Balanceamento de rotores: desbalanceamento estático e dinâmico, ressonância e procedimento prático
Este guia explica o balanceamento do rotor para rotores rígidosO que significa "desequilíbrio", como o desequilíbrio estático e o dinâmico diferem, por que a ressonância e a não linearidade podem impedir um resultado de qualidade e como o balanceamento é normalmente realizado em um ou dois planos de correção.
Conteúdo
- O que é um rotor e o que o balanceamento corrige?
- Tipos de rotores e tipos de desbalanceamento
- Vibração de mecanismos: o que o balanceamento pode e não pode eliminar.
- Ressonância: um fator que impede o equilíbrio
- Modelos lineares versus não lineares: quando os cálculos param de funcionar
- Dispositivos de equilibragem e máquinas de equilibragem
- Balanceamento de rotores rígidos (notas práticas)
- Como o balanceamento dinâmico é realizado (método de três execuções)
- Critérios para avaliar a qualidade do balanceamento
- Normas e referências
- FAQ
O que é um rotor e o que o balanceamento corrige?
O rotor é um corpo que gira em torno de um eixo e é mantido pelas suas superfícies de apoio nos suportes. As superfícies de apoio do rotor transmitem as cargas aos suportes através de rolamentos ou de rolamentos deslizantes. As superfícies de apoio são as superfícies dos munhões ou as superfícies que os substituem.
Em um rotor perfeitamente balanceado, sua massa é distribuída simetricamente em relação ao eixo de rotação, ou seja, qualquer elemento do rotor pode ser acoplado a outro elemento localizado simetricamente em relação ao eixo de rotação. Em um rotor balanceado, a força centrífuga que atua sobre qualquer elemento do rotor é equilibrada pela força centrífuga que atua sobre o elemento simétrico. Por exemplo, as forças centrífugas F1 e F2, de mesma magnitude e sentidos opostos, atuam sobre os elementos 1 e 2 (marcados em verde na Fig. 1). Isso é válido para todos os elementos simétricos do rotor e, portanto, a força centrífuga total que atua sobre o rotor é zero, tornando-o balanceado.
Mas se a simetria do rotor for quebrada (o elemento assimétrico está marcado em vermelho na Fig. 1), então uma força centrífuga desequilibrada F3 atuará sobre o rotor. Ao girar, essa força muda de direção com a rotação do rotor. A carga dinâmica resultante dessa força é transmitida aos mancais, resultando em desgaste acelerado.
Além disso, sob a influência desta força variável na direção, há uma deformação cíclica dos apoios e da fundação, na qual o rotor está fixo, ou seja, há vibração. Para eliminar o desequilíbrio do rotor e a vibração que o acompanha, devem ser instaladas massas de equilíbrio para restaurar a simetria do rotor.
A equilibragem do rotor é uma operação para corrigir o desequilíbrio através da adição de massas de equilibragem.
A tarefa de equilibrar é encontrar o tamanho e a localização (ângulo) de uma ou mais massas de equilíbrio.
Tipos de rotores e tipos de desbalanceamento
Levando em consideração a resistência do material do rotor e a magnitude das forças centrífugas que atuam sobre ele, os rotores podem ser divididos em dois tipos: rotores rígidos e rotores flexíveis.
Os rotores rígidos deformam-se de forma insignificante sob a ação da força centrífuga nos modos de funcionamento e a influência desta deformação nos cálculos pode ser negligenciada.
A deformação de rotores flexíveis não pode mais ser negligenciada. Essa deformação complica a solução do problema de balanceamento e exige a aplicação de modelos matemáticos diferentes em comparação com o balanceamento de rotores rígidos. Deve-se notar que o mesmo rotor pode se comportar como rígido em baixas velocidades e como flexível em altas velocidades. A seguir, consideraremos apenas o balanceamento de rotores rígidos.
Dependendo da distribuição das massas desbalanceadas ao longo do comprimento do rotor, dois tipos de desbalanceamento podem ser distinguidos: estático e dinâmico (momentâneo). Consequentemente, são denominados balanceamento estático e dinâmico do rotor. O desbalanceamento estático do rotor ocorre sem rotação do rotor, ou seja, em condições estáticas, quando o rotor é invertido pela gravidade com seu "ponto mais pesado" voltado para baixo. Um exemplo de rotor com desbalanceamento estático é mostrado na Figura 2.
O desequilíbrio dinâmico ocorre apenas quando o rotor está a rodar.
Um exemplo de um rotor com desequilíbrio dinâmico é mostrado na Fig. 3.
Neste caso, as massas iguais e desbalanceadas M1 e M2 estão em planos diferentes – em posições diferentes ao longo do comprimento do rotor. Em posição estática, ou seja, quando o rotor não gira, apenas a gravidade atua sobre ele e as massas se equilibram. Em dinâmica, quando o rotor gira, as forças centrífugas Fc1 e Fc2 começam a atuar sobre as massas M1 e M2. Essas forças são iguais em magnitude e opostas em direção. No entanto, como são aplicadas em posições diferentes ao longo do eixo e não estão na mesma linha, essas forças não se compensam. As forças Fc1 e Fc2 criam um torque aplicado ao rotor. Portanto, esse desbalanceamento também é chamado de desbalanceamento de momento. Consequentemente, as forças centrífugas não compensadas atuam sobre os mancais, podendo exceder em muito os valores calculados e reduzir a vida útil dos mancais.
Como esse tipo de desbalanceamento ocorre apenas dinamicamente durante a rotação do rotor, ele é chamado de desbalanceamento dinâmico. Não pode ser corrigido em condições estáticas por balanceamento "em facas" ou métodos similares. Para eliminar o desbalanceamento dinâmico, devem ser instalados dois pesos de compensação que produzam um momento de magnitude igual e direção oposta ao momento resultante das massas M1 e M2. Os pesos de compensação não precisam ser opostos e de magnitude igual às massas M1 e M2. O importante é que produzam um momento que compense totalmente o momento de desbalanceamento.
Em geral, as massas M1 e M2 podem não ser iguais, resultando em uma combinação de desbalanceamento estático e dinâmico. Teoricamente, é comprovado que, para um rotor rígido, dois pesos espaçados ao longo de seu comprimento são necessários e suficientes para eliminar o desbalanceamento. Esses pesos compensarão tanto o torque resultante do desbalanceamento dinâmico quanto a força centrífuga resultante da assimetria da massa em relação ao eixo do rotor (desbalanceamento estático). Tipicamente, o desbalanceamento dinâmico é característico de rotores longos, como eixos, enquanto o desbalanceamento estático é característico de rotores estreitos. Contudo, se o rotor estreito estiver inclinado em relação ao eixo ou deformado ("em forma de oito"), o desbalanceamento dinâmico será difícil de eliminar (ver Figura 4), pois, nesse caso, é difícil instalar pesos de correção que criem o momento compensatório necessário.
As forças F1 e F2 não se encontram na mesma reta e não se compensam mutuamente.
Devido ao fato de o braço responsável por gerar torque ser pequeno em função do rotor estreito, podem ser necessários contrapesos de grande porte. No entanto, isso também resulta em um "desbalanceamento induzido" devido à deformação do rotor estreito pelas forças centrífugas dos contrapesos. (Veja, por exemplo, "Instruções metodológicas para balanceamento de rotores rígidos (de acordo com a ISO 22061-76)". Seção 10. SISTEMA DE SUPORTES DO ROTOR.)
Isto é notório nos rotores estreitos dos ventiladores, nos quais, para além do desequilíbrio de forças, o desequilíbrio aerodinâmico também está ativo. E deve ser entendido que o desequilíbrio aerodinâmico, ou melhor, a força aerodinâmica é diretamente proporcional à velocidade angular do rotor, e para a sua compensação é utilizada a força centrífuga da massa de correção, que é proporcional ao quadrado da velocidade angular. Por conseguinte, o efeito de equilibragem só pode ter lugar a uma frequência de equilibragem específica. Noutras frequências de rotação existe um erro adicional.
O mesmo se pode dizer das forças electromagnéticas num motor elétrico, que também são proporcionais à velocidade angular. Assim, não é possível eliminar todas as causas de vibração numa máquina através da equilibragem.
Vibração de mecanismos
A vibração é a reação da conceção do mecanismo aos efeitos de uma força excitadora cíclica. Esta força pode ser de natureza diferente.
A força centrífuga resultante do rotor desbalanceado é uma força não compensada que atua no "ponto mais pesado". É essa força e a vibração causada por ela que podem ser eliminadas pelo balanceamento do rotor.
Forças de interação de natureza "geométrica" resultantes de erros de fabricação e montagem das peças acopladas. Essas forças podem surgir, por exemplo, como resultado da não circularidade dos gargalos dos eixos, erros nos perfis dos dentes das engrenagens, ondulações das pistas dos mancais, desalinhamento dos eixos acoplados, etc. No caso de não circularidade dos munhões, o eixo se deslocará dependendo do ângulo de rotação do eixo. Embora essa vibração também ocorra na velocidade do rotor, é quase impossível eliminá-la por balanceamento.
Forças aerodinâmicas resultantes da rotação dos impulsores de ventiladores e outros mecanismos de palhetas. Forças hidrodinâmicas resultantes da rotação dos impulsores de bombas hidráulicas, turbinas, etc.
Forças electromagnéticas resultantes do funcionamento de máquinas eléctricas, por exemplo, enrolamentos assimétricos do rotor, enrolamentos em curto-circuito, etc.
A magnitude da vibração (por exemplo, a sua amplitude Av) depende não só da força excitadora Fv que actua no mecanismo com frequência circular ω, mas também da rigidez k do mecanismo, da sua massa m , bem como do coeficiente de amortecimento C.
Podem ser utilizados vários tipos de sensores para medir os mecanismos de vibração e equilíbrio, incluindo:
- sensores de vibrações absolutos concebidos para medir a aceleração das vibrações (acelerómetros) e sensores de velocidade das vibrações;
- Sensores de vibração relativa - de correntes parasitas ou capacitivos, projetados para medir o deslocamento da vibração;
- Em alguns casos (quando o projeto do mecanismo o permite), sensores de força também podem ser usados para avaliar sua carga de vibração; em particular, eles são amplamente utilizados para medir a carga de vibração de suportes de máquinas de balanceamento com mancais rígidos.
Assim, a vibração é a reação de uma máquina à ação de forças externas. A magnitude da vibração depende não só da magnitude da força que actua no mecanismo, mas também da rigidez da conceção do mecanismo. Uma mesma força pode dar origem a vibrações diferentes. Numa máquina de rolamentos rígidos, mesmo que a vibração seja pequena, os rolamentos podem estar sujeitos a cargas dinâmicas significativas. É por isso que são utilizados sensores de força em vez de sensores de vibração (acelerómetros de vibração) quando se equilibram máquinas de rolamentos rígidos.
Os sensores de vibração são utilizados em mecanismos com suportes relativamente flexíveis, quando a ação de forças centrífugas desequilibradas conduz a uma deformação percetível dos suportes e a vibrações. Os sensores de força são utilizados em suportes rígidos, quando mesmo forças significativas devido ao desequilíbrio não conduzem a vibrações significativas.
A ressonância é um fator que impede o equilíbrio
Anteriormente, referimos que os rotores se dividem em rígidos e flexíveis. A rigidez ou flexibilidade do rotor não deve ser confundida com a rigidez ou mobilidade dos apoios (fundação) em que o rotor está instalado. Um rotor é considerado rígido quando a sua deformação (flexão) sob a ação de forças centrífugas pode ser negligenciada. A deformação do rotor flexível é relativamente grande e não pode ser negligenciada.
Neste artigo, consideramos apenas a equilibragem de rotores rígidos. Um rotor rígido (não deformável) pode, por sua vez, ser montado em suportes rígidos ou móveis (flexíveis). É evidente que esta rigidez/suspensão dos apoios é também relativa, dependendo da velocidade do rotor e da magnitude das forças centrífugas resultantes. Um limite condicional é a frequência das vibrações naturais dos suportes do rotor.
Nos sistemas mecânicos, a forma e a frequência das vibrações naturais são determinadas pela massa e pela elasticidade dos elementos do sistema mecânico. Ou seja, a frequência das vibrações naturais é uma caraterística interna do sistema mecânico e não depende de forças externas. Ao serem desviados do estado de equilíbrio, os apoios, devido à elasticidade, tendem a regressar à posição de equilíbrio. Mas devido à inércia do rotor maciço, este processo tem o carácter de oscilações amortecidas. Estas vibrações são as vibrações naturais do sistema rotor-suporte. A sua frequência depende da relação entre a massa do rotor e a elasticidade dos apoios.
Quando o rotor começa a rodar e a frequência da sua rotação se aproxima da frequência das vibrações naturais, a amplitude da vibração aumenta acentuadamente, o que pode levar à destruição da estrutura.
Ocorre o fenómeno de ressonância mecânica. Na área de ressonância, uma alteração da velocidade de rotação em 100 rpm pode levar a um aumento da vibração em dezenas de vezes. Ao mesmo tempo (na área de ressonância) a fase de vibração muda em 180°.
Se a conceção do mecanismo não for bem sucedida e a frequência de funcionamento do rotor estiver próxima da frequência das vibrações naturais, então o funcionamento do mecanismo torna-se impossível devido à vibração inadmissivelmente elevada. Isto não é possível da forma habitual, uma vez que mesmo uma pequena alteração na velocidade causará uma alteração drástica nos parâmetros de vibração. Para equilibrar na área de ressonância, são utilizados métodos especiais não considerados neste artigo.
É possível determinar a frequência das vibrações naturais do mecanismo em repouso (ao desligar a rotação do rotor) ou pelo método de choque com a subsequente análise espetral da resposta do sistema ao choque.
Para os mecanismos cuja frequência de rotação é superior à frequência de ressonância, ou seja, que funcionam no regime de ressonância, considera-se que os apoios estão em movimento e para a medição são utilizados sensores de vibração, principalmente vibroacelerómetros, que medem a aceleração dos elementos estruturais. Para os mecanismos que funcionam em modo pré-ressonante, os apoios são considerados rígidos. Neste caso, são utilizados sensores de força.
Modelos lineares e não lineares de um sistema mecânico. A não linearidade é um fator que impede o equilíbrio
Ao equilibrar rotores rígidos, são utilizados modelos matemáticos chamados modelos lineares para os cálculos de equilíbrio. Um modelo linear significa que, nesse modelo, uma quantidade é proporcional (linear) à outra. Por exemplo, se a massa não compensada no rotor for duplicada, então o valor da vibração também será duplicado. Para rotores rígidos, pode ser utilizado um modelo linear, uma vez que estes não se deformam.
Para os rotores flexíveis, o modelo linear já não pode ser utilizado. Para um rotor flexível, se a massa do ponto pesado aumentar durante a rotação, ocorrerá uma deformação adicional e, para além da massa, o raio da localização do ponto pesado também aumentará. Por conseguinte, para um rotor flexível, a vibração aumentará mais do dobro e os métodos de cálculo habituais não funcionarão.
Além disso, a alteração da elasticidade dos apoios nas suas grandes deformações, por exemplo, quando em pequenas deformações dos apoios alguns elementos estruturais funcionam, e em grandes deformações outros elementos estruturais estão envolvidos. É por isso que não é possível equilibrar mecanismos que não estão fixados numa fundação, mas, por exemplo, simplesmente colocados no chão. Com vibrações significativas, a força do desequilíbrio pode puxar o mecanismo para fora do chão, alterando assim significativamente as características de rigidez do sistema. Os pés do motor devem ser fixados com segurança, os suportes dos parafusos devem ser apertados, a espessura da anilha deve proporcionar rigidez de montagem suficiente, etc. Se os rolamentos estiverem partidos, é possível que haja um desalinhamento significativo do eixo e choques, o que também resultará numa fraca linearidade e na incapacidade de efetuar um equilíbrio de qualidade.
Dispositivos de equilibragem e máquinas de equilibragem
Conforme mencionado acima, o balanceamento é o processo de alinhamento do eixo central principal de inércia com o eixo de rotação do rotor.
Este processo pode ser efectuado por dois métodos.
O primeiro método envolve a maquinagem dos munhões do rotor de modo a que o eixo que passa pelos centros dos munhões se cruze com o eixo central principal de inércia do rotor. Esta técnica é raramente utilizada na prática e não será discutida em pormenor neste artigo.
O segundo método (mais comum) envolve a deslocação, instalação ou remoção de pesos de correção no rotor, que são colocados de modo a que o eixo de inércia do rotor esteja o mais próximo possível do seu eixo de rotação.
A deslocação, adição ou remoção de pesos de correção durante a equilibragem pode ser realizada através de várias operações tecnológicas, incluindo: perfuração, fresagem, revestimento, soldadura, aparafusamento ou desaparafusamento, queima por laser ou feixe de electrões, eletrólise, revestimento eletromagnético, etc.
O processo de equilíbrio pode ser efectuado de duas formas:
- equilibragem de rotores montados (nos seus próprios rolamentos) utilizando máquinas de equilibragem;
- equilibragem de rotores em máquinas de equilibragem. Para a equilibragem de rotores nos seus próprios rolamentos são normalmente utilizados dispositivos de equilibragem especializados (kits), que permitem medir a vibração do rotor equilibrado na sua frequência de rotação de forma vetorial, ou seja, medir tanto a amplitude como a fase da vibração. Atualmente, os dispositivos acima referidos são fabricados com base na tecnologia de microprocessadores e (para além da medição e análise das vibrações) permitem o cálculo automático dos parâmetros dos pesos de correção, que devem ser instalados no rotor para compensar o seu desequilíbrio.
Estes dispositivos incluem:
- uma unidade de medição e de cálculo baseada num computador ou num controlador industrial;
- Dois (ou mais) sensores de vibração;
- Um sensor de ângulo de fase;
- acessórios para a montagem dos sensores no local;
- software especializado, concebido para efetuar um ciclo completo de medição dos parâmetros de vibração do rotor em um, dois ou mais planos de correção.
Atualmente, os dois tipos de máquinas de equilibrar são os mais comuns:
- Máquinas de rolamentos macios (com suportes macios);
- Máquinas de rolamentos rígidos (com suportes rígidos).
As máquinas com mancais flexíveis possuem suportes relativamente maleáveis, por exemplo, baseados em molas planas. A frequência de vibração natural desses suportes é geralmente 2 a 3 vezes menor que a frequência de rotação do rotor de balanceamento, que é montado sobre eles. Sensores de vibração (acelerômetros, sensores de velocidade de vibração, etc.) são normalmente usados para medir a vibração dos suportes pré-ressonantes da máquina.
As máquinas de equilibragem por pré-ressonância utilizam suportes relativamente rígidos, cujas frequências naturais de vibração devem ser 2 a 3 vezes superiores à frequência de rotação do rotor que está a ser equilibrado. Os transdutores de força são normalmente utilizados para medir a carga de vibração dos suportes das máquinas de pré-ressonância.
A vantagem das máquinas de balanceamento por pré-ressonância é que o balanceamento nelas pode ser realizado a velocidades de rotor relativamente baixas (até 400-500 rpm), o que simplifica bastante o projeto da máquina e de sua base, além de aumentar a produtividade e a segurança do balanceamento.
Equilíbrio de rotores rígidos
Importante!
- A equilibragem apenas elimina as vibrações causadas pela distribuição assimétrica da massa do rotor relativamente ao seu eixo de rotação. Outros tipos de vibração não são eliminados pela equilibragem!
- Os mecanismos técnicos, cuja conceção garante a ausência de ressonâncias na frequência de rotação de funcionamento, fixados de forma fiável na fundação, instalados em rolamentos utilizáveis, são objeto de equilibragem.
- As máquinas defeituosas devem ser reparadas antes da equilibragem. Caso contrário, não é possível efetuar uma equilibragem de qualidade.
O equilíbrio não substitui a reparação!
A principal tarefa da equilibragem é encontrar a massa e a localização dos pesos de compensação que estão sujeitos a forças centrífugas de equilíbrio.
Como mencionado acima, para rotores rígidos, é geralmente necessário e suficiente instalar dois pesos de compensação. Isto eliminará o desequilíbrio estático e dinâmico do rotor. O esquema geral para medir as vibrações durante a equilibragem é o seguinte.
Os sensores de vibração são instalados nos suportes das chumaceiras nos pontos 1 e 2. Um marcador de rotações é fixado ao rotor, normalmente com fita reflectora. O marcador de RPM é utilizado pelo tacómetro laser para determinar a velocidade do rotor e a fase do sinal de vibração.
Como o balanceamento dinâmico é realizado (método de três execuções)
Na maioria dos casos, a equilibragem dinâmica é efectuada pelo método das três partidas. O método baseia-se no facto de serem colocados pesos de teste de peso conhecido no rotor em série nos planos 1 e 2 e de os pesos e a localização dos pesos de equilibragem serem calculados com base nos resultados das alterações dos parâmetros de vibração.
O local de instalação dos pesos é designado por plano de correção. Normalmente, os planos de correção são seleccionados na área dos apoios das chumaceiras em que o rotor está instalado.
No primeiro arranque, mede-se a vibração inicial. Em seguida, é colocado um peso de teste de peso conhecido no rotor, mais próximo de uma das chumaceiras. Efectua-se um segundo arranque e medem-se os parâmetros de vibração, que devem mudar devido à instalação do peso de ensaio. Em seguida, o peso de ensaio no primeiro plano é retirado e instalado no segundo plano. Efectua-se um terceiro ensaio e medem-se os parâmetros de vibração. O peso de teste é removido e o software calcula automaticamente as massas e os ângulos de instalação dos pesos de equilíbrio.
O objetivo da instalação dos pesos de teste é determinar como o sistema reage a alterações no desequilíbrio. Os pesos e as localizações dos pesos de teste são conhecidos, pelo que o software pode calcular os chamados coeficientes de influência, mostrando como a introdução de um desequilíbrio conhecido afecta os parâmetros de vibração. Os coeficientes de influência são características do próprio sistema mecânico e dependem da rigidez dos suportes e da massa (inércia) do sistema rotor-suporte.
Para o mesmo tipo de mecanismos com o mesmo desenho, os coeficientes de influência serão próximos. É possível guardá-los na memória do computador e utilizá-los para efetuar a equilibragem de mecanismos do mesmo tipo sem efetuar ensaios, o que aumenta significativamente a produtividade da equilibragem. Note-se que a massa dos pesos de teste deve ser escolhida de modo a que os parâmetros de vibração se alterem visivelmente quando os pesos de teste são instalados. Caso contrário, o erro de cálculo dos coeficientes de influência aumenta e a qualidade da equilibragem deteriora-se.
Como se pode ver na Fig. 1, a força centrífuga actua na direção radial, ou seja, perpendicularmente ao eixo do rotor. Por isso, os sensores de vibrações devem ser instalados de modo a que o seu eixo de sensibilidade aponte também na direção radial. Normalmente, a rigidez da fundação na direção horizontal é menor, pelo que a vibração na direção horizontal é maior. Por conseguinte, para aumentar a sensibilidade, os sensores devem ser instalados de modo a que o seu eixo de sensibilidade seja também direcionado horizontalmente. Embora não exista uma diferença fundamental. Além da vibração na direção radial, a vibração na direção axial, ao longo do eixo de rotação do rotor, deve ser monitorizada. Esta vibração não é normalmente causada pelo desequilíbrio, mas por outras causas, principalmente relacionadas com o desalinhamento e o desalinhamento dos veios ligados através do acoplamento.
Essa vibração não pode ser eliminada por balanceamento, sendo necessário, portanto, o alinhamento. Na prática, essas máquinas geralmente apresentam tanto desbalanceamento do rotor quanto desalinhamento do eixo, o que torna a tarefa de eliminar a vibração muito mais difícil. Nesses casos, é necessário primeiro centrar a máquina e depois balanceá-la. (Embora, com forte desbalanceamento de torque, a vibração também ocorra na direção axial devido à torção da estrutura de base.)
Artigos relacionados (exemplos de suportes de equilíbrio)
- Suporte de equilíbrio com apoio macio
- Balanceamento dos rotores de motores elétricos
- Suportes de equilíbrio simples mas eficazes
Critérios para avaliar a qualidade dos mecanismos de equilíbrio
A qualidade da equilibragem dos rotores (mecanismos) pode ser avaliada de duas formas. O primeiro método envolve a comparação da quantidade de desequilíbrio residual determinada durante o processo de equilibragem com a tolerância para o desequilíbrio residual. Estas tolerâncias para as diferentes classes de rotores são especificadas na norma ISO 1940-1-2007. Parte 1. Definição de desequilíbrio admissível.
No entanto, o cumprimento das tolerâncias especificadas não pode garantir plenamente a fiabilidade operacional do mecanismo, associada à obtenção do nível mínimo da sua vibração. Isto explica-se pelo facto de a magnitude da vibração do mecanismo ser determinada não só pela magnitude da força associada ao desequilíbrio residual do seu rotor, mas também depender de vários outros parâmetros, incluindo: a rigidez k dos elementos estruturais do mecanismo, a sua massa m, o fator de amortecimento, bem como a frequência de rotação. Por conseguinte, para estimar as qualidades dinâmicas do mecanismo (incluindo a qualidade do seu equilíbrio) em vários casos, recomenda-se estimar o nível de vibração residual do mecanismo, que é regulado por várias normas.
A norma mais comum, que regula os níveis admissíveis de vibração dos mecanismos, é a ISO 10816-3-2002. Com a sua ajuda, é possível definir tolerâncias para qualquer tipo de máquina, tendo em conta a potência do seu acionamento elétrico.
Para além desta norma universal, existe uma série de normas especializadas desenvolvidas para tipos específicos de máquinas. Por exemplo, 31350-2007 , ISO 7919-1-2002, etc.
Normas e referências
- ISO 1940-1:2007. Vibração. Requisitos para a qualidade do balanceamento de rotores rígidos. Parte 1. Determinação do desbalanceamento admissível.
- ISO 10816-3:2009. Vibração mecânica — Avaliação da vibração de máquinas por meio de medições em partes não rotativas — Parte 3: Máquinas industriais com potência nominal acima de 15 kW e velocidades nominais entre 120 rpm e 15.000 rpm quando medidas in situ.
- ISO 14694:2003. Ventiladores industriais — Especificações para qualidade de balanceamento e níveis de vibração.
- ISO 7919-1:2002. Vibração de máquinas sem movimento alternativo — Medições em eixos rotativos e critérios de avaliação — Orientações gerais.
FAQ
O balanceamento elimina toda a vibração?
Não. O balanceamento elimina a vibração causada pela distribuição assimétrica da massa do rotor em relação ao seu eixo de rotação. Vibrações provenientes de desalinhamento, defeitos nos rolamentos, forças aerodinâmicas/hidrodinâmicas, forças eletromagnéticas e outras causas exigem diagnósticos e ações corretivas específicas.
Por que o balanceamento pode falhar próximo à ressonância?
Próximo à ressonância, pequenas variações de velocidade podem causar grandes mudanças na amplitude da vibração e uma defasagem de 180°. Nessas condições, os resultados das medições tornam-se instáveis e os procedimentos convencionais de balanceamento podem não convergir sem métodos especiais.
Quando é necessário balanceamento em um plano em vez de balanceamento em dois planos?
Para um rotor rígido, dois pesos separados ao longo do seu comprimento são geralmente necessários e suficientes para eliminar o desequilíbrio estático e dinâmico combinado. Rotores estreitos frequentemente apresentam desequilíbrio predominantemente estático, mas a deformação e a geometria podem introduzir uma componente dinâmica que pode exigir correção em dois planos.
O que deve ser feito antes do balanceamento?
Certifique-se de que a máquina esteja em condições de uso: fixação segura à base, rolamentos em bom estado, sem folgas significativas e sem fontes óbvias de não linearidade. O balanceamento não substitui o reparo.
Principais conclusões
- O balanceamento corrige a excitação relacionada à massa (centrífuga); ele não resolve desalinhamentos, danos nos rolamentos ou fontes eletromagnéticas/aerodinâmicas.
- A ressonância e a não linearidade podem tornar o balanceamento convencional ineficaz ou inseguro.
- Para rotores rígidos, o balanceamento em dois planos é a solução geral para o desbalanceamento combinado estático e dinâmico.
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