ISO 10816 e 20816 na prática: os limites de vibração e o que eles significam

Quem monitora vibração em motor, bomba ou ventilador acaba esbarrando na mesma pergunta: quanto de vibração é demais? A resposta que a indústria usa há décadas vem da ISO 10816-3, substituída em 2022 pela ISO 20816-3, que manteve os mesmos valores para vibração medida na carcaça e juntou num documento só a avaliação em partes rotativas e não rotativas.

Este artigo explica o que a norma mede, como ela divide as máquinas, quais são os números e, principalmente, o que um "limite" significa na prática. É leitura para o gerente de manutenção que precisa configurar alarmes e para o técnico que vai justificar uma parada.

O que a norma mede

A norma avalia a velocidade de vibração em RMS, em milímetros por segundo, medida na carcaça do mancal numa faixa de 10 Hz a 1.000 Hz (2 Hz a 1.000 Hz para máquinas abaixo de 600 rpm). É um número único por ponto e por direção, que resume toda a energia de vibração naquela banda. Não é o espectro; é o valor global.

Ela vale para máquinas industriais acima de 15 kW, de 120 a 30.000 rpm: motores elétricos, bombas com rotor em eixo próprio, ventiladores, compressores e turbinas de porte médio. Bombas com o rotor montado direto no eixo do motor têm norma própria, a ISO 10816-7.

A medição é feita nos mancais ou na carcaça que os suporta, em duas direções radiais perpendiculares (vertical e horizontal, nas máquinas horizontais) e, quando há mancal de escora, também na axial. Tampa de ventilador e chapa fina não servem: vibram por conta própria.

Grupos e tipo de base

A norma separa as máquinas por porte e por rigidez da base, porque uma mesma vibração significa coisas diferentes em cada caso.

• Grupo 1: potência acima de 300 kW, ou motor elétrico com altura de eixo de 315 mm ou mais. Normalmente têm mancais de deslizamento.
• Grupo 2: de 15 kW a 300 kW, ou altura de eixo entre 160 e 315 mm. Normalmente têm rolamentos e giram acima de 600 rpm.

A base é considerada rígida quando a primeira frequência natural do conjunto máquina mais fundação, na direção medida, fica pelo menos 25% acima da frequência principal de excitação, que quase sempre é a rotação. Todo o resto é flexível. Motor de médio porte chumbado em base de concreto costuma ser rígido; máquina sobre amortecedores ou estrutura metálica leve costuma ser flexível. A mesma máquina pode ser rígida na vertical e flexível na horizontal, e nesse caso cada direção é avaliada pela sua classe.

As quatro zonas

• Zona A: vibração típica de máquina recém-comissionada.
• Zona B: aceitável para operação contínua, sem restrição de tempo.
• Zona C: insatisfatória para operação contínua. A máquina pode rodar por um período limitado até a oportunidade de intervenção.
• Zona D: severidade suficiente para causar dano à máquina.

Os números (ISO 20816-3:2022, Tabelas A.1 e A.2)

Fronteiras em velocidade RMS, mm/s:

• Grupo 2, base rígida: A/B 1,4 · B/C 2,8 · C/D 4,5
• Grupo 2, base flexível: A/B 2,3 · B/C 4,5 · C/D 7,1
• Grupo 1, base rígida: A/B 2,3 · B/C 4,5 · C/D 7,1
• Grupo 1, base flexível: A/B 3,5 · B/C 7,1 · C/D 11,0

Repare que a fronteira sobe conforme a máquina cresce e a base afrouxa. Um motor de 75 kW em base rígida entra em zona C a partir de 2,8 mm/s; um de 500 kW sobre molas só entra em C a partir de 7,1 mm/s. Aplicar o limite errado gera ou alarme falso todo dia ou silêncio até a quebra.

O que "limite" quer dizer

A própria norma avisa: os valores das zonas não são critério de aceitação. Aceitação de máquina nova é acordo entre fabricante e comprador, e historicamente fica na zona A ou B, sem passar de 1,25 vezes a fronteira A/B.

Para monitoramento, a norma define dois níveis de ação:

• Alarme: aviso de que um valor foi atingido ou de que houve mudança significativa. A recomendação é fixar o alarme na linha de base da máquina mais 25% da fronteira B/C, sem ultrapassar 1,25 vezes essa fronteira. Máquina que sempre vibrou 1,0 mm/s pode ter alarme abaixo de 2,8.
• Desarme (trip): valor acima do qual continuar operando causa dano. Fica na zona C ou D, sem passar de 1,25 vezes a fronteira C/D.

Por que a tendência importa mais que o valor absoluto

A norma tem um segundo critério, e ele é o mais ignorado. O Critério II trata da mudança de vibração em relação a uma referência estabelecida, nas mesmas condições de operação e no mesmo ponto. Quando o aumento ou a queda passa de 25% da fronteira B/C, a mudança é considerada significativa, mesmo que a máquina ainda esteja na zona B, e uma investigação deve ser aberta. Para um motor do Grupo 2 em base rígida, isso é uma variação de 0,7 mm/s.

O motivo é simples: uma máquina que saiu de 1,2 para 2,0 mm/s em três semanas está contando uma história, e a história importa mais que o fato de 2,0 ainda ser "aceitável". Rolamento em desgaste, desalinhamento que se instalou depois de uma troca, base que afrouxou: tudo aparece primeiro como tendência, não como estouro de limite. A norma também lembra que mudanças súbitas pesam mais que as graduais. Com uma leitura por mês, a tendência tem três pontos por trimestre; com leituras contínuas, a inclinação aparece em dias.

Como configuramos na prática

Na nossa plataforma, cada sensor recebe a classe da máquina (grupo e base) e os limiares vêm prontos: entrar na zona C gera alerta, entrar na zona D gera alarme, e só a mudança de nível avisa. O gerente pode trocar os limites por sensor, o que é o caminho certo quando existe linha de base conhecida. A tendência é calculada sobre o histórico e projeta, com confiabilidade declarada, quando a zona D seria alcançada.

O que fazer agora

1. Levante potência, altura de eixo e tipo de base de cada máquina crítica. Sem isso, não há como escolher a tabela.
2. Registre a linha de base de cada ponto com a máquina em condição conhecida e boa. É ela que dá sentido ao Critério II.
3. Configure alarme a partir da linha de base, não só da tabela.
4. Olhe a tendência toda semana. Máquina estável em zona B é tranquilidade; máquina subindo em zona B é assunto.

Se quiser saber o que a sua planta precisa, fale com um engenheiro nosso.

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Fontes: ISO 20816-3:2022, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating and non-rotating parts — Part 3 (Tabelas A.1 e A.2, itens 5.2, 5.3, 6.2, 6.3 e 6.5); ISO 10816-3:2009 (substituída pela anterior); ISO 10816-7:2009 para bombas rotodinâmicas.