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Equilibragem dinâmica no local

Guia Técnico Completo para Balanceamento de Rotores Industriais

Parte I: Fundamentos teóricos e regulamentares da equilibragem dinâmica

Field dynamic balancing is one of the key operations in vibration commissioning and condition-based maintenance, aimed at extending the service life of industrial equipment and preventing emergency situations. The use of portable instruments such as Balanset-1A allows these operations to be performed directly at the operating site, minimizing downtime and costs associated with dismantling. However, successful balancing requires not only the ability to work with the instrument, but also a deep understanding of the physical processes underlying vibration, as well as knowledge of the regulatory framework governing the quality of work.

O princípio da metodologia baseia-se na instalação de pesos de teste e no cálculo dos coeficientes de influência do desequilíbrio. Simplificando, o instrumento mede a vibração (amplitude e fase) de um rotor em rotação, após o que o usuário adiciona sequencialmente pequenos pesos de teste em planos específicos para "calibrar" a influência da massa adicional na vibração. Com base nas mudanças na amplitude e na fase da vibração, o instrumento calcula automaticamente a massa e o ângulo de instalação necessários dos pesos corretivos para eliminar o desequilíbrio.

Essa abordagem implementa o chamado método de três execuções Para balanceamento em dois planos: medição inicial e duas medições com pesos de teste (um em cada plano). Para balanceamento em um único plano, geralmente são suficientes duas medições – uma sem peso e outra com um peso de teste. Nos instrumentos modernos, todos os cálculos necessários são realizados automaticamente, simplificando significativamente o processo e reduzindo os requisitos de qualificação do operador.

Seção 1.1: Física do Desequilíbrio: Análise em Profundidade

No cerne de qualquer vibração em equipamentos rotativos está o desequilíbrio, ou desbalanceamento. Desbalanceamento é uma condição em que a massa do rotor é distribuída de forma desigual em relação ao seu eixo de rotação. Essa distribuição desigual leva à ocorrência de forças centrífugas, que por sua vez causam vibração nos suportes e em toda a estrutura da máquina. As consequências do desequilíbrio não corrigido podem ser catastróficas: desde desgaste prematuro e destruição de rolamentos até danos à fundação e à própria máquina. Para um diagnóstico e eliminação eficazes do desequilíbrio, é necessário distinguir claramente seus tipos.

Tipos de Desequilíbrio

Configuração de balanceamento de rotor com motor elétrico em suportes, sensores de vibração, dispositivo de medição, laptop com display de software
Configuração de máquina de equilibragem de rotor com sistema de monitorização controlado por computador para medir forças estáticas e dinâmicas para detetar desequilíbrios em componentes rotativos de motores elétricos.

Desequilíbrio estático (plano único): In this type of unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the axis of rotation - the center of mass is offset radially from the rotation axis. In a static state, such a rotor, installed on horizontal knife-edges (parallel ways), will always turn with the heavy side downward. Static unbalance is dominant for thin, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5, for example, grinding wheels or narrow fan impellers. Static unbalance elimination is possible by installing one corrective weight in one correction plane, diametrically opposite to the heavy point - a single-plane approach that is valid at moderate speeds (roughly under 1000 rpm); high-speed narrow discs still require two-plane balancing.

Desequilíbrio de binário (momento): Este tipo ocorre quando o eixo principal de inércia do rotor intercepta o eixo de rotação no centro de massa, mas não é paralelo a ele. O desequilíbrio de par pode ser representado como duas massas desbalanceadas de igual magnitude, mas com direções opostas, localizadas em planos diferentes. Em um estado estático, tal rotor está em equilíbrio, e o desequilíbrio se manifesta apenas durante a rotação na forma de "balanço" ou "oscilação". Para compensá-lo, é necessária a instalação de pelo menos dois pesos corretivos em dois planos diferentes, criando um momento de compensação.

Configuração de balanceamento de rotor com motor elétrico em suportes de mancal, sensores de vibração, cabos e monitor de laptop do analisador Vibromera
Diagrama técnico de um aparelho de teste de rotor de motor elétrico com enrolamentos de cobre montados em rolamentos de precisão, conectado a um equipamento de monitoramento eletrônico para medição da dinâmica rotacional.

Desequilíbrio dinâmico: Este é o tipo mais comum de desequilíbrio em condições reais, representando uma combinação de desequilíbrios estáticos e de binário. Neste caso, o eixo central principal de inércia do rotor não coincide com o eixo de rotação e não o intercepta no centro de massa. Para eliminar o desequilíbrio dinâmico, é necessária a correção da massa em pelo menos dois planos. Instrumentos de dois canais, como o Balanset-1A, são projetados especificamente para resolver este problema.

Desequilíbrio quase estático: Este é um caso especial de desequilíbrio dinâmico em que o eixo principal de inércia intercepta o eixo de rotação, mas não o centro de massa do rotor. Esta é uma distinção sutil, mas importante para o diagnóstico de sistemas de rotores complexos.

Rotores rígidos e flexíveis: distinção crítica

Um dos conceitos fundamentais da equilibragem é a distinção entre rotores rígidos e flexíveis. Esta distinção determina a possibilidade e a metodologia de uma equilibragem bem-sucedida.

Rotor rígido: Um rotor é considerado rígido se a sua frequência de rotação operacional for significativamente menor que a sua primeira frequência crítica e não sofrer deformações elásticas significativas (deflexões) sob a ação de forças centrífugas. A equilibragem de tal rotor é normalmente realizada com sucesso em dois planos de correção. Os instrumentos Balanset-1A são projetados principalmente para trabalhar com rotores rígidos.

Rotor flexível: Um rotor é considerado flexível se operar a uma frequência de rotação próxima ou superior a uma de suas frequências críticas. Nesse caso, a deflexão elástica do eixo torna-se comparável ao deslocamento do centro de massa e, por si só, contribui significativamente para a vibração geral.

Aviso importante

Tentar balancear um rotor flexível usando a metodologia para rotores rígidos (em dois planos) frequentemente leva ao insucesso. A instalação de contrapesos pode compensar a vibração em baixas velocidades, abaixo da ressonância, mas ao atingir a velocidade de operação, quando o rotor se flexiona, esses mesmos contrapesos podem aumentar a vibração, excitando um dos modos de vibração de flexão. Esta é uma das principais razões pelas quais o balanceamento "não funciona", mesmo quando todas as ações com o instrumento são realizadas corretamente.

Antes de iniciar o trabalho, é extremamente importante classificar o rotor correlacionando sua velocidade de operação com as frequências críticas conhecidas (ou calculadas). Se for impossível contornar a ressonância, recomenda-se alterar temporariamente as condições de montagem da unidade durante o balanceamento para deslocar a ressonância.

Seção 1.2: Estrutura regulatória: Normas ISO

As normas na área de balanceamento desempenham várias funções essenciais: estabelecem uma terminologia técnica unificada, definem requisitos de qualidade e, principalmente, servem como base para o equilíbrio entre a necessidade técnica e a viabilidade econômica.

ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1): Requisitos de qualidade para a equilibragem de rotores rígidos

Software for Balanset-1A portable balancer and vibration analyzer. Balance tolerance calculator (ISO 1940)
Software for Balanset-1A portable balancer and vibration analyzer. Balance tolerance calculator (ISO 1940)

This standard is the fundamental document for determining permissible residual unbalance. It introduces the concept of balance quality grade (G), which is chosen by machine type only. The speed enters later, when the grade is converted into a permissible specific unbalance: epor = (G × 9549) / n.

Grau de qualidade G: Each type of equipment corresponds to a specific quality grade that remains constant regardless of rotation speed. For example, grade G6.3 is recommended for fans, pumps and general-purpose electric motors, G16 for crushers and agricultural machinery, and G2.5 for turbines and turbo-compressors.

Cálculo do desequilíbrio residual admissível (Upor): The standard allows calculation of a specific permissible unbalance value that serves as a target indicator during balancing. The calculation is performed in three stages:

  1. Determinação do desequilíbrio específico admissível (epor) usando a fórmula:
    e por = (G × 9549) / n
    onde G é o grau de qualidade da equilibragem (por exemplo, 2,5), n é a frequência de rotação operacional, rpm. A unidade de medida para epor é g·mm/kg ou μm.
  2. Determinação do desequilíbrio residual admissível (Upor) para todo o rotor:
    U por = e por × M
    onde M é a massa do rotor, kg. A unidade de medida para Upor é g·mm.
  3. Allocation of Upor between the two correction planes. For a symmetric rotor, split it 50/50 (in the example below: 19.9 g·mm per plane). For an asymmetric between-bearing rotor: Uesquerda = Upor × (b/L), Udireito = Upor × (a/L), where a and b are the distances from the center of mass to the left and right bearings and L = a + b. Overhung rotors require a moment-based recalculation with a tighter tolerance on the overhung plane. Balanset-1A performs this allocation automatically and shows the per-plane residual unbalance (D1, D2) next to the balancing tolerance on the Result tab.

Exemplo: Para um rotor de motor elétrico com massa de 5 kg, operando a 3000 rpm e com grau de qualidade G2.5:
epor = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm
Upor = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm
This means that after balancing, the residual unbalance should not exceed 39.8 g·mm - for this symmetric rotor, about 19.9 g·mm in each of the two correction planes.

ISO 20806:2009: Critérios e salvaguardas para a equilibragem no local de rotores médios e grandes

Esta norma regula diretamente o processo de equilibragem no local.

Vantagens: A principal vantagem do balanceamento no local é que o rotor é balanceado em condições reais de operação, sobre seus suportes e sob carga operacional. Isso leva em consideração automaticamente as propriedades dinâmicas do sistema de suporte e a influência dos componentes do trem de eixos conectados.

Desvantagens e limitações:

  • Acesso limitado: Muitas vezes, o acesso aos planos de correção numa máquina montada é difícil, limitando as possibilidades de instalação dos pesos.
  • Necessidade de testes: O processo de balanceamento requer vários ciclos de "ligar e desligar" da máquina.
  • Dificuldade com desequilíbrio severo: Em casos de desequilíbrio inicial muito grande, limitações na seleção do plano e na massa de peso corretivo podem não permitir atingir a qualidade de equilibragem exigida.

Parte II: Guia prático para a equilibragem com instrumentos Balanset-1A

The success of balancing depends overwhelmingly on the thoroughness of preparatory work. Most failures are related not to instrument malfunction, but to ignoring factors affecting measurement repeatability. The main preparation principle is to exclude all other possible sources of vibration so that the instrument measures only the effect of unbalance.

Secção 2.1: Base do sucesso: diagnóstico prévio à equilibragem e preparação da máquina

Etapa 1: Diagnóstico de vibração primária (É realmente desequilíbrio?)

Antes do balanceamento, é útil realizar uma medição preliminar de vibração no modo vibrometro. O software Balanset-1A possui um modo "Medidor de Vibração" (botão F5) onde você pode medir a vibração geral e separadamente a vibração do componente na frequência de rotação (1×) antes de instalar quaisquer contrapesos.

Sinal clássico de desequilíbrio: O espectro de vibração deve ser dominado por um pico na frequência de rotação do rotor (pico na frequência de 1x RPM). A amplitude desse componente nas direções horizontal e vertical deve ser comparável, e as amplitudes dos outros harmônicos devem ser significativamente menores.

Sinais de outros defeitos: Se o espectro contiver picos significativos em outras frequências (por exemplo, 2x, 3x RPM) ou em frequências não múltiplas, isso indica a presença de outros problemas que devem ser eliminados antes do balanceamento.

Etapa 2: Inspeção mecânica abrangente (lista de verificação)

  • Rotor: Thoroughly clean all rotor surfaces from dirt, rust and built-up deposits (caked product). Even a small amount of dirt at a large radius creates significant unbalance. Check for absence of broken or missing elements.
  • Rolamentos: Verifique se os conjuntos de rolamentos apresentam folga excessiva, ruídos estranhos e superaquecimento. Rolamentos desgastados não permitirão a obtenção de leituras estáveis.
  • Fundação e estrutura: Ensure that the unit is installed on a rigid foundation. Check the torque of the anchor bolts and the absence of cracks in the frame.
  • Dirigir: Para transmissões por correia, verifique a tensão e o estado da correia. Para conexões de acoplamento, verifique o alinhamento do eixo.
  • Segurança: Garantir a presença e a operacionalidade de todas as proteções.

Seção 2.2: Configuração e instalação do instrumento

Instalação de hardware

Sensores de vibração (acelerômetros):

  • Connect sensor cables to corresponding instrument connectors (e.g., X1 and X2 for Balanset-1A; on newer revisions the connectors are labeled Ch-1 and Ch-2).
  • Instale sensores nas caixas de mancais o mais próximo possível do rotor.
  • Prática fundamental: Para obter o sinal máximo, os sensores devem ser instalados na direção da vibração. Utilize uma base magnética potente ou um suporte roscado para garantir um contato firme.

Sensor de fase (tacômetro a laser):

  • Connect the sensor to the special input (X3 for Balanset-1A; labeled Tacho on newer revisions).
  • Cole um pequeno pedaço de fita refletora no eixo ou em outra parte giratória do rotor.
  • Instale o tacômetro de forma que o feixe de laser atinja a marca de maneira estável durante toda a rotação.

Configuração de software (Balanset-1A)

  • Launch the software and connect the USB interface module (administrator rights are not required).
  • Go to the balancing module (F7 - Balancing). Create a new record for the unit being balanced.
  • Select balancing type: 1-plane (static, the F2 - Single-plane tab) for narrow rotors or 2-plane (dynamic, the F3 - Two-plane tab) for most other cases.
  • Defina os planos de correção: escolha os locais no rotor onde os pesos corretivos possam ser instalados com segurança.

Secção 2.3: Procedimento de equilibragem: guia passo a passo

Execução 0: Medição inicial

  • Ligue a máquina e deixe-a atingir uma velocidade de operação estável. É extremamente importante que a velocidade de rotação seja a mesma em todas as operações subsequentes.
  • No programa, inicie a medição. O instrumento registrará os valores iniciais de amplitude e fase da vibração.
Configuração de balanceamento do rotor do motor elétrico com sensores de vibração X1, X2 em suportes de rolamento, laptop para análise de dados no suporte.
Aparelho industrial para teste de motores com rotor de cobre montado em rolamentos de precisão, equipado com sistema de monitoramento controlado por computador.
Interface do software de balanceamento de dois planos Vibromera mostrando dados de vibração, espectro de frequência e campos de medição de massa de teste
Interface de software de balanceamento dinâmico em dois planos, exibindo dados de análise de vibração com formas de onda no domínio do tempo e gráficos de espectro de frequência.

Execução 1: Peso de teste no plano 1

  • Pare a máquina.
  • Seleção de peso de teste: The trial weight mass should be sufficient to cause noticeable change in vibration parameters (amplitude change of at least 20-30% OR phase change of at least 20-30 degrees). You do not have to guess the starting mass: after Run 0 the software's First Trial Weight Estimator recommends both the trial weight mass and its installation angle from the tachometer mark, and the program warns if the installed weight turns out to be too small.
  • Instalação do peso de teste: Fixe firmemente o peso de teste previamente pesado em um raio conhecido no plano 1. Registre a posição angular.
  • Ligue a máquina na mesma velocidade estável.
  • Realize a segunda medição.
  • Parar a máquina e remove the trial weight. If removing it is impractical, you can leave it installed - check the "Leave on rotor" box in the software so the calculation accounts for it.
Configuração de balanceamento do rotor do motor elétrico com sensores de vibração X1 e X2, analisador portátil, cabos de conexão e computador laptop.
Renderização 3D de uma configuração de teste de rotor de motor elétrico com enrolamentos de cobre montados em equipamento de balanceamento de precisão.

Execução 2: peso de teste no plano 2 (para equilibragem em 2 planos)

  • Repita exatamente o procedimento da etapa 2, mas instale o peso de teste no plano 2.
  • Comece, meça, pare e remove the trial weight (or leave it with the "Leave on rotor" box checked, as in Run 1).
Configuração de balanceamento do rotor do motor elétrico com sensores de vibração X1, X2, dispositivo de medição, laptop e estrutura da máquina de balanceamento.
Aparelho industrial para teste de motores com enrolamentos de cobre montados em suportes, equipado com diagnóstico controlado por computador portátil.

Cálculo e instalação de pesos corretivos

  • Com base nas alterações vetoriais registadas durante os ensaios com pesos de teste, o programa calculará automaticamente a massa e o ângulo de instalação do peso de correção para cada plano.
  • O ângulo de instalação geralmente é medido a partir do local do peso de teste na direção da rotação do rotor.
  • Fixe firmemente os pesos corretivos permanentes. Ao usar soldagem, lembre-se de que a própria solda também possui massa.
Interface de software de balanceamento de rotor de dois planos mostrando dados de vibração, massas de correção e resultados de desequilíbrio residual.
Interface do software da máquina de balanceamento dinâmico exibindo os resultados do balanceamento em dois planos com massas de correção de 0,290g e 0,270g em ângulos específicos.
Exibição do software de balanceamento de rotor de dois planos mostrando gráficos polares para o Plano 1 e 2 com massas e ângulos de correção.
Análise de balanceamento dinâmico em dois planos, mostrando gráficos polares para correção do rotor. A interface exibe os requisitos de adição de massa para minimizar a vibração.

Run T (Trim): Verification measurement and fine balancing

  • Ligue a máquina novamente.
  • Execute uma medição de controle para avaliar o nível de vibração residual.
  • Compare o valor obtido com a tolerância calculada de acordo com a norma ISO 1940-1.
  • Se a vibração ainda exceder a tolerância, o instrumento calculará uma pequena correção "fina" (de ajuste).
  • Ao concluir, salve o relatório e os coeficientes de influência para possível uso futuro.
Configuração de balanceamento do rotor do motor com sensores de vibração, dispositivo de medição, laptop e suportes de balanceamento identificados como X1/X2.
Renderização 3D de um conjunto de rotor de motor elétrico em equipamento de teste, apresentando enrolamentos de cobre com indicadores de diagnóstico verdes.

Parte III: Resolução Avançada de Problemas e Solução de Problemas

Esta seção é dedicada aos aspectos mais complexos do balanceamento de campo — situações em que o procedimento padrão não produz resultados.

Medidas de segurança

Prevenção de partida acidental (bloqueio/etiquetagem): Before starting work, de-energize and disconnect the rotor drive. Hang warning tags on the starters so that no one starts the machine by mistake.

Equipamento de proteção individual: É obrigatório o uso de óculos de segurança ou protetor facial. As roupas devem ser justas ao corpo, sem bordas soltas. Cabelos compridos devem ser presos sob um gorro ou cobertura para a cabeça.

Zona de perigo ao redor da máquina: Limitar o acesso de pessoas não autorizadas à zona de balanceamento. Durante os testes, barreiras ou fitas de advertência são instaladas ao redor da unidade. O raio da zona de perigo é de pelo menos 3 a 5 metros.

Fixação de peso confiável: When attaching trial or permanent corrective weights, pay special attention to their fixation. An ejected weight becomes a dangerous projectile.

Segurança elétrica: Observe as normas gerais de segurança elétrica: utilize uma tomada aterrada em boas condições de funcionamento e não passe cabos por áreas úmidas ou quentes.

Seção 3.1: Diagnóstico e superação da instabilidade de medição

Sintoma: Durante medições repetidas sob condições idênticas, as leituras de amplitude e/ou fase mudam significativamente ("flutuação", "salto"). Isso impossibilita o cálculo de correção.

Causa raiz: O instrumento não está com defeito. Ele indica corretamente que a resposta vibracional do sistema é instável e imprevisível.

Algoritmo de diagnóstico sistemático:

  • Frouxidão mecânica: Essa é a causa mais frequente. Verifique o aperto dos parafusos de fixação da caixa de rolamentos e dos parafusos de ancoragem da estrutura. Verifique se há rachaduras na fundação ou na estrutura.
  • Defeitos nos rolamentos: Folgas internas excessivas em rolamentos ou desgaste da carcaça do rolamento permitem que o eixo se mova de forma caótica dentro do suporte.
  • Instabilidade relacionada ao processo:
    • Aerodinâmico (ventiladores): O fluxo de ar turbulento e a separação do fluxo nas pás podem causar efeitos de força aleatórios.
    • Hidráulica (bombas): A cavitação cria choques hidráulicos poderosos e aleatórios que mascaram o sinal periódico do desequilíbrio.
    • Movimento interno de massa (trituradores, moinhos): O material pode se redistribuir dentro do rotor, atuando como um "desbalanceamento móvel".
  • Ressonância: Se a velocidade de operação estiver muito próxima da frequência natural da estrutura, mesmo pequenas variações de velocidade causam grandes mudanças na amplitude e na fase da vibração.
  • Efeitos térmicos: À medida que a máquina aquece, a expansão térmica pode causar empenamento do eixo ou alterações de alinhamento.

Seção 3.2: Quando o balanceamento não ajuda: Identificando defeitos de raiz

Sintoma: O procedimento de balanceamento foi realizado, as leituras estão estáveis, mas a vibração final permanece alta.

Using the vibration spectrum for differential diagnosis (in the Balanset software: F8 - Charts, "F5-Spectrum (Hz)" tab):

  • Desalinhamento do eixo: Sinal principal: pico de vibração elevado em uma frequência de 2x RPM. Vibração axial elevada é característica.
  • Defeitos em rolamentos: Manifest as high-frequency vibration at characteristic "bearing" frequencies (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Note that detailed rolling-bearing diagnostics is beyond the scope of Balanset-1A: the instrument measures vibration velocity in the 5-1000 Hz band, the sensor response rolls off above roughly 550 Hz, and there is no envelope (demodulation) analysis - use a dedicated bearing analyzer for that task.
  • Arco do eixo: Manifests as high peak at 1x RPM but often accompanied by noticeable component at 2x RPM. When the rotor is balanced on a mandrel, the software offers built-in runout compensation: the F7 - Run Ecc measurement (taken with the rotor turned 180 degrees on the mandrel) together with the "Subtract mandrel runout from measurements" option, so eccentricity is not mistaken for unbalance.
  • Problemas elétricos (motores elétricos): A assimetria do campo magnético pode causar vibrações com o dobro da frequência da rede elétrica (100 Hz para uma rede de 50 Hz).

Erros comuns de equilibragem e dicas de prevenção

  • Equilibragem de um rotor defeituoso ou sujo: Verifique sempre o estado do mecanismo antes de o balancear.
  • Peso de teste muito pequeno: Procure seguir a regra de mudança de vibração 20-30%.
  • Inconsistent operating speed between runs: Mantenha sempre uma velocidade de rotação estável e idêntica durante todas as medições.
  • Erros de fase e marcação: Monitore cuidadosamente a determinação do ângulo. O ângulo de correção do peso é geralmente medido a partir da posição do peso de teste na direção da rotação.
  • Fixação incorreta ou perda de pesos: Strictly follow the methodology - remove the trial weight after the run, or, if it stays on the rotor, make sure the "Leave on rotor" box is checked so the calculation accounts for it.

Equilibrando os Padrões de Qualidade

Tabela 1: Graus de qualidade de equilibragem (G) segundo a ISO 1940-1 para equipamentos típicos
Grau de qualidade G Balance quality grade G = epor·ω (mm/s) Tipos de rotor (exemplos)
G4000 4000 Virabrequins montados rigidamente em motores diesel marítimos de baixa velocidade
G1600 1600 Virabrequins de grandes motores de dois tempos
G16 16 Cardan shafts with special requirements, agricultural machinery, crushers
G6.3 6.3 Pump rotors, fan impellers, electric motor armatures
G2.5 2.5 Rotores de turbinas a gás e a vapor, turbocompressores, acionamentos de máquinas-ferramenta.
G1 1 Acionamentos de retificadoras, fusos
G0.4 0.4 Fusos de retificadoras de precisão, giroscópios

Note: the grade number is the product epor·ω in mm/s. The permissible specific unbalance itself is speed-dependent: epor = (G × 9549) / n [μm]. Example: G6.3 at 1500 rpm gives epor = 40.1 μm; at 3000 rpm it gives 20.1 μm.

Tabela 2: Matriz de Diagnóstico de Vibração: Desequilíbrio Comparado a Outros Defeitos
Tipo de defeito Frequência dominante do espetro Característica de fase Outros sintomas
Desequilíbrio 1x RPM Estável A vibração radial predomina
Desalinhamento do eixo 1x, 2x, 3x RPM Pode ser instável Alta vibração axial - sinal chave
Folga mecânica 1x, 2x e múltiplos harmônicos Instável, "saltitante" movimento visualmente perceptível
Defeito no rolamento Altas frequências (BPFO, BPFI, etc.) Não sincronizado com RPM Ruído estranho, temperatura elevada
Ressonância A velocidade de operação coincide com a frequência natural Mudanças de fase 180° ao passar pela ressonância A amplitude da vibração aumenta acentuadamente em uma velocidade específica

Parte IV: Perguntas frequentes e notas de aplicação

Seção 4.1: Perguntas frequentes gerais (FAQ)

Quando devo usar o balanceamento de 1 plano em vez do balanceamento de 2 planos?
Use 1-plane (static) balancing for narrow, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5 and the speed is moderate (roughly under 1000 rpm), such as grinding wheels or narrow fan impellers. Use 2-plane (dynamic) balancing for elongated rotors, for any L/D above approximately 0.5, and for high-speed narrow discs. Two-plane balancing corrects both static unbalance and couple (moment) unbalance.

O que devo fazer se o peso de teste causar um aumento perigoso na vibração?
Pare a máquina imediatamente. Isso indica que o peso de teste foi instalado próximo ao ponto de maior peso existente, agravando o desequilíbrio. A solução é mover o peso de teste 180 graus da sua posição original e repetir a medição. Isso garante que o peso de teste crie um efeito oposto, em vez de aumentar o desequilíbrio existente.

Posso usar os coeficientes de influência salvos para uma máquina diferente?
Sim, mas apenas se as máquinas forem absolutamente idênticas — mesmo modelo, mesmo rotor, mesma fundação, mesmos rolamentos. Qualquer alteração na rigidez estrutural modificará os coeficientes de influência e os tornará inválidos. A melhor prática é sempre realizar novos testes para cada nova máquina, a fim de garantir cálculos de correção precisos.

Qual a diferença entre desequilíbrio estático e desequilíbrio dinâmico?
In static unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the rotation axis - the center of mass is offset radially from the axis - and it can be detected without spinning by placing the rotor on knife-edge supports. Dynamic unbalance is a combination of static and couple unbalance where the principal axis of inertia doesn't coincide with the rotation axis - it only manifests during rotation and requires two-plane correction.

Por que minhas leituras de balanceamento estão instáveis (flutuando)?
Leituras instáveis indicam que a resposta vibracional do sistema é imprevisível. As causas comuns incluem: folga mecânica (parafusos soltos, rachaduras), rolamentos desgastados com folga excessiva, instabilidade do processo (cavitação em bombas, turbulência em ventiladores), ressonância (velocidade de operação próxima à frequência natural), efeitos térmicos durante o aquecimento ou vibração de equipamentos vizinhos. Resolva esses problemas antes de tentar o balanceamento.

O que é o método de três execuções no balanceamento em dois planos?
O método de três ensaios envolve: Ensaio 0 - medição inicial sem quaisquer pesos de teste para estabelecer a vibração de referência; Ensaio 1 - medição com o peso de teste instalado no Plano 1 para determinar sua influência; Ensaio 2 - medição com o peso de teste movido para o Plano 2. Com base nesses três pontos de dados, o instrumento calcula os pesos corretivos exatos necessários para ambos os planos usando o método do coeficiente de influência.

Como calculo o desequilíbrio residual admissível de acordo com a norma ISO 1940-1?
First calculate permissible specific unbalance: epor = (G × 9549) / n, where G is the quality grade (e.g., 2.5 for turbines, 6.3 for fans) and n is RPM. Then calculate permissible residual unbalance: Upor = epor × M, where M is rotor mass in kg. For example, a 5 kg rotor at 3000 RPM with G2.5: epor = (2.5 × 9549)/3000 = 7.96 μm, Upor = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Qual é o efeito mínimo de peso de teste necessário para um balanceamento preciso?
O peso de teste deve causar uma alteração de pelo menos 20 a 30° na amplitude da vibração OU uma alteração de 20 a 30° no ângulo de fase. Se o efeito for muito pequeno, o sinal útil se perde no ruído da medição, levando a cálculos de correção imprecisos. Se nada mudar, aumente a massa do peso de teste (dentro dos limites de segurança) até obter o efeito desejado.

How do I account for keyways? (ISO 8821, now ISO 21940-32:2012)
Standard practice is to use a "half-key" in the shaft keyway when balancing without the mating part, as specified in ISO 21940-32:2012 (which superseded ISO 8821). This compensates for the mass of that part of the key that fills the groove on the shaft.

Tabela 3: Guia para a resolução de problemas comuns de equilibragem
Sintoma Causas prováveis Ações recomendadas
Leituras instáveis/"flutuantes" Folga mecânica, desgaste de rolamentos, ressonância, instabilidade do processo, vibração externa Tighten all bolted connections, check bearing play, conduct coast-down test (the RunDown tab in the F5 - Vibration Meter mode), stabilize operating regime
Não é possível atingir a tolerância após vários ciclos Coeficientes de influência incorretos, rotor flexível, presença de defeito oculto (desalinhamento). Repita o teste com o peso selecionado corretamente, verifique se o rotor é flexível e use a FFT para procurar outros defeitos.
Vibração normal após a equilibragem, mas que regressa rapidamente Ejeção corretiva de peso, acúmulo de produto no rotor, deformações térmicas Utilize uma fixação de peso mais confiável (soldagem) e implemente um cronograma regular de limpeza do rotor.

Secção 4.2: Guia de equilibragem para tipos específicos de equipamento

Industrial fans and induced-draft (ID) fans:

  • Problema: Mais suscetível ao desequilíbrio devido ao acúmulo de produto nas lâminas ou ao desgaste abrasivo.
  • Procedimento: Limpe sempre bem o impulsor antes de começar o trabalho. Preste atenção às forças aerodinâmicas que podem causar instabilidade.

Bombas:

  • Problema: Principal inimigo - cavitação.
  • Procedimento: Antes de realizar o balanceamento, assegure-se de que haja margem de cavitação suficiente na entrada (NPSHa). Verifique se a tubulação de sucção não está obstruída.

Trituradores, moedores e trituradores:

  • Problema: Desgaste extremo, possibilidade de grandes alterações de desequilíbrio devido à quebra ou desgaste do martelo.
  • Procedimento: Verificar a integridade e a fixação dos elementos de trabalho. Pode ser necessário reforçar a ancoragem da estrutura da máquina.

Induzidos para motores elétricos:

  • Problema: Pode ter fontes de vibração mecânicas e elétricas.
  • Procedimento: Use the vibration spectrum (F8 - Charts) to check for vibration at twice the supply frequency. Its presence indicates electrical malfunction, not unbalance.

Conclusão

O balanceamento dinâmico de rotores em posição, utilizando instrumentos portáteis como o Balanset-1A, é uma ferramenta poderosa para aumentar a confiabilidade e a eficiência da operação de equipamentos industriais. No entanto, o sucesso desse procedimento depende menos do instrumento em si e mais da qualificação do especialista e da capacidade de aplicar uma abordagem sistemática.

Princípios fundamentais:

  • A preparação determina o resultado: A limpeza completa do rotor, a verificação do estado dos rolamentos e da base, bem como o diagnóstico preliminar de vibração, são condições obrigatórias para um balanceamento bem-sucedido.
  • A conformidade com as normas é a base da qualidade: A aplicação da norma ISO 1940-1 transforma a avaliação subjetiva em um resultado objetivo, mensurável e juridicamente significativo.
  • O instrumento não é apenas um equipamento de equilibragem, mas também uma ferramenta de diagnóstico: A incapacidade de manter o equilíbrio ou a instabilidade na leitura são sinais diagnósticos importantes que indicam problemas mais sérios.
  • Entender a física dos processos é fundamental para resolver tarefas não padronizadas: O conhecimento das diferenças entre rotores rígidos e flexíveis, e a compreensão da influência da ressonância, permitem que os especialistas tomem decisões corretas.

Seguir as recomendações descritas neste guia permitirá que os técnicos especializados não só lidem com sucesso com tarefas típicas, como também diagnostiquem e resolvam com eficácia problemas complexos e não triviais de vibração em equipamentos rotativos.

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