ISO 7919-1: Avaliação da vibração de máquinas através de medições em eixos rotativos
ISO 7919-1 — «Vibração mecânica — Avaliação da vibração de máquinas através de medições em eixos rotativos — Parte 1: Orientações gerais» — é a principal norma internacional para a medição e avaliação da vibração em eixo rotativo de uma máquina. É o equivalente direto a ISO 10816 (agora modernizado como o ISO 20816 (série), que trata da vibração medida na carcaça não rotativa. Enquanto a norma relativa à carcaça analisa a estrutura, a ISO 7919 analisa o próprio eixo, utilizando métodos sem contacto sondas de proximidade para medir o movimento do rotor em relação aos seus rolamentos. Essa distinção é particularmente importante em máquinas de grandes dimensões e de importância crítica equipadas com rolamentos de película de fluido — turbinas, compressores e bombas de grande porte —, onde o verdadeiro comportamento dinâmico do rotor faz a diferença entre um funcionamento seguro e um rolamento danificado.
1. Âmbito e princípio de medição
A norma estabelece procedimentos gerais para a medição e avaliação da vibração em eixos rotativos. O seu princípio fundamental é que a grandeza em causa é o movimento vibratório do próprio eixo, normalmente medido relativo à caixa do rolamento fixo. Esta é a principal diferença em relação às medições da carcaça previstas na norma ISO 20816. A vibração do eixo é a medição preferida em máquinas cujo rotor é maciço em comparação com uma carcaça relativamente flexível e que funcionam em película de fluido mancais de deslizamento. Nesses casos, pode ocorrer um grande movimento do eixo dentro da folga do rolamento sem que este seja transmitido para o exterior da caixa — pelo que um acelerómetro instalado na caixa simplesmente não o detetaria. O objetivo é avaliar a gravidade desse movimento dinâmico do eixo e, assim, proteger a máquina contra danos nos rolamentos ou contacto entre o rotor e o estator.
2. Grandezas de medição
A norma especifica quais os parâmetros a medir e a avaliar. A grandeza principal para a avaliação global Intensidade de vibração é Spp, o pico a pico vibratório deslocamento do eixo. Isto representa a deslocação total da linha central do eixo à medida que este se move dentro do rolamento e, uma vez que é expressa em micrómetros, pode ser comparada diretamente com a folga física do rolamento — uma propriedade de utilidade única para a proteção das máquinas.
A norma também atribui importância a outros parâmetros para fins de diagnóstico. Recomenda que o sistema de medição seja capaz de fornecer:
- O órbita do eixo — o percurso traçado pela linha central do eixo, essencial para diagnosticar problemas como redemoinho de óleo ou desalinhamento.
- A média posição da linha central do eixo — uma variação que pode indicar uma alteração na carga ou no alinhamento.
- Valores filtrados — em algumas aplicações, a vibração a 1× velocidade de funcionamento é avaliada separadamente para isolar o desequilíbrio resposta.
3. Instrumentação e montagem
Esta secção fornece orientações práticas sobre o hardware. Descreve um sistema de sonda sem contacto composto por três componentes que são calibrados em conjunto e que são não intercambiáveis:
- A sonda (sensor) - a corrente de Foucault ponta de deteção.
- Um cabo de extensão de um comprimento definido.
- Um controlador (proximitor) que trata o sinal.
As sondas são montadas em pares em cada rolamento, posicionadas a 90° uma da outra numa configuração X-Y. Isto permite ao sistema captar o movimento bidimensional completo da linha central do eixo e reconstruir a órbita. A norma salienta que a qualidade da instalação é fundamental: suportes de montagem rígidos, espaçamento correto entre as sondas e um «percurso da sonda» suave no eixo, isento de interferências mecânicas ou elétricas runout o que, de outra forma, corromperia o sinal. Uma vez que o desvio mecânico e elétrico introduzem um erro que ocorre uma vez por volta e que se faz passar por vibração, a compensação de desvio lento a baixa velocidade é normalmente aplicada antes de se considerar os dados fiáveis.
4. Critérios de avaliação e zonas
A norma oferece duas formas complementares de avaliar a gravidade. A primeira é uma critério absoluto: o S medidopp é comparado com limites predefinidos utilizando um modelo de quatro zonas.
- Zona A (Boa): o nível de vibração esperado em máquinas recém-colocadas em serviço.
- Zona B (Satisfatório): adequado para um funcionamento a longo prazo sem restrições.
- Zona C (Insatisfatório): um possível problema; a máquina deve ser inspecionada para se determinar a causa.
- Zona D (Inaceitável): níveis considerados prejudiciais, que exigem uma intervenção imediata.
O segundo é um critério de variação: um aumento significativo da vibração a partir de um valor de referência conhecido linha de base pode constituir um sinal de alerta precoce de uma avaria em desenvolvimento, mesmo quando o nível absoluto ainda se encontra dentro da zona «Satisfatória». A Parte 1 fornece apenas este quadro geral — os limites numéricos específicos das zonas encontram-se nas partes específicas para cada máquina da série ISO 7919, uma vez que o deslocamento admissível de uma turbina grande e lenta difere muito do de um compressor pequeno e de alta velocidade. Regra geral, os limites são dimensionados em função da velocidade máxima do eixo e, em última análise, da folga disponível no rolamento.
5. Configuração de alarmes: Alerta e Disparo
A secção final transforma os critérios de avaliação num modelo prático proteção de máquinas sistema, recomendando uma estratégia de alarme em duas fases:
- Alerta (alarme) valor de referência: situado logo acima do nível normal e estável de funcionamento da máquina. A sua ultrapassagem alerta o operador de que as condições se alteraram e que é necessário investigar a situação.
- Disparo (desligamento) valor de referência: um limite absoluto definido a partir do qual a continuação do funcionamento provavelmente causaria danos graves. A sua ultrapassagem deve desencadear um desligamento automático para evitar uma falha catastrófica.
A norma recomenda que estes pontos de regulação se baseiem em ambos os limites absolutos das zonas — um «Trip» não deve ser definido acima do limite entre as zonas C e D — e em caso de alteração significativa em relação ao valor de referência; um «Alert» pode ser acionado se a vibração duplicar, mesmo que permaneça na zona B. Esta combinação de lógica absoluta e relativa é exatamente o que um sistema de proteção contínua necessita para detetar tanto desvios acentuados como desvios graduais.
6. Conceitos-chave na prática
- Vibração do eixo vs. vibração da carcaça: No caso de máquinas com rotores maciços e rígidos e carcaças flexíveis, o movimento do eixo é um indicador muito mais direto e fiável do estado dinâmico do que qualquer movimento que chegue ao exterior da carcaça.
- A proteção das máquinas em primeiro lugar: embora os dados também alimentem os sistemas de diagnóstico, a principal função da estrutura ISO 7919 é a proteção em tempo real contra falhas catastróficas.
- O valor do movimento relativo: A medição do eixo em relação ao rolamento permite ao analista avaliar diretamente a quantidade de folga do rolamento que está a ser utilizada e identificar problemas como o redemoinho de óleo ou o excesso de pré-carga.
Enquanto esta norma se aplica a máquinas críticas equipadas com instrumentos fixos, os instrumentos portáteis desempenham a função complementar de diagnóstico no terreno e correção no local. Um analisador de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude 1× e fase nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de funcionamento, para que um engenheiro possa confirmar se um desequilíbrio sinalizado por uma tendência de vibração do eixo é realmente um desequilíbrio — e, em seguida, equilibrar o rotor e verificar o resultado sem interferir no sistema de sondas de proximidade instalado.
7. A norma e a sua família
A norma ISO 7919-1 é o documento-quadro de «orientações gerais»; as partes numeradas que se lhe seguem (abrangendo classes específicas de máquinas, tais como turbinas a vapor, turbinas a gás e máquinas industriais acopladas) fornecem os limites numéricos efetivos. Lida em conjunto com a série ISO 20816, baseada na estrutura da máquina, completa o panorama duplo da vibração das máquinas — o movimento do eixo, por um lado, e a resposta estrutural, por outro — que qualquer programa de monitorização rigoroso sobre máquinas críticas em que se baseia. O texto completo e juridicamente vinculativo é publicado pela Organização Internacional de Normalização e deve ser adquirido através do catálogo oficial da ISO; este artigo resume a sua estrutura e intenção, para que os conceitos possam ser aplicados sem que seja necessário consultar o documento.
