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Compensação de crescimento térmico para alinhamento de eixos
Calcule o crescimento vertical da linha central devido à dilatação térmica para as máquinas motrizes e movidas. Determine o alvo de pré-compensação em frio para alcançar o alinhamento na temperatura de operação.
Resultados
Fórmula do crescimento térmico
Quando uma máquina esquenta, sua estrutura se expande verticalmente, elevando a linha central do eixo:
- H — altura do pé à linha central (mm)
- α — coeficiente de dilatação térmica (×10⁻⁶ /°C)
- Top — temperatura de operação (°C)
- Tamb — temperatura ambiente (°C)
Valores de CTE dos materiais
| Material | α (×10⁻⁶ /°C) |
|---|---|
| Aço Carbono | 12.0 |
| Ferro Fundido | 10.5 |
| Aço inoxidável (304/316) | 16.0 |
| Alumínio | 23.0 |
Temperaturas típicas de operação
| Tipo de Máquina | Temp. típica da carcaça (°C) |
|---|---|
| Motor Elétrico | 60 – 90 |
| Bomba centrífuga (água fria) | 40 – 70 |
| Turbina a vapor | 80 – 200 |
| Caixa de Engrenagens | 50 – 80 |
| Compressor | 60 – 120 |
Exemplo Prático
Dados: Ambiente = 20°C
Motor: H = 200 mm, Aço (α = 12×10⁻⁶), Top = 80°C
Bomba: H = 250 mm, Aço (α = 12×10⁻⁶), Top = 60°C
ΔHmotor = 200 × 12×10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 mm
ΔHbomba = 250 × 12×10⁻⁶ × (60 − 20) = 0,120 mm
Diferença = 0,144 − 0,120 = 0,024 mm
O motor dilata mais → posicione o motor 0,024 mm MAIS BAIXO durante o alinhamento a frio.
💡 Dica: A máquina que dilata mais deve ser posicionada MAIS BAIXA no alinhamento a frio. Quando ambas aquecem, a dilatação diferencial as traz para o alinhamento.
⚠️ Nota: Este cálculo assume dilatação térmica uniforme da estrutura da máquina. Na prática, gradientes térmicos, tensões da tubulação e efeitos da fundação podem causar movimentos adicionais. Sempre verifique com uma verificação de alinhamento a quente quando possível.
O crescimento térmico (dilatação térmica vertical) é a expansão vertical da altura da linha de centro do veio de uma máquina à medida que esta aquece desde a temperatura ambiente até à temperatura de serviço. Todos os materiais dilatam quando aquecidos e, nas máquinas rotativas, isto significa que a linha de centro do veio sobe.
O crescimento é calculado como: ΔH = H × α × (Top − Tamb), onde H é a altura da base dos pés até à linha de centro, α é o coeficiente de dilatação térmica e as temperaturas estão em °C.
As máquinas são alinhadas a frio (paradas), mas operam a quente. Se a máquina acionadora e a máquina acionada dilatarem em quantidades diferentes na vertical, um alinhamento perfeito a frio resultará num desalinhamento à temperatura de serviço.
Ao compensar intencionalmente o alinhamento a frio pelo crescimento diferencial esperado, as máquinas ficam corretamente alinhadas quando atingem a temperatura de serviço. A máquina que dilata mais é posicionada mais baixa durante o alinhamento a frio.
As temperaturas de serviço podem ser medidas com o equipamento em funcionamento utilizando:
- Termómetro de infravermelhos — medição rápida sem contacto nos pés da máquina ou nas caixas de chumaceiras
- Sondas de termopar de contacto — temperatura superficial mais precisa
- RTDs/termopares — sensores instalados permanentemente
Meça nos pés ou na base da máquina, e não no topo da carcaça, pois isso representa melhor a temperatura que afeta o crescimento vertical. Deixe a máquina atingir o regime térmico estacionário (tipicamente 2–4 horas).
Temperaturas típicas na carcaça/pés para máquinas comuns:
- Motores elétricos: 60–90°C (consoante o tamanho da carcaça e a carga)
- Bombas centrífugas: 40–70°C (água fria), até 200°C+ (processo a quente)
- Turbinas a vapor: 80–200°C
- Caixas de engrenagens (redutores): 50–80°C
- Compressores: 60–120°C
Estes são valores aproximados. Meça sempre no equipamento real quando possível.
Uma verificação de alinhamento a quente é efetuada imediatamente após a paragem do equipamento que esteve a funcionar à temperatura normal de serviço. O alinhamento é medido antes que ocorra um arrefecimento significativo (tipicamente nos primeiros 15–30 minutos após a paragem).
Esta verificação confirma se:
- As previsões calculadas de crescimento térmico foram precisas
- A pré-compensação a frio estava correta
- Outros fatores (esforços de tubagem, movimento da fundação) estão a afetar o alinhamento
Uma verificação a quente é a referência de excelência para validar o alinhamento e deve ser realizada sempre que seja viável, especialmente em maquinaria crítica.
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.
Instrumentos profissionais de alinhamento a laser e análise de vibração. Alcance alinhamento de precisão com compensação de dilatação térmica em campo. Utilizado em mais de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko é engenheiro de análise de vibrações e fundador e diretor executivo da Vibromera. Há mais de 15 anos ele balanceia equipamentos rotativos em campo, e não em uma bancada de testes: trituradores, ventiladores industriais, britadores, centrífugas, eixos e fusos. Foi desse trabalho que nasceram os instrumentos Balanset — eles foram concebidos como uma ferramenta que o especialista pode levar até a máquina e usar sozinho, no local, e não como equipamento de laboratório. A Vibromera foi fundada em 2017 e, desde 2023, está sediada no Porto, em Portugal. É aqui que acontecem o desenvolvimento, a montagem e o suporte da linha Balanset. O instrumento principal é o Balanset-1A, um analisador portátil para balanceamento em um e dois planos e para diagnóstico de vibrações. Nikolai participa pessoalmente do suporte ao cliente, da solução de casos difíceis de balanceamento e do desenvolvimento do software. Ele atende clientes no mundo todo, em qualquer idioma.
