Equilibrador portátil e analisador de vibrações Balanset-1A
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O Balanset-1A está equipado com 2 canais e foi concebido para efetuar o balanceamento dinâmico em dois planos. Isto torna-o adequado para uma vasta gama de aplicações, incluindo trituradores, ventiladores, trituradores de palha, sem-fins em ceifeiras-debulhadoras, eixos, centrífugas, turbinas e muitas outras. A sua versatilidade Ler mais...
Balanceamento do ventilador
(Informações retiradas da norma ISO 31350-2007 VIBRAÇÃO. VENTILADORES INDUSTRIAIS. REQUISITOS PARA A QUALIDADE DAS VIBRAÇÕES PRODUZIDAS E DA EQUILIBRAGEM)
A vibração produzida pelo ventilador é uma das suas características técnicas mais importantes. Indica a qualidade da conceção e do fabrico do produto. O aumento da vibração pode indicar uma instalação incorrecta do ventilador, a deterioração do seu estado técnico, etc. Por este motivo, a vibração do ventilador é normalmente medida durante os testes de aceitação, durante a instalação antes da entrada em funcionamento, bem como durante a execução de um programa de monitorização do estado da máquina. Os dados relativos à vibração do ventilador são também utilizados na conceção dos seus sistemas de suporte e de ligação (condutas). As medições de vibração são normalmente efectuadas com as portas de sucção e descarga abertas, mas deve notar-se que a vibração do ventilador pode variar significativamente com alterações na aerodinâmica do fluxo de ar, velocidade de rotação e outras características.
As normas ISO 10816-1-97, ISO 10816-3-2002 e ISO 31351-2007 estabelecem métodos de medição e definem a localização dos sensores de vibração. Se as medições de vibrações forem efectuadas para avaliar o seu impacto na conduta ou na base do ventilador, os pontos de medição são escolhidos em conformidade.
As medições das vibrações dos ventiladores podem ser dispendiosas e, por vezes, o seu custo excede significativamente o custo de fabrico do próprio produto. Por conseguinte, quaisquer restrições aos valores de componentes individuais discretos de vibração ou parâmetros de vibração em bandas de frequência só devem ser introduzidas quando a ultrapassagem desses valores indicar um mau funcionamento da ventoinha. O número de pontos de medição das vibrações também deve ser limitado com base na utilização prevista dos resultados da medição. Normalmente, é suficiente medir a vibração nos apoios da ventoinha para avaliar o estado vibratório da ventoinha.
A base é aquilo em que o ventilador é montado e que fornece o suporte necessário para o ventilador. A massa e a rigidez da base são escolhidas para evitar a amplificação da vibração transmitida através dela.
Os suportes são de dois tipos:
- suporte compatível: Um sistema de suporte de ventilador concebido de modo a que a primeira frequência natural do suporte seja significativamente mais baixa do que a frequência de rotação operacional do ventilador. Ao determinar o grau de conformidade do suporte, devem ser consideradas as inserções elásticas entre o ventilador e a estrutura de suporte. A conformidade do suporte é assegurada pela suspensão do ventilador em molas ou pela colocação do suporte em elementos elásticos (molas, isoladores de borracha, etc.). A frequência natural do sistema de suspensão - ventilador é normalmente inferior a 25% da frequência correspondente à velocidade de rotação mínima do ventilador ensaiado.
- suporte rígido: Um sistema de suporte de ventilador concebido de modo a que a primeira frequência natural do suporte seja significativamente mais elevada do que a frequência de rotação de funcionamento. A rigidez da base do ventilador é relativa. Deve ser considerada em comparação com a rigidez dos rolamentos da máquina. A relação entre a vibração da caixa de rolamentos e a vibração da base caracteriza a influência da conformidade da base. A base pode ser considerada rígida e suficientemente maciça se a amplitude da vibração da base (em qualquer direção) perto dos pés da máquina ou da estrutura de suporte for inferior a 25% do resultado máximo da medição da vibração obtido no suporte da chumaceira mais próximo (em qualquer direção).
Uma vez que a massa e a rigidez da base temporária na qual o ventilador é instalado durante o teste de fábrica podem diferir significativamente das condições de instalação no local de funcionamento, os valores limite das condições de fábrica aplicam-se à vibração de banda estreita na gama de frequências de rotação, e para o teste de ventiladores no local - à vibração de banda larga, determinando o estado vibracional global da máquina. O local de funcionamento é o local de instalação final do ventilador, para o qual são definidas as condições de funcionamento.
Categorias de fãs (categorias BV)
Os ventiladores são categorizados com base nas características da sua utilização prevista, nas classes de precisão de equilibragem e nos valores limite recomendados para os parâmetros de vibração. A conceção e o objetivo do ventilador são critérios que permitem classificar muitos tipos de ventiladores de acordo com valores de desequilíbrio e níveis de vibração aceitáveis (categorias BV).
A Tabela 1 apresenta as categorias às quais os ventiladores podem ser atribuídos com base nas suas condições de aplicação, considerando valores de desequilíbrio e níveis de vibração permitidos. A categoria do ventilador é determinada pelo fabricante.
Tabela 1 - Categorias de ventiladores
| Condições de aplicação | Exemplos | Consumo de energia, kW | Categoria BV |
| Espaços residenciais e de escritórios | Ventiladores de teto e de sótão, aparelhos de ar condicionado de janela | ≤ 0.15 | BV-1 |
| > 0.15 | BV-2 | ||
| Edifícios e instalações agrícolas | Ventiladores para sistemas de ventilação e ar condicionado; Ventiladores em equipamentos em série | ≤ 3.7 | BV-2 |
| > 3.7 | BV-3 | ||
| Processos industriais e produção de energia | Ventiladores em espaços fechados, minas, transportadores, caldeiras, túneis de vento, sistemas de limpeza de gases | ≤ 300 | BV-3 |
| > 300 | ver ISO 10816-3 | ||
| Transportes, incluindo embarcações marítimas | Fãs de locomotivas, camiões e automóveis | ≤ 15 | BV-3 |
| > 15 | BV-4 | ||
| Túneis | Ventiladores para ventilação de metrôs, túneis e garagens | ≤ 75 | BV-3 |
| > 75 | BV-4 | ||
| Qualquer | BV-4 | ||
| Produção petroquímica | Ventiladores para a remoção de gases perigosos e utilizados noutros processos tecnológicos | ≤ 37 | BV-3 |
| > 37 | BV-4 | ||
| Produção de chips para computadores | Ventiladores para criar salas limpas | Qualquer | BV-5 |
| Notas
1 Esta norma apenas considera os ventiladores com potência inferior a 300 kW. A avaliação das vibrações dos ventiladores de maior potência é efectuada de acordo com a norma ISO 10816-3. No entanto, os motores eléctricos de série standard podem ter uma potência nominal até 355 kW. Os ventiladores com tais motores eléctricos devem ser aceites de acordo com esta norma.
2 A Tabela 1 não se aplica a ventiladores axiais leves de grande diâmetro (normalmente entre 2800 e 12500 mm) e baixa velocidade, utilizados em permutadores de calor, torres de arrefecimento, etc. A classe de precisão de equilibragem para estes ventiladores deve ser G16 e a categoria do ventilador - BV-3
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Ao comprar elementos individuais do rotor (rodas ou impulsores) para posterior instalação no ventilador, a classe de precisão de equilibragem destes elementos (ver tabela 2) deve ser seguida, e ao comprar o ventilador como um todo, os resultados dos testes de vibração na fábrica (tabela 4) e a vibração no local (tabela 5) também devem ser considerados. Normalmente, estas características são consensuais, pelo que a escolha do ventilador pode ser feita com base na sua categoria BV.
A categoria estabelecida na tabela 1 é típica para a utilização normal dos ventiladores, mas em casos justificados, o cliente pode solicitar um ventilador de uma categoria BV diferente. Recomenda-se que a categoria BV do ventilador, a classe de precisão de equilibragem e os níveis de vibração aceitáveis sejam especificados no contrato de fornecimento do equipamento.
Pode ser celebrado um acordo separado entre o cliente e o fabricante relativamente às condições de instalação do ventilador, de modo a que o teste de fábrica do ventilador montado considere as condições de instalação planeadas no local de funcionamento. Na ausência de tal acordo, não há restrições quanto ao tipo de base (rígida ou compatível) para os testes de fábrica.
Balanceamento do ventilador
Disposições gerais
O fabricante do ventilador é responsável por equilibrar os ventiladores de acordo com o documento regulamentar relevante. Esta norma baseia-se nos requisitos da norma ISO 1940-1. A equilibragem é normalmente efectuada em máquinas de equilibragem altamente sensíveis e especialmente concebidas para o efeito, permitindo uma avaliação precisa do desequilíbrio residual.
Classes de precisão de equilíbrio do ventilador
As classes de precisão de equilibragem para rodas de ventiladores são aplicadas de acordo com o quadro 2. O fabricante da ventoinha pode efetuar a equilibragem de vários elementos do conjunto, que podem incluir, para além da roda, o veio, o acoplamento, a polia, etc. Para além disso, podem ser necessários elementos de montagem individuais para a equilibragem.
Tabela 2 - Classes de precisão de equilíbrio
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Categoria de ventilador
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Classe de precisão da equilibragem do rotor (roda)
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BV-1
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G16
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BV-2
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G16
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BV-3
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G6.3
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BV-4
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G2.5
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BV-5
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G1.0
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Nota: Os ventiladores da categoria BV-1 podem incluir ventiladores de pequena dimensão, com peso inferior a 224 g, para os quais é difícil manter a precisão de equilibragem especificada. Neste caso, a uniformidade da distribuição da massa em relação ao eixo de rotação do ventilador deve ser assegurada pela tecnologia de fabrico.
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Medição da vibração do ventilador
Requisitos de medição
Disposições gerais
As figuras 1 a 4 mostram alguns pontos e direcções de medição possíveis em cada rolamento da ventoinha. Os valores indicados na tabela 4 referem-se a medições na direção perpendicular ao eixo de rotação. O número e a localização dos pontos de medição, tanto para os testes de fábrica como para as medições no local, são determinados à discrição do fabricante ou por acordo com o cliente. Recomenda-se a medição nos rolamentos do eixo da roda do ventilador (impulsor). Se tal não for possível, o sensor deve ser instalado num local onde seja assegurada a ligação mecânica mais curta entre ele e a chumaceira. O sensor não deve ser montado em painéis sem suporte, na caixa do ventilador, em elementos da caixa ou noutros locais que não estejam diretamente ligados à chumaceira (esses resultados de medição podem ser utilizados, mas não para avaliar o estado vibratório do ventilador, mas para obter informações sobre a vibração transmitida à conduta ou à base - ver ISO 31351 e ISO 5348.
Figura 1. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador axial montado horizontalmente
Figura 2. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador radial de aspiração simples
Figura 3. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador radial de dupla aspiração
Figura 4. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador axial montado verticalmente
As medições na direção horizontal devem ser efectuadas em ângulo reto com o eixo do veio. As medições na direção vertical devem ser efectuadas em ângulo reto com a direção de medição horizontal e perpendicularmente ao eixo da ventoinha. As medições na direção longitudinal devem ser efectuadas paralelamente ao eixo do veio.
Medições com sensores de inércia
Todos os valores de vibração especificados nesta norma referem-se a medições efectuadas com sensores do tipo inércia, cujo sinal reproduz o movimento da caixa de rolamentos.
Os sensores utilizados podem ser acelerómetros ou sensores de velocidade. Deve ser dada especial atenção à fixação correcta dos sensores: sem folgas na superfície de apoio, sem oscilações e ressonâncias. A dimensão e a massa dos sensores e do sistema de fixação não devem ser excessivamente grandes para evitar alterações significativas na vibração medida. O erro total causado pelo método de fixação dos sensores e pela calibração do sistema de medição não deve exceder +/- 10% do valor medido.
Medições com sensores sem contacto
Por acordo entre o utilizador e o fabricante, podem ser estabelecidos requisitos para o deslocamento máximo admissível do veio (ver ISO 7919-1) em rolamentos deslizantes. As medições correspondentes podem ser efectuadas utilizando sensores sem contacto.
Neste caso, o sistema de medição determina o deslocamento da superfície do eixo em relação à caixa de rolamentos. É óbvio que a amplitude permitida dos deslocamentos não deve exceder o valor da folga da chumaceira. O valor da folga depende do tamanho e do tipo de rolamento, da carga (radial ou axial) e da direção de medição (alguns modelos de rolamentos têm um orifício elíptico, para o qual a folga na direção horizontal é maior do que na direção vertical). A variedade de factores que têm de ser considerados não permite estabelecer limites uniformes de deslocamento do veio, mas algumas recomendações são apresentadas na tabela 3. Os valores apresentados nesta tabela representam uma percentagem do valor total da folga radial no rolamento em cada direção.
Tabela 3 - Deslocamento relativo máximo do veio dentro da chumaceira
| Estado Vibracional do Ventilador | Deslocamento máximo recomendado, percentagem do valor da folga (ao longo de qualquer eixo) |
| Colocação em funcionamento/estado satisfatório | Inferior a 25% |
| Aviso | +50% |
| Encerramento | +70% |
| 1) Os valores de folga radial e axial para uma determinada chumaceira devem ser obtidos junto do seu fornecedor. | |
Os valores indicados têm em conta as "falsas" deslocações da superfície do veio. Estas "falsas" deslocações aparecem nos resultados da medição porque, para além da vibração do veio, as excentricidades mecânicas também afectam estes resultados se o veio estiver dobrado ou tiver uma forma não circular. Quando se utiliza um sensor sem contacto, os resultados da medição também incluem deslocamentos eléctricos determinados pelas propriedades magnéticas e eléctricas do material do veio no ponto de medição. Acredita-se que durante a colocação em funcionamento e subsequente operação normal do ventilador, a gama da soma das excentricidades mecânicas e eléctricas no ponto de medição não deve exceder o maior de dois valores: 0,0125 mm ou 25% do valor do deslocamento medido. As excentricidades são determinadas rodando lentamente o veio (a uma velocidade de 25 a 400 rpm), quando o efeito das forças causadas pelo desequilíbrio no rotor é negligenciável. Para cumprir a tolerância de excentricidade estabelecida, pode ser necessária uma maquinação adicional do veio. Os sensores sem contacto devem, se possível, ser montados diretamente na caixa de rolamentos.
Os valores limite indicados aplicam-se apenas a um ventilador a funcionar no seu modo nominal. Se a conceção do ventilador permitir o funcionamento com velocidade de rotação variável, são possíveis níveis de vibração mais elevados a outras velocidades devido à influência inevitável das ressonâncias.
Se o desenho da ventoinha permitir alterar as posições das pás relativamente ao caudal de ar na porta de entrada, os valores dados devem ser aplicados para condições com as pás totalmente abertas. Deve ser notado que o bloqueio do fluxo de ar, especialmente visível em grandes ângulos das pás relativamente ao fluxo de ar de admissão, pode levar a um aumento dos níveis de vibração.
Sistema de suporte do ventilador
O estado vibratório dos ventiladores após a instalação é determinado tendo em conta a rigidez do suporte. Um suporte é considerado rígido se a primeira frequência natural do sistema "ventilador - suporte" exceder a velocidade de rotação. Normalmente, quando montado em grandes fundações de betão, o suporte pode ser considerado rígido, e quando montado em isoladores de vibração - conforme. Uma estrutura de aço, frequentemente utilizada para a montagem de ventiladores, pode pertencer a qualquer um dos dois tipos de suporte. Em caso de dúvida sobre o tipo de suporte do ventilador, podem ser efectuados cálculos ou testes para determinar a primeira frequência natural do sistema. Em alguns casos, o suporte do ventilador deve ser considerado rígido numa direção e complacente noutra.
Limites de vibração admissível do ventilador durante os testes de fábrica
Os níveis-limite de vibração indicados no quadro 4 aplicam-se aos ventiladores montados. Dizem respeito a medições de velocidade de vibração de banda estreita em suportes de rolamentos para a frequência de rotação utilizada durante os testes de fábrica.
Tabela 4 - Valores-limite de vibração durante os testes de fábrica
| Categoria de ventilador | Limite de velocidade de vibração RMS, mm/s | |
| Suporte rígido | Suporte compatível | |
| BV-1 | 9.0 | 11.2 |
| BV-2 | 3.5 | 5.6 |
| BV-3 | 2.8 | 3.5 |
| BV-4 | 1.8 | 2.8 |
| BV-5 | 1.4 | 1.8 |
| Notas
1 As regras de conversão das unidades de velocidade de vibração em unidades de deslocação ou de aceleração para vibrações de banda estreita são especificadas no apêndice A.
2 Os valores desta tabela aplicam-se à carga nominal e à frequência de rotação nominal do ventilador a funcionar no modo com as palhetas-guia de entrada abertas. Os valores limite para outras condições de carga devem ser acordados entre o fabricante e o cliente, mas recomenda-se que não excedam os valores da tabela em mais de 1,6 vezes.
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Limites de vibração admissível do ventilador durante o teste no local
A vibração de qualquer ventilador no local de funcionamento não depende apenas da sua qualidade de equilíbrio. Os factores relacionados com a instalação, tais como a massa e a rigidez do sistema de suporte, também terão influência. Por conseguinte, o fabricante do ventilador não é responsável pelo nível de vibração do ventilador no seu local de funcionamento, exceto se tal for especificado no contrato.
O quadro 5 apresenta os valores-limite recomendados (em unidades de velocidade de vibração para vibrações de banda larga em caixas de rolamentos) para o funcionamento normal de ventiladores de várias categorias.
Tabela 5 - Valores Limite de Vibração no Local de Operação
| Estado Vibracional do Ventilador | Categoria de ventilador | Limite de velocidade de vibração RMS, mm/s | |
| Suporte rígido | Suporte compatível | ||
| Colocação em funcionamento | BV-1 | 10 | 11.2 |
| BV-2 | 5.6 | 9.0 | |
| BV-3 | 4.5 | 6.3 | |
| BV-4 | 2.8 | 4.5 | |
| BV-5 | 1.8 | 2.8 | |
| Aviso | BV-1 | 10.6 | 14.0 |
| BV-2 | 9.0 | 14.0 | |
| BV-3 | 7.1 | 11.8 | |
| BV-4 | 4.5 | 7.1 | |
| BV-5 | 4.0 | 5.6 | |
| Encerramento | BV-1 | __1) | __1) |
| BV-2 | __1) | __1) | |
| BV-3 | 9.0 | 12.5 | |
| BV-4 | 7.1 | 11.2 | |
| BV-5 | 5.6 | 7.1 | |
| 1) O nível de paragem dos ventiladores das categorias BV-1 e BV-2 é estabelecido com base numa análise a longo prazo dos resultados da medição das vibrações. | |||
A vibração dos novos ventiladores que estão a ser colocados em funcionamento não deve exceder o nível de "colocação em funcionamento". Com o funcionamento do ventilador, espera-se que o seu nível de vibração aumente devido aos processos de desgaste e ao efeito cumulativo dos factores de influência. Este aumento de vibração é geralmente natural e não deve causar preocupação até atingir o nível de "aviso".
Ao atingir o nível de vibração de "aviso", é necessário investigar as causas do aumento da vibração e determinar as medidas para a reduzir. O funcionamento do ventilador neste estado deve ser monitorizado constantemente e limitado ao tempo necessário para identificar medidas para eliminar as causas do aumento da vibração.
Se o nível de vibração atingir o nível de "paragem", devem ser imediatamente tomadas medidas para eliminar as causas do aumento da vibração, caso contrário, o ventilador deve ser parado. O atraso na redução do nível de vibração para um nível aceitável pode levar a danos nos rolamentos, fissuras no rotor e nos pontos de soldadura da caixa do ventilador, resultando, em última análise, na destruição do ventilador.
Ao avaliar o estado vibratório do ventilador, é essencial monitorizar as alterações nos níveis de vibração ao longo do tempo. Uma alteração súbita do nível de vibração indica a necessidade de uma inspeção imediata do ventilador e de medidas de manutenção. Ao monitorizar as alterações de vibração, não devem ser considerados os processos transitórios causados, por exemplo, pela substituição do lubrificante ou por procedimentos de manutenção.
A influência do procedimento de assembleia
Para além das rodas, os ventiladores incluem outros elementos rotativos que podem afetar o nível de vibração do ventilador: polias de acionamento, correias, acoplamentos, rotores de motor ou outros dispositivos de acionamento. Se as condições da encomenda exigirem o fornecimento do ventilador sem um dispositivo de acionamento, pode ser impraticável para o fabricante realizar testes de montagem para determinar os níveis de vibração. Nesse caso, mesmo que o fabricante tenha equilibrado a roda do ventilador, não há certeza de que o ventilador funcionará sem problemas até que o eixo do ventilador seja conectado ao acionamento e toda a máquina seja testada quanto à vibração durante o comissionamento.
Normalmente, após a montagem, é necessário um balanceamento adicional para reduzir o nível de vibração para um nível aceitável. Para todos os novos ventiladores das categorias BV-3, BV-4 e BV-5, recomenda-se a medição da vibração da máquina montada antes da colocação em funcionamento. Isto estabelecerá uma linha de base e delineará outras medidas de manutenção.
Os fabricantes de ventiladores não são responsáveis pelo impacto na vibração das peças de acionamento instaladas após os testes de fábrica.
Ferramentas de medição de vibrações e calibração
Ferramentas de medição
As ferramentas de medição e as máquinas de equilibrar utilizadas devem ser verificadas e cumprir os requisitos da tarefa. O intervalo entre verificações é determinado pelas recomendações do fabricante para as ferramentas de medição (teste). O estado das ferramentas de medição deve garantir o seu funcionamento normal durante todo o período de teste.
O pessoal que trabalha com os instrumentos de medição deve possuir competências e experiência suficientes para detetar eventuais anomalias e deterioração da qualidade dos instrumentos de medição.
Calibração
Todos os instrumentos de medição devem ser calibrados de acordo com as normas. A complexidade do procedimento de calibração pode variar desde uma simples inspeção física até à calibração de todo o sistema. As massas correctivas utilizadas para determinar o desequilíbrio residual de acordo com a norma ISO 1940-1 também podem ser utilizadas para calibrar as ferramentas de medição.
Documentação
Equilíbrio
Mediante pedido, se previsto nos termos do contrato, pode ser fornecido ao cliente um relatório do teste de equilibragem do ventilador, que se recomenda que inclua as seguintes informações:
- Nome do fabricante da máquina de equilibrar, número do modelo;
- Tipo de instalação do rotor: entre apoios ou em consola;
- Método de equilíbrio: estático ou dinâmico;
- Massa das peças rotativas do conjunto do rotor;
- Desequilíbrio residual em cada plano de correção;
- Desequilíbrio residual admissível em cada plano de correção;
- Aula de precisão de equilíbrio;
- Critérios de aceitação: aceite/rejeitado;
- Certificado de equilíbrio (se necessário).
- Nome do fabricante da máquina de equilibrar, número do modelo;
- Tipo de instalação do rotor: entre apoios ou em consola;
- Método de equilíbrio: estático ou dinâmico;
- Massa das peças rotativas do conjunto do rotor;
- Desequilíbrio residual em cada plano de correção;
- Desequilíbrio residual admissível em cada plano de correção;
- Aula de precisão de equilíbrio;
- Critérios de aceitação: aceite/rejeitado;
- Certificado de equilíbrio (se necessário).
Vibração
A pedido, se previsto nos termos do contrato, pode ser fornecido ao cliente um relatório do teste de vibração da ventoinha, que se recomenda que inclua as seguintes informações:
- Instrumentos de medição utilizados;
- Método de fixação do sensor de vibrações;
- Parâmetros de funcionamento do ventilador (caudal de ar, pressão, potência);
- Frequência de rotação do ventilador;
- Tipo de suporte: rígido ou compatível;
- Vibração medida:
1) Posições do sensor de vibrações e eixos de medição,
2) Unidades de medida e níveis de referência de vibração,
3) Gama de frequências de medição (banda de frequência estreita ou larga);
- Nível(is) de vibração admissível(eis);
- Nível(is) de vibração medido(s);
- Critérios de aceitação: aceite/rejeitado;
- Certificado de nível de vibração (se necessário).
- Instrumentos de medição utilizados;
- Método de fixação do sensor de vibrações;
- Parâmetros de funcionamento do ventilador (caudal de ar, pressão, potência);
- Frequência de rotação do ventilador;
- Tipo de suporte: rígido ou compatível;
- Vibração medida:
1) Posições do sensor de vibrações e eixos de medição,
2) Unidades de medida e níveis de referência de vibração,
3) Gama de frequências de medição (banda de frequência estreita ou larga);
- Nível(is) de vibração admissível(eis);
- Nível(is) de vibração medido(s);
- Critérios de aceitação: aceite/rejeitado;
- Certificado de nível de vibração (se necessário).
MÉTODOS DE EQUILIBRAGEM DE VENTILADORES NUMA MÁQUINA DE EQUILIBRAGEM
B.1. Ventilador de transmissão direta
B.1.1. Disposições gerais
A roda do ventilador, que é montada diretamente no veio do motor durante a montagem, deve ser equilibrada de acordo com a mesma regra para ter em conta o efeito de ranhura que para o veio do motor.
Os motores de anos anteriores de produção podiam ser equilibrados utilizando um rasgo de chaveta completo. Atualmente, os veios dos motores são equilibrados utilizando uma meia chaveta, conforme prescrito pela norma ISO 31322, e marcados com a letra H (ver ISO 31322).
B.1.2. Motores equilibrados com um rasgo de chaveta completo
A roda da ventoinha, montada no veio do motor equilibrado com uma ranhura de chaveta completa, deve ser equilibrada sem uma chaveta numa árvore cónica.
B.1.3. Motores equilibrados com meia-volta
Para a roda do ventilador montada no veio do motor equilibrado com uma meia-esquadria, são possíveis as seguintes opções:
a) se a roda tiver um cubo de aço, fazer uma ranhura na chaveta após a equilibragem;
b) equilibrar-se numa árvore cónica com uma meia-chave inserida na ranhura da chaveta;
c) equilibrar numa árvore com uma ou mais ranhuras de chaveta (ver B.3), utilizando chavetas completas.
a) se a roda tiver um cubo de aço, fazer uma ranhura na chaveta após a equilibragem;
b) equilibrar-se numa árvore cónica com uma meia-chave inserida na ranhura da chaveta;
c) equilibrar numa árvore com uma ou mais ranhuras de chaveta (ver B.3), utilizando chavetas completas.
B.2. Ventiladores accionados por outro veio
Sempre que possível, todos os elementos rotativos, incluindo o veio da ventoinha e a polia, devem ser equilibrados como uma única unidade. Se isso for impraticável, a equilibragem deve ser efectuada numa árvore (ver B.3) utilizando a mesma regra de cálculo de ranhuras que para o veio.
B.3. Arbor
A árvore na qual a roda da ventoinha é montada durante a equilibragem deve cumprir os seguintes requisitos:
a) ser o mais leve possível;
b) Estar em estado de equilíbrio, assegurado por uma manutenção adequada e por inspecções regulares;
c) De preferência, ser cónico para reduzir os erros associados à excentricidade, resultantes das tolerâncias do furo do cubo e das dimensões do eixo. Se o eixo for cónico, a posição real dos planos de correção em relação às chumaceiras deve ser considerada nos cálculos do desequilíbrio.
a) ser o mais leve possível;
b) Estar em estado de equilíbrio, assegurado por uma manutenção adequada e por inspecções regulares;
c) De preferência, ser cónico para reduzir os erros associados à excentricidade, resultantes das tolerâncias do furo do cubo e das dimensões do eixo. Se o eixo for cónico, a posição real dos planos de correção em relação às chumaceiras deve ser considerada nos cálculos do desequilíbrio.
Se for necessário utilizar um mandril cilíndrico, este deve ter um rasgo de chaveta, no qual é inserida uma chaveta completa para transmitir o binário do mandril à roda do ventilador.
Outra opção é cortar dois rasgos de chaveta em extremidades opostas do diâmetro do veio, permitindo a utilização do método de equilibragem inversa. Este método envolve os seguintes passos. Primeiro, medir o desequilíbrio da roda inserindo uma chave completa numa ranhura e uma meia chave na outra. De seguida, rodar a roda 180° em relação à árvore e medir novamente o seu desequilíbrio. A diferença entre os dois valores de desequilíbrio é devida ao desequilíbrio residual da árvore e da junta de acionamento universal. Para obter o verdadeiro valor de desequilíbrio do rotor, tome metade da diferença destas duas medições.
FONTES DE VIBRAÇÃO DA VENTOINHA
Existem muitas fontes de vibração dentro do ventilador, e a vibração em certas frequências pode estar diretamente ligada a características específicas de conceção da máquina. Este anexo cobre apenas as fontes de vibração mais comuns observadas na maioria dos tipos de ventiladores. A regra geral é que qualquer folga no sistema de suporte provoca uma deterioração do estado vibratório do ventilador.
Desequilíbrio do ventilador
Esta é a fonte primária de vibração da ventoinha; é caracterizada pela presença de um componente de vibração na frequência de rotação (primeira harmónica). A causa do desequilíbrio é o facto de o eixo da massa rotativa ser excêntrico ou angular em relação ao eixo de rotação. Isto pode ser causado por uma distribuição desigual da massa, pela soma das tolerâncias nas dimensões do furo do cubo e do eixo, pela flexão do eixo ou por uma combinação destes factores. A vibração causada pelo desequilíbrio actua principalmente na direção radial.
A flexão temporária do veio pode resultar de um aquecimento mecânico irregular - devido à fricção entre elementos rotativos e estacionários - ou de natureza eléctrica. A flexão permanente pode resultar de alterações nas propriedades do material ou do desalinhamento do veio e da roda do ventilador quando o ventilador e o motor são montados separadamente.
Durante o funcionamento, o desequilíbrio da roda do ventilador pode aumentar devido à deposição de partículas do ar. Ao operar num ambiente agressivo, o desequilíbrio pode resultar da erosão irregular ou corrosão da roda.
O desequilíbrio pode ser corrigido através de uma equilibragem adicional nos planos apropriados, mas antes de efetuar o procedimento de equilibragem, as fontes de desequilíbrio devem ser identificadas, eliminadas e a estabilidade vibracional da máquina deve ser verificada.
Desalinhamento do ventilador e do motor
Este defeito pode ocorrer quando os veios do motor e da ventoinha estão ligados através de uma transmissão por correia ou de um acoplamento flexível. O desalinhamento pode, por vezes, ser identificado por componentes de frequência de vibração característicos, normalmente o primeiro e segundo harmónicos da frequência de rotação. No caso de desalinhamento paralelo dos veios, a vibração ocorre principalmente na direção radial, enquanto que se os veios se intersectarem num ângulo, a vibração longitudinal pode tornar-se dominante.
Se os veios estiverem ligados em ângulo e forem utilizados acoplamentos rígidos, começam a atuar forças alternadas na máquina, provocando um maior desgaste dos veios e dos acoplamentos. Este efeito pode ser significativamente reduzido através da utilização de acoplamentos flexíveis.
Vibração do ventilador devido à excitação aerodinâmica
A excitação da vibração pode ser causada pela interação da roda do ventilador com elementos estacionários do projeto, tais como palhetas-guia, motor ou suportes de rolamentos, valores de folga incorrectos ou estruturas de admissão e exaustão de ar incorretamente concebidas. Uma caraterística destas fontes é a ocorrência de vibração periódica associada à frequência de rotação da roda, no contexto de flutuações aleatórias na interação das pás da roda com o ar. A vibração pode ser observada nos harmónicos da frequência das pás, que é o produto da frequência de rotação da roda e do número de pás da roda.
A instabilidade aerodinâmica do fluxo de ar, causada pelo seu afastamento da superfície da pá e pela subsequente formação de vórtices, provoca vibrações de banda larga, cujo espetro varia consoante a carga do ventilador.
O ruído aerodinâmico caracteriza-se pelo facto de não estar relacionado com a frequência de rotação da roda e pode ocorrer em subharmónicas da frequência de rotação (ou seja, em frequências abaixo da frequência de rotação). Neste caso, pode observar-se uma vibração significativa da caixa da ventoinha e das condutas.
Se o sistema aerodinâmico da ventoinha estiver mal adaptado às suas características, podem ocorrer impactos bruscos na mesma. Estes impactos são facilmente distinguíveis pelo ouvido e são transmitidos como impulsos ao sistema de suporte do ventilador.
Se as causas acima mencionadas conduzirem à vibração da pá, a sua natureza pode ser investigada através da instalação de sensores em diferentes partes da estrutura.
Vibração do ventilador devido ao turbilhão na camada de óleo
Os turbilhões que podem ocorrer na camada de lubrificação dos rolamentos deslizantes são observados numa frequência caraterística ligeiramente abaixo da frequência de rotação do rotor, a menos que o ventilador funcione a uma velocidade superior à primeira velocidade crítica. Neste último caso, a instabilidade da cunha de óleo será observada na primeira velocidade crítica e, por vezes, este efeito é designado por turbilhão ressonante.
Fontes de vibração de ventiladores de natureza eléctrica
O aquecimento irregular do rotor do motor pode provocar a sua curvatura, levando ao desequilíbrio (que se manifesta na primeira harmónica).
No caso de um motor assíncrono, a presença de um componente a uma frequência igual à frequência de rotação multiplicada pelo número de placas do rotor indica defeitos relacionados com as placas do estator, e vice-versa, componentes a uma frequência igual à frequência de rotação multiplicada pelo número de placas do rotor indicam defeitos relacionados com as placas do rotor.
Muitos componentes de vibração de natureza eléctrica caracterizam-se pelo seu desaparecimento imediato quando a fonte de alimentação é desligada.
Vibração do ventilador devido à excitação da transmissão por correia
Geralmente, existem dois tipos de problemas relacionados com os accionamentos por correia: quando o funcionamento do acionamento é influenciado por defeitos externos e quando os defeitos estão na própria correia.
No primeiro caso, apesar de a correia vibrar, isto deve-se a forças forçadas de outras fontes, pelo que a substituição da correia não produzirá os resultados desejados. As fontes comuns de tais forças são o desequilíbrio no sistema de acionamento, a excentricidade da polia, o desalinhamento e as ligações mecânicas soltas. Por conseguinte, antes de substituir as correias, deve ser efectuada uma análise das vibrações para identificar a fonte de excitação.
Se as correias responderem a forças externas, a sua frequência de vibração será muito provavelmente a mesma que a frequência de excitação. Neste caso, a frequência de excitação pode ser determinada utilizando uma lâmpada estroboscópica, ajustando-a de modo a que a correia pareça estacionária à luz da lâmpada.
No caso de um acionamento com várias correias, uma tensão desigual da correia pode levar a um aumento significativo da vibração transmitida.
Os casos em que as fontes de vibração são as próprias correias estão relacionados com os seus defeitos físicos: fissuras, pontos duros e moles, sujidade na superfície da correia, falta de material na sua superfície, etc. No caso das correias trapezoidais, as alterações na sua largura farão com que a correia suba e desça no rasto da polia, criando vibração devido à alteração da sua tensão.
Se a fonte de vibração for a própria correia, as frequências de vibração são geralmente as harmónicas da frequência de rotação da correia. Num caso específico, a frequência de excitação dependerá da natureza do defeito e do número de polias, incluindo os tensores.
Nalguns casos, a amplitude da vibração pode ser instável. Isto é especialmente verdadeiro para accionamentos com várias correias.
Os defeitos mecânicos e eléctricos são fontes de vibração, que posteriormente se convertem em ruído aéreo. O ruído mecânico pode estar associado ao desequilíbrio da ventoinha ou do motor, ao ruído dos rolamentos, ao alinhamento dos eixos, às vibrações das paredes das condutas e dos painéis da caixa, às vibrações das pás dos amortecedores, às vibrações das pás, dos amortecedores, dos tubos e dos suportes, bem como à transmissão de vibrações mecânicas através da estrutura. O ruído elétrico está relacionado com várias formas de conversão de energia eléctrica: 1) As forças magnéticas são determinadas pela densidade do fluxo magnético, pelo número e forma dos pólos e pela geometria do espaço de ar; 2) O ruído elétrico aleatório é determinado por escovas, arcos voltaicos, faíscas eléctricas, etc.
O ruído aerodinâmico pode estar associado à formação de vórtices, às pulsações de pressão, à resistência do ar, etc., e pode ter tanto um carácter de banda larga como de banda estreita. O ruído de banda larga pode ser causado por: a) lâminas, amortecedores e outros obstáculos no percurso do fluxo de ar; b) rotação da ventoinha como um todo, correias, fendas, etc.; c) mudanças súbitas na direção do fluxo de ar ou na secção transversal da conduta, diferenças nas velocidades do fluxo, separação do fluxo devido a efeitos de fronteira, efeitos de compressão do fluxo, etc. O ruído de banda estreita pode ser provocado por: a) ressonâncias (efeito de tubo de órgão, vibrações de cordas, vibrações de painéis, de elementos estruturais, etc.); b) formação de vórtices em arestas vivas (excitação de colunas de ar); c) rotações (efeito de sirene, fendas, orifícios, ranhuras em peças rotativas).
Os impactos criados pelo contacto entre vários elementos mecânicos da estrutura produzem um ruído semelhante ao produzido por um golpe de martelo, um rolo de trovão, uma caixa vazia em ressonância, etc. Podem ouvir-se sons de impacto de dentes de engrenagens e de batidas de correias defeituosas. Os impulsos de impacto podem ser tão fugazes que, para distinguir os impulsos de impacto periódicos dos processos transitórios, é necessário um equipamento especial de registo a alta velocidade. Na área onde ocorrem muitos impulsos de impacto, a sobreposição dos seus picos cria um efeito de zumbido constante.
Dependência da vibração no tipo de suporte do ventilador
A escolha correcta do suporte do ventilador ou do design da fundação é necessária para o seu funcionamento suave e sem problemas. Para assegurar o alinhamento dos componentes rotativos ao instalar o ventilador, o motor e outros dispositivos de acionamento, é utilizada uma estrutura de aço ou uma base de betão armado. Por vezes, uma tentativa de poupar na construção do suporte leva à incapacidade de manter o alinhamento necessário dos componentes da máquina. Isto é especialmente inaceitável quando a vibração é sensível a alterações de alinhamento, particularmente para máquinas que consistem em partes separadas ligadas por fixadores metálicos.
A fundação sobre a qual a base é colocada também pode influenciar a vibração do ventilador e do motor. Se a frequência natural da fundação estiver próxima da frequência de rotação do ventilador ou do motor, a fundação entrará em ressonância durante o funcionamento do ventilador. Isto pode ser detectado medindo a vibração em vários pontos da fundação, do chão circundante e dos suportes do ventilador. Muitas vezes, em condições de ressonância, o componente de vibração vertical excede significativamente o horizontal. A vibração pode ser amortecida tornando a fundação mais rígida ou aumentando a sua massa. Mesmo que o desequilíbrio e o desalinhamento sejam eliminados, permitindo reduzir as forças forçantes, podem ainda existir condições prévias de vibração significativas. Isto significa que, se o ventilador, juntamente com o seu suporte, estiver próximo da ressonância, a obtenção de valores de vibração aceitáveis exigirá uma equilibragem mais precisa e um alinhamento do veio mais exato do que o normalmente exigido para este tipo de máquinas. Esta situação é indesejável e deve ser evitada aumentando a massa e/ou a rigidez do suporte ou do bloco de betão.
Guia de Monitorização e Diagnóstico da Condição de Vibração
O princípio fundamental da monitorização do estado das vibrações das máquinas (a seguir designado por estado) consiste em observar os resultados de medições devidamente planeadas para identificar uma tendência de aumento dos níveis de vibração e considerá-la na perspetiva de potenciais problemas. A monitorização é aplicável em situações em que os danos se desenvolvem lentamente, e a deterioração do estado do mecanismo se manifesta através de sinais físicos mensuráveis.
A vibração do ventilador, resultante do desenvolvimento de defeitos físicos, pode ser monitorizada em determinados intervalos e, quando é detectado um aumento do nível de vibração, a frequência de observação pode ser aumentada e pode ser efectuada uma análise detalhada do estado. Neste caso, as causas das alterações de vibração podem ser identificadas com base na análise da frequência de vibração, o que permite determinar as medidas necessárias e planear a sua implementação muito antes de os danos se tornarem graves. Normalmente, as medidas são consideradas necessárias quando o nível de vibração aumenta 1,6 vezes ou 4 dB em comparação com o nível de base.
O programa de monitorização de condições consiste em várias fases, que podem ser formuladas resumidamente da seguinte forma:
a) identificar o estado do ventilador e determinar o nível de vibração de base (pode ser diferente do nível obtido nos ensaios de fábrica devido a diferentes métodos de instalação, etc.);
b) selecionar os pontos de medição das vibrações;
c) determinar a frequência de observação (medição);
d) estabelecer o procedimento de registo das informações;
e) determinar os critérios de avaliação do estado vibratório do ventilador, os valores-limite para a vibração absoluta e as variações de vibração, resumir a experiência de funcionamento de máquinas semelhantes.
a) identificar o estado do ventilador e determinar o nível de vibração de base (pode ser diferente do nível obtido nos ensaios de fábrica devido a diferentes métodos de instalação, etc.);
b) selecionar os pontos de medição das vibrações;
c) determinar a frequência de observação (medição);
d) estabelecer o procedimento de registo das informações;
e) determinar os critérios de avaliação do estado vibratório do ventilador, os valores-limite para a vibração absoluta e as variações de vibração, resumir a experiência de funcionamento de máquinas semelhantes.
Uma vez que os ventiladores funcionam normalmente sem problemas a velocidades que não se aproximam das críticas, o nível de vibração não deve mudar significativamente com pequenas alterações de velocidade ou carga, mas é importante notar que quando o ventilador funciona com velocidade de rotação variável, os valores limite de vibração estabelecidos aplicam-se à velocidade de rotação máxima de funcionamento. Se a velocidade de rotação máxima não puder ser atingida dentro do limite de vibração estabelecido, isso pode indicar a presença de um problema grave e exigir uma investigação especial.
Algumas recomendações de diagnóstico fornecidas no Apêndice C baseiam-se na experiência de funcionamento do ventilador e destinam-se a ser aplicadas sequencialmente ao analisar as causas do aumento da vibração.
Para avaliar qualitativamente a vibração de um ventilador específico e determinar directrizes para outras acções, podem ser utilizados os limites da zona de condição de vibração estabelecidos pela norma ISO 10816-1.
Espera-se que, para os novos ventiladores, os seus níveis de vibração sejam inferiores aos valores-limite indicados no quadro 3. Estes valores correspondem ao limite da zona A da condição de vibração de acordo com a norma ISO 10816-1. Os valores recomendados para os níveis de alerta e de paragem são estabelecidos com base na análise da informação recolhida sobre tipos específicos de ventiladores.
INFORMAÇÕES SOBRE CONFORMIDADE
NORMAS INTERNACIONAIS DE REFERÊNCIA UTILIZADAS COMO REFERÊNCIAS NORMATIVAS NA PRESENTE NORMA
Quadro H.1
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Designação da norma interestadual de referência
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Designação e título da norma internacional de referência e designação condicional do seu grau de conformidade com a norma interestadual de referência
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ISO 1940-1-2007
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ISO 1940-1:1986. Vibrações. Requisitos para a qualidade de equilibragem de rotores rígidos. Parte 1. Determinação do desequilíbrio admissível (IDT)
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ISO 5348-2002
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ISO 5348:1999. Vibrações e Choques. Montagem mecânica de acelerómetros (IDT)
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ISO 7919-1-2002
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ISO 7919-1:1996. Vibração de máquinas não reciprocantes. Medições em veios rotativos e critérios de avaliação. Parte 1. Directrizes Gerais (IDT)
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ISO 10816-1-97
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ISO 10816-1:1995. Vibrações. Avaliação do estado da máquina através de medições de vibrações em peças não rotativas. Parte 1. Directrizes gerais (IDT)
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ISO 10816-3-2002
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ISO 10816-3:1998. Vibrações. Avaliação do estado da máquina através de medições de vibrações em peças não rotativas. Parte 3. Máquinas industriais com uma potência nominal superior a 15 kW e velocidades nominais de 120 a 15000 rpm, medições in-situ (IDT)
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ISO 10921-90
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ISO 5801:1997. Ventiladores industriais. Ensaio de desempenho utilizando condutas normalizadas (NEQ)
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ISO 19534-74
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ISO 1925:2001. Vibrações. Equilibragem. Vocabulário (NEQ)
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ISO 24346-80
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ISO 2041:1990. Vibrações e choques. Vocabulário (NEQ)
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ISO 31322-2006 (ISO 8821:1989)
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ISO 8821:1989. Vibrações. Equilibragem. Directrizes para a contabilização do efeito de chaveta na equilibragem de veios e peças montadas (MOD)
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ISO 31351-2007 (ISO 14695:2003)
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ISO 14695:2003. Ventiladores industriais. Métodos de Medição de Vibrações (MOD)
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Nota: Nesta tabela são utilizadas as seguintes designações condicionais do grau de conformidade da norma: IDT - normas idênticas;
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