ISO 1940-2 - Erros de Equilibragem (agora ISO 21940-14)
A norma histórica para avaliar erros de equilibragem de rotores rígidos — fontes de erro sistemáticas, aleatórias e escalares no processo de equilibragem. Retirada e substituída pela ISO 21940-14:2012. O próprio vocabulário de equilibragem está definido na ISO 21940-2 (anteriormente ISO 1925) e é resumido abaixo.
Os engenheiros da Vibromera continuam a recorrer à taxonomia de erros da ISO 1940-2 na resolução de problemas de desequilíbrio residual que persiste após a correção com instrumentos portáteis como o Balanset-1A.
Principais termos de equilibragem em resumo
As definições mais importantes do vocabulário ISO de equilibragem — ISO 21940-2 (anteriormente ISO 1925) — os termos que todo o profissional de equilibragem deve conhecer
Referência completa de terminologia
Todos os principais termos do vocabulário de equilibragem, ISO 21940-2 (anteriormente ISO 1925), organizados por categoria
| Termo | Definição | Significado |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Um corpo capaz de girar em torno de um eixo definido. No contexto da equilibragem, inclui qualquer componente rotativo: veios, impulsores, induzidos, tambores, fusos. | O objeto fundamental da equilibragem. Todos os outros termos descrevem propriedades ou ações sobre o rotor. |
| Rotor Rotor rígido | Um rotor cujo desequilíbrio pode ser corrigido em quaisquer dois planos arbitrários e, após a correção, o desequilíbrio residual não se altera significativamente a nenhuma velocidade até à velocidade máxima de serviço. | Determina que ISO 1940-1 (o sistema de classificação G) aplica-se. A equilibragem a baixa velocidade numa máquina de oficina é válida. A grande maioria dos rotores industriais é rígida. |
| Rotor Rotor Flexível | Um rotor que se deforma elasticamente à sua velocidade de serviço, de modo que o seu estado de desequilíbrio se altera. Deve ser corrigido à velocidade de serviço ou próximo dela em mais de dois planos. | Requer a ISO 21940-12. Turbinas de alta velocidade, grandes geradores, compressores multiestágio. É necessário equipamento de equilibragem de alta velocidade especializado. |
| Rotor Eixo do veio | A linha reta que une os centros dos moentes das chumaceiras. O eixo geométrico de rotação. | Eixo de referência para todas as medições de desequilíbrio. O desvio radial dos moentes das chumaceiras afeta a precisão da medição. |
| Rotor Eixo principal de inércia | O eixo em torno do qual o rotor giraria livremente sem produzir força ou momento centrífugo. Coincide com o eixo do veio num rotor perfeitamente equilibrado. | A discrepância entre o eixo principal e o eixo do veio é Desequilíbrio. Todas as correções visam alinhar esses dois eixos. |
| Rotor Centro de Massa (Gravidade) | O ponto onde toda a massa do rotor pode ser considerada concentrada. Para um rotor balanceado, esse ponto situa-se exatamente no eixo do rotor. | Desequilíbrio estático = centro de massa deslocado em relação ao eixo do veio. Desequilíbrio específico (e) = distância de deslocamento. |
| Rotor Velocidade de serviço | A velocidade máxima de rotação à qual o rotor opera na sua aplicação pretendida. | Crítico para o cálculo da tolerância: Uper = (9 549 × G × M) / n. Use sempre a velocidade de serviço, não a velocidade de equilibragem. |
| Rotor Velocidade Crítica | Velocidade de rotação na qual um sistema rotor-mancal entra em ressonância, resultando em vibração amplificada significativamente. | Determina a classificação rígido/flexível. Um rotor rígido opera bem abaixo da primeira velocidade crítica de flexão. |
| Termo | Definição | Fórmula / Unidades |
|---|---|---|
| Desequilíbrio Desequilíbrio | Condição em que o eixo principal de inércia não coincide com o eixo de rotação. Causa uma força centrífuga proporcional ao quadrado da massa, da excentricidade e da velocidade. | U = m × r (g·mm ou kg·m) |
| Desequilíbrio Desequilíbrio estático | Eixo principal paralelo ao eixo de rotação, porém deslocado. Equivalente a uma única massa num único raio. Detetável sem rotação (cutelos). Vibração em fase no rolamento. | Corrigido em 1 plano |
| Desequilíbrio Desequilíbrio de binário | O eixo principal intercepta o eixo de rotação no centro de massa, mas está inclinado. Dois pontos pesados iguais e opostos em planos diferentes criam um momento de oscilação. Detectável apenas durante a rotação. | Corrigido em 2 planos |
| Desequilíbrio Desequilíbrio Dinâmico | Caso geral: eixo principal que não é paralelo nem intercepta o eixo de rotação. Combinação de forças estáticas e de momento. A condição mais comum no mundo real. | Corrigido em 2 planos |
| Desequilíbrio Desequilíbrio específico | Relação entre o desequilíbrio e a massa do rotor. Representa a excentricidade — o deslocamento do centro de massa em relação ao eixo do veio. Permite a comparação da qualidade entre rotores de diferentes tamanhos. | e = U / M (µm ou g·mm/kg) |
| Desequilíbrio Desequilíbrio Residual | O desequilíbrio remanescente num rotor após o processo de equilibragem. Não deve exceder o valor permitido (Uper) para o especificado Grau G. | Ures ≤ Uper |
| Desequilíbrio Desequilíbrio Inicial | Desequilíbrio do rotor no estado em que foi recebido, antes de qualquer correção de equilibragem. Medido na primeira passagem. | Linha de base para o procedimento de equilibragem |
| Desequilíbrio Vetor de desequilíbrio | A magnitude e a posição angular do desequilíbrio num determinado plano. Representado como um vetor polar com amplitude (g·mm) e ângulo de fase (°). | U∠θ (g·mm a ° da referência) |
| Termo | Definição | Notas práticas |
|---|---|---|
| Processo Equilibragem | O processo de verificação e ajuste da distribuição de massa de um rotor para que o desequilíbrio residual esteja dentro de uma tolerância especificada. | Iterativo: medir → calcular → corrigir → verificar. |
| Processo Plano de correcção | Um plano perpendicular ao eixo do rotor no qual se adiciona ou remove massa. O local fisicamente acessível para a colocação do peso. | Pode diferir dos planos de tolerância (de apoio) — requer conversão geométrica. |
| Processo Plano de tolerância | O plano no qual o desequilíbrio permitido é especificado — normalmente o plano do mancal. O desequilíbrio aqui afeta diretamente as cargas do mancal. | Uper É especificado para planos de tolerância; deve ser convertido em planos de correção. |
| Processo Massa de correção | A massa física (peso) adicionada ou removida do rotor num raio e ângulo específicos dentro do plano de correção. | Adicionado: encaixe por pressão, fixação por parafusos, solda, epóxi. Removido: furação, fresagem, retificação. |
| Processo Peso de teste | Uma massa de tamanho conhecido é fixada temporariamente ao rotor em um raio e ângulo conhecidos durante o procedimento de balanceamento. É utilizada para determinar a resposta do rotor (coeficiente de influência). | O método do peso de ensaio do Balanset-1A: medição → fixar o peso de ensaio → medição → o software calcula a correção. |
| Processo Coeficiente de influência | A variação na resposta vibratória (amplitude e fase) num ponto de medição causada por um desequilíbrio unitário numa localização específica. Caracteriza a sensibilidade do conjunto rotor-mancal. | Calculado a partir de ensaios com peso de teste. A equilibragem em dois planos requer uma matriz de influência 2×2. |
| Processo Equilibragem de plano único | Procedimento para correção do desequilíbrio estático num plano de correção. Adequado para rotores curtos (em formato de disco) com L/D < 0,5. | Balanset-1A Modo F2. Um sensor, um plano. |
| Processo Equilibragem em dois planos | Procedimento para correção do desequilíbrio estático e de momento em dois planos de correção. Necessário para rotores alongados ou quando o desequilíbrio de momento é significativo. | Balanset-1A Modo F3. Dois sensores, dois planos. |
| Processo Equilibragem de ajuste | Um ajuste final e fino de equilibragem realizado num rotor montado para compensar o desequilíbrio introduzido pela montagem (desvio de acoplamento, tolerâncias de ajuste). | Geralmente realizado em campo, na máquina instalada. |
| Processo Divisão de Peso | Distribuir uma massa de correção calculada entre dois locais adjacentes acessíveis (por exemplo, dois furos de parafuso ou posições de pá) quando a posição angular exata não é acessível. | O Balanset-1A realiza o cálculo automático da divisão de peso. |
| Termo | Definição | Comparação |
|---|---|---|
| Máquina Máquina de equilibragem | Um dispositivo que mede o desequilíbrio num rotor (magnitude e posição angular) para que a distribuição de massa possa ser corrigida. | Em oficina (estacionário) ou em campo (portátil como Balanset-1A). |
| Máquina Máquina de apoio macio | A suspensão é muito flexível. O rotor gira acima da frequência natural da suspensão. Mede o deslocamento físico. Deve ser calibrado para cada geometria de rotor. | Menos comum hoje em dia. Custo mais baixo, mas o operador precisa recalibrar para cada rotor. Sensor de deslocamento. |
| Máquina Máquina de apoio rígido | A suspensão é muito rígida. O rotor gira abaixo da frequência natural da suspensão. Os sensores medem a força centrífuga diretamente. Calibração permanente — aceita uma ampla gama de rotores sem necessidade de configuração específica. | Tipo dominante Na indústria moderna. Mais versátil, configuração mais rápida. Sensor de força. |
| Máquina Equilibrador de campo | Instrumento portátil utilizado para equilibrar rotores in situ (instalado na máquina) sem desmontagem. Utiliza sensores de vibração e um tacómetro. Método de peso de ensaio. | Balanset-1A (2 canais) e Balanset-4 (4 canais). Calculadora de tolerância ISO 1940 integrada. |
| Máquina Mandril (Arbor) | Eixo ou adaptador no qual um rotor é montado para equilibragem numa máquina. Deve ser precisamente concêntrico e ter excentricidade desprezável. | A excentricidade do mandril é uma das principais fontes de erro sistemático de equilibragem. Verificado por teste de índice. |
| Termo | Definição | Fórmula / Padrão |
|---|---|---|
| Qualidade Grau de qualidade de equilíbrio (G) | Uma classificação que especifica a velocidade máxima permitida do centro de massa do rotor. G = eper × ω. As notas formam uma escala logarítmica com fator 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definido em ISO 1940-1 |
| Qualidade Desequilíbrio Residual Admissível (Uper) | Desequilíbrio residual máximo permitido para a classe G especificada, massa do rotor e velocidade de serviço. Critério de aceitação. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Qualidade Tolerância de equilíbrio | A faixa dentro da qual o desequilíbrio residual deve situar-se para satisfazer o requisito de qualidade especificado. Igual a Uper. | Especificado por plano de correção após a alocação. |
| Qualidade Taxa de redução de desequilíbrio (URR) | Relação entre o desequilíbrio inicial e o desequilíbrio residual após um ciclo de correção. Indica a eficiência da máquina/procedimento de equilibragem. | URR = Uinicial / Uresidual Típico: 5–50× |
| Medição Ângulo de fase | A posição angular do vetor de desequilíbrio em relação a uma marca de referência no rotor (medida por tacómetro). Combinada com a amplitude, define o vetor de desequilíbrio completo. | ° (graus, 0–360) |
| Medição Velocidade de vibração (RMS) | Valor RMS (raiz quadrada média) da velocidade de vibração numa caixa de chumaceira. O parâmetro de medição padrão para avaliação da condição da máquina por ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Medição Teste de índice | Procedimento de verificação: rode o rotor num ângulo definido (por exemplo, 180°) em relação aos suportes da máquina e meça novamente. Deteta erros no mandril e na fixação. | Requerido para verificação formal conforme ISO 1940-1 Capítulo 10 |
| Medição Desequilíbrio Residual Mínimo Atingível (Umar) | O menor desequilíbrio residual possível numa determinada máquina de equilibragem para um rotor específico. Determinado pela sensibilidade da máquina, nível de ruído e condições das chumaceiras. | Umar deve ser ≤ Uper para que a máquina seja adequada para a classificação G exigida. |
O que é a norma ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Vibração mecânica — Requisitos de qualidade de equilibragem de rotores rígidos — Parte 2: Erros de equilibragem) foi a norma internacional para identificar, avaliar e ter em conta os erros que surgem ao equilibrar rotores rígidos — desde o desequilíbrio do mandril e do veio de acionamento até ao batimento dos componentes e à dispersão da instrumentação. Foi retirada e substituída pela ISO 21940-14:2012 (Vibração mecânica — Equilibragem de rotores — Parte 14: Procedimentos para avaliação de erros de equilibragem), que estende os mesmos procedimentos a rotores com comportamento flexível. Nota: é frequentemente confundida com o vocabulary — trata-se de uma norma diferente, ISO 21940-2 (anteriormente ISO 1925), cuja terminologia esta página resume abaixo.
Quando um engenheiro na Alemanha especifica "correção de desequilíbrio dinâmico para G 6.3 em dois planos", um técnico no Japão tem de compreender exatamente o que é exigido — a mesma condição do rotor, o mesmo procedimento de equilibragem e o mesmo critério de aceitação. O vocabulário ISO de equilibragem — ISO 21940-2 (anteriormente ISO 1925) — torna isto possível ao fornecer um vocabulário único, acordado internacionalmente, para todo o domínio.
A própria ISO 1940-2, em contraste, não era nem um dicionário nem uma especificação de tolerâncias — tratava de balance errors. Classificava as fontes de erro do processo de equilibragem como systematic (a magnitude e o ângulo podem ser avaliados — por exemplo, desequilíbrio do mandril ou do veio de acionamento, batimento radial e axial, chavetas e rasgos de chaveta, magnetismo residual, remontagem e erros de instrumentação), aleatórias (peças soltas, líquidos aprisionados, deformação térmica, efeito do vento) e scalar (só a magnitude máxima pode ser estimada, o ângulo é indeterminado — por exemplo, folgas de ajuste e tolerâncias de fabrico), e fornecia procedimentos para as avaliar e ter em conta, de modo que o desequilíbrio residual permaneça efetivamente dentro do valor admissível Uper de ISO 1940-1 (agora ISO 21940-11). A sua sucessora, a ISO 21940-14, mantém exatamente este papel dentro da série ISO 21940.
Análise detalhada dos termos
A distinção entre rígido e flexível
Esta é a classificação mais importante na equilibragem. A distinção determina tudo: qual norma se aplica, qual equipamento é necessário, quantos planos são requeridos e a que velocidade a equilibragem deve ser realizada.
Um rotor cujo desbalanceamento pode ser corrigido em quaisquer dois planos arbitrários e, após a correção, o desbalanceamento residual não se altera significativamente em nenhuma velocidade até a velocidade máxima de serviço. Teste prático: se a primeira dobra velocidade crítica está bem acima da velocidade máxima de serviço (normalmente > 1,5× ou mais), o rotor é rígido.
Um rotor que se deforma elasticamente à sua velocidade de serviço, de modo que o seu estado de desequilíbrio se altera. Deve ser equilibrado à velocidade de serviço ou próximo dela em mais de dois planos. Aplica-se a: Turbogeradores de grande porte, compressores de alta velocidade em múltiplos estágios, bobinas longas de máquinas de papel em alta velocidade. Abrangido pela norma ISO 21940-12.
A grande maioria dos rotores industriais — motores elétricos, ventiladores, bombas, volantes, eixos — são rotores rígidos. ISO 1940-1 (o sistema de classificação G) aplica-se diretamente a rotores rígidos.
Os três tipos de desequilíbrio
O vocabulário (ISO 21940-2) define três tipos fundamentais com base na relação geométrica entre o eixo principal de inércia e o eixo de rotação. Compreendê-los é essencial para selecionar o procedimento de equilibragem correto:
- Desequilíbrio estático produz um força — ambos os mancais vibram em fase a 1× RPM. O rotor pode ser detectado como desbalanceado mesmo sem rotação (a gravidade o revela nas arestas de corte). Um plano de correção é suficiente. Típico para rotores estreitos em forma de disco (L/D < 0,5): polias estreitas, impulsores de ventiladores, volantes finos.
- Desequilíbrio de binário produz um momento — Os rolamentos vibram com uma defasagem de 180° a 1× RPM. A força resultante é zero (o centro de massa está no eixo), mas dois pontos pesados iguais e opostos em diferentes posições axiais criam um binário de oscilação. Detectável apenas durante a rotação. Requer dois planos de correção.
- Desequilíbrio dinâmico = estática + momento combinados. O caso geral para todos os rotores reais que não são perfeitamente simétricos. Tanto a força quanto o momento estão presentes. Os mancais vibram a 1× sem relação de fase nem defasagem exata de 180°. Requer balanceamento em dois planos.
Desequilíbrio específico e a ligação ao grau G
Desequilíbrio específico (e = U/M) é a métrica fundamental que permite a comparação universal da qualidade da equilibragem. Um rotor de 5 kg com desequilíbrio de 50 g·mm tem e = 10 µm. Um rotor de 500 kg com desequilíbrio de 5 000 g·mm também tem e = 10 µm — qualidade de equilibragem idêntica apesar da diferença de massa de 100 vezes.
Grau G amplia isto incorporando a velocidade: G = e × ω, resultando num único número (mm/s) que caracteriza a qualidade da equilibragem independentemente da massa e da velocidade. Este é o fundamento do ISO 1940-1 sistema de tolerância.
Planos de correção versus planos de tolerância
O vocabulário estabelece uma distinção crítica que é muitas vezes ignorada na prática:
- Planos de tolerância = os planos de apoio onde a vibração e as cargas dinâmicas são mais críticas. Desequilíbrio admissível Uper está especificado aqui.
- Planos de correção = locais fisicamente acessíveis onde os pesos podem ser colocados (cubo do ventilador, anéis de extremidade do motor, ressaltos do eixo). Frequentemente em posições axiais diferentes das dos rolamentos.
Convertendo Uper A conversão de planos de tolerância para planos de correção exige conhecimento da geometria do rotor. Para rotores assimétricos ou com balanço excessivo, essa conversão pode alterar significativamente as tolerâncias por plano. Balanset-1A Essa conversão é feita automaticamente quando as dimensões do rotor são inseridas.
Tipos de máquinas de equilibragem
Os dois tipos fundamentais de máquinas refletem diferentes princípios de medição física:
- Rolamento macio: Frequência natural da suspensão bem abaixo da velocidade de operação → medidas da máquina deslocamento. Requer calibração para cada novo rotor. Historicamente significativo; seu uso está em declínio.
- Rolamento duro: Frequência natural da suspensão bem acima da velocidade de operação → medidas da máquina força. Calibrado permanentemente — aceita rotores diferentes sem necessidade de calibração individual. O tipo moderno dominante.
Instrumentos de balanceamento de campo como o Balanset-1A Utilizam um princípio diferente: não são uma "máquina" no sentido da norma ISO, mas usam os próprios rolamentos e suportes do rotor como sistema de medição, empregando o método do peso de teste (coeficiente de influência) para determinar a correção sem a necessidade de uma máquina de balanceamento dedicada.
Referência cruzada: onde cada termo é usado
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Utiliza todos os termos de tolerância e qualidade — grau G, Uper, tolerância de equilíbrio, desequilíbrio residual. O principal consumidor deste vocabulário.
ISO 14694: Utiliza termos de rotor (rígido), termos de desequilíbrio e complementa com categorias BV de aplicação específicas para ventiladores, classes de equilibragem e tabelas de limites de vibração.
ISO 10816 / ISO 20816: Utiliza termos de medição — velocidade de vibração, RMS, pontos de medição da caixa de rolamentos.
ISO 21940-12: Amplia a definição flexível do rotor com procedimentos de múltiplas velocidades e múltiplos planos.
API 610 / API 617: As normas para o setor petrolífero fazem referência às classes G da norma ISO 1940 e à terminologia de desequilíbrio para especificações de bombas e compressores.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Transição
A ISO 21940-14:2012 cancelou formalmente e substituiu a ISO 1940-2:1997, da qual constitui uma revisão técnica — sendo a principal alteração a extensão da sua aplicabilidade a rotores com comportamento flexível. O vocabulário de equilibragem seguiu um caminho separado: a ISO 1925 foi revista como ISO 21940-2. A numeração ISO 21940 reflete a integração na abrangente série ISO 21940, que cobre todos os aspetos da equilibragem de rotores. As designações antigas ainda surgem amplamente na literatura industrial.
Padrão oficial: ISO 21940-14:2012 (substitui a ISO 1940-2) na ISO Store →
Perguntas frequentes — ISO 1940-2
Erros de equilibragem, a transição ISO 21940 e terminologia de equilibragem
▸ O que é a norma ISO 1940-2?
▸ Qual a diferença entre desequilíbrio estático e desequilíbrio dinâmico?
▸ Qual a diferença entre um rotor rígido e um rotor flexível?
▸ O que é desequilíbrio residual?
▸ Qual a diferença entre plano de correção e plano de tolerância?
▸ Máquina de equilibragem com chumaceiras macias versus máquina de equilibragem com chumaceiras rígidas?
▸ O que é desequilíbrio específico (excentricidade)?
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