O que é Balanceamento de Rotores? Um Guia Completo

Definição: O conceito central de balanceamento

Equilibragem do rotor é o processo sistemático de melhorar a distribuição de massa de um corpo rotativo (um rotor) para garantir que a linha central efetiva da massa coincida com sua linha central geométrica verdadeira. Quando um rotor está desbalanceado, forças centrífugas são geradas durante a rotação, levando a vibração excessiva, ruído, redução da vida útil dos rolamentos e falha potencialmente catastrófica. O objetivo do balanceamento é minimizar essas forças adicionando ou removendo quantidades precisas de peso em locais específicos, reduzindo assim a vibração a um nível aceitável.

Por que o balanceamento é uma tarefa crítica de manutenção?

O desbalanceamento é uma das fontes mais comuns de vibração em máquinas rotativas. O balanceamento de precisão não se limita à redução da vibração; é uma atividade de manutenção crítica que proporciona benefícios significativos:

• Aumento da vida útil do rolamento: As forças de desequilíbrio são transmitidas diretamente aos rolamentos. A redução dessas forças aumenta drasticamente a vida útil dos rolamentos.
• Maior confiabilidade da máquina: Menor vibração reduz o estresse em todos os componentes da máquina, incluindo vedações, eixos e suportes estruturais, resultando em menos quebras.
• Segurança reforçada: Altos níveis de vibração podem causar falhas nos componentes, criando riscos significativos à segurança do pessoal.
• Níveis de ruído reduzidos: A vibração mecânica é uma das principais fontes de ruído industrial. Uma máquina bem balanceada opera muito mais silenciosamente.
• Menor consumo de energia: Energia que de outra forma seria desperdiçada criando vibração e calor é convertida em trabalho útil, melhorando a eficiência.

Tipos de balanceamento: estático vs. dinâmico

Os procedimentos de balanceamento são categorizados com base no tipo de desequilíbrio que corrigem. Os dois tipos principais são balanceamento estático e balanceamento dinâmico.

Balanceamento estático (balanceamento de plano único)

O desequilíbrio estático ocorre quando o centro de massa do rotor está desviado do seu eixo de rotação. Isso é frequentemente visualizado como um único "ponto pesado". O balanceamento estático corrige esse problema aplicando um único peso de correção 180° oposto ao ponto pesado. É chamado de "estático" porque esse tipo de desequilíbrio pode ser detectado com o rotor em repouso (por exemplo, em rolos de lâmina afiada). É adequado para rotores estreitos em forma de disco, como ventiladores, rebolos e volantes, onde a relação comprimento-diâmetro é pequena.

Balanceamento dinâmico (balanceamento de dois planos)

O desequilíbrio dinâmico é uma condição mais complexa que inclui tanto o desequilíbrio estático quanto o desequilíbrio de "par". O desequilíbrio de par ocorre quando há dois pontos pesados iguais em extremidades opostas do rotor, a 180° de distância um do outro. Isso cria um movimento de balanço, ou momento, que só pode ser detectado quando o rotor está girando. O balanceamento dinâmico é necessário para a maioria dos rotores, especialmente aqueles com comprimento maior que seu diâmetro (como armaduras de motores, eixos e turbinas). Ele requer correções em pelo menos dois planos diferentes ao longo do comprimento do rotor para neutralizar tanto a força quanto o desequilíbrio de par.

O procedimento de balanceamento: como é feito

O balanceamento moderno é normalmente realizado usando equipamentos especializados e uma abordagem sistemática, muitas vezes usando o método do coeficiente de influência:

1. Execução inicial: A máquina é operada para medir a amplitude de vibração inicial e o ângulo de fase causados pelo desequilíbrio existente. Um sensor de vibração e um tacômetro (para referência de fase) são utilizados.
2. Teste de Peso: Um peso de teste conhecido é temporariamente fixado ao rotor em uma posição angular conhecida em um plano de correção.
3. Segunda corrida: A máquina é colocada em funcionamento novamente e a nova amplitude e fase da vibração são medidas. A mudança na vibração (a diferença vetorial) é causada exclusivamente pelo peso de teste.
4. Cálculo: Ao saber como o peso de teste afetou a vibração, o instrumento de balanceamento calcula um “coeficiente de influência”. Esse coeficiente é então usado para determinar a quantidade precisa de peso de correção e o ângulo exato onde ele deve ser colocado para neutralizar o desequilíbrio original.
5. Correção e Verificação: O peso de teste é removido, o peso de correção permanente calculado é instalado e uma corrida final é realizada para verificar se a vibração foi reduzida a um nível aceitável. Para balanceamento de dois planos, esse processo é repetido para o segundo plano.

Normas e Tolerâncias Relevantes

Os níveis de vibração aceitáveis não são arbitrários. São definidos por normas internacionais, nomeadamente a ISO 21940 série (que substituiu a antiga ISO 1940). Essas normas definem "Graus de Qualidade de Balanceamento" (por exemplo, G 6.3, G 2.5, G 1.0) para diferentes classes de máquinas. Um número G menor indica uma tolerância mais rigorosa. Esses graus são usados para calcular o desequilíbrio residual máximo permitido para um determinado rotor com base em sua massa e velocidade de serviço, garantindo que ele atenda aos requisitos operacionais.

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