Balanceamento de Rotores em Tornos: Uma Solução Custo-Efetiva para Melhorar a Qualidade do Produto
Na manufatura moderna, onde a qualidade do produto é de extrema importância, balanceamento de rotor torna-se uma parte essencial do processo tecnológico. No entanto, a compra de equipamentos especializados de balanceamento pode ser onerosa para pequenas e médias empresas. Neste artigo, exploramos a possibilidade de usar tornos para rotor balanceamento, o que pode reduzir significativamente os custos de equipamentos e melhorar a eficiência da produção.
O Torno como Ferramenta para Balanceamento
O torno, devido ao seu projeto e funcionalidade, pode ser usado com sucesso para balancear rotores de vários tipos e tamanhos. A principal vantagem dessa abordagem é a economia de custos, já que não há necessidade de adquirir equipamentos especializados caros. Além disso, o uso de um torno permite que o balanceamento seja realizado diretamente durante o processo de fabricação do rotor, o que reduz o tempo de produção e melhora a qualidade do produto.
Preparação para o Balanceamento
Antes de iniciar o processo de balanceamento, várias etapas preparatórias devem ser tomadas:
- Escolhendo o torno apropriado: O torno deve ter rigidez e precisão suficientes para garantir a montagem confiável do rotor e medições precisas de vibração.
- Instalando o sistema de medição: Para medir a vibração do rotor vibração no torno, um balanceador portátil como o Balanset-1A pode ser utilizado. Ele inclui sensores de vibração, um tacômetro, e software para análise de dados e cálculo de massas corretivas.
- Lidando com o desbalanceamento do próprio eixo-árvore: Não é necessário balancear o próprio eixo-árvore do torno. Rode o torno apenas com a placa (rotor removido) e registre o vetor de vibração: essa é a linha de base contribuída pelo eixo-árvore e pela placa. Se for uma fração significativa da leitura do rotor, subtraia-a ou — melhor — use o ensaio de índice de 180° (a função “Mandrel eccentricity elimination”, “F7 - Run Ecc”), que separa automaticamente tudo o que não gira junto com o rotor.
- Ajustando o rotor à máquina, não ao eixo-árvore: O que importa é que a força de desbalanceamento do rotor produza uma resposta mensurável nas carcaças dos mancais. Um torno pesado e rígido responde muito pouco por grama de desbalanceamento, de modo que, em um rotor muito leve, o sinal desaparece no ruído, enquanto um rotor muito pesado pode exceder a carga nominal da placa ou dos mancais. Na prática, verifique se um peso de teste corretamente dimensionado produz uma mudança limpa e repetível de amplitude e fase antes de confiar em qualquer coeficiente de influência.
- Verificação do runout do revestimento de borracha antes do balanceamento: Em um eixo emborrachado, o desbalanceamento de massa e o runout geométrico do revestimento são dois defeitos diferentes. O balanceamento cancela a força 1×; ele não consegue tornar redondo um revestimento excêntrico ou oval. Posicione um relógio comparador contra a superfície revestida e gire o eixo manualmente: se o runout total indicado exceder a tolerância do produto, retifique ou torneie o revestimento até deixá-lo concêntrico primeiro — no mesmo torno — e só então balanceie. Um eixo que está balanceado, mas ainda apresenta runout, continuará produzindo bandas de calibre, listras e variação de pressão de nip, não importa quão baixa fique a leitura de vibração.
Neste artigo, detalharei nossa experiência e metodologia em balanceamento dinâmico de eixos emborrachados em um torno – uma solução da qual, admito, eu inicialmente era cético, devido à rigidez inerente e ao peso substancial desse tipo de máquina. Surpreendentemente, a operação foi executada sem dificuldades, alcançando o grau de qualidade de balanceamento G 6.3 (ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940-1).
Processo de Balanceamento de Rotores em Torno na Teoria
O processo de balanceamento de rotores em torno envolve as seguintes etapas:
Fixando o Rotor
O rotor é montado com segurança no mandril do torno ou em centros para garantir estabilidade durante o processo de balanceamento.
Instalando Sensores
Instale um sensor de vibração por plano de correção — um na carcaça do mancal do cabeçote fixo e um na carcaça do contraponto ou luneta fixa — radialmente, o mais próximo possível do mancal, em uma superfície metálica usinada limpa, usando uma base magnética. Não monte os sensores no barramento do torno, no avental ou em uma proteção: o sinal 1× ali é atenuado e dominado pela estrutura. Cole a fita refletiva em uma face metálica (a extremidade do eixo ou o mandril), não no revestimento de borracha, e aponte o tacômetro a laser perpendicularmente a ela.
Medindo a Vibração Inicial
O nível inicial de vibração é medido na velocidade que você usará para todo o trabalho. Todas as execuções — Run 0, os ensaios de teste e a execução de ajuste (trim run) — devem ser feitas na mesma velocidade, porque os coeficientes de influência só são válidos para a velocidade na qual foram medidos.
Considerando a excentricidade (imediatamente após o Run 0)
Dispositivo de fixação e mandril excentricidade adiciona um vetor à leitura do Run 0 que não é desbalanceamento, e corrigi-lo seria um erro. Resolva isso antes do peso de teste, não depois: marque a caixa “Mandrel eccentricity elimination” no software do Balanset-1A, complete o Run 0, depois gire o rotor 180° no dispositivo de fixação e pressione “F7 - Run Ecc”. O software toma a semissoma vetorial como a excentricidade e a semidiferença vetorial como o desbalanceamento verdadeiro, e só então libera o ensaio de teste. Fazer isso depois que os pesos de correção já foram soldados significa recalculá-los e refazê-los.
Qual deve ser o tamanho de um peso de teste?
Um ponto de partida seguro é um peso cuja força centrífuga fique dentro de 5–10% do peso do rotor. Como fórmula:
mtrial = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05–0.10
onde M é a massa do rotor (kg), g = 9.81 m/s², R é o raio de montagem do peso (m), e ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Exemplo: um rotor de 50 kg a 3.000 rpm com o peso em R = 0,2 m dá m ≈ 0,07·50·9,81/(0,2·314²) ≈ 1,7 g — gramas, não centenas de gramas. Isso parece surpreendentemente pouco para um rotor de 50 kg, mas verifique a força: a 3.000 rpm, esses 1,7 g já puxam com F = m·R·ω² ≈ 34 N — cerca de 7% do peso do rotor. Começar pequeno é o objetivo: aumentar depois é barato, enquanto um peso superdimensionado é uma carga real sobre os mancais e as soldas. A mesma verificação de força funciona ao contrário para qualquer peso que você esteja prestes a instalar.
Você não precisa calcular isso manualmente: o software Balanset inclui um First Trial Weight Estimator que recomenda tanto a massa quanto o ângulo inicial a partir dos dados do seu rotor, e um Teste de Impacto para verificar que você não está trabalhando perto de uma frequência natural.
Um bom peso de teste altera a leitura em pelo menos 20–30% em amplitude ou 20–30° em fase. Se a resposta for menor, aumente o peso gradualmente — nunca pule direto para um peso pesado “só para ver algo acontecer.”
Instalando um peso de teste
A massa de teste de massa conhecida é instalado no rotor, e a vibração é medida novamente. Para o balanceamento em dois planos, isso é feito em cada plano por vez — um ensaio de teste com o peso no plano 1 (Run 1), depois um ensaio de teste com o peso no plano 2 (Run 2) — de modo que o software possa medir a influência de cada plano de correção separadamente.
Calculando Massas Corretivas
O software do Balanset-1A analisa os resultados das medições e calcula as massas corretivas necessárias e seus ângulos de posicionamento.
Corrigindo a Massa do Rotor
Dependendo do design do rotor e das capacidades do torno, a correção de massa pode ser realizada por fresagem, soldagem ou outros métodos.
Verificação do Balanceamento
Após fazer as correções, uma medição de vibração de controle é realizada. O processo é repetido, se necessário, até que o nível de balanceamento requerido seja alcançado.
Balanceamento dinâmico na prática
- Frequência de Rotação: Normalmente, a velocidade de rotação de trabalho desses eixos varia entre 300 e 500 rotações por minuto (rpm). Neste caso específico, realizamos o balanceamento a 550 rpm.
- Configuração: O eixo borrachado foi montado no torno mecânico, seguido pela colocação estratégica dos sensores, conforme mostrado nas fotografias acompanhantes.
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico de Eixos Borrachados
- Leituras Iniciais de Vibração: Antes do balanceamento, as inicial leituras de vibração estavam em 9 mm/s e 17 mm/s.
- Ensaios de teste: Um trabalho de dois planos precisa de um ensaio de teste em cada plano, por vez — Run 1 com o peso no plano 1, depois Run 2 com o peso no plano 2. Um peso de teste de 340 gramas foi soldado; ele alterou a vibração e fase as leituras em aproximadamente 10%. Trate essa resposta como um mínimo absoluto: para uma medição clara e confiável, normalmente buscamos um peso de teste que desloque o vetor de vibração em 25–50%, mas um torno pesado e rígido responde muito pouco por grama de massa de teste.
- Ajustes de Balanceamento: Após os ensaios de teste com o peso de teste, nosso instrumento Balanset-1A indicou a necessidade de adicionar 3100 gramas de um lado do eixo e 4300 gramas do outro, correspondendo a correções em dois planos. Após esses ajustes, os níveis de vibração diminuíram para 2 mm/s e 4 mm/s.
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
- Ajuste Fino: Para otimizar ainda mais os resultados, procedemos à adição de pesos de 400 gramas e 700 gramas. Em seguida, outra rodada de ajuste fino foi executada adicionando 200 gramas e 400 gramas. Devido a restrições de espaço, os pesos foram soldados uns sobre os outros. Por fim, esses pesos temporários foram substituídos por contrapesos cortados com precisão e esteticamente agradáveis, feitos especificamente para esse eixo. As leituras finais de vibração foram impressionantes 0,1 mm/s em ambos os planos (um valor arredondado — abaixo de 1 mm/s o próprio instrumento exibe leituras com três casas decimais).
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Vantagens do Balanceamento de Rotores em Tornos
Custo-Benefício
O uso de um torno para balanceamento evita o custo da compra de equipamentos especializados de balanceamento.
Conveniência
O balanceamento pode ser realizado diretamente durante o processo de fabricação do rotor, reduzindo o tempo de produção.
Alta Qualidade
Balanceadores portáteis modernos, como o Balanset-1A, oferecem alta precisão de balanceamento, permitindo baixos níveis de vibração e melhoria na qualidade do produto.
Conclusão
O balanceamento de rotores em tornos é uma solução eficaz e econômica para empresas que buscam melhorar a qualidade do produto e reduzir os custos de produção. O uso de balanceadores portáteis como o Balanset-1A torna esse processo simples e acessível, mesmo para pequenas oficinas.
Lembretes Importantes
- Para obter os melhores resultados, recomenda-se o uso de instrumentos de medição de alta qualidade e o cumprimento rigoroso do procedimento de balanceamento. Você pode estimar o desbalanceamento residual para o seu rotor com nossa calculadora de desbalanceamento residual (ISO 1940).
O balanceamento de rotores em tornos é um passo rumo ao futuro da sua produção, trazendo retorno por meio da melhoria da qualidade do produto, redução de custos e aumento da competitividade do seu negócio.
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.
0 Comments