequências. A versão básica do instrumento funciona na banda de 5 Hz - 550 Hz. O limite inferior de 5 Hz (300 rpm) excede mesmo o requisito da norma ISO 10816 de 10 Hz e apoia o diagnóstico de máquinas de baixa velocidade. O limite superior de 550 Hz cobre até à 11ª harmónica para máquinas com uma frequência de rotação de 3000 rpm (50 Hz), o que é suficiente para detetar desequilíbrios (1×), desalinhamentos (2×, 3×) e folgas. Opcionalmente, a gama de frequências pode ser alargada até 1000 Hz, cobrindo totalmente todos os requisitos padrão.
Precisão da amplitude. O erro de medição da amplitude é de ±5% da escala completa. Para tarefas de monitorização operacional, em que os limites das zonas diferem em centenas de percentagem, esta precisão é mais do que suficiente.
Precisão de fase. O instrumento mede o ângulo de fase com uma exatidão de ±1 grau. Embora a fase não esteja regulamentada pela norma ISO 10816, é extremamente importante para o procedimento de equilibragem.
5.3. Canal do tacómetro
O kit inclui um tacómetro laser (sensor ótico) que desempenha duas funções: mede a velocidade do rotor (RPM) de 150 a 60.000 rpm (em algumas versões até 100.000 rpm), permitindo identificar se a vibração é síncrona com a frequência de rotação (1×) ou assíncrona; e gera um sinal de fase de referência (marca de fase) para calcular a média síncrona e calcular os ângulos de massa de correção durante a equilibragem.
5.4. Ligações e disposição
O kit padrão inclui cabos sensores com 4 metros de comprimento (opcional 10 metros). Isso aumenta a segurança durante as medições in situ. Cabos longos permitem que o operador permaneça a uma distância segura das peças rotativas da máquina, o que atende aos requisitos de segurança industrial para trabalhar com equipamentos rotativos.
Tabela 5.1. Especificações-chave do Balanset-1A vs. Requisitos da ISO 10816
| Parâmetro | Requisito ISO 10816 | Especificação do Balanset-1A | Conformidade |
|---|---|---|---|
| Parâmetro medido | Velocidade de vibração, RMS | Velocidade RMS (integrada a partir da aceleração) | ✓ |
| Faixa de frequência | 10-1000 Hz | 5-550 Hz (opcionalmente até 1000 Hz) | ✓ |
| Gama de medição | 0,71-45 mm/s (intervalo de zona) | 0,05-100 mm/s | ✓ |
| Número de canais | Pelo menos 1 | 2 simultâneos | ✓ |
| Precisão de amplitude | De acordo com a norma ISO 2954: ±10% | ±5% | ✓ (excede) |
| Medição das RPM | Não especificado | 150-60.000 rpm | Capacidade de bónus |
Capítulo 6. Metodologia de medição e avaliação ISO 10816 utilizando o Balanset-1A
6.1. Preparação para as medições
Identifique a máquina. Determinar a classe ou o grupo de máquinas (de acordo com os capítulos 2 e 4 deste relatório). Por exemplo, um "ventilador de 45 kW sobre isoladores de vibração" pertence ao Grupo 2 (ISO 10816-3) com uma fundação flexível.
Instalação do software. Instalar os controladores e o software do Balanset-1A a partir da unidade USB fornecida. Ligar a unidade de interface à porta USB do computador portátil.
Monte os sensores. Instale os sensores em caixas de rolamentos - não em coberturas finas, protecções ou caixas de chapa metálica. Utilize bases magnéticas e certifique-se de que o íman assenta firmemente numa superfície limpa e plana. A tinta ou ferrugem sob o íman actua como um amortecedor e reduz as leituras de alta frequência. Manter a ortogonalidade: efetuar medições nas direcções vertical (V), horizontal (H) e axial (A) em cada rolamento. O Balanset-1A tem dois canais, pelo que pode medir V e H simultaneamente num suporte.
6.2. Modo Vibrometer (F5)
O software Balanset-1A tem um modo dedicado para a avaliação da norma ISO 10816. Executar o programa, premir F5 (ou clicar no botão "F5 - Vibrometer" na interface) e, em seguida, premir F9 (Executar) para iniciar a aquisição de dados.
Análise de indicadores:
- RMS (Total): O aparelho apresenta a velocidade global de vibração RMS (V1s, V2s). Este é o valor que se compara com os limites tabelados da norma.
- 1× Vibração: O instrumento extrai a amplitude da vibração na frequência de rotação (componente síncrona).
Se o valor RMS for elevado (Zona C/D) mas o componente 1× for baixo, o problema não é o desequilíbrio. Pode ser uma falha de rolamento, cavitação (para uma bomba) ou problemas electromagnéticos. Se o valor RMS estiver próximo do valor 1× (por exemplo, RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s), o desequilíbrio domina e a equilibragem reduzirá a vibração em aproximadamente 95%.
6.3. Análise espetral (FFT)
Se a vibração global exceder o limite (Zona C ou D), é necessário identificar a causa. O modo F5 inclui um separador Gráficos com visualização do espetro FFT.
- Um pico dominante a 1× (frequência de rotação) indica desequilíbrio.
- Os picos a 2×, 3× indicam desalinhamento ou folga.
- O "ruído" de alta frequência ou uma floresta de harmónicos indica defeitos nos rolamentos.
- A frequência de passagem das pás (número de pás × rpm) indica problemas aerodinâmicos numa ventoinha ou problemas hidráulicos numa bomba.
- 2× a frequência da linha (100 Hz ou 120 Hz) indica falhas eléctricas nos motores (excentricidade do estator, barras do rotor partidas).
O Balanset-1A fornece estas visualizações, o que o transforma de um simples "medidor de conformidade" numa ferramenta de diagnóstico completa.
6.4. Pontos de medição e direcções
A norma ISO 10816-1 recomenda a medição da vibração em três direcções mutuamente perpendiculares em cada local de rolamento. Para uma máquina típica de duas chumaceiras, isto significa até seis pontos de medição (3 direcções × 2 chumaceiras). Na prática, as medições mais importantes são:
- Vertical (V): Mais sensível ao desequilíbrio. Normalmente, dá as leituras mais elevadas porque os rolamentos têm menos rigidez na direção vertical.
- Horizontal (H): Sensível a desalinhamentos e folgas. A vibração horizontal que excede significativamente a vibração vertical indica frequentemente um pé macio ou parafusos soltos.
- Axial (A): A vibração axial elevada (mais de 50% de vibração radial) sugere um desalinhamento, um veio torto ou um rotor desequilibrado e suspenso.
A leitura mais elevada de todos os pontos de medição e direcções é normalmente utilizada para a avaliação ISO 10816. Registar sempre todas as medições para análise de tendências.
Capítulo 7. O balanceamento como método de correção: Utilização prática do Balanset-1A
Quando o diagnóstico (baseado na dominância de 1× no espetro) indica que o desequilíbrio é a principal causa da ultrapassagem do limite da norma ISO 10816, o passo seguinte é a equilibragem. O Balanset-1A implementa o método do coeficiente de influência (método das três execuções).
7.1. Teoria do equilíbrio
O desequilíbrio ocorre quando o centro de massa do rotor não coincide com o seu eixo de rotação. Isto provoca uma força centrífuga F = m - r - ω² que gera vibração na frequência de rotação. O objetivo do balanceamento é adicionar uma massa de correção (peso) que produza uma força igual em magnitude e oposta em direção à força de desequilíbrio.
7.2. Procedimento de equilibragem num único plano
Utilizar este procedimento para rotores estreitos (ventiladores, polias, discos). Selecionar o modo F2 no programa.
Execução 0 - Inicial: Colocar o rotor em funcionamento, premir F9. O instrumento mede a vibração inicial (amplitude e fase). Exemplo: 8,5 mm/s a 120°.
Corrida 1 - Peso da prova: Parar o rotor, montar um peso experimental de massa conhecida (por exemplo, 10 g) num local arbitrário. Ligar o rotor, premir F9. Exemplo: 5,2 mm/s a 160°.
Cálculo e correção: O programa calcula automaticamente a massa e o ângulo do peso de correção. Por exemplo, o instrumento pode dar instruções: "Adicionar 15 g num ângulo de 45° a partir da posição do peso de teste". As funções do Balanset suportam pesos divididos: se não for possível colocar o peso no local calculado, o programa divide-o em dois pesos para montagem, por exemplo, nas pás da ventoinha.
Corrida 2 - Verificação: Instalar o peso de correção calculado (removendo o peso de teste, se necessário). Ligar o rotor e confirmar que a vibração residual desceu para a Zona A ou B, de acordo com a norma ISO 10816 (por exemplo, abaixo de 2,8 mm/s para o Grupo 2 / Rígido).
7.3. Equilíbrio de dois planos
Rotores longos (eixos, tambores trituradores) requerem equilíbrio dinâmico em dois planos de correção. O procedimento é semelhante, mas requer dois sensores de vibração (X1, X2) e três execuções (Inicial, Peso de teste no Plano 1, Peso de teste no Plano 2). Use o modo F3 para este procedimento.
Capítulo 8. Cenários práticos e interpretação (estudos de caso)
Exaustor industrial (45 kW)
Contexto: O ventilador é instalado num telhado sobre isoladores de vibração do tipo mola.
Classificação: ISO 10816-3, Grupo 2, fundação flexível.
Medição: O Balanset-1A no modo F5 mostra RMS = 6,8 mm/s.
Análise: De acordo com a Tabela 4.1, o limite B/C para "Flexível" é de 4,5 mm/s, e o limite C/D é de 7,1 mm/s. O ventilador funciona na Zona C (funcionamento limitado), aproximando-se da Zona D de emergência.
Diagnóstico: O espetro mostra um forte pico de 1×, confirmando que o desequilíbrio é a fonte dominante.
Ação: A equilibragem foi efectuada com o Balanset-1A. A vibração baixou para 1,2 mm/s.
Resultado: Zona A (1,2 mm/s) - Falha evitadaBomba de alimentação da caldeira (200 kW)
Contexto: A bomba está montada de forma rígida sobre uma base de betão maciça.
Classificação: ISO 10816-3, Grupo 2, fundação rígida.
Medição: O Balanset-1A apresenta RMS = 5,0 mm/s.
Análise: De acordo com a Tabela 4.1, o limite C/D para "Rigid" é de 4,5 mm/s. A bomba funciona na Zona D - condição de emergência.
Diagnóstico: O espetro mostra uma série de harmónicas e um elevado nível de ruído. O pico 1× é baixo em relação à vibração total.
Ação: O equilíbrio não vai ajudar. O problema provavelmente está nos rolamentos ou na cavitação. A bomba deve ser parada para inspeção mecânica.
Resultado: Zona D (5,0 mm/s) - É necessária uma paragem imediataCompressor centrífugo (500 kW)
Contexto: O compressor é montado numa fundação de blocos de betão com parafusos de ancoragem.
Classificação: ISO 10816-3, Grupo 1, fundação rígida.
Medição: O Balanset-1A apresenta um RMS = 3,8 mm/s na vertical, 5,1 mm/s na horizontal na chumaceira da extremidade motriz.
Análise: De acordo com a Tabela 4.1 (Grupo 1 / Rígido), 3,8 mm/s é a Zona B e 5,1 mm/s é a Zona C. O valor horizontal determina: a máquina está na Zona C.
Diagnóstico: O espetro mostra um pico dominante de 2×, com vibração axial elevada. O desalinhamento é o principal suspeito.
Ação: O alinhamento do acoplamento foi verificado com uma ferramenta laser. Foi encontrado um desalinhamento angular de 0,12 mm, que foi corrigido para 0,03 mm. Vibração pós-correção: 1,9 mm/s horizontal.
Resultado: Zona A (1,9 mm/s) - Alinhamento corrigidoCapítulo 9. Relação entre parâmetros de vibração: Deslocamento, velocidade, aceleração
A compreensão da relação matemática entre os três parâmetros de vibração é importante para a conversão entre eles e para compreender por que razão a norma ISO 10816 escolheu a velocidade como a sua métrica principal.
Para um movimento harmónico simples com a frequência f (Hz):
- Deslocamento: D = D0 - sin(2πft), medido em µm (pico ou pico a pico)
- Velocidade: V = 2πf - D0 - cos(2πft), medido em mm/s
- Aceleração: A = (2πf)² - D0 - sin(2πft), medido em m/s²
As relações-chave (para valores de pico na frequência f):
- Vpico (mm/s) = π - f - Dpp (µm) / 1000
- Apico (m/s²) = 2πf - Vpico (mm/s) / 1000
Isto explica porque é que a deslocação é dominante a baixas frequências e a aceleração é dominante a altas frequências, enquanto a velocidade fornece uma representação relativamente plana (independente da frequência) da gravidade da vibração em toda a gama de velocidades típica da máquina. Um valor de velocidade constante representa uma tensão constante na estrutura, independentemente da frequência - esta é a razão fundamental pela qual a norma ISO 10816 utiliza a velocidade.
Tabela 9.1. Exemplos práticos de conversão a 50 Hz (3000 rpm)
| Velocidade RMS (mm/s) | Deslocamento p-p (µm) | Aceleração RMS (m/s²) | ISO 10816-1 Zona (Classe II) |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 9.0 | 0.44 | Zona A |
| 2.8 | 25.2 | 1.24 | Limite B/C |
| 4.5 | 40.5 | 2.00 | Zona C |
| 7.1 | 63.9 | 3.15 | Limite C/D |
Capítulo 10. Erros de medição comuns e como evitá-los
Mesmo com um instrumento devidamente calibrado como o Balanset-1A, os erros de medição podem levar a conclusões incorrectas. Aqui estão as armadilhas mais comuns:
10.1. Erros de montagem do sensor
Problema: Sensor montado numa proteção, cobertura fina ou estrutura solta em vez da caixa da chumaceira. Isto provoca falsas leituras elevadas devido a ressonâncias estruturais da cobertura, levando a paragens desnecessárias.
Solução: Montar sempre diretamente na caixa de rolamentos. Utilize a montagem magnética numa superfície limpa, plana e metálica. Para superfícies com tinta com espessura superior a 0,1 mm, raspar uma pequena área até ao metal nu.
10.2. Classificação incorrecta da máquina
Problema: A aplicação dos limites da Classe I a um compressor de 200 kW (que deveria ser do Grupo 2 de acordo com a norma ISO 10816-3) resulta em alarmes prematuros.
Solução: Identificar sempre a potência nominal da máquina, a velocidade e o tipo de fundação antes de selecionar a norma e o grupo aplicáveis.
10.3. Ignorar as condições de funcionamento
Problema: Medição das vibrações durante o arranque ou em carga parcial. Os limites da norma ISO 10816 aplicam-se ao funcionamento em estado estacionário em condições normais de funcionamento.
Solução: Deixar a máquina atingir o equilíbrio térmico e a velocidade/carga de funcionamento normal antes de registar as medições. Para os motores eléctricos, isto significa normalmente pelo menos 15 minutos de funcionamento.
10.4. Cabos e ruído elétrico
Problema: A passagem de cabos de sensores ao lado de cabos de alimentação introduz interferências electromagnéticas, provocando leituras artificialmente elevadas, especialmente a 50/60 Hz e harmónicas.
Solução: Encaminhe os cabos dos sensores para longe dos cabos de alimentação. Use cabos blindados sempre que possível. Os cabos do Balanset-1A são blindados por projeto, mas o encaminhamento correto continua a ser importante.
10.5. Medições num único ponto
Problema: Medir apenas uma direção num rolamento e concluir que "a máquina está bem"."
Solução: Medir em pelo menos duas direcções (V e H) em cada rolamento. Utilize a leitura mais elevada para a avaliação ISO 10816. Diferenças significativas entre direcções podem indicar falhas específicas (por exemplo, horizontal > vertical indica frequentemente folga estrutural).
Perguntas Frequentes (FAQ)
Conclusão
A ISO 10816-1 e a sua Parte 3 especializada fornecem uma base fundamental para garantir a fiabilidade do equipamento industrial. A transição da perceção subjectiva para a avaliação quantitativa da velocidade de vibração (RMS, mm/s) permite que os engenheiros classifiquem objetivamente o estado da máquina e planeiem a manutenção com base em dados reais e não em calendários arbitrários.
O sistema de avaliação de quatro zonas (A a D) fornece uma linguagem universalmente compreendida para comunicar o estado da máquina entre as equipas de manutenção, a gestão e os vendedores de equipamento. Quando combinada com a análise espetral, esta metodologia permite não só a deteção de problemas, mas também a identificação das causas principais - desequilíbrio, desalinhamento, desgaste dos rolamentos, folga e falhas eléctricas.
A implementação instrumental destas normas utilizando o sistema Balanset-1A provou ser eficaz. O instrumento fornece medições metrologicamente precisas na faixa de 5 a 550 Hz (cobrindo totalmente os requisitos padrão para a maioria das máquinas) e oferece a funcionalidade necessária para identificar as causas da vibração elevada (análise espectral) e eliminá-las (balanceamento).
Para as empresas operacionais, implementar uma monitorização regular com base na metodologia ISO 10816 e em instrumentos como o Balanset-1A é um investimento direto na redução dos custos operacionais. A capacidade de distinguir a Zona B da Zona C ajuda a evitar tanto reparações prematuras de máquinas em bom estado como falhas catastróficas causadas por ignorar níveis críticos de vibração.
Fim do relatório