Equilibragem de rotores em tornos: Uma solução económica para melhorar a qualidade do produto
Na indústria moderna, onde a qualidade do produto é de extrema importância, balanceamento do rotor torna-se uma parte essencial do processo tecnológico. No entanto, a aquisição de equipamento especializado de equilíbrio pode ser dispendiosa para as pequenas e médias empresas. Neste artigo, exploramos a possibilidade de utilizar tornos para rotor equilíbrio, o que pode reduzir significativamente os custos com equipamento e melhorar a eficiência da produção.
O torno como ferramenta de equilibragem
O torno, devido ao seu design e funcionalidade, pode ser utilizado com sucesso para equilibrar rotores de vários tipos e tamanhos. A principal vantagem desta abordagem é a poupança de custos, uma vez que não é necessário adquirir equipamento especializado dispendioso. Além disso, a utilização de um torno permite que a equilibragem seja realizada diretamente durante o processo de fabrico do rotor, o que reduz o tempo de produção e melhora a qualidade do produto.
Preparação para o equilíbrio
Antes de iniciar o processo de equilíbrio, devem ser tomadas várias medidas preparatórias:
- Escolher o torno adequado: O torno deve ter rigidez e precisão suficientes para garantir uma montagem fiável do rotor e medições precisas das vibrações.
- Instalação do sistema de medição: Para medir o rotor vibração no torno, uma equilibradora portátil como o Balanset-1A pode ser utilizado. Inclui sensores de vibração, um tacómetro, bem como software para análise de dados e cálculo da massa corretiva.
- Lidar com o desequilíbrio próprio do fuso: Não é necessário equilibrar o próprio fuso do torno. Ponha o torno a funcionar apenas com o mandril (rotor removido) e registe o vetor de vibração: essa é a linha de base contribuída pelo fuso e pelo mandril. Se for uma fração significativa da leitura do rotor, subtraia-a, ou — melhor ainda — utilize a execução de índice a 180° (a função “Eliminação da excentricidade do mandril”, “F7 - Run Ecc”), que separa automaticamente tudo o que não gira com o rotor.
- Adequar o rotor à máquina, não ao fuso: O que importa é que a força de desequilíbrio do rotor produza uma resposta mensurável nas caixas dos rolamentos. Um torno pesado e rígido responde muito pouco por grama de desequilíbrio, pelo que, num rotor muito leve, o sinal desaparece no ruído, enquanto um rotor muito pesado pode exceder a carga nominal do mandril ou dos rolamentos. Na prática, verifique se um peso de ensaio corretamente dimensionado produz uma alteração de amplitude e fase limpa e repetível antes de confiar em qualquer coeficiente de influência.
- Verificação da excentricidade (runout) da cobertura de borracha antes do balanceamento: Num veio revestido a borracha, o desequilíbrio de massa e o batimento geométrico do revestimento são dois defeitos diferentes. A equilibragem anula a força 1×; não consegue tornar redondo um revestimento excêntrico ou oval. Coloque um comparador contra a superfície revestida e rode o veio manualmente: se o batimento total indicado exceder a tolerância do produto, retifique ou torneie primeiro o revestimento para o tornar concêntrico — no mesmo torno — e só depois equilibre. Um veio que está equilibrado mas continua a apresentar batimento continuará a produzir bandas de espessura, riscas e variação de pressão de aperto (nip), independentemente de quão baixa seja a leitura de vibração.
Neste artigo, irei descrever em pormenor a nossa experiência e metodologia em equilíbrio dinâmico eixos revestidos a borracha num torno – uma solução da qual, admito, fui inicialmente cético devido à rigidez inerente e ao peso substancial deste tipo de maquinaria. Surpreendentemente, a operação foi executada sem problemas, alcançando o grau de qualidade de balanceamento G 6.3 (ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940-1).
Processo de equilibragem do rotor num torno em teoria
O processo de equilibragem do rotor num torno envolve os seguintes passos:
Fixação do rotor
O rotor é montado de forma segura no mandril do torno ou em centros para garantir a estabilidade durante o processo de equilibragem.
Instalação de sensores
Monte um sensor de vibração por plano de correção — um na caixa do rolamento do cabeçote fixo e outro na caixa do cabeçote móvel ou do apoio fixo — radialmente, o mais próximo possível do rolamento, sobre uma superfície metálica maquinada e limpa, com uma base magnética. Não monte sensores na bancada do torno, no avental ou numa proteção: o sinal 1× aí está atenuado e dominado pela estrutura. Cole a fita refletora numa face metálica (a extremidade do veio ou o mandril), não no revestimento de borracha, e aponte o tacómetro laser perpendicularmente a essa face.
Medição da vibração inicial
O nível de vibração inicial é medido à velocidade que irá utilizar para todo o trabalho. Todas as passagens — Run 0, as passagens de teste e a passagem de ajuste — devem ser feitas à mesma velocidade, porque os coeficientes de influência só são válidos para a velocidade à qual foram medidos.
Ter em Conta a Excentricidade (imediatamente após o Run 0)
Fixação e mandril excentricidade adiciona um vetor à leitura de Run 0 que não é desequilíbrio, e corrigi-lo seria um erro. Resolva isto antes do peso de ensaio, não depois: assinale a caixa “Eliminação da excentricidade do mandril” no software do Balanset-1A, complete o Run 0, depois rode o rotor 180° no dispositivo de fixação e prima “F7 - Run Ecc”. O software considera a semissoma dos vetores como a excentricidade e a semidiferença dos vetores como o desequilíbrio real, e só depois desbloqueia o ensaio de teste. Fazer isto depois de os pesos de correção já estarem soldados implica recalculá-los e refazê-los.
Qual deve ser o tamanho de um peso de teste?
Um ponto de partida seguro é um peso cuja a força centrífuga se mantém entre 5–10% do peso do rotor. Como fórmula:
mtrial = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05–0.10
onde M é a massa do rotor (kg), g = 9.81 m/s², R é o raio de montagem do peso (m), e ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Exemplo: um rotor de 50 kg a 3.000 rpm com o peso a R = 0.2 m dá m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ 1,7 g — gramas, não centenas de gramas. Isso parece surpreendentemente pequeno para um rotor de 50 kg, mas verifique a força: a 3000 rpm, esses 1,7 g já puxam com F = m·R·ω² ≈ 34 N — cerca de 7% do peso do rotor. Começar pequeno é a ideia: aumentar depois é barato, enquanto um peso sobredimensionado é uma carga real sobre os rolamentos e as soldaduras. A mesma verificação de força funciona ao contrário para qualquer peso que esteja prestes a aparafusar.
Não precisa de calcular isto à mão: o software Balanset inclui um First Trial Weight Estimator que recomenda tanto a massa como o ângulo inicial a partir dos dados do seu rotor, e um Teste de colisão para verificar que não está a trabalhar perto de uma frequência natural.
Um bom peso de teste altera a leitura em pelo menos 20–30% em amplitude ou 20–30° em fase. Se a resposta for menor, aumente o peso progressivamente — nunca salte diretamente para um peso pesado “para ver se acontece alguma coisa.”
Instalação de um Peso de Ensaio
A peso de teste de massa conhecida é instalado no rotor, e a vibração é medida novamente. Para balanceamento em dois planos, isto é feito em cada plano, um de cada vez — uma passagem de teste com o peso no plano 1 (Run 1), depois uma passagem de teste com o peso no plano 2 (Run 2) — para que o software possa medir a influência de cada plano de correção separadamente.
Cálculo das massas de correção
O software Balanset-1A analisa os resultados da medição e calcula as massas correctivas necessárias e os respectivos ângulos de colocação.
Correção da massa do rotor
Dependendo do desenho do rotor e das capacidades do torno, a correção de massa pode ser realizada por perfuração, fresagem, soldadura ou outros métodos.
Verificação do equilíbrio
Após as correcções, é efectuada uma medição das vibrações de controlo. O processo é repetido, se necessário, até se atingir o nível de equilíbrio pretendido.
Balanceamento Dinâmico na Prática
- Frequência de rotação: Normalmente, a velocidade de rotação de funcionamento destes eixos varia entre 300 e 500 rotações por minuto (rpm). Neste caso específico, realizámos o balanceamento a 550 rpm.
- Instalação: O eixo emborrachado foi montado na máquina de torno, seguido da colocação estratégica de sensores, conforme ilustrado nas fotografias em anexo.
Equilibragem dinâmica no local de eixos com borracha usando uma máquina de torno
Equilibragem dinâmica de eixos com borracha
- Leituras iniciais de vibração: Antes do equilíbrio, o inicial as leituras de vibração situavam-se em 9 mm/s e 17 mm/s.
- Execuções de Ensaio: Um trabalho de dois planos necessita de uma passagem de teste em cada plano, uma de cada vez — Run 1 com o peso no plano 1, depois Run 2 com o peso no plano 2. Foi soldado um peso de teste de 340 gramas; alterou a vibração e fase leituras em cerca de 10%. Trate essa resposta como um mínimo absoluto: para uma medição clara e confiável, normalmente visamos um peso de teste que desloque o vetor de vibração em 25–50%, mas um torno pesado e rígido responde muito pouco por grama de massa de teste.
- Ajustamentos de equilíbrio: Após as passagens de teste com o peso de teste, o nosso instrumento Balanset-1A indicou a necessidade de adicionar 3100 gramas num lado do eixo e 4300 gramas no outro, correspondendo a correções em dois planos. Após estes ajustes, os níveis de vibração diminuíram para 2 mm/s e 4 mm/s.
Equilibragem dinâmica no local de eixos com borracha usando uma máquina de torno
Equilibragem dinâmica no local de eixos com borracha usando uma máquina de torno
- Afinação: Para otimizar ainda mais os resultados, procedemos à adição de pesos de 400 gramas e 700 gramas. Posteriormente, foi executada outra ronda de afinação, adicionando 200 gramas e 400 gramas. Devido a restrições de espaço, os pesos foram soldados uns sobre os outros. Por fim, estes pesos temporários foram substituídos por contrapesos de corte preciso e esteticamente agradáveis, feitos especificamente para este veio. As leituras finais de vibração foram impressionantes, 0,1 mm/s em ambos os planos (um valor arredondado — abaixo de 1 mm/s, o próprio instrumento apresenta leituras com três casas decimais).
Equilibragem dinâmica no local de eixos com borracha usando uma máquina de torno
Equilibragem dinâmica no local de eixos com borracha usando uma máquina de torno
Equilibragem dinâmica no local de eixos com borracha usando uma máquina de torno
Vantagens da equilibragem de rotores em tornos
Custo-eficácia
A utilização de um torno para efetuar a equilibragem evita as despesas de aquisição de equipamento de equilibragem especializado.
Conveniência
O equilíbrio pode ser efectuado diretamente durante o processo de fabrico do rotor, reduzindo o tempo de produção.
Alta qualidade
As equilibradoras portáteis modernas, como a Balanset-1A, proporcionam alta precisão de equilibragem, permitindo baixos níveis de vibração e melhor qualidade do produto.
Conclusão
A equilibragem de rotores em tornos é uma solução eficaz e económica para as empresas que procuram melhorar a qualidade dos produtos e reduzir os custos de produção. A utilização de balanceadoras portáteis como a Balanset-1A torna este processo simples e acessível, mesmo para pequenas oficinas.
Lembretes importantes
- Para obter os melhores resultados, recomenda-se a utilização de instrumentos de medição de alta qualidade e o cumprimento rigoroso do procedimento de equilíbrio. É possível estimar o valor admissível desequilíbrio residual para o seu rotor com o nosso calculadora de desequilíbrio residual (ISO 1940).
A equilibragem de rotores em tornos é um passo em direção ao futuro da sua produção, que compensa através da melhoria da qualidade dos produtos, da redução dos custos e do aumento da competitividade da sua empresa.
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.
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