Instruções para balanceamento dinâmico de eixos: Estático vs. Dinâmico, Procedimento de Campo e Graus ISO 21940
Tudo o que um engenheiro de campo precisa para equilibrar rotores no local — desde a física do desequilíbrio até à verificação final. Procedimento em sete etapas, fórmulas de massa de ensaio, medição do ângulo de correção e tabelas de tolerâncias ISO. Baseado no trabalho de campo da Vibromera com ventiladores, destroçadores florestais, britadores e veios.
O que é balanceamento dinâmico?
Balanceamento dinâmico O balanceamento dinâmico é o processo de medir e corrigir a distribuição desigual de massa de um corpo rotativo (rotor) enquanto este gira em velocidade operacional. Ao contrário do balanceamento estático, que corrige o deslocamento de massa em um único plano, o balanceamento dinâmico aborda o desequilíbrio em vários planos. dois ou mais aviões simultaneamente, eliminando tanto a força centrífuga quanto o momento de oscilação que causam a vibração do rolamento.
Toda peça rotativa — desde um rotor de triturador de 200 kg até um eixo de broca odontológica de 5 g — apresenta algum desbalanceamento residual. Tolerâncias de fabricação, inconsistências de material, corrosão e depósitos acumulados deslocam o centro de massa para longe do eixo geométrico de rotação. O resultado é uma força centrífuga que cresce com o quadrado da velocidade: dobre a rotação por minuto (RPM) e a força quadruplica.
Um rotor girando a 3.000 RPM com apenas 10 g de desbalanceamento em um raio de 150 mm gera aproximadamente 150 N de força rotativa — o suficiente para destruir rolamentos em semanas. O balanceamento dinâmico reduz essa força a um nível especificado por normas internacionais (ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940), prolongando a vida útil dos rolamentos de meses para anos e reduzindo o tempo de inatividade relacionado à vibração.
Equilíbrio estático versus dinâmico
O centro de gravidade do rotor está deslocado em relação ao eixo de rotação. um plano. Quando colocado sobre suportes com bordas afiadas, o lado mais pesado rola para baixo — você consegue perceber isso sem precisar girar.
Correção: Adicione ou remova massa em uma única posição angular oposta ao ponto de maior concentração de massa. Um plano de correção é suficiente.
Aplica-se a: peças estreitas em forma de disco em que L/D é inferior a cerca de 0.5 - volantes, mós, impulsores de disco único, lâminas de serra, discos de travão.
Dois (ou mais) deslocamentos de massa estão localizados em diferentes planos ao longo do comprimento do rotor. Eles podem se cancelar estaticamente — o rotor permanece imóvel sobre as arestas de corte — mas criam um binário de balanço durante a rotação. Esse par não pode ser detectado ou corrigido sem rotação.
Correção: dois pesos de compensação em dois planos separados. O instrumento calcula a massa e o ângulo para cada plano a partir da matriz de coeficientes de influência.
Aplica-se a: Rotores alongados — eixos, ventiladores com impulsores largos, rotores trituradores, rolos, impulsores de bombas de múltiplos estágios, turbinas.
Quatro tipos de desequilíbrio
A norma ISO 21940-11 distingue quatro padrões fundamentais de desequilíbrio. Compreender qual deles predomina ajuda a escolher a estratégia de balanceamento correta.
Na prática, quase todos os rotores encontrados em campo apresentam desbalanceamento dinâmico — uma combinação de componentes de força e de momento. É por isso que o balanceamento em dois planos é o procedimento padrão para qualquer rotor que não seja um disco fino.
Quando usar balanceamento de plano único versus balanceamento de dois planos
O fator decisivo é o rotor. relação geométrica L/D (comprimento axial em relação ao diâmetro externo) combinado com sua velocidade de operação.
| Critério | Plano único (1 sensor) | Dois planos (2 sensores) |
|---|---|---|
| relação L/D | L/D < 0.5 (rotor estreito do tipo disco) | L/D >= 0.5, ou distribuição de massa axial significativa |
| Peças típicas | Rebolo, volante, impulsor de disco único, polia, disco de freio, lâmina de serra | rotor de ventilador, triturador, eixo, rolo, bomba multiestágios, turbina, britador |
| Tipos de desequilíbrio corrigidos | Estático apenas (força) | Estático + binário + dinâmico (força + momento) |
| Planos de correção | 1 | 2 |
| Execuções de medição | 2 (inicial + 1 tentativa) | 3 (inicial + 2 tentativas, uma por plano) |
| Tempo no local | 15-20 min | 30-45 min |
ISO 21940‑11 Graus de Qualidade de Equilíbrio
A norma ISO 21940-11 (sucessora da ISO 1940-1) atribui a cada classe de máquinas rotativas uma classificação. balanceamento de qualidade grau G, definida como a velocidade máxima permitida do centro de gravidade do rotor em mm/s. O desbalanceamento específico residual permitido epor (em g·mm/kg) é derivado da inclinação e da velocidade de operação:
G — grau de qualidade de equilíbrio (ex.: 6,3 significa 6,3 mm/s)
ω — velocidade angular, rad/s
RPM — velocidade de operação, rpm
| Classe | e-ω, mm/s | Tipos de máquinas |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Giroscópios, eixos de máquinas de retificação de precisão |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2.5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventiladores, bombas, máquinas de processo, volantes, centrífugas, máquinas industriais em geral |
G 16 |
16 | Máquinas agrícolas, britadores, eixos de transmissão (cardan), peças de máquinas de britagem. |
G 40 |
40 | Rodas de automóveis de passageiros, conjuntos de virabrequins (produção em série) |
G 100 |
100 | Conjuntos de cambota de motores diesel rápidos com seis ou mais cilindros |
Exemplo prático: Rotor do ventilador
O rotor de um ventilador centrífugo pesa 80 kg, opera a 1.450 RPM e o raio de correção é de 250 mm. Grau exigido: G 6.3.
Com raio de correção de 250 mm: massa residual máxima = 3320 / 250 = 13,3 g massa residual total
Para um trabalho em dois planos, distribua essa tolerância total entre os planos; uma repartição igual simples dá cerca de 6.6 g per plane.
Normas relacionadas: ISO 21940‑11 (rotores rígidos), ISO 21940‑12 (rotores flexíveis), ISO 10816-3 (limites de severidade da vibração), ISO 1940 (predecessor legado).
Procedimento de balanceamento de campo em sete etapas
Este é o método do coeficiente de influência para balanceamento de campo em dois planos, aplicado com um instrumento portátil como o Balanset-1A. A mesma lógica funciona com qualquer analisador de balanceamento de dois canais.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) onde Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Kvibração = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = raio de instalação (cm), N = RPM. Ou use o nosso calculadora de peso de teste online — Insira os parâmetros do seu rotor e obtenha a massa recomendada instantaneamente.
Cálculo do peso de teste
The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:
Mr — massa do rotor, gramas
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Kvibração — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — raio de instalação do peso de teste, cm
N — velocidade de operação, RPM
Não quer fazer os cálculos manualmente? Use nossa ferramenta online. Calculadora de peso de teste online ↗ — Insira os parâmetros do rotor, o tipo de suporte e o nível de vibração e obtenha a massa recomendada instantaneamente.
Worked Examples (Ksupport = 3, Kvibração = 1.0)
| Máquina | Massa do rotor | RPM | Raio | Trial weight (Ksuporte = 3, Kvibração = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Rotor triturador | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360.000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Ventilador industrial | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240.000 / (40 × 210,25) ≈ 29 g |
| Tambor de centrífuga | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135.000 / (15 × 900) = 10 g |
| Eixo do britador | 250 kg | 900 | 25 cm | 750.000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Kvibração = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Medição do ângulo de correção
O instrumento de balanceamento emite dois números por plano: massa (quanto peso) e ângulo (onde posicioná-lo). O ângulo é sempre referenciado à posição do peso de teste.
Como medir o ângulo
- Ponto de referência (0°): A posição angular onde você colocou o peso de teste. Marque-a claramente no rotor antes do teste.
- Direção da medição: sempre na direção da rotação do rotor.
- Leitura do ângulo: the result window shows the Correction mass e Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Se houver remoção de massa: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.
Divisão de peso para posições fixas
When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Posições livres, Posições fixas, Ranhura circular, e Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.
Planos de correção e posicionamento de sensores
O plano de correção é a posição axial no rotor onde se adiciona ou remove massa. O sensor mede a vibração no rolamento mais próximo. Algumas regras fundamentais:
- O sensor é instalado na caixa do rolamento. — o mais próximo possível da linha central do rolamento, na direção radial (preferencialmente horizontal).
- O plano 1 corresponde ao sensor 1., Plano 2 para Sensor 2. Mantenha a numeração consistente ou o software trocará os planos de correção.
- Maximizar a separação entre planos: Quanto maior a distância entre os dois planos de correção, melhor a resolução do acoplamento. A separação mínima prática é de ⅓ do vão do mancal.
- Escolha posições acessíveis: O plano de correção deve ser um local onde seja possível fixar fisicamente os pesos — uma borda de flange, um círculo de parafusos, uma borda ou uma superfície de soldagem.
Na foto acima, um rotor de triturador está sendo preparado para balanceamento em dois planos. Os marcadores azuis 1 e 2 indicam as posições dos sensores nas caixas de rolamentos. Os marcadores vermelhos 1 e 2 mostram os planos de correção — neste caso, as extremidades flangeadas do corpo do rotor onde os contrapesos serão soldados.
Rotor em balanço (com projeção)
Rotores em balanço — impulsores de ventiladores, volantes montados externamente ao vão do mancal, impulsores de bombas — exigem um sensor e um layout de planos diferentes. Ambos os planos de correção estão no mesmo lado dos mancais, e o posicionamento do sensor deve levar em conta o desequilíbrio de torque amplificado pela massa em balanço.
Aplicações por tipo de máquina
Métodos de fixação de peso
| Método | Anexo | Ideal para | Limites |
|---|---|---|---|
| Soldagem | Arruelas ou placas de aço soldadas por pontos à borda do rotor. | Trituradores, britadores, rotores industriais pesados | Permanente. Não pode ser usado em alumínio ou aço inoxidável sem uma haste especial. |
| Parafusos e porcas | Parafusos fixados em furos pré-perfurados com porcas de segurança. | Impulsores de ventilador, volantes, flanges de acoplamento | Requer furos existentes ou perfuração de novos furos. |
| Abraçadeiras de mangueira | Abraçadeira de mangueira em aço inoxidável com peso entre as peças | Eixos, rolos, rotores cilíndricos no campo | Temporário ou semipermanente. Verifique o torque de aperto. |
| Clipe com parafuso de fixação | Pesos de encaixe pré-fabricados (como pesos para pneus) | Hélices com pás finas, aros finos e rotores leves. | Faixa de massa limitada. Pode deslizar em altas rotações. |
| Adesivo (epóxi) | Peso colado à superfície | Rotores de precisão, ambientes limpos | Requer superfície limpa e seca. Limite de temperatura: aproximadamente 120 °C. |
| Remoção de material | Perfurar ou desbastar o material afastando-o do lado mais pesado. | Turbocompressores, eixos de alta velocidade, impulsores | Permanente e preciso, porém irreversível. Use quando adicionar peso não for seguro. |
Erros comuns no balanceamento de campo
| # | Erro | Conseqüência | Consertar |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensor montado em uma proteção ou tampa. | A ressonância da cobertura distorce as leituras de amplitude e fase → correção incorreta | Sempre monte na superfície metálica da caixa do rolamento. |
| 2 | Peso de teste muito leve | A variação de fase e amplitude está dentro da faixa de ruído → os coeficientes de influência não são confiáveis. | Assegure uma alteração de 20-30% na amplitude ou um deslocamento de 20-30 graus na fase em, pelo menos, um sensor |
| 3 | Variação de velocidade entre as corridas | A vibração em 1× varia com a RPM² — mesmo a mudança de velocidade 5% corrompe os dados. | Use um tacômetro para monitorar com precisão as rotações por minuto (RPM). Aguarde até que a velocidade se estabilize. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Confundindo o Avião 1 com o Avião 2. | Os pesos de correção ficam nos planos errados → a vibração aumenta | Identifique claramente os sensores e os aviões. Sensor 1 → Avião 1, Sensor 2 → Avião 2 |
| 6 | Medindo o ângulo oposto à rotação | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Confirme o sentido de rotação antes de começar. Meça sempre no sentido de rotação. |
| 7 | Crescimento térmico durante as corridas | Variações na folga dos rolamentos entre partidas a frio → medições variáveis | Ou aqueça até atingir um ritmo constante antes da corrida 0, ou complete todas as corridas rapidamente (com menos de 5 minutos de intervalo). |
| 8 | Utilizando um único plano em um rotor longo | O desequilíbrio do binário permanece sem correção → a vibração pode até aumentar no rolamento mais distante. | Utilize equilibragem em dois planos para qualquer rotor em que L/D >= 0.5, a separação entre planos seja significativa, ou a correção num plano afete o rolamento oposto |
Relatório de Campo: Balanceamento do Rotor do Triturador
Máquina: Triturador de martelos Maschio Bisonte 280, rotor de 165 kg, velocidade da tomada de força de 2.100 RPM. O cliente relatou vibração severa após a substituição de 8 martelos.
Instalação: Dois acelerômetros nas caixas de rolamentos, tacômetro a laser no eixo da tomada de força. Balanset-1A em modo biplano.
Execução 0: Sensor 1 = 12,4 mm/s a 47°, Sensor 2 = 8,9 mm/s a 213°. ISO 10816-3 zona D (perigo).
Testes práticos: Peso de teste de 500 g usado em ambos os planos. Resposta clara — mudança de amplitude >60% em ambos os sensores.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Kvibração = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Kvibração factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Correção: Plano 1: 340 g soldados a 128°. Plano 2: 215 g soldados a 276°.
Verificação: Sensor 1 = 0,8 mm/s, Sensor 2 = 0,6 mm/s. Zona ISO A (boa). Não é necessário realizar nenhum ajuste fino.
Balanceamento dinâmico biplanar de um ventilador
Ventiladores industriais — centrífugos, axiais e de fluxo misto — estão entre os rotores mais comumente balanceados em campo. O procedimento a seguir descreve um balanceamento de dois planos em um ventilador radial usando o Balanset-1A.
Determinação de planos e instalação de sensores
Limpe as superfícies onde os sensores serão instalados, removendo sujeira e óleo. Os sensores devem encaixar-se perfeitamente na superfície metálica da caixa do rolamento — nunca os monte em tampas, proteções ou painéis de metal sem suporte.
- Sensor 1 (vermelho): Instale mais próximo da parte frontal do ventilador (lado do Plano 1).
- Sensor 2 (verde): Instale mais próximo da parte traseira do ventilador (lado do avião 2).
- Avião 1 (zona vermelha): Plano de correção no disco do impulsor, mais próximo da frente.
- Avião 2 (zona verde): Plano de correção mais próximo da placa traseira ou do cubo.
Conecte os dois sensores de vibração e o tacômetro a laser ao Balanset‑1A. Fixe fita refletora no eixo ou cubo para referência de RPM.
Processo de equilíbrio
Ligue o ventilador e faça as medições iniciais de vibração (Execução 0). Instale um peso de teste de massa conhecida no Plano 1 em um ponto arbitrário, ligue o ventilador e registre a mudança na vibração (Execução 1). Mova o peso de teste para o Plano 2 em um ponto arbitrário, ligue o ventilador novamente e registre (Execução 2). O software Balanset‑1A usa todas as três medições para calcular a massa e o ângulo de correção para cada plano.
Medição de ângulo para pesos de correção de ventiladores
O ângulo é medido a partir da posição do peso de teste na direção da rotação do ventilador — exatamente como descrito em Medição do ângulo de correção Na seção acima, marque onde o peso de teste foi colocado (referência de 0°) e, em seguida, conte o ângulo indicado ao longo da direção de rotação para encontrar a posição do peso de correção.
Com base nos ângulos e massas calculados pelo software, instale os pesos de correção no Plano 1 e no Plano 2. Ligue o ventilador novamente e verifique se a vibração diminuiu para um nível aceitável. ISO 21940‑11 (normalmente G 6.3 para ventiladores de uso geral). Se a vibração residual ainda estiver acima do limite, execute um teste de ajuste fino.
Perguntas frequentes
Equipamentos para balanceamento de campo
Balanset-1A É um instrumento portátil de dois canais que realiza balanceamento dinâmico em um e dois planos, além de análise de vibração (velocidade geral, espectros, forma de onda). É fornecido como um kit completo:
- 2x MEMS vibration sensors (ADXL335-based accelerometers) with magnetic mounts
- Tacômetro a laser (sensor de RPM sem contato) com fita refletora
- Unidade de medição USB (conecta-se a qualquer laptop Windows)
- Software: assistente de balanceamento, medidor de vibração, analisador de espectro
- Estojo de transporte com todos os cabos e acessórios incluídos.
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
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