Duas observações sobre a razoabilidade dos requisitos dos clientes para os fabricantes de máquinas de equilibragem

Introdução

Nos últimos um ano e meio, a nossa empresa recebeu mais de 30 pedidos de informação sobre a aquisição de vários tipos de máquinas de equilibrar. Uma análise das Especificações Técnicas anexas a estes pedidos revela que a maioria inclui um conjunto de características que afectam significativamente os prazos de produção e os custos das máquinas, minimizando também a lista de potenciais fornecedores. Entre estas, destacam-se dois requisitos:

• A exigência de assegurar um desequilíbrio residual específico, que não deve exceder 0,1 g*mm/kg (µm).
• A obrigação de incluir a máquina de equilibrar no Registo de Instrumentos de Medição.

Analisemos a razoabilidade e a viabilidade da aplicação destes requisitos na perspetiva de um consumidor real.

1. Análise dos requisitos de precisão da máquina

Verificaremos a validade dos requisitos de precisão do cliente utilizando uma Especificação Técnica para uma máquina de equilibrar concebida para equilibrar rotores de motores eléctricos, unidades turbo e compressores com peso entre 10 e 1500 kg. A especificação estabelece uma tolerância para o desequilíbrio residual específico que, de acordo com o cliente, não deve exceder 0,1 g*mm/kg.

Para verificar este requisito, consultamos a Tabela 1 da norma ISO 1940-1-2007 "Vibrações mecânicas - Requisitos de qualidade de equilíbrio para rotores". Com base nas recomendações desta tabela, assumimos que a precisão de equilíbrio dos rotores de motores eléctricos, unidades turbo e compressores, que a máquina encomendada deve assegurar, deve cumprir o grau de qualidade G2.5. Assumindo que a frequência de rotação de funcionamento prevista para o rotor equilibrado é, por exemplo, 200 Hz (que cobre com uma grande margem as frequências de rotação da maioria das máquinas conhecidas), podemos facilmente calcular o desequilíbrio específico residual admissível para a equilibragem estática (plano único) utilizando a fórmula 5 da norma: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Tendo em conta as recomendações da mesma norma ISO 1940-1-2007, apresentadas na secção 7, o valor admissível fixado para um rotor assimétrico de dois apoios durante a equilibragem dinâmica deve ser de, pelo menos, 0,3 * eper, o que, no nosso caso, seria 0,6 g*mm/kg, e não 0,1 g*mm/kg, como exigido na Especificação Técnica inicial.

Por outras palavras, como a nossa análise demonstra, os requisitos de precisão da máquina de equilibrar constantes desta Especificação Técnica (e de muitos outros documentos semelhantes) são claramente excessivos. A aplicação prática destes requisitos excessivos envolve o fabricante na resolução de sérias tarefas tecnológicas e de conceção, que normalmente surgem na produção de máquinas de precisão excecionalmente elevada, o que, sem dúvida, afecta o custo e o tempo de produção das máquinas. Além disso, estes requisitos nem sempre são tecnicamente viáveis.

Importa ainda referir que o funcionamento efetivo de máquinas de tão elevada precisão pode exigir ao potencial cliente o cumprimento de diversas condições adicionais, tais como a necessidade de salas termo-constantes e limpas, fundações com isolamento de vibrações, etc., cujos custos de criação podem mesmo ultrapassar os custos associados à aquisição da máquina. Em resposta à eventual objeção do representante do cliente (autor da referida Especificação Técnica) de que o cumprimento deste requisito permite obter um desequilíbrio residual significativamente inferior na máquina, correspondendo efetivamente ao grau G0.4, pode ser-lhe recomendado que se familiarize com as recomendações da norma ISO 22061-76 "Máquinas e equipamentos tecnológicos. Sistema de equilíbrio dos graus de qualidade. Disposições básicas", que estava em vigor antes da introdução da ISO 1940-1-2007.

A secção 3 desta norma, elaborada pelos melhores especialistas no domínio do equilíbrio da União Soviética, estabelece razoavelmente o seguinte:

1. Os rotores dos produtos classificados no 1.º grau de qualidade de equilibragem (grau G0.4 de acordo com a norma ISO 1940-1-2007) devem ser equilibrados nos seus próprios rolamentos, dentro da sua própria caixa, em todas as condições de funcionamento, utilizando o seu próprio acionamento.
2. Os rotores dos produtos classificados no 2.º grau de qualidade de equilibragem (grau G1.0) devem ser equilibrados nas suas próprias chumaceiras ou na sua própria caixa, com um acionamento especial, se não estiver disponível um acionamento próprio.
3. Os rotores dos produtos classificados nos graus de qualidade de equilibragem 3 a 11 (graus G2.5 a G4000) podem ser equilibrados como peças ou unidades de montagem.

A essência destas recomendações é que a tentativa de atingir os graus de qualidade de equilibragem G0.4 e G1.0 na máquina de equilibragem é muitas vezes técnica e economicamente insignificante. Após a instalação dos rotores na máquina, a precisão alcançada perde-se e, para a restaurar, é necessário proceder a uma reequilibragem adicional do conjunto do rotor (nos seus próprios rolamentos e com o seu próprio acionamento), realizada com equipamento portátil de equilibragem por vibração.

Como exemplo ilustrativo desta tese, podemos considerar o equilíbrio de uma mó destinada a ser utilizada numa máquina de retificação cilíndrica de alta precisão (classe de precisão "C"). De acordo com os requisitos da Tabela 1 da norma ISO 1940-1-2007, anteriormente mencionada, a qualidade de equilibragem da mó deve corresponder, pelo menos, ao grau G0.4. Dado que a frequência de rotação prevista da mó durante o funcionamento será de 6000 rpm (100 Hz), utilizando a conhecida fórmula 7 da norma ISO 1940-1-2007, determinamos o desequilíbrio específico residual admissível eper, que será de 0,64 g*mm/kg.

Por outras palavras, após a equilibragem na máquina de equilibragem, garantindo esta tolerância, o deslocamento do centro de massa da mó em relação ao eixo tecnológico (eixo do mandril da máquina de equilibragem) não deve exceder 0,64 µm. Uma vez que a excentricidade radial admissível do fuso de uma máquina de retificação de classe "C", de acordo com a norma ISO 11654-90, é de 2 µm, após a montagem da nossa mó na mesma (reorientação da mó do eixo tecnológico para o eixo de trabalho), o desequilíbrio específico residual pode aumentar significativamente e exceder a tolerância recomendada pela norma ISO 1940-1-2007 em pelo menos três vezes. Nestes casos e noutros semelhantes, tal como referido anteriormente, é necessário efetuar uma equilibragem adicional para compensar os erros que surgem durante a fase de montagem.

O exposto acima nos permite afirmar que, na grande maioria dos casos, a precisão requerida para máquinas de balancear médias e pesadas pode ser limitada a um nível de desequilíbrio residual específico de 0,5 g*mm/kg ou mesmo 1,0 g*mm/kg. A aplicação prática desta recomendação permite ao fabricante reduzir significativamente a complexidade e o custo de fabrico da máquina, enquanto que o cliente (desde que seja implementado um processo tecnológico racional) pode atingir a precisão de equilibragem exigida. A principal exceção a esta regra são as pequenas máquinas de equilibrar especializadas, utilizadas, por exemplo, para equilibrar rotores de giroscópios, turbocompressores de automóveis, etc. As características de projeto destas máquinas permitem atingir um nível de desequilíbrio residual específico de 0,1 g*mm/kg ou inferior, o que é tecnicamente justificável e economicamente viável.

2. Sobre a necessidade de incluir as máquinas de equilibrar no registo dos instrumentos de medição

Nos últimos anos, foi feita uma descoberta surpreendente no nosso país que poderia confundir os especialistas "falecidos em paz" da ENIMS**, que desenvolveram o classificador de máquinas de corte de metal. Com a "mão ligeira" de alguém, surgiu no mercado de máquinas um tipo de equipamento completamente novo - as "Máquinas de Equilibragem para Medição de Vibrações", que têm de possuir um Certificado da Norma Estatal Russa e a marcação correspondente.*)

E tudo corria bem, mas de repente verificou-se que os clientes "avançados" começaram a incluir nas suas Especificações Técnicas um requisito obrigatório para a inclusão das máquinas de equilibrar no Registo de Instrumentos de Medição. Vamos tentar perceber até que ponto este requisito é legal e tecnicamente justificado, bem como a sua viabilidade económica.

Para começar, é útil compreender como este requisito se relaciona com as recomendações dos documentos regulamentares existentes. Comecemos pela ISO 8-82 "Máquinas de corte de metal. Requisitos gerais para o ensaio de precisão". Esta norma estabelece os conceitos e princípios básicos da classificação de máquinas por precisão, requisitos gerais para testes de precisão e requisitos gerais para métodos de verificação de precisão. É importante notar que as referências aos procedimentos de avaliação das características qualitativas das máquinas nesta norma utilizam apenas o termo "verificação" e não há qualquer menção à necessidade de incluir as máquinas no Registo de Instrumentos de Medição e, consequentemente, à necessidade da sua "calibração".

O próximo documento a ter em atenção é a norma ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) "Vibrações. Máquinas de equilibrar. Especificações e métodos para a sua verificação". Esta norma, que estabelece requisitos específicos para as características técnicas das máquinas de equilibrar e os seus métodos de "verificação", também carece de requisitos que prevejam a necessidade de calibrar as máquinas e de as incluir no Registo de Instrumentos de Medição. A este respeito, é de notar que os requisitos relacionados com a calibração estão ausentes nas normas para outros tipos de máquinas-ferramentas, como as ISO para rectificadoras e máquinas CNC, que também podem incluir vários sistemas de medição.

Além disso, não se encontram requisitos semelhantes na documentação técnica de todos os modelos conhecidos de máquinas de equilibrar estrangeiras, o que, na nossa opinião, constitui também um precedente importante. Com base nos argumentos acima apresentados, podem ser tiradas as seguintes conclusões:

1. Os documentos regulamentares e técnicos existentes desenvolvidos para máquinas-ferramentas e, em particular, para máquinas de equilibrar, não incluem requisitos para a sua inclusão no Registo de Instrumentos de Medição e, consequentemente, a necessidade da sua calibração. Consequentemente, a inclusão de tais requisitos nas especificações técnicas durante os procedimentos concorrenciais de adjudicação de contratos aumenta "de facto" significativamente os custos de produção das máquinas e as despesas com o seu funcionamento subsequente e, segundo nos parece, viola "de jure" os direitos dos fabricantes de máquinas de boa fé que seguem a letra e o espírito dos documentos regulamentares existentes.
2. Os ensaios de rotina do sistema de medição podem e devem ser efectuados no âmbito da máquina de equilibragem, em conformidade com os requisitos e recomendações da norma ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999), que prevê a utilização de um rotor de referência, de um conjunto de pesos de ensaio e de balanças calibradas durante as verificações. Estes ensaios devem necessariamente incluir os seguintes tipos de verificações:
   • Verificação do desequilíbrio residual minimamente atingível (Umar);
   • Verificação do coeficiente de redução do desequilíbrio (URR);
   • Verificação do funcionamento do circuito de equilibragem condicional (com o procedimento de rotação do rotor em 180°).

É importante notar que estas verificações são efectuadas sem desmontar o sistema de medição da máquina e não requerem a utilização de um suporte vibratório de calibração, o que elimina a necessidade de envolver especialistas de organizações externas e reduz significativamente a intensidade de trabalho e o custo do trabalho. Além das verificações principais acima mencionadas, se necessário, outros parâmetros importantes do sistema de medição podem ser verificados diretamente na máquina (utilizando o rotor de referência acima mencionado, um conjunto de pesos de teste e balanças calibradas), incluindo:

• Repetibilidade das leituras dos sinais de vibração de amplitude e de fase de medição para medição;
• Linearidade das leituras do sistema de medição em função da amplitude do sinal de vibração;
• Capacidade de resolução do sistema de medição (nível mínimo de desequilíbrio registado de forma estável pelo sistema de medição), etc.

Conclusão

O autor espera que tanto os clientes como os fabricantes de máquinas de equilibrar compreendam os argumentos e recomendações apresentados neste trabalho, cujo principal objetivo é minimizar os custos de produção para ambas as partes, assegurando simultaneamente a qualidade adequada das operações de equilibragem.

*Nota: Se esta tendência continuar a desenvolver-se, não é de excluir que, em breve, venhamos a saber da criação de Rectificadoras de Medição de Vibrações, Prensas de Medição de Vibrações e até Laminadores de Medição de Vibrações. Afinal, estas partilham com as máquinas de equilibragem a possibilidade de utilização de equipamento especializado de medição de vibrações.

ENIMS significa "Instituto de Investigação Experimental de Máquinas-Ferramentas de Corte de Metal" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Este era um instituto de investigação na União Soviética dedicado ao desenvolvimento e melhoria de vários tipos de máquinas e equipamentos de corte de metal. O instituto desempenhou um papel significativo no avanço da indústria de construção de máquinas e na padronização de equipamentos de metalurgia, desenvolvendo documentos regulamentares e normas, tais como classificadores para máquinas-ferramentas e métodos para o seu teste de precisão.

V.D. Feldman, Especialista Principal da LLC "Kinematics", 2024