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Equilibragem em dois planos (dinâmica) - Método, física e procedimento de campo

Quando um rotor é suficientemente largo para que o desbalanceamento seja diferente em cada extremidade, um único plano de correção não é suficiente. O balanceamento dinâmico em dois planos corrige simultaneamente os componentes estáticos e de acoplamento - utilizando o método do coeficiente de influência - para que o rotor funcione suavemente em todo o seu comprimento e não apenas no seu centro.

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Equilíbrio dinâmico em dois planos de um rotor largo utilizando o método do coeficiente de influência

Em suma: O balanceamento em dois planos (dinâmico) é necessário sempre que um rotor apresenta tanto um desbalanceamento estático quanto um componente de acoplamento - o que significa que o desbalanceamento está distribuído ao longo do eixo do eixo e não concentrado em um disco. Um sensor de vibração em cada mancal e um tacômetro a laser no eixo são utilizados para medir a resposta do rotor a pesos de teste colocados em cada plano; o Balanset-1A então determina a massa e o ângulo exatos de correção em ambos os planos simultaneamente. Não é necessário retirar o rotor da máquina - todo o procedimento de quatro corridas é completado na velocidade de operação, nos próprios mancais do rotor, em menos de uma hora para a maioria dos rotores.

Sinais de que o seu rotor necessita de uma equilibragem de dois planos

Uma correção num único plano pode acalmar um rolamento enquanto o outro continua a tremer. Se observar algum destes padrões, o tratamento de dois planos é a resposta correta:

Vibração em ambas as caixas de rolamentos Amplitudes ou fases diferentes nas duas extremidades de um rotor indicam um desequilíbrio distribuído que um plano de correção não pode corrigir.

O equilíbrio melhora um lado e piora o outro A adição de peso num plano desloca a vibração para o rolamento oposto - o sinal clássico de um componente de par que exige trabalho em dois planos.

Rotores largos ou compridos Tambores, impulsores largos, veios de transmissão e rotores de várias fases concentram a massa em várias posições axiais ao longo do veio.

Rotores de alta velocidade com dobragem A RPM elevadas, os modos de flexão separam a distribuição do desequilíbrio; a correção num só plano pode até amplificar o problema na extremidade oposta. Se o rotor funcionar próximo ou acima de uma velocidade crítica, avalie-o como rotor flexível (ISO 21940-12) antes de um trabalho normal em dois planos.

Falha repetida do rolamento numa extremidade Se apenas um rolamento continuar a falhar apesar da equilibragem anterior, é provável que a correção tenha sido aplicada no plano errado ou num único plano quando eram necessários dois.

Vibração residual persistente após trabalho num único plano Um rotor que continua a tremer depois de um funcionamento com um único plano tem quase sempre um desequilíbrio de par que requer um tratamento com dois planos.

Plano único vs. dois planos: quando é que são necessários dois planos?

A escolha entre um ou dois planos de correção depende da geometria do rotor e da natureza do seu desequilíbrio. A compreensão dos três tipos de desbalanceamento ajuda-o a decidir imediatamente.

Os três tipos de desequilíbrio

Desequilíbrio estático - o centro de massa está fora do eixo de rotação, mas o eixo de inércia principal é paralelo a ele. Um plano de correção é suficiente: adicione massa no lado mais pesado e o rotor fica equilibrado. Rotores típicos: polias finas, mós estreitas, discos de ventilador de plano único.

Desequilíbrio de binário - o centro de massa está no eixo, mas o eixo de inércia principal está inclinado. O rotor balança em vez de oscilar. Isto não pode ser corrigido num plano; são necessárias duas massas iguais e opostas, afastadas 180° em dois planos separados, para cancelar o momento de oscilação. Rotores típicos: tambores cilíndricos longos, armaduras de motores, conjuntos de veios.

Desequilíbrio dinâmico (combinado) - o caso geral: estão presentes componentes estáticas e de acoplamento. A correção requer dois planos escolhidos arbitrariamente ao longo do eixo. Todos os rotores reais de produção se enquadram nesta categoria.

Equilíbrio de um plano ou de dois planos: guia de decisão
Fator	Plano único (estático)	Dois planos (dinâmico)
Formato do rotor	Disco fino; largura axial muito inferior ao diâmetro	Rotor largo; largura axial comparável ou superior ao diâmetro
Tipo de desequilíbrio	Apenas desequilíbrio estático	Desequilíbrio de casal ou combinado (dinâmico)
Relação L/D (comprimento axial / diâmetro)	L/D < 0,5 (aprox.)	L/D ≥ 0.5 (rotor rígido a funcionar abaixo da sua primeira velocidade crítica). Perto ou acima de uma velocidade crítica, avalie primeiro o rotor como flexível (ISO 21940-12) — a equilibragem apenas em dois planos pode ser insuficiente
Número de sensores	1 sensor de vibração + 1 tacómetro laser	2 sensores de vibração + 1 tacómetro laser
Número de ciclos de medição	3 séries (linha de base + ensaio + correção)	4 séries (linha de base + plano-1 ensaio + plano-2 ensaio + correção)
Planos de correção	1	2
Equipamento típico	Hélices de ventilador estreitas, polias, discos de fase única	Tambores, veios de transmissão, impulsores largos, rotores multi-estágio, rotores de motor
Referência padrão	ISO 21940-11 (rotor rígido de 1 plano)	ISO 21940-11 (rotor rígido de 2 planos)

Regra prática: se a vibração do rotor medida numa chumaceira mudar na direção oposta à vibração na outra chumaceira quando se desloca um peso de teste, existe um componente de par e são necessários dois planos.

Porque é que os rotores largos perdem o equilíbrio dinâmico - e quanto custa

Quando um rotor é fabricado ou reparado, a massa raramente é distribuída simetricamente ao longo do seu eixo. A erosão corrói uma extremidade de um rotor mais rapidamente do que a outra; as reparações de soldadura adicionam material numa única estação axial; a acumulação de produto acumula-se de forma não uniforme ao longo de um tambor. O resultado não é apenas o desequilíbrio estático, mas também um binário componente que cria um momento de oscilação. Apenas a correção simultânea em dois planos elimina ambos. Como a força centrífuga cresce com o quadrado da velocidade de rotação, um modesto desequilíbrio de par a 500 RPM torna-se uma força destrutiva a 3000 RPM.

Ignorar o componente do par significa que ambos os rolamentos suportam cargas dinâmicas elevadas a cada rotação. A fadiga dos rolamentos acumula-se, os vedantes falham, os fixadores soltam-se e as fissuras estruturais propagam-se dos pés de montagem para fora. A perda económica - rolamentos, vedantes, perda de produção, mão de obra de emergência - normalmente excede muitas vezes o custo de um trabalho adequado em dois planos.

×10vida útil do rolamento quando a vibração é reduzida para metade

-70%queda típica da vibração após uma sessão

2planos corrigidos, uma visita

4corridas para terminar: linha de base, ensaio P1, ensaio P2, verificação

Porque é que a redução da vibração para metade multiplica a vida útil dos rolamentos

ISO 281 define a vida útil nominal dos rolamentos como L₁₀ = (C/P)^p, em que P é a carga dinâmica suportada pelo rolamento e o expoente p = 3 para os rolamentos de esferas e 10/3 para os rolamentos de rolos. Desequilíbrio residual é que a carga radial rotativa P, e a amplitude da vibração seguem-na diretamente - assim, reduzir a vibração para metade reduz P para metade e multiplica a vida útil da chumaceira por 2^p: sobre 8× para rolamentos de esferas e ~10× para rolamentos de rolos (2^10/3 ≈ 10). Faça os seus próprios números no nosso calculadora da vida útil dos rolamentos.

Equilibragem em dois planos - procedimento de campo passo a passo

O Balanset-1A aplica o método do coeficiente de influência. Dois sensores de vibração e um tacômetro a laser caracterizam completamente o rotor e resolvem os dois planos de correção em uma única sessão no local:

Monte os sensores. Fixar um acelerómetro de vibrações em cada caixa de rolamentos (Planos 1 e 2) e apontar o tacómetro laser para uma faixa reflectora no veio. Não é necessária qualquer desmontagem - o rotor funciona em condições normais de funcionamento durante todo o procedimento.
Medir a linha de base. Um funcionamento à velocidade máxima de funcionamento regista a amplitude de vibração e o ângulo de fase simultaneamente em ambas as localizações das chumaceiras, dando os vectores iniciais de 1× RPM que definem o estado de desequilíbrio inicial em ambos os planos.
Adicionar um peso experimental no Plano 1. Uma massa conhecida é fixada numa posição angular marcada no primeiro plano de correção. Uma segunda execução capta a forma como este peso influencia a vibração em ambos locais de apoio, produzindo dois dos quatro coeficientes de influência.
Deslocar o peso de prova para o Plano 2. A mesma massa é reposicionada no segundo plano de correção e outra execução regista a influência cruzada em ambos os sensores. O dispositivo possui agora os quatro coeficientes de influência necessários para o sistema 2×2.
Deixar o aparelho calcular. O Balanset-1A resolve as equações do coeficiente de influência em dois planos e fornece a massa de correção exata e a posição angular para cada plano simultaneamente - sem necessidade de aritmética manual.
Aplicar correcções e verificar. Os pesos de correção são colocados nas posições calculadas em ambos os planos. Uma corrida final confirma que o desequilíbrio residual está dentro da tolerância da ISO 21940-11 para o grau G especificado, e o Balanset-1A grava um relatório de equilibragem documentado.

O que equilibramos em dois planos

Ventiladores centrífugos de hélice larga e ventiladores de dupla entrada
Tambores de debulha e de corte de ceifeiras-debulhadoras
Veios de transmissão e veios cardan
Rotores de bombas multiestágio e pilhas de impulsores de compressores
Rolos de máquinas de papel e cilindros de impressão / revestimento
Transportadores de parafuso e sem-fins de comprimento superior a ~500 mm
Rotores de motores e rotores de geradores com comprimento axial significativo
Rotores de turbocompressores e rotores de turbinas a vapor (verificação das vibrações no terreno)
Qualquer rotor em que a correção de plano único deixe um rolamento ainda a tremer

Tolerâncias e normas

ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1) define classes de qualidade de equilibragem G0.4 a G4000 para rotores rígidos. Para rotores rígidos — os que funcionam bem abaixo da sua primeira velocidade crítica — uma relação comprimento axial/diâmetro acima de aproximadamente 0.5 normalmente exige equilibragem em dois planos. Um rotor que funcione perto ou acima de uma velocidade crítica deve primeiro ser avaliado como rotor flexível segundo ISO 21940-12: pode necessitar de equilibragem a várias velocidades e em mais de dois planos, pelo que a equilibragem rígida normal em dois planos pode ser insuficiente. O desequilíbrio residual admissível por plano é calculado como:

U_por (g-mm) = e_por × m / 2, em que e_por = G × 9549 / n (mm/s × rpm → μm excentricidade), m é a massa do rotor em kg, e o fator 2 divide a tolerância igualmente entre os dois planos. Note que esta divisão igual é uma aproximação prática para rotores aproximadamente simétricos com planos de correção próximos dos rolamentos — não é uma regra universal de alocação ISO; a ISO 21940-11 distribui a tolerância de forma diferente para disposições assimétricas de planos e rolamentos.

Os rotores das ventoinhas são normalmente equilibrados para G6.3 ou G2.5 por ISO 14694; fusos de máquinas-ferramentas de precisão e equipamentos turbo de alta velocidade visam G1.0 ou mais fino. Utilizar o nosso calculadora de desequilíbrio residual para encontrar a tolerância permitida para o seu grau G, massa do rotor e velocidade de serviço antes de iniciar o trabalho.

O Balanset-1A - o seu kit completo de equilíbrio de campo

A equilibragem dinâmica em dois planos de qualquer rotor rígido - ventiladores, tambores, eixos de transmissão, conjuntos de bombas de múltiplos estágios - é feita com um instrumento portátil: a Balanset-1A. É um equilibrador dinâmico de dois canais e um analisador de vibrações que equilibra rotores nos seus próprios rolamentos, à velocidade de funcionamento, utilizando o método do coeficiente de influência - um plano em três passagens, dois planos em quatro. O software calcula a massa e o ângulo de correção exactos para ambos os planos e guarda um relatório.

Kit completo de equilibragem Balanset-1A com sensores, tacómetro laser, balança e mala

O que está incluído no kit completo

€ 1.975 - Kit completo, em stock, fatura com IVA

Unidade de medição de interface (USB, 2 canais)
Dois acelerómetros de vibração (cabo de 4 m, 10 m opcional)
Tacómetro laser / sensor ótico de fase (50-500 mm)
Suporte magnético para o sensor
Balança digital para pesos de prova e correção
Software de análise e equilíbrio do Windows
Mala de transporte em plástico

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Recomendado

Kit completo

Unidade - 2 sensores - tacómetro laser - suporte magnético - balança digital - software - mala de transporte. Tudo o que é necessário para iniciar a equilibragem de dois planos a partir da caixa.

OEM

Conjunto OEM

Unidade - 2 sensores - tacómetro laser - software. Para integradores que já possuem um suporte, uma balança e uma caixa, ou que incorporam a unidade num equipamento dedicado de equilíbrio de ventoinhas.

Principais especificações técnicas
Parâmetro	Valor
Canais de medição	2 (equilibragem num e em dois planos)
Faixa de velocidade de vibração	0.2–80 mm/s RMS
Gama de frequências	5–1000 Hz (≤10% amplitude error above 550 Hz)
Exatidão da medição	±5% da escala completa
Método	Coeficiente de influência de 3 execuções (1 ou 2 planos)
Análise	Amplitude e fase a 1×, espetro FFT e forma de onda, relatórios guardados
Computador portátil	Não incluído (PC Windows, disponível a pedido)

✓ Em stock✓ DHL Portugal 35 euros✓ DHL a nível mundial 110 euros✓ Garantia de 2 anos✓ Fatura IVA✓ Apoio ao engenheiro

Casos reais de equilíbrio em dois planos

Equilíbrio em dois planos de um tambor debulhador de uma ceifeira-debulhadora com Balanset-1A

Tambor combinador (2 planos)

Ambos os planos de correção foram equilibrados numa sessão de campo numa ceifeira-debulhadora agrícola.

Equilíbrio dinâmico do veio de transmissão de dois planos à velocidade de funcionamento

Eixo de transmissão (2 planos)

Equilibragem dinâmica de um veio de transmissão longo com peso de correção em cada flange final.

Equilíbrio de dois planos do impulsor do exaustor industrial de grande dimensão in situ

Rotor de exaustão largo

Correção de dois planos numa turbina de um exaustor industrial de grandes dimensões equilibrada in situ.

Equilibragem em dois planos — do terreno

Configuração da medição do coeficiente de influência em dois planos com o Balanset-1A, mostrando as duas posições do sensor

Configuração do coeficiente de influência

Dois sensores e um tacógrafo laser posicionados para caraterizar simultaneamente os dois planos de correção.

Rotor largo equilibrado nos seus próprios rolamentos no local sem necessidade de remoção

Equilibrado no local

O rotor permanece nos seus próprios rolamentos e é corrigido à velocidade de funcionamento - não é necessário removê-lo.

Ecrã do software Balanset-1A mostrando os resultados da massa e do ângulo de correção em dois planos

Ambos os planos resolvidos

Massa e ângulo de correção calculados para o Plano 1 e o Plano 2 simultaneamente numa sessão.

Relatório de verificação do desequilíbrio residual do Balanset-1A após a equilibragem em dois planos

Resultado verificado

A execução final confirma o desequilíbrio residual dentro da tolerância ISO 21940-11 em ambos os planos.

Calculadoras gratuitas para equilibragem de dois planos

Calculadora de peso de prova Desequilíbrio residual (ISO 1940) Força centrífuga de desequilíbrio Calculadora da vida útil dos rolamentos

Perguntas frequentes sobre equilibragem em dois planos

Quando é que a equilibragem num só plano é suficiente?

A correção num só plano é suficiente para rotores finos, do tipo disco — rotores estreitos, polias ou rebolos — onde a distribuição axial da massa é essencialmente uniforme e a relação L/D é inferior a cerca de 0,5. Assim que o rotor é largo em relação ao seu diâmetro, ou assim que uma execução num só plano melhora um rolamento e piora o outro, a equilibragem em dois planos é necessária para resolver a componente de par.

Como é que o método do coeficiente de influência funciona para dois planos?

O dispositivo fixa sensores em ambas as posições de apoio e mede o vetor de vibração (amplitude + fase) produzido por cada colocação de peso experimental. Com dois planos e dois sensores, obtém-se quatro coeficientes de influência - dois diretos (mesmo plano) e dois transversais. O Balanset-1A resolve então um sistema linear 2×2 para encontrar as massas de correção que conduzem simultaneamente ambos os vectores de vibração para zero ou para dentro da tolerância ISO especificada.

Quantos ciclos de medição são necessários para um trabalho em dois planos?

Tipicamente quatro: uma execução de linha de base, uma execução com o peso experimental no Plano 1, uma execução com o mesmo no Plano 2 e uma execução de verificação final após o ajuste dos pesos de correção. Se a primeira correção estiver muito próxima da perfeição, o trabalho é feito em quatro execuções. Os rotores complexos ou a colocação imprecisa do peso de teste podem necessitar de uma segunda iteração de correção, mas isto é pouco frequente quando o procedimento é seguido corretamente com o Balanset-1A.

É necessário retirar o rotor da máquina?

Não. O método do coeficiente de influência funciona nos próprios rolamentos do rotor à velocidade de funcionamento. O Balanset-1A é um instrumento de campo portátil - não é necessária uma máquina de balancear. A desmontagem só é necessária se o rotor não puder ser operado com segurança no local com pesos de teste acoplados, ou se outros trabalhos de manutenção tornarem a desmontagem inevitável.

Que grau de qualidade de equilibragem devo visar para o meu rotor?

A norma ISO 21940-11, grau G6.3, abrange a maioria dos rotores industriais gerais; os ventiladores e sopradores são normalmente equilibrados de acordo com G6.3 ou G2.5, segundo a norma ISO 14694. Os fusos de alta velocidade e o equipamento turbo de precisão têm como objetivo G1.0 ou mais fino. Os nossos calculadora de desequilíbrio residual converte qualquer grau G e massa do rotor num desequilíbrio residual admissível em gramas-milímetros, repartido por ambos os planos.

A nossa equipa de manutenção pode efetuar a equilibragem em dois planos com o Balanset-1A?

Sim. O Balanset-1A foi concebido para ser utilizado por equipas de manutenção sem necessidade de formação especializada. O seu software passo-a-passo guia-o ao longo de cada medição, aplica automaticamente o algoritmo do coeficiente de influência e apresenta a massa e o ângulo de correção para cada plano em números simples. O fórum da nossa comunidade está disponível caso se depare com uma geometria de rotor invulgar ou pretenda confirmar a sua abordagem antes de começar.

Aprender a teoria

Equilíbrio em dois planos Balanceamento dinâmico Equilibragem no local Níveis de qualidade de equilibragem Desequilíbrio residual

Resolver os dois planos numa só visita - à velocidade de funcionamento, sem remoção

O Balanset-1A guia-o através do procedimento completo do coeficiente de influência em dois planos: linha de base, ensaio do Plano 1, ensaio do Plano 2, correção e verificação - tudo à velocidade de funcionamento, nos próprios rolamentos do rotor. Desequilíbrio residual documentado de acordo com as normas ISO 21940-11, ISO 14694 e API 610. Pronto para envio.

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