ISO 20816-8 Limites de vibração para compressores alternativos

O que é a norma ISO 20816-8 e por que ela é importante para compressores alternativos?

A norma ISO 20816-8 é o padrão internacional que define os critérios de avaliação da severidade da vibração especificamente para compressores alternativos, incluindo os tipos para gases de processo, ar e refrigeração. Ela estabelece quatro zonas de vibração (A, B, C, D) com base na velocidade medida em mm/s RMS, auxiliando os engenheiros a determinar se um compressor opera dentro dos limites aceitáveis ou se requer alguma ação corretiva.

Os compressores alternativos são fundamentalmente diferentes das máquinas rotativas, como os compressores centrífugos ou axiais. O mecanismo de pistão-manivela e as forças pulsantes do gás inerentes aos projetos alternativos produzem níveis de vibração significativamente mais altos durante a operação normal. É por isso que a ISO 20816-8 existe como uma parte separada da família ISO 20816 — aplicar limites de normas para máquinas rotativas (como a ISO 20816-3) a compressores alternativos produziria avaliações enganosas e excessivamente conservadoras.

O Limites de vibração — Compressores alternativos Esta ferramenta online gratuita, parte deste conjunto de ferramentas de engenharia, implementa a classificação de zonas ISO 20816-8 em uma calculadora baseada em navegador. Os engenheiros podem inserir a velocidade de vibração medida, selecionar o tipo de compressor e o tipo de fundação e receber instantaneamente a zona de vibração aplicável, juntamente com recomendações operacionais — sem necessidade de planilhas ou consultas manuais em tabelas.

Quais são os limites da zona de vibração da norma ISO 20816-8 para fundações rígidas?

Para compressores alternativos montados em fundações rígidas de concreto ou blocos de aço, acoplados diretamente à estrutura do edifício, a norma ISO 20816-8 define três zonas de vibração: A/B a 7,1 mm/s RMS, B/C a 14,0 mm/s RMS e C/D a 28,0 mm/s RMS. A Zona A representa o equipamento recém-comissionado ou em excelente estado de conservação, enquanto a Zona D indica vibração suficientemente severa para causar danos.

Limite da zona	Limite de velocidade (mm/s RMS)	Interpretação Operacional
A/B	7.1	Transição de recém-comissionado (excelente) para aceitável para operação a longo prazo.
B/C	14.0	Transição de operação aceitável para operação restrita — recomenda-se investigação.
CD	28.0	Transição de restrito para perigoso — risco de danos se a operação continuar.

Fundações rígidas são o método de instalação mais comum para grandes compressores de gás de processo em refinarias e plantas químicas. A massa e a rigidez da fundação restringem o movimento da estrutura, razão pela qual os limites das zonas são mais baixos em comparação com instalações flexíveis (com isolamento por molas). Uma leitura de 12 mm/s RMS em um compressor de gás de processo com fundação rígida, por exemplo, está dentro da Zona B — aceitável para operação irrestrita a longo prazo.

Quais são os limites da zona de vibração da norma ISO 20816-8 para fundações flexíveis (com isolamento por molas)?

Para compressores alternativos montados em fundações com isolamento por molas ou flexíveis, a norma ISO 20816-8 permite limites de vibração mais elevados: A/B em 9,0 mm/s RMS, B/C em 18,0 mm/s RMS e C/D em 36,0 mm/s RMS. O aumento dessas tolerâncias reflete o fato de que o isolamento por molas permite maior movimento da estrutura, reduzindo a vibração transmitida à estrutura circundante.

Limite da zona	Fundação rígida (mm/s RMS)	Fundação flexível (mm/s RMS)	Fator de aumento
A/B	7.1	9.0	×1,27
B/C	14.0	18.0	×1,29
CD	28.0	36.0	×1,29

Instalações com isolamento por molas são comuns para compressores de ar e compressores de refrigeração em edifícios onde a vibração transmitida à estrutura deve ser minimizada. A fundação flexível permite que a estrutura do compressor se mova mais livremente em baixas frequências, absorvendo as forças de inércia em vez de transmiti-las. Os engenheiros devem identificar corretamente o tipo de fundação antes de utilizá-la. Limites de vibração — Compressores alternativos Ferramenta; selecionar o tipo de fundação errado pode alterar a classificação da zona em uma zona inteira e levar a decisões de manutenção incorretas.

Como se comparam os limites de vibração de compressores alternativos com os limites de máquinas rotativas?

Os compressores alternativos apresentam níveis de vibração aceitáveis significativamente mais elevados do que as máquinas rotativas. O limite superior da Zona A para compressores alternativos em fundações rígidas é de 7,1 mm/s RMS — aproximadamente 2,5 vezes o limite típico da Zona A de 2,8 mm/s RMS para máquinas rotativas, segundo a norma ISO 20816-3. Essa diferença existe porque o mecanismo alternativo gera inerentemente uma vibração mais elevada, considerada normal em termos de operação.

Parâmetro	Compressores alternativos (ISO 20816-8, rígidos)	Máquinas Rotativas (ISO 20816-3, Grupo 2)	Razão
Limite entre as zonas A e B	7,1 mm/s RMS	2,8 mm/s RMS	2,5×
Limite entre as zonas B e C	14,0 mm/s RMS	7,1 mm/s RMS	2,0×
Limite entre as zonas C e D	28,0 mm/s RMS	18,0 mm/s RMS	1,6×
Fonte primária de vibração	Forças de inércia do pistão-virabrequim, pulsação do gás	Desequilíbrio do rotor, desalinhamento	—
Conteúdo de frequência dominante	1×, 2× e ordens superiores de velocidade de corrida	Principalmente 1× velocidade de corrida	—

Essa comparação destaca um princípio fundamental da engenharia: os limites de vibração são específicos para cada tipo de máquina. Aplicar limites de máquinas rotativas a um compressor alternativo faria com que quase todas as unidades fossem sinalizadas por vibração excessiva, levando a paradas desnecessárias e desperdício de recursos de manutenção. Por outro lado, aplicar limites de máquinas alternativas a um compressor centrífugo poderia permitir que vibrações realmente perigosas passassem despercebidas. Limites de vibração — Compressores alternativos A ferramenta garante que o padrão correto seja aplicado automaticamente com base na seleção da máquina feita pelo usuário.

O que significam as quatro zonas de vibração (A, B, C, D) na norma ISO 20816-8?

As quatro zonas da norma ISO 20816-8 classificam a severidade da vibração em categorias acionáveis: a Zona A representa condições excelentes, típicas de máquinas recém-comissionadas; a Zona B indica operação aceitável a longo prazo; a Zona C significa que a vibração atingiu níveis que exigem investigação e restrição de operação; e a Zona D sinaliza risco iminente de danos, exigindo ação imediata.

1. Zona A — Níveis de vibração típicos de compressores alternativos recém-comissionados ou recentemente revisados. Nenhuma ação necessária. Este é o valor de referência para os testes de aceitação.
2. Zona B — Níveis de vibração aceitáveis para operação irrestrita a longo prazo. A maioria dos compressores em serviço rotineiro opera dentro dessa faixa. O monitoramento deve continuar em intervalos normais.
3. Zona C — Níveis de vibração inaceitáveis para operação contínua. O compressor pode operar por um período limitado enquanto se planeja a ação corretiva, mas a investigação da causa raiz deve começar imediatamente. Causas comuns incluem guias da cruzeta desgastadas, parafusos de fundação soltos ou ressonância de pulsação de gás.
4. Zona D — Níveis de vibração suficientemente severos para causar danos rápidos ao compressor, tubulação ou fundação. Recomenda-se o desligamento imediato ou a redução da carga. A operação contínua na Zona D acarreta risco de falha catastrófica dos rolamentos, virabrequim ou componentes pressurizados.

O sistema de zonas fornece uma estrutura de comunicação universal entre as equipes de operações, manutenção e engenharia de confiabilidade. Em vez de debaterem se um determinado valor de vibração é "alto" ou "baixo", as equipes podem consultar a classificação de zonas da norma ISO 20816-8 para tomar decisões consistentes em diferentes tipos de compressores e instalações.

Quais tipos de compressores a norma ISO 20816-8 abrange?

A norma ISO 20816-8 abrange todas as principais categorias de compressores alternativos: compressores de gases de processo usados em refinarias e plantas químicas, compressores de ar industriais para utilidades de plantas e compressores de refrigeração usados em sistemas de climatização (HVAC) e refrigeração industrial. A mesma estrutura de limites de zona se aplica aos três tipos, diferenciando-se apenas pelo tipo de fundação (rígida ou flexível).

• Compressores de gás de processo — Normalmente, são máquinas grandes, de múltiplos estágios e baixa velocidade (300–600 RPM) que manipulam hidrogênio, gás natural, etileno e outros gases de processo. Geralmente são montadas sobre fundações rígidas de concreto armado. Essas máquinas representam a aplicação de maior risco devido ao manuseio de gases inflamáveis ou tóxicos.
• Compressores de ar — Compressores de ar alternativos de médio a grande porte (normalmente de 500 a 1800 RPM) usados para o fornecimento de ar em instalações industriais. Geralmente são montados em fundações rígidas ou flexíveis, dependendo dos requisitos de instalação. Problemas de vibração em compressores de ar frequentemente decorrem da degradação de válvulas ou de mau funcionamento do descarregador.
• Compressores de refrigeração — Compressores alternativos de acionamento aberto ou semi-herméticos usados em sistemas de refrigeração de amônia, chillers industriais e instalações de armazenamento refrigerado. Estes podem operar em velocidades mais altas (900–1750 RPM) e são frequentemente isolados por molas para minimizar a transmissão de ruído e vibração para os espaços ocupados.

O Limites de vibração — Compressores alternativos A ferramenta é compatível com os três tipos de compressores, com valores predefinidos rápidos adequados. Por exemplo, a ferramenta inclui predefinições de 12 mm/s para um compressor de processo em uma base rígida (Zona B), 20 mm/s para um compressor de ar (Zona C em base rígida, Zona C em base flexível) e 8 mm/s para um compressor de refrigeração (Zona B em base rígida, Zona A em base flexível).

Por que a vibração em tubulações induzida por pulsação não é abordada pela norma ISO 20816-8?

A norma ISO 20816-8 aborda apenas a vibração da estrutura e da caixa de rolamentos do próprio compressor. A vibração da tubulação induzida por pulsação — frequentemente a preocupação mais crítica em relação à vibração em instalações de compressores alternativos — deve ser avaliada separadamente, utilizando normas como as Diretrizes do Energy Institute para a Prevenção de Falhas por Fadiga Induzidas por Vibração em Tubulações de Processo ou os requisitos do estudo de pulsação da API 618.

Os compressores alternativos geram pulsações de pressão de gás em múltiplos da velocidade de operação e do número de cilindros. Essas pulsações se propagam pelo sistema de tubulação conectado e podem excitar as frequências naturais mecânicas dos trechos de tubulação, conexões de pequeno diâmetro e tubos de instrumentação. De acordo com uma pesquisa do Energy Institute de 2019, a fadiga por vibração em tubulações é responsável por aproximadamente 201 TP3T de todos os vazamentos de hidrocarbonetos na indústria de petróleo e gás upstream, tornando-se uma das principais causas de incidentes de perda de contenção.

A distinção é importante: um compressor pode apresentar vibração da estrutura perfeitamente aceitável (Zona A ou B, conforme a norma ISO 20816-8), enquanto simultaneamente apresenta vibração na tubulação suficientemente severa para causar falha por fadiga em poucas semanas. Engenheiros que realizam avaliações de vibração em instalações de compressores alternativos devem sempre avaliar tanto a vibração da estrutura do compressor, de acordo com a norma ISO 20816-8, quanto a vibração da tubulação associada, de acordo com as normas aplicáveis.

Como usar a ferramenta gratuita online de avaliação de vibrações ISO 20816-8?

O Limites de vibração — Compressores alternativos A ferramenta online gratuita requer três informações: tipo de compressor (gás de processo, ar ou refrigeração), tipo de fundação (rígida ou flexível) e a velocidade de vibração medida em mm/s RMS. A ferramenta retorna instantaneamente a zona de vibração aplicável, os valores limite da zona e uma recomendação operacional com base nos critérios da norma ISO 20816-8.

1. Selecione o tipo de compressor — Selecione entre Compressor de Gás de Processo, Compressor de Ar ou Compressor de Refrigeração. Embora os limites das zonas sejam atualmente os mesmos para os três tipos, essa seleção permite o contexto apropriado para o texto da recomendação e dá suporte a futuras revisões da norma que possam diferenciar por tipo de compressor.
2. Selecione o tipo de fundação — Selecione Fundação Rígida ou Flexível (com Isolamento por Mola). Essa seleção determina qual conjunto de limites de zona se aplica. Em caso de dúvida, inspecione a montagem do compressor: fundações rígidas têm a estrutura parafusada diretamente no concreto ou aço; fundações flexíveis possuem elementos de isolamento de mola ou borracha visíveis entre a estrutura e o suporte.
3. Insira a velocidade medida — Insira a velocidade de vibração total em mm/s RMS, medida na estrutura do compressor ou na caixa de rolamentos. As medições devem ser feitas na direção da vibração máxima, normalmente na horizontal, perpendicular ao eixo do virabrequim.
4. Resultados da revisão — A ferramenta exibe um indicador de zona com código de cores (A = verde, B = amarelo, C = laranja, D = vermelho), o valor medido em relação aos limites da zona e uma recomendação operacional específica.

Estão disponíveis configurações predefinidas rápidas para cenários comuns: um compressor de processo em uma base rígida a 12 mm/s, um compressor de ar a 20 mm/s e um compressor de refrigeração a 8 mm/s. Essas configurações predefinidas permitem que os engenheiros explorem rapidamente a funcionalidade da ferramenta e compreendam como funcionam as classificações de zona antes de inserir seus próprios dados de medição.

Quais práticas de medição são recomendadas para avaliações da ISO 20816-8?

As avaliações da norma ISO 20816-8 exigem medições da velocidade de vibração em mm/s RMS, realizadas na estrutura do compressor ou nos alojamentos dos mancais principais. As medições devem ser feitas em condições de operação em regime permanente nos três eixos (horizontal, vertical e axial), sendo utilizado o valor mais alto para a classificação das zonas. Recomenda-se a realização de medições de banda larga, abrangendo pelo menos a faixa de 10 a 1000 Hz.

• Parâmetro de medição: Velocidade, mm/s RMS (raiz quadrada média). Não utilize valores de pico ou pico a pico — estes superestimarão a gravidade em 40–100%, dependendo das características da forma de onda.
• Locais de medição: As caixas dos mancais principais, as caixas das guias da cruzeta e as superfícies da estrutura próximas ao eixo do virabrequim devem ser medidas com cuidado. Evite medir em tampas finas, tampas de válvulas ou tubulações — esses locais apresentam amplificação de ressonância local que não representa a vibração da estrutura.
• Faixa de frequência: Medição de banda larga abrangendo pelo menos 2 Hz a 1000 Hz. Compressores alternativos geram energia significativa em baixas frequências (1× e 2× a velocidade de operação), portanto, instrumentos com resposta adequada em baixas frequências são essenciais. Acelerômetros padrão com filtros passa-alta configurados acima de 10 Hz podem não captar informações críticas de baixa frequência.
• Condições de operação: As medições devem ser feitas com carga operacional normal e constante. A vibração durante a partida, parada ou operação sem carga não é representativa e não deve ser usada para classificação de zonas.
• Número de leituras: Faça pelo menos três medições consecutivas em cada ponto para verificar a repetibilidade. A vibração do compressor alternativo pode variar com a carga de gás, a condição da válvula e o estado térmico.

Como a ISO 20816-8 se encaixa na família de normas ISO 20816?

A ISO 20816-8 é uma das várias partes específicas para máquinas dentro da família de normas ISO 20816 para avaliação de vibrações. Cada parte aborda uma categoria diferente de máquina com limites de zona calibrados de acordo com as características de vibração daquele tipo específico de equipamento. Essa família substituiu e consolidou as antigas séries ISO 10816 e ISO 7919.

Peça padrão	Tipo de máquina	Principal diferença em relação à ISO 20816-8
ISO 20816-1	Diretrizes gerais	Padrão de estrutura; não fornece limites de zona específicos.
ISO 20816-3	Máquinas industriais (bombas, motores, ventiladores, compressores > 15 kW)	Somente para máquinas rotativas; limites de vibração significativamente menores.
ISO 20816-5	Turbinas hidráulicas e bombas-turbinas	Abrange vibrações tanto do eixo quanto da estrutura de geradores hidrelétricos.
ISO 20816-8	Compressores alternativos	Os limites da zona mais alta refletem as forças do mecanismo de movimento alternativo.
ISO 20816-9	Unidades de engrenagem	Leva em consideração as frequências de engrenamento e as forças de contato dos dentes.
ISO 20816-21	Turbinas eólicas	Aborda a vibração da nacela e da torre sob cargas de vento variáveis.

Compreender onde a ISO 20816-8 se encaixa nessa família ajuda os engenheiros a evitar um erro comum: usar a parte errada da norma para sua máquina específica. Um engenheiro de confiabilidade que trabalha em uma refinaria, por exemplo, pode precisar da ISO 20816-3 para bombas e motores centrífugos, da ISO 20816-8 para compressores alternativos e da ISO 20816-9 para caixas de engrenagens — tudo dentro da mesma planta.

Perguntas frequentes

Qual o nível de vibração aceitável para um compressor alternativo?

Para compressores alternativos em fundações rígidas, uma velocidade de vibração de até 7,1 mm/s RMS é considerada excelente (Zona A), e até 14,0 mm/s RMS é aceitável para operação irrestrita de longo prazo (Zona B), de acordo com a norma ISO 20816-8. Para fundações flexíveis (com isolamento por molas), esses limites aumentam para 9,0 e 18,0 mm/s RMS, respectivamente.

Posso usar os limites da norma ISO 20816-3 para um compressor alternativo?

A norma ISO 20816-3 aplica-se exclusivamente a máquinas rotativas. Os compressores alternativos geram vibrações inerentemente mais elevadas devido ao mecanismo de pistão-manivela, e os seus níveis aceitáveis são aproximadamente 2 a 2,5 vezes superiores aos limites das máquinas rotativas. Utilize sempre a norma ISO 20816-8 para compressores alternativos, a fim de evitar alarmes falsos e paragens desnecessárias.

Qual a diferença entre os limites de fundações rígidas e flexíveis na norma ISO 20816-8?

Os limites das fundações flexíveis (com isolamento por mola) são aproximadamente 27–29% superiores aos limites das fundações rígidas em todas as zonas de transição. Por exemplo, o limite A/B é de 7,1 mm/s para fundações rígidas, contra 9,0 mm/s para fundações flexíveis. Isso se deve ao movimento adicional da estrutura permitido pelo sistema de isolamento, que reduz a vibração transmitida, porém com um deslocamento maior da máquina.

A norma ISO 20816-8 abrange a vibração de tubulações em compressores alternativos?

A norma ISO 20816-8 abrange apenas a vibração da estrutura do compressor e da caixa de mancais. A vibração da tubulação induzida por pulsação — frequentemente a preocupação mais crítica — deve ser avaliada separadamente usando normas como as diretrizes do Energy Institute ou realizando um estudo de pulsação e resposta mecânica conforme a API 618 durante a fase de projeto.

Devo medir a vibração em termos de deslocamento, velocidade ou aceleração para a norma ISO 20816-8?

Os limites das zonas ISO 20816-8 são definidos em velocidade, especificamente em mm/s RMS. Utilize medições de velocidade de banda larga que cubram pelo menos 2–1000 Hz. Se o seu instrumento medir aceleração, certifique-se de que ele possua integração de software para conversão em velocidade com resposta adequada em baixas frequências, visto que compressores alternativos produzem energia significativa em velocidades de 1× e 2× a velocidade de operação (frequentemente abaixo de 20 Hz).

Com que frequência a vibração deve ser medida em compressores alternativos?

Embora a norma ISO 20816-8 não prescreva um intervalo de monitoramento específico, as melhores práticas da indústria recomendam medições mensais baseadas em rotas para compressores não críticos e monitoramento contínuo online para compressores de gás de processo críticos. As máquinas que operam na Zona C devem ser monitoradas com maior frequência (semanal ou continuamente) até que a ação corretiva seja concluída.

Quais são as causas comuns de vibração elevada em compressores alternativos?

As causas comuns incluem gaxetas da cruzeta ou da haste do pistão desgastadas, parafusos de fundação soltos, cilindros opostos desbalanceados, válvulas do compressor deterioradas ou com vazamento, ressonância de pulsação de gás no sistema de tubulação, desalinhamento entre o compressor e o motor e desgaste do virabrequim ou dos mancais. O conteúdo específico de frequência de vibração (análise espectral) ajuda a distinguir entre essas causas principais.

O instrumento para medir os limites de vibração em compressores alternativos dispensa o uso de ferramentas?

Sim. A ferramenta Limites de Vibração — Compressores Alternativos é uma calculadora de engenharia gratuita baseada em navegador (Ferramenta de Engenharia Gratuita #024) que implementa a classificação de zonas ISO 20816-8. Não requer cadastro, instalação de software ou pagamento. Os engenheiros podem inserir seus valores de vibração medidos e receber instantaneamente a classificação de zona com recomendações operacionais.