Compreender o Desequilíbrio em Máquinas Rotativas
Desequilíbrio — usado de forma intercambiável com desequilíbrio — é a condição em que um rotorO centro de massa do rotor não coincide com o seu eixo de rotação. A massa está distribuída de forma desigual ao longo do eixo, pelo que, quando o rotor gira, o desvio de massa gera uma força líquida força centrífuga que afasta o rotor do seu centro e faz com que toda a máquina comece a tremer. Este desvio do centro de massa em relação ao centro geométrico é o do rotor excentricidade, e a vibração que produz faz com que o desequilíbrio seja a avaria mais comum em máquinas rotativas — e, normalmente, a primeira que um técnico de diagnóstico verifica.
1. Definição: O que causa a força
A força perturbadora é centrífuga: F = m·r·ω², onde m·r é o desequilíbrio (a massa deslocada multiplicada pelo seu raio) e ω é a velocidade angular. Daí decorrem imediatamente duas consequências. Em primeiro lugar, a força gira com o eixo, pelo que exerce pressão sobre os rolamentos uma vez por cada volta. Em segundo lugar, varia proporcionalmente à quadrado em termos de velocidade — um rotor que funciona bem quando girado lentamente à mão pode tornar-se perigoso a plena rotação, e é por isso que qualidade de equilíbrio Os requisitos tornam-se significativamente mais rigorosos à medida que a velocidade do serviço aumenta. O desequilíbrio é quantificado como a massa multiplicada pelo raio, tradicionalmente em gramas-milímetros (g·mm), uma vez que tanto a quantidade de massa deslocada do centro como a distância a que esta se encontra do eixo determinam a força.
2. Diagnóstico do desequilíbrio: a assinatura clássica
O desequilíbrio é relativamente fácil de identificar porque o seu vibração a assinatura é tão consistente — uma das principais razões pelas quais é o ponto de partida natural em análise de vibração:
- Frequência: a vibração situa-se exatamente 1× a velocidade de rotação (o velocidade de funcionamento). Aumente ou diminua a velocidade da máquina e o pico acompanha na perfeição.
- Direção: a energia é predominantemente radial — horizontal e vertical — com, normalmente, pouca axial (vibração de impulso).
- Amplitude: proporcional ao quadrado da velocidade de rotação, pelo que duplicar a velocidade quadruplica, aproximadamente, a força de desequilíbrio e a vibração resultante.
- Fase: o 1× fase A leitura é estável e repetível, o que permite localizar o ponto pesado.
Uma vez que um pico 1× dominante também pode resultar de desalinhamento, a veio curvado ou ressonância, um analista atento confirma o desequilíbrio através do seu todo padrão: alto 1×, baixo harmónicos, principalmente energia radial, e uma fase constante. Em contrapartida, uma componente 2× significativa aponta para um desalinhamento ou folga mecânica.
3. Os três tipos de desequilíbrio
Desequilíbrio estático
Também conhecido como «desequilíbrio de forças», este é o tipo mais simples, em que a massa está deslocada num único plano — imagine um ponto mais pesado num disco fino. É «estático» porque se manifesta em repouso: equilibrado sobre lâminas sem atrito, o rotor gira até que o ponto mais pesado fique na parte inferior. Um único peso colocado a 180° do ponto mais pesado corrige o desequilíbrio, o domínio da equilibragem num único plano.
Desequilíbrio de binário
Dois pontos de igual peso situados nas extremidades opostas do rotor, separados por 180°, anulam-se mutuamente como força resultante, mas formam uma binário — um momento de oscilação que faz o rotor girar sobre o próprio eixo. Esse rotor está estaticamente equilibrado (não rola sobre as arestas), mas vibra intensamente quando está em funcionamento, sendo necessários dois contrapesos em dois planos distintos para anular o momento.
Desequilíbrio dinâmico
O desequilíbrio dinâmico, uma condição presente em quase todas as máquinas reais, combina efeitos estáticos e de binário. A sua correção exige alterações na massa em, pelo menos, dois planos ao longo do rotor — equilíbrio dinâmico (em dois planos). Quando as componentes estática e de binário coincidem angularmente, este caso especial é designado por desequilíbrio quase-estático.
4. Causas comuns
O desequilíbrio pode existir desde a fabricação ou surgir durante o funcionamento. Entre as causas mais frequentes contam-se:
- Imperfeições de fabrico: Porosidade em peças fundidas, densidade irregular do material e tolerâncias de usinagem.
- Erros de montagem: componentes mal instalados, parafusos apertados de forma irregular ou chaves desalinhadas.
- Desgaste: erosão irregular, corrosão ou desgaste nas pás do ventilador e na bomba impulsores.
- Acumulação de material: sujidade, pó ou resíduos acumulados nos rotores de ventiladores, sopradores e centrífugas.
- Falha de um componente: Um contrapeso deslocado ou uma lâmina partida provoca instantaneamente um grave desequilíbrio.
5. Por que é fundamental corrigir o desequilíbrio
Deixar uma máquina funcionar com um desequilíbrio significativo causa danos progressivos, uma vez que a força cíclica exerce pressão sobre a estrutura a cada volta:
- Falha prematura do rolamento: Os rolamentos estão sujeitos a cargas dinâmicas elevadas e desgastam-se rapidamente.
- Fadiga e fissuração: o esforço repetido acumula-se fadiga danos no veio, na fundação e nas partes circundantes.
- Eficiência reduzida: a energia é desperdiçada sob a forma de vibração e calor, em vez de se traduzir em energia útil.
- Riscos para a segurança: Em casos extremos, um desequilíbrio grave pode conduzir a uma falha catastrófica.
6. Corrigir desequilíbrios no terreno
O desequilíbrio é corrigido através de uma abordagem sistemática equilibragem procedimento — uma das medidas individuais mais eficazes para melhorar a fiabilidade das máquinas. O objetivo não é o desequilíbrio zero, mas sim um desequilíbrio pequeno e definido desequilíbrio residual dentro da tolerância. Os limites aceites provêm do Grau G sistema de ISO 21940-11 (que incorporou a antiga norma ISO 1940-1); a vibração resultante é então avaliada em relação aos limites de severidade em ISO 20816 (a norma que substitui a ISO 10816). Uma versão gratuita Calculadora de desequilíbrio residual (ISO 21940-11) converte o grau e a velocidade de operação selecionados nos g·mm admissíveis por plano.
Numa máquina montada, o trabalho é realizado no local, em vez de numa máquina de equilibragem. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude e a fase de 1×, calcula a coeficientes de influência de um peso de teste, e calcula a massa e o ângulo de cada peso de correcção para um ou dois planos equilibragem no local. Uma vez que funciona nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de funcionamento, corrige o desequilíbrio e verifica se o desequilíbrio residual se encontra dentro do grau ISO selecionado.
