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Calculadora de equilibragem do rotor do triturador
Calcular o desbalanceamento admissível para rotores de britadores (de impacto, de mandíbulas e de martelo) de acordo com a norma ISO 21940. Inclui tolerância por elemento, força centrífuga e estimativas de impacto na vida útil dos rolamentos.
Resultados
Fórmulas-chave
Onde G é o grau de equilibragem (mm/s), ω = 2π×n/60 (rad/s), M é a massa do rotor (kg), e_per é o desequilíbrio específico permitido, U_per é o desequilíbrio residual permitido e F é a força centrífuga resultante.
Seleção do grau de equilibragem para britadores
| Tipo de britador | Grau típico | RPM típico |
|---|---|---|
| Impacto horizontal em eixo (HSI) | G16 - G40 | 500–800 |
| Impacto de eixo vertical (VSI) | G6.3 – G16 | 1000–2000 |
| Moinho de martelos | G16 - G40 | 1000–1800 |
| Britador de mandíbulas (volante) | G16 | 200–400 |
| Britador de cone | G6.3 – G16 | 300–600 |
Tolerância de massa por elemento
Ao substituir martelos ou barras de impacto, a variação de massa de cada elemento contribui diretamente para o desbalanceamento do rotor. Cada elemento está localizado a um raio específico do eixo de rotação. A tolerância de massa por elemento deve ser:
Onde r_elemento é o raio do centro de gravidade do elemento e N_elementos é o número de elementos.
Impacto na vida útil do rolamento
A força de desbalanceamento atua como uma carga radial rotativa adicional nos rolamentos. A vida útil nominal básica do rolamento (L10) é altamente sensível à carga aplicada:
- Rolamentos de esferas: L10 ∝ (C/P)³
- Rolamentos de rolos: L10 ∝ (C/P)^(10/3)
Mesmo forças de desequilíbrio moderadas podem reduzir significativamente a vida útil dos rolamentos quando combinadas com as cargas de processo já elevadas em britadores.
Procedimento prático de equilibragem para britadores
- Passo 1: Pese todos os martelos/barras de impacto individualmente e registre as massas.
- Passo 2: Ordene os elementos por massa e agrupe-os em pares de massa quase igual (o mais pesado com o segundo mais pesado, e assim sucessivamente)
- Passo 3: Instale os dois elementos de cada par correspondente em posições diametralmente opostas (180°) no rotor, para que as massas em posições opostas se anulem
- Passo 4: Verifique se a diferença de massa total entre as posições opostas está dentro da tolerância por elemento.
- Etapa 5: Após a instalação, ligue o britador e meça a vibração em ambos os rolamentos.
- Etapa 6: Se a vibração exceder os limites, realize a equilibragem de campo num único plano.
Força centrífuga e vida útil do rolamento
A força centrífuga resultante do desbalanceamento adiciona uma carga radial rotativa aos mancais. A relação de vida útil L10 do mancal é:
- Rolamentos de esferas: L10 = (C/P)³ × 10⁶ / (60 × n)
- Rolamentos de rolos: L10 = (C/P)^(10/3) × 10⁶ / (60 × n)
Onde C é a capacidade de carga dinâmica, P é a carga dinâmica equivalente (incluindo a força de desequilíbrio) e n é a rotação por minuto (RPM). Mesmo uma pequena força de desequilíbrio pode reduzir significativamente a vida útil quando adicionada às cargas de processo já elevadas em britadores.
Limites de vibração para britadores
Devido à natureza inerentemente impactante dos britadores, os limites de vibração são mais elevados do que os de máquinas com funcionamento suave:
- Bom: Velocidade RMS inferior a 10 mm/s nas caixas de rolamentos
- Aceitável: 10–18 mm/s — típico para britadores em operação
- Alerta: 18–28 mm/s — investigar, verificar itens de desgaste
- Perigo: > 28 mm/s — desligue e inspecione
Considerações sobre fundações e estrutura
As fundações dos britadores devem ser projetadas para absorver forças de impacto. A massa da fundação deve ser de 3 a 5 vezes a massa do britador para um isolamento de vibração adequado. Verificações importantes:
- Parafusos de ancoragem: Verifique o torque em todas as manutenções preventivas importantes.
- Suportes de isolamento: Inspecione os isoladores de borracha quanto a deterioração e corrija a deflexão.
- Condição do concreto: Verifique se há rachaduras, especialmente ao redor dos encaixes dos parafusos de ancoragem.
- Integridade do rejunte: Verifique se não há espaços vazios entre a placa de base e a fundação.
Tipos de britadores e considerações de equilibragem
- Impacto em Eixo Horizontal (HSI): As barras de impacto são o principal item de desgaste. Substitua-as em conjunto e pese-as individualmente. O rotor é normalmente equilibrado para G16.
- Impacto em Eixo Vertical (VSI): Velocidades mais elevadas exigem um equilíbrio mais preciso (G6.3–G16). A mesa de desgaste e o anel da bigorna afetam o equilíbrio indiretamente.
- Moinho de martelos: Martelos múltiplos em pinos de articulação. Os martelos reversíveis devem ser girados em pares correspondentes. G16–G40 dependendo da velocidade.
- Britador de mandíbulas: O equilíbrio do volante é crucial. O desbalanceamento do eixo excêntrico é inerente ao projeto, mas deve estar dentro da tolerância.
- Britador de cone: O desgaste do manto e da cúpula afeta o equilíbrio. O equilíbrio do conjunto da cabeça é verificado durante grandes revisões.
Melhores práticas: Mantenha um registro das massas individuais do martelo/barra de impacto para cada posição do rotor. Monitore a perda de massa ao longo do tempo para prever os intervalos ideais de substituição e manter o equilíbrio dentro da tolerância durante todo o ciclo de desgaste.
⚠️ Nota prática: Após a substituição de martelos/barras de impacto, pese sempre os elementos individuais e disponha-os para obter o mínimo desequilíbrio: elementos de massa quase igual em posições diametralmente opostas (180°) (o mais pesado oposto ao segundo mais pesado), e depois verifique a vibração residual por medição. Mesmo dentro da tolerância G40, a correspondência dos elementos prolonga consideravelmente a vida dos rolamentos e da estrutura.
Os britadores sofrem forças de impacto maciças durante o funcionamento normal que superam largamente quaisquer forças de desequilíbrio. O benefício prático de atingir G6.3 é mínimo porque as forças induzidas pelo processo são muito elevadas. O grau G16 proporciona um bom equilíbrio entre a proteção da vida útil dos rolamentos e a viabilidade prática, dadas as condições severas de funcionamento e o desgaste.
Reequilibre sempre que os elementos de desgaste (martelos, barras de impacto, revestimentos) forem substituídos, ou quando a vibração a 1× RPM exceder o valor de referência em mais de 50%. Para britadores de impacto com barras de impacto substituíveis, isto significa tipicamente a cada mudança de barras — pese e disponha os elementos para minimizar o desequilíbrio.
Sim, a equilibragem no local num único plano é comummente realizada em rotores de britadores. Monte um sensor de vibração na caixa de chumaceira do lado do acionamento, utilize um sensor de fase (keyphasor) como referência de fase e opere à velocidade normal (sem alimentação de material). O método da massa de ensaio funciona bem. As massas de correção podem ser soldadas nos discos laterais do rotor.
A equilibragem em dois planos (binário) geralmente não é necessária para rotores de britadores porque a sua relação L/D é tipicamente baixa (tipo disco). A equilibragem num único plano é suficiente. Contudo, se observar diferenças de fase significativas entre as chumaceiras, a equilibragem em dois planos pode ajudar.
À medida que os martelos se desgastam, perdem massa de forma desigual. O rotor torna-se progressivamente mais desequilibrado. Monitorize a vibração a 1× e acompanhe a tendência ao longo do tempo. Quando a vibração atingir o nível de alerta ou quando as pontas dos martelos estiverem gastas até ao limite de inversão, está na altura de substituir e reequilibrar.
Os britadores têm uma vibração inerentemente elevada devido ao processo de impacto. Uma velocidade de vibração na caixa de chumaceira abaixo de 10 mm/s RMS é considerada boa. Entre 10–18 mm/s é aceitável para a maioria dos britadores durante o funcionamento normal. Acima de 18 mm/s justifica investigação e acima de 28 mm/s é um nível de perigo que requer paragem.
1) Iguale as massas das barras de impacto dentro da tolerância. 2) Certifique-se de que todas as barras de impacto estão devidamente assentadas sem folgas. 3) Verifique se há desgaste nos discos laterais do rotor. 4) Verifique o estado e as folgas dos rolamentos. 5) Inspecione os chumbadouros da fundação quanto a folgas. 6) Se a vibração a 1× for dominante, realize uma equilibragem no local. 7) Verifique os componentes de transmissão (correias, polias, acoplamento) quanto a desgaste.
A maioria dos britadores utiliza rolamentos autocompensadores de rolos (SRB) devido à sua capacidade de suportar cargas radiais e axiais, bem como o desalinhamento do veio causado pela deflexão do alojamento. Estes têm um expoente de vida L10 de 10/3. A capacidade de carga dinâmica C é tipicamente de 500–2000 kN, dependendo do tamanho do britador.
Equilibre com os martelos na posição em que irão funcionar. Se os martelos forem reversíveis, equilibre na posição inicial de funcionamento. Quando os martelos forem invertidos para utilizar a segunda aresta, verifique novamente o equilíbrio. Algumas operações equilibram à massa de meia-vida para otimizar o desequilíbrio médio ao longo de todo o ciclo de desgaste.
Os rotores dos britadores são pesados e possuem energia armazenada. Principais precauções: 1) Bloqueie e etiquete (LOTO) todas as fontes de energia. 2) Utilize meios de elevação adequados ao manusear barras de impacto/martelos. 3) Para equilibragem no local, certifique-se de que a câmara do britador está vazia e os resguardos estão colocados. 4) Nunca opere um britador acima da velocidade nominal. 5) Mantenha o pessoal afastado da zona de descarga durante os ensaios de medição.
Uma fundação deteriorada amplifica a vibração de todas as fontes, incluindo o desequilíbrio. Verifique a existência de: betão fissurado, chumbadouros soltos, deterioração da argamassa de enchimento (grout) e erosão do solo sob a fundação. A frequência natural da fundação deve estar bem separada de 1× RPM. Recomenda-se uma avaliação da fundação se a vibração aumentar subitamente sem alterações no rotor.
Os procedimentos descritos nesta página foram desenvolvidos e testados em campo pela equipa da Vibromera com o Balanset-1A, um equilibrador de dois canais e analisador de vibrações portátil para equilibragem de rotores no local.
Instrumentos e software profissionais para balanceamento de campo. Utilizados em mais de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko é engenheiro de análise de vibrações e fundador e diretor executivo da Vibromera. Há mais de 15 anos que equilibra equipamentos rotativos no terreno e não numa bancada de ensaio: destroçadores, ventiladores industriais, britadeiras, centrifugadoras, veios e fusos. Foi desse trabalho que nasceram os instrumentos Balanset — foram concebidos como uma ferramenta que o técnico pode levar até à máquina e utilizar sozinho, no local, e não como equipamento de laboratório. A Vibromera foi fundada em 2017 e, desde 2023, está sediada no Porto, em Portugal. É aqui que decorrem o desenvolvimento, a montagem e o apoio à linha Balanset. O instrumento de referência é o Balanset-1A, um analisador portátil para equilibragem em um e dois planos e para diagnóstico de vibrações. Nikolai participa pessoalmente no apoio ao cliente, na resolução de casos de equilibragem difíceis e no desenvolvimento do software. Trabalha com clientes em todo o mundo, em qualquer idioma.
