Balanceamento de Rotores — Procedimentos, Tipos & Normas
The complete guide to balancing rotating machinery: static vs. dynamic (single-plane and two-plane), the influence coefficient method, ISO 21940 tolerances, field balancing, and correction techniques.
Balanceamento Estático vs. Dinâmico
Os dois tipos fundamentais de balanceamento — determinados pela geometria do rotor e pelo tipo de desbalanceamento presente
| Critério | Plano Único | Dois Planos |
|---|---|---|
| Tipo de desbalanceamento corrigido | Apenas estático | Estático + momento (dinâmico) |
| Geometria do rotor | L/D < 0,5 (em forma de disco) | L/D > 0,5 (alongado) |
| Número de rodadas | 2 (inicial + teste) | 3–4 (inicial + 2 testes, ou acoplamento cruzado) |
| Sensores necessários | 1 acelerômetro + tacômetro | 2 acelerômetros + tacômetro |
| Padrão de vibração do rolamento | Em fase em 1× | Fase varia (não em fase, não 180°) |
| Rotores típicos | Impelidores de ventiladores, polias, rodas abrasivas | Motores, bombas, rolos, turbinas, eixos |
| Recomendação de plano ISO | Narrow rotors per ISO 1940-1 §4.3 | Padrão para todos os rotores alongados |
| Modo Balanset-1A | F2 | F3 |
O Procedimento de Balanceamento
Método dos coeficientes de influência (massa de teste) — a abordagem padrão para balanceamento em campo e em oficina
Por que Balancear? — Os Benefícios
O desbalanceamento é a principal fonte de vibração em máquinas rotativas. A correção oferece retornos mensuráveis.
O que é Balanceamento de Rotor?
Balanceamento de rotores é o processo de melhorar a distribuição de massa de um corpo rotativo para que seu centro de massa coincida com o eixo geométrico de rotação. Isso minimiza as forças centrífugas, reduzindo a vibração, de elementos rolantes cargas, ruído e consumo de energia. A correção é feita adicionando ou removendo peso em locais e ângulos específicos, guiada por medições de vibração e análise de fase. O critério de aceitação é definido por ISO 1940-1 (ISO 21940-11) G-grades. Os dois tipos são estático (plano único) para rotores tipo disco e dinâmico (dois planos) para rotores alongados.
Desbalanceamento é a fonte mais comum de vibração em máquinas rotativas. Quando a distribuição de massa é imperfeita — devido a tolerâncias de fabricação, não homogeneidade do material, corrosão, acúmulo de depósitos ou danos — são geradas forças centrífugas que aumentam com o quadrado da velocidade. Um pequeno desbalanceamento em baixa velocidade pode se tornar destrutivo em alta velocidade.
Balancing addresses this by iteratively measuring vibration response and adjusting mass distribution until residual desbalanceamento is within tolerance. It is both a manufacturing process (on shop balancing machines) and a maintenance process (field balancing on installed equipment).
O Método dos Coeficientes de Influência
O balanceamento moderno — tanto em máquinas dedicadas quanto em campo — usa o influence coefficient (trial weight) method. The physical principle: if we know how a known mass at a known position changes the vibration, we can calculate the mass and position needed to cancel the original unbalance.
Para o balanceamento em dois planos, o sistema se torna uma matriz 2×2 (quatro coeficientes de influência que consideram o acoplamento cruzado entre os planos), mas o princípio é idêntico. O Balanset-1A resolve isso automaticamente — o operador apenas liga a máquina e fixa as massas de teste.
Seleção da Massa de Teste
A massa de teste deve produzir uma mudança perceptível na vibração (idealmente 10–30% do nível inicial) sem criar cargas perigosas. Uma estimativa inicial útil:
Quando Balancear — Assinatura de Vibração
Como saber se a vibração é causada por desbalanceamento e não por desalinhamento, folga mecânica ou defeitos de rolamento?
Frequência: Dominant peak at exactly 1× RPM (running speed) in the FFT espectro.
Direção: Principalmente radial (horizontal e vertical). O componente axial é pequeno.
Fase: Stable, repeatable phase angle at 1×. Phase does not drift over time.
Dependência da velocidade: A amplitude aumenta com o quadrado da velocidade (proporcional a ω²).
Contraste com o desalinhamento: O desalinhamento produz componentes significativos em 2× e/ou 1× axial. Defeitos de rolamento produzem frequências não síncronas.
Antes de balancear, verifique sempre o diagnóstico. O Balanset-1A analisador de espectro (modo F1) mostra o FFT espectro completo, permitindo confirmar que 1× predomina antes de prosseguir com o balanceamento.
Métodos de Correção
Adição de Massa
- Massas com grampo: Massas de zinco ou aço com grampo de mola. Comuns em ventiladores e rodas. Rápidas e não permanentes.
- Massas com parafuso: Massas de precisão fixadas com parafusos em furos roscados ou canais em T. Padrão para rotores grandes e turbinas.
- Massas soldadas: Placas ou barras de aço soldadas de forma provisória ao rotor. Permanentes. Comuns em ventiladores industriais pesados e rotores de britadores.
- Epóxi/massa: Adesivo de duas partes com carga metálica. Bom para superfícies irregulares. Limitado a temperaturas moderadas.
- Parafusos de fixação: Rosqueadas em furos radiais. Comuns em cubos de acoplamento e fusos. Ajustáveis.
Remoção de Massa
- Perfuração: Remover material do ponto pesado. Controle preciso da massa removida (massa = densidade × volume). Irreversível.
- Fresamento/retificação: Remover material da borda ou face. Comum em rodas de turbina e discos de freio.
Divisão de Massa
Quando o ângulo calculado exato cai entre posições acessíveis (por exemplo, entre furos de parafuso em um acoplamento), a correção é dividida entre as duas posições adjacentes usando decomposição vetorial. O Balanset-1A inclui uma calculadora automática de divisão de massa.
Balanceamento em Campo (In Situ)
Field balancing means balancing a rotor sem removê-lo da máquina. Isso elimina o tempo de inatividade para desmontagem e leva em conta as condições reais de operação (alinhamento, pré-carga do rolamento, efeitos da fundação) que o balanceamento em bancada não pode replicar.
O Balanset-1A is a complete portable field balancing system: 2-channel vibration analyser, laser tachometer, built-in ISO 1940 tolerance calculator, single-plane (F2) and two-plane (F3) balancing modes, automatic weight splitting, and formal balance report generation (F6). Measurement accuracy: ±5% velocity, ±1° phase. Suitable for G 16 through G 2.5.
O Balanset-4 expande para 4 canais para rotores complexos com múltiplos rolamentos ou monitoramento simultâneo de várias máquinas.
Vantagens do Balanceamento em Campo
- Sem desmontagem: Economiza horas ou dias de tempo de inatividade para máquinas grandes.
- Condições reais de operação: Inclui alinhamento, pré-carga do rolamento, estado térmico, efeitos da fundação.
- Balanceamento de ajuste: Corrige o desbalanceamento introduzido pela montagem que o balanceamento em bancada não pode resolver.
- Verificação pós-manutenção: Verificação rápida após substituição do impelidor, troca de acoplamento ou revisão de rolamento.
Normas e Tolerâncias
Balancing is not "as good as possible" — it is "within tolerance." The tolerance is defined by international standards:
| Padrão | Assunto | Conteúdo Principal |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Graus de qualidade de balanceamento (Graus G) | Escala G 0,4–G 4000. Fórmula: Upor = (9 549×G×M)/n. G 6,3 = padrão para ventiladores, bombas, motores. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabulário | Definições: tipos de desbalanceamento, classificações de rotores, tipos de máquinas, termos de qualidade. |
| ISO 14694 | Ventiladores industriais | BV fan-application categories, balance grades and vibration-limit guidance specific to industrial fans. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Avaliação de vibração de máquinas | Mede o desempenho operacional da qualidade de balanceamento. Classificação das Zonas A/B/C/D. Procedimentos multi-velocidade e multi-plano para rotores acima da primeira velocidade crítica de flexão. |
| ISO 21940-12 | Rotores flexíveis | Multi-speed, multi-plane procedures for rotors above first bending critical speed. |
| ISO 21940-14 | Procedimentos gerais para balanceamento em vários planos. | API 610 / API 617 |
| Bombas / compressores para petróleo | Referência aos graus G da ISO 1940 para requisitos de balanceamento do rotor. | Fórmula de Tolerância ISO 1940-1 |
Exemplos Resolvidos
Máquina: sensor no rolamento do lado do acionamento, tacômetro a laser no eixo. Modo F2 (plano único — L/D < 0,4).
Configuração: Balanset-1A sensor on DE bearing, laser tachometer on shaft. Mode F2 (single-plane — L/D < 0.4).
Passo 1: Massa de teste: 15 g a 0° no cubo do ventilador, R = 200 mm.
Passo 2: Execução de teste: 5,9 mm/s a 112°.
Passo 3: O software calcula: correção =
Passo 4: 22 g a 198° , R = 200 mm.Instalar massa de solda de 22 g a 198°. Remover massa de teste.
Passo 5: . Tolerância ISO G 6,3 → U
Passo 6: Verificação: Caso 2: Conjunto Motor-Bomba — Dois PlanosMotor de 45 kW + bomba centrífuga, 2 950 RPM, massa do rotor 55 kg. Vibração: rolamento do lado do acionamento 6,1 mm/s, rolamento do lado oposto 4,8 mm/s. Diferença de fase ~140° → desbalanceamento dinâmico.por Balanset-1A dois sensores (lado do acionamento + lado oposto), modo F3. Planos de correção: cubo do acoplamento (plano 1) e extremidade do ventilador do motor (plano 2).
Máquina: 45 kW motor + centrifugal pump, 2 950 RPM, rotor mass 55 kg. Vibration: DE bearing 6.1 mm/s, NDE bearing 4.8 mm/s. Phase difference ~140° → dynamic unbalance.
Configuração: O software resolve matriz 2×2. Correção: plano 1 =
18 g a 245° Initial → trial plane 1 (10 g at 0°) → trial plane 2 (8 g at 0°).
Resultado: 12 g a 68° Lado do acionamento:0,7 mm/s , Lado oposto:.
Verificação: 0,5 mm/s . Limite G 6,3: 1 122 g·mm. ✅ Ambos os planos bem dentro da tolerância.Caso 3: Rotor de Britador — G 16 Grosso Britador de martelos, 980 RPM, massa do rotor 420 kg. Após substituição dos martelos, a vibração aumentou para 14,5 mm/s.. G 6.3 limit: 1 122 g·mm. ✅ Both planes well within tolerance.
Máquina: Hammer mill crusher, 980 RPM, rotor mass 420 kg. After hammer replacement, vibration increased to 14.5 mm/s.
Especificação: G 16 (uso pesado, condições severas). Upor = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g·mm.
Procedimento: Plano único (rotor tipo disco). Massa de teste de 150 g a 0° na borda. Correção: 280 g a 315°. Placa de aço soldada.
Resultado: 2,8 mm/s. Residual ~5 600 g·mm. ✅ Bem dentro do limite G 16.
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Perguntas Frequentes — Balanceamento de Rotores
Procedimentos, tipos, diagnóstico e normas
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