Ferramenta de Engenharia Gratuita #023
Limites de Vibração — Turbinas Hidráulicas & Unidades de Bombas
Avalie a severidade de vibração para turbinas hidráulicas, turbinas-bombas e bombas conforme ISO 20816-5. Suporta medições de velocidade na caixa do mancal e deslocamento do eixo.
Resultados
| Zona | Limite | Descrição |
|---|
Escopo da ISO 20816-5
A ISO 20816-5 especifica critérios de avaliação de vibração para máquinas hidráulicas, incluindo turbinas Kaplan, Francis e Pelton, turbinas-bombas e bombas usadas em usinas hidrelétricas. Abrange configurações de máquinas verticais e horizontais.
Vibração da Caixa do Mancal — Máquinas Verticais
Velocidade de vibração de banda larga medida no mancal em mm/s RMS, tipicamente na faixa de 10–1000 Hz. Aplica-se a unidades verticais Kaplan, Francis, turbina-bomba e bomba. Os valores de limite de zona nesta página são valores orientativos simplificados da série ISO 10816/20816; as tabelas específicas do grupo de máquinas e da velocidade da ISO 20816-5 diferem em detalhes e devem ser consultadas para avaliações contratuais ou de aceitação.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Vibração da Caixa do Mancal — Pelton Horizontal
As turbinas Pelton horizontais têm limites admissíveis mais baixos devido ao arranjo dos mancais e às características de carregamento por impulso.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Deslocamento do Eixo — Máquinas Verticais
O deslocamento relativo do eixo é medido com sondas de proximidade, expresso como deslocamento pico-a-pico em μm.
| Limite da zona | Deslocamento (μm p-p) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Observação: As máquinas hidráulicas verticais possuem características de vibração únicas devido à gravidade atuando ao longo do eixo. A condição do mancal de empuxo e as forças hidráulicas (surto no tubo de sucção, cavitação) afetam significativamente o comportamento da vibração.
⚠️ Importante: Tanto a vibração da caixa do mancal quanto a do eixo devem ser monitoradas. A pior das duas avaliações rege a avaliação geral. As condições de operação (carga, altura manométrica, nível de água de recalque) influenciam fortemente os níveis de vibração nas máquinas hidráulicas.
A norma ISO 20816-5 aplica-se a máquinas hidráulicas, incluindo:
- Turbinas Kaplan verticais
- Turbinas Francis verticais
- Turbinas-bombas verticais (reversíveis)
- Turbinas Pelton horizontais
- Bombas verticais
Estas máquinas operam em centrais hidroelétricas com velocidades típicas entre 60 e 1000 RPM.
As máquinas hidráulicas operam a velocidades muito mais baixas (60–500 RPM vs. 1500–3600 RPM para turbinas a vapor) e estão sujeitas a forças de excitação hidráulica específicas:
- Instabilidade do escoamento no tubo de sucção e pulsações de pressão
- Vibração induzida por cavitação
- Frequências de passagem das diretrizes (distribuidor) e das pás do rotor
- Libertação de vórtices de Von Kármán
As máquinas verticais têm ainda considerações adicionais relativas à vibração na chumaceira de impulso (escora) e às forças hidráulicas axiais.
O deslocamento do veio é medido utilizando sondas de proximidade montadas junto às chumaceiras de guia, medindo o deslocamento pico a pico em micrómetros (μm p-p). Isto é fundamental em máquinas verticais, onde a monitorização da órbita do veio revela:
- Desequilíbrio e desalinhamento
- Instabilidades hidráulicas
- Desgaste das chumaceiras de guia
- Condições de roçamento nos vedantes
As turbinas Pelton horizontais têm limites de vibração mais baixos do que as máquinas verticais porque:
- Os arranjos de chumaceiras horizontais são mais sensíveis a forças dinâmicas
- A carga impulsiva do impacto do jato nos alcatruzes Pelton produz uma vibração distinta
- As cargas gravíticas nas chumaceiras horizontais criam um comportamento dinâmico diferente
A fronteira Zona A/B é de 2,3 mm/s vs. 2,8 mm/s para máquinas verticais.
Para a Zona C numa turbina hidráulica:
- Investigar as causas raiz: cavitação na roda, vórtice no tubo de sucção, desgaste das chumaceiras de guia, desalinhamento de veios, ressonância hidráulica
- Aumentar a frequência de monitorização para contínua, caso ainda não o seja
- Considerar restrições de carga para reduzir a excitação hidráulica
- Planear ação corretiva durante a próxima paragem programada
- Monitorizar a tendência atentamente — se se aproximar da Zona D, considerar a paragem
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.
Analisadores de vibração profissionais e sistemas de balanceamento em campo para máquinas hidrelétricas. Avaliação em conformidade com ISO 20816 no local. 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.
