Ferramenta de engenharia gratuita #023
Limites de vibração — Turbinas hidráulicas e unidades de bombeamento
Avalia a severidade da vibração em turbinas hidráulicas, turbinas-bomba e bombas de acordo com a norma ISO 20816-5. Suporta medições de velocidade na caixa de rolamentos e deslocamento do eixo.
Resultados
| Zona | Limite | Descrição |
|---|
Escopo da norma ISO 20816-5
A norma ISO 20816-5 especifica os critérios de avaliação de vibração para máquinas hidráulicas, incluindo turbinas Kaplan, Francis e Pelton, turbinas-bombas e bombas utilizadas em usinas hidrelétricas. Ela abrange configurações de máquinas tanto verticais quanto horizontais.
Vibração da caixa de rolamentos — Máquinas verticais
Velocidade de vibração de banda larga medida no corpo da chumaceira em mm/s RMS, tipicamente na faixa de 10–1000 Hz. Aplica-se a unidades verticais Kaplan, Francis, bomba-turbina e bomba. Os valores de limite de zona nesta página são valores orientadores simplificados da série ISO 10816/20816; as tabelas específicas do grupo de máquinas e da velocidade da ISO 20816-5 diferem em detalhe e devem ser consultadas para avaliações contratuais ou de aceitação.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.3 |
| C/D | 8.5 |
Vibração da caixa de rolamentos — Pelton horizontal
As turbinas Pelton horizontais têm limites admissíveis mais baixos devido à disposição dos mancais e às características de carregamento por impulso.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.3 |
| B/C | 4.5 |
| C/D | 7.1 |
Deslocamento do eixo — Máquinas verticais
O deslocamento relativo do eixo é medido com sondas de proximidade, expresso como deslocamento pico a pico em μm.
| Limite da zona | Deslocamento (μm p-p) |
|---|---|
| A/B | 80 |
| B/C | 160 |
| C/D | 260 |
ℹ️ Nota: As máquinas hidráulicas verticais apresentam características de vibração únicas devido à ação da gravidade ao longo do eixo. A condição do mancal de encosto e as forças hidráulicas (oscilação do tubo de sucção, cavitação) afetam significativamente o comportamento vibratório.
⚠️ Importante: A vibração tanto da caixa de rolamentos quanto do eixo deve ser monitorada. O pior dos dois valores determina a avaliação geral. As condições de operação (carga, altura da queda d'água, nível da água a jusante) influenciam fortemente os níveis de vibração em máquinas hidráulicas.
A norma ISO 20816-5 aplica-se a máquinas hidráulicas, incluindo:
- Turbinas Kaplan verticais
- Turbinas Francis verticais
- Turbinas-bombas verticais (reversíveis)
- Turbinas Pelton horizontais
- Bombas verticais
Estas máquinas operam em centrais hidroelétricas com velocidades típicas entre 60 e 1000 RPM.
As máquinas hidráulicas operam a velocidades muito mais baixas (60–500 RPM vs. 1500–3600 RPM para turbinas a vapor) e estão sujeitas a forças de excitação hidráulica específicas:
- Instabilidade hidráulica no tubo de sucção e pulsações de pressão
- Vibração induzida por cavitação
- Frequências de passagem das diretrizes (distribuidor) e das pás do rotor
- Libertação de vórtices de Von Kármán
As máquinas verticais têm ainda considerações adicionais relativas à vibração na chumaceira de impulso (escora) e às forças hidráulicas axiais.
O deslocamento do veio é medido utilizando sondas de proximidade montadas junto às chumaceiras de guia, medindo o deslocamento pico a pico em micrómetros (μm p-p). Isto é fundamental em máquinas verticais, onde a monitorização da órbita do veio revela:
- Desequilíbrio e desalinhamento
- Instabilidades hidráulicas
- Desgaste das chumaceiras de guia
- Condições de roçamento nos vedantes
As turbinas Pelton horizontais têm limites de vibração mais baixos do que as máquinas verticais porque:
- Os arranjos de chumaceiras horizontais são mais sensíveis a forças dinâmicas
- A carga impulsiva do impacto do jato nos alcatruzes Pelton produz uma vibração distinta
- As cargas gravíticas nas chumaceiras horizontais criam um comportamento dinâmico diferente
A fronteira Zona A/B é de 2.3 mm/s vs. 2.8 mm/s para máquinas verticais.
Para a Zona C numa turbina hidráulica:
- Investigar as causas raiz: cavitação na roda, vórtice no tubo de sucção, desgaste das chumaceiras de guia, desalinhamento de veios, ressonância hidráulica
- Aumentar a frequência de monitorização para contínua, caso ainda não o seja
- Considerar restrições de carga para reduzir a excitação hidráulica
- Planear ação corretiva durante a próxima paragem programada
- Monitorizar a tendência atentamente — se se aproximar da Zona D, considerar a paragem
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.
Analisadores de vibração profissionais e sistemas de equilibragem de campo para máquinas hidroelétricas. Avaliação no local em conformidade com a norma ISO 20816. 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.
