Fundamentos de Vibração em Linguagem Simples

← Balanset-1A Knowledge Base — all chapters

Este capítulo é a teoria mínima necessária para trabalhar com o Balanset-1A de forma consciente, e não apenas apertando botões.

O que é vibração e por que a máquina treme

Qualquer rotor girante (tambor de triturador, rotor de ventilador, eixo) idealmente tem seu centro de massa exatamente sobre o eixo de rotação. Na realidade, sempre há um leve deslocamento de massa — desbalanceamento. Ao girar, o “ponto pesado” puxa o rotor lateralmente a cada rotação, criando uma força centrífuga que faz a máquina vibrar na frequência de rotação.

Importante: o desbalanceamento é apenas uma das causas da vibração. Uma máquina também vibra por causa de:

• folga e desgaste dos rolamentos,
• desalinhamento do eixo (acoplamentos, correias),
• trincas e fixadores soltos (parafusos, estrutura),
• eixo empenado,
• ressonância estrutural,
• forças aerodinâmicas e eletromagnéticas (ventiladores, inversores de frequência).

O balanceamento elimina apenas o desbalanceamento. Tudo o mais deve ser reparado, não balanceado. Daí a regra de ouro: o equipamento não consegue “balancear” uma máquina quebrada.

Em que unidade a vibração é medida

The Balanset-1A measures velocidade de vibração — o valor RMS em mm/s. Esta é a grandeza padrão para avaliar o estado da máquina na faixa de frequência de trabalho.

Uma escala aproximada de avaliação rápida (baseada na ISO 10816/20816, detalhes no capítulo 06):

Para máquinas agrícolas (trituradores, roçadeiras) os limites são mais flexíveis: até 4,8 mm/s está bom, até 7,1 mm/s em suportes flexíveis, e considerando as condições de trabalho, “abaixo de 8 mm/s já é bom”.

Frequência, RPM e harmônicos

Digamos que um rotor gire a 3000 rpm. Isso equivale a 50 rotações por segundo = 50 Hz. A vibração é decomposta em componentes de frequência — o espectro (FFT). O espectro mostra “quem está causando a vibração”:

• 1x (frequência de rotação) — a assinatura clássica de desbalanceamento. Este é o componente que o balanceamento reduz.
• 2x, 3x (segundo, terceiro harmônico) — mais frequentemente indicam desalinhamento do eixo, fixadores soltos, eixo empenado. Se 2x for maior que 1x — ainda é cedo para balancear; procure primeiro desalinhamento/folga.
• Altas frequências, “ruído” — defeitos de rolamentos e engrenagens.
• Baixas frequências não relacionadas à RPM — fundação/suportes soltos, aerodinâmica.
• Múltiplos da frequência da rede elétrica (por exemplo, 6 × 50 Hz = 300 Hz) — interferência eletromagnética de um inversor de frequência. Teste: desligue o inversor durante a desaceleração — se o pico desaparecer, é elétrico, não mecânico.

Uma regra prática do suporte técnico: se um pico do espectro se desloca proporcionalmente quando você altera a RPM — é um harmônico de rotação; se ele permanece fixo — é uma ressonância estrutural ou uma fonte externa.

Como isso aparece na tela:

Fase — “para onde aponta o ponto pesado”

Além da amplitude, o equipamento mede fase — o ângulo entre o pulso do tacômetro (a marca reflexiva passando pelo laser) e o máximo de vibração. A fase indica ONDE está o desbalanceamento. A partir da mudança de amplitude e fase após a instalação de um peso de teste, o equipamento calcula a massa e o ângulo do peso de correção — o método dos coeficientes de influência.

Consequências práticas:

• a marca do tacômetro não deve ser recolada entre as medições — o “zero” da fase se desloca. O próprio tacômetro também não deve ser movido ou reapontado;
• a RPM deve ser a mesma em todas as medições de uma série;
• a fase deve ser estável de uma medição para outra (dispersão de no máximo ~10–20°). Se a fase oscilar — a medição não pode ser confiável; procure uma causa mecânica ou ressonância.

Ressonância — o pior inimigo do balanceamento

Toda estrutura (rotor + suportes + estrutura) tem frequências naturais. Se a RPM de operação coincidir com uma frequência natural, ressonância ocorre: a vibração dispara, a fase oscila, os cálculos do equipamento param de convergir, e “o equipamento continua pedindo mais peso”.

Sinais de ressonância:

• uma pequena alteração na RPM altera a vibração várias vezes;
• após instalar o peso calculado, a vibração aumenta em vez de diminuir;
• amplitude e fase são instáveis sob condições inalteradas.

O que fazer: balancear em RPM diferente — geralmente abaixo a ressonância. A receita típica para trituradores: balanceamento grosseiro a 600–900 rpm, depois mover para a RPM de trabalho. Versões recentes do software têm um RunDown (coast-down) chart — acelere o rotor, corte o acionamento e registre a desaceleração: os picos revelam as frequências de ressonância, e você escolhe a RPM de balanceamento entre elas.

Exemplo real: o rotor de um cliente não balanceava a 1600 rpm, mas balanceava bem a 1000 rpm. A causa — uma ressonância próxima de 1600.

Linearidade, e por que se instala metade da massa

O cálculo do equipamento assume que o sistema é linear: o dobro do peso — o dobro da resposta. Em máquinas rígidas com boa fundação, isso é praticamente verdadeiro. Mas um triturador em um trator, uma máquina em suportes flexíveis, ou uma estrutura com folga e trincas se comporta de forma não linear: a resposta a um peso frequentemente não é proporcional.

Daí a regra comprovada na prática: instale 1/2 (em máquinas ruins, 1/3) da massa calculada e faça uma medição de verificação. O equipamento então refinará o restante. Isso é mais rápido do que desoldar um peso enorme que “passou” do alvo.

Desbalanceamento estático e dinâmico

Estático — o ponto pesado está de um lado do rotor. Um rotor parado sobre suportes livres rolará sozinho até o lado pesado ficar embaixo. Corrigido com um único peso em um plano.

Dinâmico — pontos pesados em extremidades diferentes e em lados diferentes do rotor. O rotor não apenas vibra, ele “oscila” enquanto gira. São necessários pesos em dois planos. Não é possível detectá-lo estaticamente: com o rotor girado 90°, os dois pesos parecem se contrabalançar, mas em movimento cada ponto pesado puxa para o seu próprio lado.

Um plano ou dois?

• Um plano — rotores estreitos (discos, polias, rotores de ventilador estreitos). Regra prática da ISO 21940-11: se a largura do rotor for menor que metade do seu diâmetro (proporção ~1:2; na prática o suporte técnico recomenda 1:3) — um plano é suficiente.
• Dois planos — rotores longos (tambores de triturador, eixos, rotores de colheitadeira, ventiladores a 3000 rpm ou mais). O desbalanceamento nas duas extremidades do rotor se influencia mutuamente, então o equipamento mede dois canais simultaneamente (sensores X1 e X2) e calcula ambos os pesos de uma vez.

Classes de qualidade de balanceamento G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

O desbalanceamento residual é especificado em g·mm por classes G:

Quanto maior a RPM e menor o rotor — mais rigorosa é a classe. O software Balanset possui uma calculadora de tolerância: informe a massa do rotor, a RPM e a classe G — ele retorna o desbalanceamento residual permitido em g·mm por plano. Exemplo real: um rotor de 80 kg a 3000 rpm, G6.3 → tolerância ≈ 802 g·mm por plano.

Não confunda os dois sistemas de avaliação:

• mm/s (velocidade de vibração) — avaliação da máquina montada em campo, conforme ISO 10816/20816;
• g·mm (desbalanceamento residual) — avaliação do próprio rotor, conforme ISO 1940/21940. Máquinas balanceadoras trabalham em g·mm; o balanceamento em campo geralmente observa mm/s.

Mini-glossário