Duas observações sobre a razoabilidade dos requisitos dos clientes para os fabricantes de máquinas de equilibragem

Introdução

Ao longo do último ano e meio, a nossa empresa recebeu mais de 30 pedidos de informação relativos à compra de vários tipos de máquinas de equilibragem. Uma análise das especificações técnicas anexadas a estes pedidos de informação revela que a maioria inclui uma série de características que têm um impacto significativo nos prazos de produção e nos custos das máquinas, além de reduzirem significativamente a lista de potenciais fornecedores. Entre estas, destacam-se dois requisitos:

• A obrigação de garantir um determinado desequilíbrio residual, que não deve exceder 0,1 g*mm/kg (µm).
• A obrigação de incluir a máquina de equilibrar no Registo de Instrumentos de Medição.

Analisemos a razoabilidade e a viabilidade da aplicação destes requisitos na perspetiva de um consumidor real.

1. Análise dos requisitos de precisão da máquina

Verificaremos a validade dos requisitos de precisão do cliente utilizando uma Especificação Técnica para uma máquina de equilibrar concebida para equilibrar rotores de motores eléctricos, unidades turbo e compressores com peso entre 10 e 1500 kg. A especificação estabelece uma tolerância para o desequilíbrio residual específico que, de acordo com o cliente, não deve exceder 0,1 g*mm/kg.

Para verificar este requisito, consultamos a Tabela 1 de ISO 1940-1 «Vibração mecânica – Requisitos de qualidade de equilíbrio para rotores.» Com base nas recomendações desta tabela, partimos do princípio de que a precisão de equilíbrio do rotores dos motores elétricos, unidades turbo e compressores, que a máquina encomendada deve garantir, têm de cumprir a norma de qualidade G2.5 grau. Partindo do princípio de que a frequência de rotação prevista para o rotor equilibrado é, por exemplo, 200 Hz (o que, com uma ampla margem, abrange as frequências de rotação da maioria das máquinas conhecidas), podemos calcular facilmente o desequilíbrio específico residual admissível para a equilibragem estática (num único plano) utilizando a fórmula 5 da norma: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

Considerando as recomendações da mesma norma ISO 1940-1 (hoje substituída por ISO 21940-11), conforme previsto na secção 7, o valor admissível definido para um rotor assimétrico de dois apoios durante o equilíbrio dinâmico deve ser, pelo menos, 0,3 * eper, o que, no nosso caso, seria 0,6 g*mm/kg, e não 0,1 g*mm/kg, como exigido na Especificação Técnica inicial. Esta divisão do valor admissível tolerância de equilibragem A distância entre os dois planos de correção pode ser verificada com o nosso Calculadora de desequilíbrio residual (ISO 21940-11).

Por outras palavras, como a nossa análise demonstra, os requisitos de precisão da máquina de equilibrar constantes desta Especificação Técnica (e de muitos outros documentos semelhantes) são claramente excessivos. A aplicação prática destes requisitos excessivos envolve o fabricante na resolução de sérias tarefas tecnológicas e de conceção, que normalmente surgem na produção de máquinas de precisão excecionalmente elevada, o que, sem dúvida, afecta o custo e o tempo de produção das máquinas. Além disso, estes requisitos nem sempre são tecnicamente viáveis.

Também é importante notar que o funcionamento eficaz de máquinas de tão elevada precisão pode exigir que o potencial cliente cumpra várias condições adicionais, como a necessidade de salas termoestáveis e limpas, fundações com isolamento de vibrações, etc., cujos custos de criação podem até exceder os custos associados à aquisição da máquina. Em resposta à possível objeção do representante do cliente’s (autor da Especificação Técnica acima mencionada) de que o cumprimento deste requisito permite obter um desequilíbrio residual significativamente inferior na máquina, efetivamente correspondente ao grau G0.4, pode recomendar-se a consulta das recomendações da GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (uma norma nacional cujo equivalente internacional moderno é a ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940-1), que estava em vigor antes da introdução da ISO 1940-1.

A secção 3 desta norma, elaborada pelos melhores especialistas no domínio do equilíbrio da União Soviética, estabelece razoavelmente o seguinte:

1. Os rotores dos produtos classificados no 1.º grau de qualidade de equilibragem (grau G0.4 de acordo com a ISO 1940-1) devem ser equilibrados nos próprios rolamentos, dentro da própria carcaça, em todas as condições de funcionamento, utilizando o seu próprio acionamento.
2. Os rotores dos produtos classificados no 2.º grau de qualidade de equilibragem (grau G1.0) devem ser equilibrados nas suas próprias chumaceiras ou na sua própria caixa, com um acionamento especial, se não estiver disponível um acionamento próprio.
3. Os rotores dos produtos classificados nos graus de qualidade de equilibragem 3 a 11 (graus G2.5 a G4000) podem ser equilibrados como peças ou unidades de montagem.

A essência destas recomendações é que a tentativa de atingir os graus de qualidade de equilibragem G0.4 e G1.0 na máquina de equilibragem é muitas vezes técnica e economicamente insignificante. Após a instalação dos rotores na máquina, a precisão alcançada perde-se e, para a restaurar, é necessário proceder a uma reequilibragem adicional do conjunto do rotor (nos seus próprios rolamentos e com o seu próprio acionamento), realizada com equipamento portátil de equilibragem por vibração.

Como exemplo ilustrativo desta tese, podemos considerar a equilibragem de um rebolo destinado a ser utilizado numa retificadora cilíndrica de alta precisão (classe de precisão “C”). De acordo com os requisitos da Tabela 1 da ISO 1940-1 anteriormente mencionada, a qualidade de equilibragem do rebolo deve cumprir pelo menos o grau G0.4. Tendo em conta que a frequência de rotação prevista do rebolo durante o funcionamento será de 6000 rpm (100 Hz), utilizando a conhecida fórmula 7 da ISO 1940-1, determinamos o desequilíbrio específico residual admissível eper, que será de 0.64 g*mm/kg.

Por outras palavras, após a equilibragem na máquina de equilibrar, garantindo esta tolerância, o deslocamento do centro de massa da mó relativamente ao eixo tecnológico (eixo do mandril da máquina de equilibrar) não deve exceder 0,64 µm. Como o batimento radial admissível do fuso de uma retificadora de classe “C” segundo a norma nacional GOST 11654-90 é de 2 µm, depois de montar a nossa mó nele (referenciando novamente a mó do eixo tecnológico para o eixo de trabalho), o desequilíbrio específico residual pode aumentar significativamente e exceder a tolerância recomendada pela ISO 1940-1 em pelo menos três vezes. Nestes e noutros casos semelhantes, como observado anteriormente, é necessária equilibragem adicional para compensar erros que surgem durante a fase de montagem.

O exposto acima permite afirmar que, na grande maioria dos casos, o requisito de precisão para máquinas de equilibragem médias e pesadas pode ser limitado a um nível de desequilíbrio residual específico de 0.5 g*mm/kg ou mesmo 1.0 g*mm/kg. A aplicação prática desta recomendação permite ao fabricante reduzir significativamente a complexidade e o custo de fabrico da máquina, enquanto o cliente (desde que seja implementado um processo tecnológico racional) pode alcançar a precisão de equilibragem exigida. A principal exceção a esta regra pode ser constituída por pequenas máquinas de equilibragem especializadas, utilizadas, por exemplo, para equilibrar rotores de giroscópios, turbocompressores automóveis, etc. As características de projeto destas máquinas permitem atingir um nível de desequilíbrio residual específico de 0.1 g*mm/kg ou inferior, o que é tecnicamente justificado e economicamente viável.

2. Sobre a necessidade de incluir as máquinas de equilibrar no registo dos instrumentos de medição

Nos últimos anos, foi feita uma descoberta surpreendente no nosso país que poderia confundir os especialistas "falecidos em paz" da ENIMS**, que desenvolveram o classificador de máquinas de corte de metal. Com a "mão ligeira" de alguém, surgiu no mercado de máquinas um tipo de equipamento completamente novo - as "Máquinas de Equilibragem para Medição de Vibrações", que têm de possuir um Certificado da Norma Estatal Russa e a marcação correspondente.*)

E tudo corria bem, mas de repente verificou-se que os clientes "avançados" começaram a incluir nas suas Especificações Técnicas um requisito obrigatório para a inclusão das máquinas de equilibrar no Registo de Instrumentos de Medição. Vamos tentar perceber até que ponto este requisito é legal e tecnicamente justificado, bem como a sua viabilidade económica.

Para começar, é útil compreender como este requisito se relaciona com as recomendações dos documentos regulamentares existentes. Comecemos pela ISO 8-82 "Máquinas de corte de metal. Requisitos gerais para o ensaio de precisão". Esta norma estabelece os conceitos e princípios básicos da classificação de máquinas por precisão, requisitos gerais para testes de precisão e requisitos gerais para métodos de verificação de precisão. É importante notar que as referências aos procedimentos de avaliação das características qualitativas das máquinas nesta norma utilizam apenas o termo "verificação" e não há qualquer menção à necessidade de incluir as máquinas no Registo de Instrumentos de Medição e, consequentemente, à necessidade da sua "calibração".

O documento seguinte a merecer atenção é a ISO 21940-21 (anteriormente ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Esta norma, que estabelece requisitos específicos para as características técnicas das máquinas de equilibragem e os seus métodos de “verificação”, também não contém requisitos que prevejam a necessidade de calibrar as máquinas e de as incluir no Registo de Instrumentos de Medição. A este respeito, importa notar que os requisitos relacionados com calibração também estão ausentes nas normas para outros tipos de máquinas-ferramenta, como as normas ISO para retificadoras e máquinas CNC, que também podem incluir vários sistemas de medição.

Além disso, não se encontram requisitos semelhantes na documentação técnica de todos os modelos conhecidos de máquinas de equilibrar estrangeiras, o que, na nossa opinião, constitui também um precedente importante. Com base nos argumentos acima apresentados, podem ser tiradas as seguintes conclusões:

1. Os documentos regulamentares e técnicos existentes desenvolvidos para máquinas-ferramentas e, em particular, para máquinas de equilibrar, não incluem requisitos para a sua inclusão no Registo de Instrumentos de Medição e, consequentemente, a necessidade da sua calibração. Consequentemente, a inclusão de tais requisitos nas especificações técnicas durante os procedimentos concorrenciais de adjudicação de contratos aumenta "de facto" significativamente os custos de produção das máquinas e as despesas com o seu funcionamento subsequente e, segundo nos parece, viola "de jure" os direitos dos fabricantes de máquinas de boa fé que seguem a letra e o espírito dos documentos regulamentares existentes.
2. Os ensaios de rotina do sistema de medição podem e devem ser realizados como parte integrante da máquina de equilibragem, em conformidade com os requisitos e recomendações da ISO 21940-21 (anteriormente ISO 2953), que preveem a utilização de um rotor de referência, um conjunto de massas de ensaio e balanças calibradas durante as verificações. Estes ensaios devem necessariamente incluir os seguintes tipos de verificações:
   • Verificação do desequilíbrio residual minimamente atingível (Umar);
   • Verificação do coeficiente de redução do desequilíbrio (URR);
   • Verificação do funcionamento do circuito de equilibragem condicional (com o procedimento de rotação do rotor em 180°).

É importante notar que estas verificações são efectuadas sem desmontar o sistema de medição da máquina e não requerem a utilização de um suporte vibratório de calibração, o que elimina a necessidade de envolver especialistas de organizações externas e reduz significativamente a intensidade de trabalho e o custo do trabalho. Além das verificações principais acima mencionadas, se necessário, outros parâmetros importantes do sistema de medição podem ser verificados diretamente na máquina (utilizando o rotor de referência acima mencionado, um conjunto de pesos de teste e balanças calibradas), incluindo:

• Repetibilidade das leituras dos sinais de vibração de amplitude e de fase de medição para medição;
• Linearidade das leituras do sistema de medição em função da amplitude do sinal de vibração;
• Capacidade de resolução do sistema de medição (nível mínimo de desequilíbrio registado de forma estável pelo sistema de medição), etc.

Conclusão

O autor espera que tanto os clientes como os fabricantes de máquinas de equilibrar compreendam os argumentos e recomendações apresentados neste trabalho, cujo principal objetivo é minimizar os custos de produção para ambas as partes, assegurando simultaneamente a qualidade adequada das operações de equilibragem.

*Nota: Se esta tendência continuar a desenvolver-se, não é de excluir que, em breve, venhamos a saber da criação de Rectificadoras de Medição de Vibrações, Prensas de Medição de Vibrações e até Laminadores de Medição de Vibrações. Afinal, estas partilham com as máquinas de equilibragem a possibilidade de utilização de equipamento especializado de medição de vibrações.

ENIMS significa "Instituto de Investigação Experimental de Máquinas-Ferramentas de Corte de Metal" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Este era um instituto de investigação na União Soviética dedicado ao desenvolvimento e melhoria de vários tipos de máquinas e equipamentos de corte de metal. O instituto desempenhou um papel significativo no avanço da indústria de construção de máquinas e na padronização de equipamentos de metalurgia, desenvolvendo documentos regulamentares e normas, tais como classificadores para máquinas-ferramentas e métodos para o seu teste de precisão.

V.D. Feldman, Especialista Principal da LLC "Kinematics", 2024