Noções Básicas de Vibração em Linguagem Simples

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

O que é a vibração e porque é que a máquina vibra

Qualquer rotor em rotação (o tambor de uma trituradora, o rotor de um ventilador, um veio) tem, idealmente, o centro de massa exatamente sobre o eixo de rotação. Na realidade, existe sempre um ligeiro desvio de massa — desequilíbrio. À medida que o rotor gira, o “ponto pesado” puxa-o lateralmente a cada rotação, criando uma força centrífuga que faz vibrar a máquina na frequência de rotação.

Importante: o desequilíbrio é apenas uma das causas de vibração. Uma máquina também vibra devido a:

• folga e desgaste de rolamentos,
• desalinhamento do veio (acoplamentos, correias),
• fissuras e fixações soltas (parafusos, chassis),
• um veio empenado,
• ressonância estrutural,
• forças aerodinâmicas e eletromagnéticas (ventiladores, variadores de frequência).

O balanceamento elimina apenas o desequilíbrio. Tudo o resto tem de ser reparado, não balanceado. Daí a regra de ouro: o aparelho não consegue “balancear” uma máquina avariada.

Em que unidades se mede a vibração

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 gama de frequências de trabalho.

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

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

Frequência, RPM e harmónicas

Suponhamos que um rotor gira a 3000 rpm. Isso equivale a 50 rotações por segundo = 50 HzA vibração é decomposta em componentes de frequência — o espetro (FFT). O espetro mostra “quem está a causar a vibração”:

• 1x (frequência de rotação) — a assinatura clássica de desequilíbrio. Esta é a componente que o balanceamento reduz.
• 2x, 3x (segunda, terceira harmónica) — mais frequentemente desalinhamento do eixo, fixações soltas, um veio empenado. Se 2x for superior a 1x — é cedo demais para balancear; procure primeiro desalinhamento/folgas.
• Frequências altas, “ruído” — defeitos de rolamentos e engrenagens.
• Frequências baixas não relacionadas com as RPM — fundação/suportes soltos, aerodinâmica.
• Múltiplos da frequência da rede elétrica (por exemplo, 6 × 50 Hz = 300 Hz) — interferência eletromagnética de um variador de frequência. Teste: desligue o variador durante a desaceleração — se o pico desaparecer, é elétrico e não mecânico.

Uma regra prática do suporte técnico: se um pico do espetro se desloca proporcionalmente quando se altera as RPM — é uma harmónica de rotação; se permanece fixo — é uma ressonância estrutural ou uma fonte externa.

Como se apresenta no ecrã:

Fase — “para onde aponta o ponto pesado”

Além da amplitude, o aparelho mede fase — o ângulo entre o impulso do tacómetro (a marca refletora a passar pelo laser) e o máximo de vibração. A fase indica ONDE se situa o desequilíbrio. A partir da variação de amplitude e fase após a instalação de um peso de prova, o aparelho calcula a massa e o ângulo do peso de correção — o método do coeficiente de influência.

Consequências práticas:

• a marca do tacómetro não deve ser recolada entre passagens — o “zero” de fase desloca-se. O próprio tacómetro também não deve ser deslocado ou reorientado;
• as RPM devem ser as mesmas em todas as passagens de uma série;
• a fase deve ser estável de passagem para passagem (dispersão não superior a ~10–20°). Se a fase oscilar — a medição não é fiável; procure uma causa mecânica ou ressonância.

Ressonância — o pior inimigo do balanceamento

Toda a estrutura (rotor + apoios + chassis) tem frequências naturais. Se as RPM de funcionamento coincidirem com uma frequência natural, ressonância ocorre: a vibração dispara, a fase salta de forma errática, os cálculos do aparelho deixam de convergir e “o aparelho continua a pedir mais peso”.

Sinais de ressonância:

• uma pequena alteração das RPM altera a vibração várias vezes;
• depois de instalar o peso calculado, a vibração aumenta em vez de diminuir;
• a amplitude e a fase são instáveis nas mesmas condições.

O que fazer: balancear a RPM diferentes — normalmente abaixo a ressonância. A receita típica para trituradoras: balanceamento grosseiro a 600–900 rpm, depois passar para as RPM de trabalho. As versões recentes do software têm uma gráfico RunDown (desaceleração) — acelere o rotor, corte o acionamento e registe a desaceleração: os picos revelam as frequências de ressonância, e escolhe-se as RPM de balanceamento entre elas.

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

Linearidade, e porque se instala metade da massa

O cálculo do aparelho parte do princípio de que o sistema é linear: o dobro do peso — o dobro da resposta. Em máquinas rígidas com uma boa fundação, isto é aproximadamente verdade. Mas uma trituradora montada num trator, uma máquina sobre apoios flexíveis, ou uma estrutura com folgas e fissuras, comporta-se de forma não linear: a resposta a um peso frequentemente não é proporcional.

Daí a regra comprovada na prática: instalar 1/2 (em máquinas problemáticas, 1/3) da massa calculada e fazer uma passagem de verificação. O aparelho irá então refinar o restante. Isto é mais rápido do que voltar a soldar um peso enorme que “ultrapassou” o objetivo.

Desequilíbrio estático e dinâmico

Estático — o ponto pesado está de um dos lados do rotor. Um rotor parado sobre apoios livres roda por si próprio até o lado pesado ficar em baixo. Corrige-se com um único peso num plano.

Dinâmico — pontos pesados em extremidades diferentes e em lados diferentes do rotor. O rotor não se limita a vibrar, ele “oscila” enquanto gira. São necessários pesos em dois planos. Não é possível detetar isto estaticamente: com o rotor rodado 90°, os dois pesos parecem contrabalançar-se, mas em movimento cada ponto pesado puxa no seu próprio sentido.

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 inferior a metade do seu diâmetro (proporção ~1:2; na prática o suporte técnico recomenda 1:3) — um plano é suficiente.
• Dois aviões — rotores longos (tambores de trituradoras, veios, rotores de ceifeiras-debulhadoras, ventiladores a 3000 rpm e acima). O desequilíbrio nas duas extremidades do rotor influencia-se mutuamente, pelo que o aparelho mede dois canais simultaneamente (sensores X1 e X2) e calcula ambos os pesos de uma só vez.

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

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

Quanto mais elevadas as RPM e mais pequeno o rotor — mais apertada é a classe. O software Balanset tem uma calculadora de tolerâncias: introduza a massa do rotor, as RPM e a classe G — e obtém o desequilíbrio residual admissível 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, no local, segundo a ISO 10816/20816;
• g·mm (desequilíbrio residual) — avaliação do próprio rotor, segundo a ISO 1940/21940. As máquinas de balanceamento trabalham em g·mm; o balanceamento em campo normalmente observa mm/s.

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