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Compensação da expansão térmica para alinhamento do eixo
Calcule o crescimento vertical da linha central devido à expansão térmica para as máquinas motora e acionada. Determine o valor alvo de pré-deslocamento para alinhamento a frio, a fim de obter o alinhamento na temperatura de operação.
Resultados
Fórmula de crescimento térmico
Quando uma máquina aquece, sua estrutura se expande verticalmente, elevando a linha central do eixo:
- H — altura do pé até a linha central (mm)
- α — coeficiente de expansão térmica (×10⁻⁶ /°C)
- Top — temperatura de operação (°C)
- Tamb — temperatura ambiente (°C)
Valores de CTE do material
| 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 | Temperatura 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
Dado: Temperatura 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 cresce mais → ajuste do motor 0,024 mm BAIXO durante o alinhamento a frio.
💡 Dica: A máquina que apresentar maior crescimento deve ser posicionada em BAIXO no alinhamento a frio. Quando ambas aquecerem, o crescimento diferencial fará com que se alinhem.
⚠️ Nota: Este cálculo pressupõe a expansão térmica uniforme da estrutura da máquina. Na prática, gradientes térmicos, deformações na tubulação e efeitos da fundação podem causar movimentos adicionais. Sempre que possível, verifique o alinhamento com o equipamento a quente.
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 equipa da Vibromera com o Balanset-1A, um equilibrador de dois canais e analisador de vibrações portátil para equilibragem de rotores no local.
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Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko é engenheiro de análise de vibrações e fundador e diretor executivo da Vibromera. Há mais de 15 anos que equilibra equipamentos rotativos no terreno e não numa bancada de ensaio: destroçadores, ventiladores industriais, britadeiras, centrifugadoras, veios e fusos. Foi desse trabalho que nasceram os instrumentos Balanset — foram concebidos como uma ferramenta que o técnico pode levar até à máquina e utilizar 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 decorrem o desenvolvimento, a montagem e o apoio à linha Balanset. O instrumento de referência é o Balanset-1A, um analisador portátil para equilibragem em um e dois planos e para diagnóstico de vibrações. Nikolai participa pessoalmente no apoio ao cliente, na resolução de casos de equilibragem difíceis e no desenvolvimento do software. Trabalha com clientes em todo o mundo, em qualquer idioma.
