ISO 1940-1: Vibração mecânica – Requisitos de qualidade de equilíbrio para rotores em estado constante (rígido)

Resumo

A ISO 1940-1 é uma das normas mais importantes e frequentemente referenciadas na área de balanceamento de rotores. Ela fornece um método sistemático para classificar rotores por tipo, determinar um nível de qualidade de balanceamento apropriado e calcular uma tolerância de balanceamento específica. O cerne da norma é o conceito de Notas de qualidade de equilíbrio (notas G), que permite aos fabricantes e pessoal de manutenção especificar e verificar a precisão de um trabalho de balanceamento de forma padronizada. Esta norma aplica-se especificamente a rotores rígidos—aqueles que não flexionam ou dobram em sua velocidade de serviço.

Observação: esta norma foi formalmente substituída pela ISO 21940-11, mas seus princípios e sistema G-Grade continuam sendo a base fundamental para o balanceamento de rotores rígidos em todo o mundo.

Índice (Estrutura Conceitual)

A norma é estruturada para orientar o usuário no processo de determinação de um desequilíbrio residual permitido:

1. 1. Âmbito e campo de aplicação:

   Esta seção inicial estabelece os limites e a finalidade da norma. Ela afirma explicitamente que suas regras e diretrizes se aplicam a rotores que se comportam rigidamente em toda a sua faixa de velocidade operacional. Esta é a premissa fundamental de toda a norma; significa que o rotor não sofre flexão ou deformação significativa devido a forças de desbalanceamento. O escopo é amplo, visando abranger uma ampla variedade de máquinas rotativas em todos os setores. No entanto, também esclarece que esta é uma norma de uso geral e, para certos tipos específicos de máquinas (por exemplo, turbinas a gás aeroespaciais), outras normas mais rigorosas podem ter precedência. Ela define o objetivo: fornecer um método sistemático para especificar tolerâncias de balanceamento, essenciais para o controle de qualidade na fabricação e no reparo.

2. 2. Equilibre as notas de qualidade (notas G):

   Esta seção é o coração do padrão. Ela introduz o conceito de Notas de qualidade de equilíbrio (notas G) como forma de classificar os requisitos de balanceamento para diferentes tipos de máquinas. O Grau G é definido como o produto do desbalanceamento específico (excentricidade, e) e a velocidade angular máxima de serviço (Ω), onde G = e × ΩEste valor representa uma velocidade de vibração constante, fornecendo uma medida padronizada de qualidade. A norma fornece uma tabela abrangente que lista uma ampla variedade de tipos de rotores (por exemplo, motores elétricos, impulsores de bombas, ventiladores, turbinas a gás, virabrequins) e atribui uma classificação G recomendada para cada um. Essas classificações são baseadas em décadas de dados empíricos e experiência prática. Por exemplo, um G6.3 pode ser recomendado para um motor industrial padrão, enquanto um fuso de retificação de precisão exigiria um G1.0 ou G0.4 muito mais rigoroso. Um número G menor sempre significa uma tolerância de balanceamento mais rigorosa e precisa, o que significa um desequilíbrio residual menor permitido.

3. 3. Cálculo do Desequilíbrio Residual Permitido:

   Esta seção fornece a ponte matemática essencial entre o Grau G teórico e uma tolerância prática e mensurável. Ela detalha a fórmula para calcular o desequilíbrio específico admissível (e_por), que é o deslocamento permitido do centro de gravidade em relação ao eixo de rotação. A fórmula é derivada diretamente da definição do Grau G:

   e_por = G / Ω

   Para uso prático com unidades comuns de engenharia, o padrão fornece a fórmula:

   e_por [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [RPM]

   Uma vez atingido o desequilíbrio específico admissível (e_por) é calculado, é multiplicado pela massa do rotor (M) para encontrar o desequilíbrio residual total permitido (U_por) para todo o rotor: U_por = e_por × M. Este valor final, expresso em unidades como gramas-milímetros (g·mm), é a meta que o operador da máquina de balanceamento deve atingir. O rotor é considerado balanceado quando seu desbalanceamento residual medido estiver abaixo deste valor calculado.

4. 4. Alocação do Desequilíbrio Residual aos Planos de Correção:

   Esta seção aborda a etapa crítica de distribuição do desequilíbrio total permitido calculado (U_por) em tolerâncias específicas para cada um dos dois planos de correção. É necessário um equilíbrio de dois planos para corrigir ambos estático e desequilíbrio do casal. A norma fornece fórmulas para essa alocação, que depende da geometria do rotor. Para um rotor simples e simétrico, o desbalanceamento total é frequentemente dividido igualmente entre os dois planos. No entanto, para geometrias mais complexas, como rotores em balanço ou rotores com o centro de gravidade não centralizado entre os mancais, a norma fornece fórmulas específicas. Essas fórmulas levam em consideração as distâncias dos planos de correção e do centro de gravidade dos mancais, garantindo que a tolerância para cada plano seja corretamente distribuída. Esta etapa é vital porque uma máquina de balanceamento mede o desbalanceamento em cada plano independentemente; portanto, o operador precisa de um valor-alvo específico para cada plano (por exemplo, "O desbalanceamento permitido no Plano I é 15 g·mm e no Plano II é 20 g·mm").

5. 5. Fontes de erro no balanceamento:

   Esta seção final serve como um guia prático para os fatores do mundo real que podem comprometer a precisão de um trabalho de balanceamento, mesmo quando uma tolerância precisa foi calculada. Ela destaca que alcançar um balanceamento perfeito é impossível e que o objetivo é reduzir o desbalanceamento residual a um nível abaixo da tolerância calculada. A norma discute várias fontes principais de erro que devem ser gerenciadas, incluindo: erros na calibração da própria máquina de balanceamento; imperfeições geométricas dos munhões do rotor ou superfícies de montagem (runout); erros introduzidos pelas ferramentas usadas para montar o rotor na máquina (por exemplo, um eixo desbalanceado); e efeitos operacionais que não estão presentes durante o balanceamento em baixa velocidade, como expansão térmica ou forças aerodinâmicas. Este capítulo serve como uma lista de verificação crucial para o controle de qualidade, lembrando o profissional de considerar todo o processo de balanceamento, não apenas o número final no visor da máquina.

Conceitos-chave

• Padronização: O sistema G-Grade fornece uma linguagem universal para a qualidade do balanceamento. Um cliente pode especificar "balanceamento conforme G6.3" e qualquer loja de balanceamento do mundo saberá exatamente qual tolerância é necessária.
• Dependência de velocidade: A norma deixa claro que a tolerância ao balanceamento depende criticamente da velocidade de operação da máquina. Um rotor mais rápido requer um balanceamento mais preciso (um desequilíbrio residual admissível menor) para produzir o mesmo nível de vibração que um rotor mais lento.
• Praticidade: O padrão fornece uma estrutura comprovada e prática com base em décadas de dados empíricos, ajudando a evitar tanto o subbalanceamento (que leva à alta vibração) quanto o excesso de balanceamento (que é desnecessariamente caro).

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