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Calculadora de Balanceamento de Rotor de Britador

Calcule o desbalanceamento admissível para rotores de britadores (britadores de impacto, mandíbula e martelo) conforme ISO 21940. Inclui tolerância por elemento, força centrífuga e estimativas de impacto na vida útil do rolamento.

ISO 21940G16 – G40Vida Útil do Rolamento

Resultados

Desbalanceamento Admissível (Total)

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Tolerância por Elemento

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Desbalanceamento Específico (excentricidade)

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Força Centrífuga na Tolerância

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Massa de Correção no Raio Especificado

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Impacto na Vida Útil do Rolamento

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Fórmulas Principais

e_per = G × 1000 / ω [μm]

U_per = e_per × M [g·mm]

F = M × e_per × ω² / 10⁶ [N]

Onde G é o grau de balanceamento (mm/s), ω = 2π×n/60 (rad/s), M é a massa do rotor (kg), e_per é o desbalanceamento específico admissível, U_per é o desbalanceamento residual admissível e F é a força centrífuga resultante.

Seleção do Grau de Balanceamento para Britadores

Tipo de Britador	Grau Típico	RPM Típico
Britador de impacto de eixo horizontal (HSI)	G16 – G40	500–800
Britador de impacto de eixo vertical (VSI)	G6.3 – G16	1000–2000
Moinho de martelos	G16 – G40	1000–1800
Britador de mandíbula (volante)	G16	200–400
Britador de cone	G6.3 – G16	300–600

Tolerância de Massa por Elemento

Ao substituir martelos ou barras de impacto, a variação de massa de cada elemento contribui diretamente para o desbalanceamento do rotor. Cada elemento está posicionado a um raio específico do eixo de rotação. A tolerância de massa por elemento deve ser:

Δm_element ≤ U_per / (r_element × N_elements)

Onde r_element é o raio do CG do elemento e N_elements é o número de elementos.

Impacto na Vida Útil do Rolamento

A força de desbalanceamento atua como uma carga radial rotativa adicional nos rolamentos. A vida útil nominal básica do rolamento (L10) é altamente sensível à carga aplicada:

Rolamentos de esferas: L10 ∝ (C/P)³
Rolamentos de rolos: L10 ∝ (C/P)^(10/3)

Mesmo forças moderadas de desbalanceamento podem reduzir significativamente a vida útil do rolamento quando combinadas com as cargas de processo já elevadas nos britadores.

Procedimento Prático de Balanceamento para Britadores

Passo 1: Pese todos os martelos/barras de impacto individualmente e registre as massas
Passo 2: Organize os elementos por massa e agrupe-os em pares de massa quase igual (o mais pesado com o segundo mais pesado, e assim por diante)
Passo 3: Instale os dois elementos de cada par combinado em posições diametralmente opostas (180°) no rotor, para que as massas em posições opostas se cancelem
Passo 4: Verifique se a diferença total de massa entre as posições opostas está dentro da tolerância por elemento
Passo 5: Após a instalação, ligue o britador e meça a vibração em ambos os rolamentos
Passo 6: Se a vibração exceder os limites, realize balanceamento em campo em plano único

Força Centrífuga e Vida Útil do Rolamento

A força centrífuga decorrente do desbalanceamento adiciona uma carga radial rotativa aos rolamentos. A relação de vida útil L10 do rolamento é:

Rolamentos de esferas: L10 = (C/P)³ × 10⁶ / (60 × n)
Rolamentos de rolos: L10 = (C/P)^(10/3) × 10⁶ / (60 × n)

Onde C é a capacidade de carga dinâmica, P é a carga dinâmica equivalente (incluindo a força de desbalanceamento) e n é a RPM. Mesmo uma pequena força de desbalanceamento pode reduzir significativamente a vida útil quando adicionada às cargas de processo já elevadas nos britadores.

Limites de Vibração para Britadores

Devido à natureza inerentemente impactante dos britadores, os limites de vibração são mais altos do que para máquinas de operação suave:

Bom: < 10 mm/s de velocidade RMS nos mancais
Aceitável: 10–18 mm/s — típico para britadores em operação
Alerta: 18–28 mm/s — investigar, verificar itens de desgaste
Perigo: > 28 mm/s — desligar e inspecionar

Considerações sobre Fundação e Estrutura

As fundações dos britadores devem ser projetadas para absorver forças de impacto. A massa da fundação deve ser de 3 a 5 vezes a massa do britador para um isolamento de vibração adequado. Principais verificações:

Parafusos de ancoragem: Verifique o torque em cada evento de manutenção principal
Suportes de isolamento: Inspecione os isoladores de borracha quanto a deterioração e deflexão correta
Condição do concreto: Verifique a presença de trincas, especialmente ao redor dos bolsões dos parafusos de ancoragem
Integridade do grauteamento: Verifique a ausência de vazios entre a placa de base e a fundação

Tipos de Britadores e Considerações de Balanceamento

Britador de Impacto de Eixo Horizontal (HSI): As barras de impacto são o principal item de desgaste. Substitua-as como um conjunto e pese individualmente. O rotor é tipicamente balanceado para G16.
Britador de Impacto de Eixo Vertical (VSI): Velocidades mais altas exigem balanceamento mais rigoroso (G6.3–G16). A mesa de desgaste e o anel de bigorna afetam o balanceamento indiretamente.
Moinho de Martelos: Múltiplos martelos em pinos de pivô. Martelos reversíveis devem ser girados em pares correspondentes. G16–G40 dependendo da velocidade.
Britador de Mandíbulas: O balanceamento do volante é crítico. O desbalanceamento do eixo excêntrico é inerente ao projeto, mas deve estar dentro da tolerância.
Britador de Cone: O desgaste da manta e da tigela afeta o balanceamento. O balanceamento do conjunto da cabeça é verificado durante reconstruções principais.

Boa prática: Mantenha um registro das massas individuais dos martelos/barras de impacto para cada posição do rotor. Acompanhe a perda de massa ao longo do tempo para prever intervalos ótimos de substituição e manter o balanceamento dentro da tolerância durante todo o ciclo de desgaste.

⚠️ Nota prática: Após a substituição de martelos/barras de impacto, pese sempre os elementos individualmente e organize-os para o desbalanceamento mínimo: elementos de massa quase igual em posições diametralmente opostas (180°) (o mais pesado oposto ao segundo mais pesado), e depois verifique a vibração residual por medição. Mesmo dentro da tolerância G40, a combinação de elementos estende consideravelmente a vida útil dos rolamentos e da estrutura.

Os britadores sofrem forças de impacto maciças durante o funcionamento normal que superam largamente quaisquer forças de desequilíbrio. O benefício prático de atingir G6.3 é mínimo porque as forças induzidas pelo processo são muito elevadas. O grau G16 proporciona um bom equilíbrio entre a proteção da vida útil dos rolamentos e a viabilidade prática, dadas as condições severas de funcionamento e o desgaste.

Reequilibre sempre que os elementos de desgaste (martelos, barras de impacto, revestimentos) forem substituídos, ou quando a vibração a 1× RPM exceder o valor de referência em mais de 50%. Para britadores de impacto com barras de impacto substituíveis, isto significa tipicamente a cada mudança de barras — pese e disponha os elementos para minimizar o desequilíbrio.

Sim, a equilibragem no local num único plano é comummente realizada em rotores de britadores. Monte um sensor de vibração na caixa de chumaceira do lado do acionamento, utilize um sensor de fase (keyphasor) como referência de fase e opere à velocidade normal (sem alimentação de material). O método da massa de ensaio funciona bem. As massas de correção podem ser soldadas nos discos laterais do rotor.

A equilibragem em dois planos (binário) geralmente não é necessária para rotores de britadores porque a sua relação L/D é tipicamente baixa (tipo disco). A equilibragem num único plano é suficiente. Contudo, se observar diferenças de fase significativas entre as chumaceiras, a equilibragem em dois planos pode ajudar.

À medida que os martelos se desgastam, perdem massa de forma desigual. O rotor torna-se progressivamente mais desequilibrado. Monitorize a vibração a 1× e acompanhe a tendência ao longo do tempo. Quando a vibração atingir o nível de alerta ou quando as pontas dos martelos estiverem gastas até ao limite de inversão, está na altura de substituir e reequilibrar.

Os britadores têm uma vibração inerentemente elevada devido ao processo de impacto. Uma velocidade de vibração na caixa de chumaceira abaixo de 10 mm/s RMS é considerada boa. Entre 10–18 mm/s é aceitável para a maioria dos britadores durante o funcionamento normal. Acima de 18 mm/s justifica investigação e acima de 28 mm/s é um nível de perigo que requer paragem.

1) Iguale as massas das barras de impacto dentro da tolerância. 2) Certifique-se de que todas as barras de impacto estão devidamente assentadas sem folgas. 3) Verifique se há desgaste nos discos laterais do rotor. 4) Verifique o estado e as folgas dos rolamentos. 5) Inspecione os chumbadouros da fundação quanto a folgas. 6) Se a vibração a 1× for dominante, realize uma equilibragem no local. 7) Verifique os componentes de transmissão (correias, polias, acoplamento) quanto a desgaste.

A maioria dos britadores utiliza rolamentos autocompensadores de rolos (SRB) devido à sua capacidade de suportar cargas radiais e axiais, bem como o desalinhamento do veio causado pela deflexão do alojamento. Estes têm um expoente de vida L10 de 10/3. A capacidade de carga dinâmica C é tipicamente de 500–2000 kN, dependendo do tamanho do britador.

Equilibre com os martelos na posição em que irão funcionar. Se os martelos forem reversíveis, equilibre na posição inicial de funcionamento. Quando os martelos forem invertidos para utilizar a segunda aresta, verifique novamente o equilíbrio. Algumas operações equilibram à massa de meia-vida para otimizar o desequilíbrio médio ao longo de todo o ciclo de desgaste.

Os rotores dos britadores são pesados e possuem energia armazenada. Principais precauções: 1) Bloqueie e etiquete (LOTO) todas as fontes de energia. 2) Utilize meios de elevação adequados ao manusear barras de impacto/martelos. 3) Para equilibragem no local, certifique-se de que a câmara do britador está vazia e os resguardos estão colocados. 4) Nunca opere um britador acima da velocidade nominal. 5) Mantenha o pessoal afastado da zona de descarga durante os ensaios de medição.

Uma fundação deteriorada amplifica a vibração de todas as fontes, incluindo o desequilíbrio. Verifique a existência de: betão fissurado, chumbadouros soltos, deterioração da argamassa de enchimento (grout) e erosão do solo sob a fundação. A frequência natural da fundação deve estar bem separada de 1× RPM. Recomenda-se uma avaliação da fundação se a vibração aumentar subitamente sem alterações no rotor.

Os procedimentos descritos nesta página foram desenvolvidos e testados em campo pela equipe da Vibromera utilizando o Balanset-1A, um balanceador portátil de dois canais e analisador de vibração para balanceamento de rotores no local.