Entendendo o Balanceamento das Classificações de Notas
A grau de equilíbrio — também designado por grau de qualidade de equilíbrio ou Grau G — é uma classificação normalizada que especifica o grau de equilíbrio que um determinado tipo de máquina rotativa deve apresentar. Definida principalmente por ISO 21940-11 (o sucessor moderno da norma ISO 1940-1), o sistema de classificação classifica o equipamento de acordo com as suas características operacionais e atribui a cada categoria uma classificação adequada tolerância de equilíbrio. O seu grande valor reside no facto de proporcionar aos fabricantes, técnicos de manutenção e utilizadores finais uma linguagem única e reconhecida internacionalmente para a especificação e verificação de rotores equilíbrio de qualidade, pelo que uma «bomba G6.3» significa exatamente a mesma coisa em qualquer oficina do mundo.
1. O Sistema de Classificação G
Os graus de equilíbrio são indicados pela letra «G» seguida de um número — G2,5, G6,3, G16, e assim por diante. O número corresponde ao produto do resíduo admissível desequilíbrio excentricidade (em milímetros) e a velocidade angular máxima de serviço (em radianos por segundo). Em termos mais simples, trata-se da velocidade de vibração de desequilíbrio admissível expressa em mm/s — a velocidade orbital do centro de massa do rotor. Esse único valor resume perfeitamente a física que importa: uma inclinação mantém o rotor em rotação força centrífuga dentro dos limites que a máquina consegue suportar.
O princípio fundamental
Valores G mais baixos implicam requisitos mais rigorosos — menor desequilíbrio residual permitido e um funcionamento mais suave. Valores G mais elevados permitem um maior desequilíbrio residual. O sistema reconhece deliberadamente que máquinas diferentes têm necessidades muito distintas, dependendo da sua velocidade, massa, aplicação e ambiente de funcionamento; não existe um único valor «ideal», mas sim o valor adequado à função em questão.
2. Classes comuns e as suas aplicações
A norma ISO 21940-11 define graus que vão desde o G0.4 (maior precisão) até ao G4000 (menor). Os graus com que a maioria dos engenheiros se depara na prática são os seguintes:
G0.4 — Precisão ultra-alta
Aplicações: eixos de máquinas de retificação, giroscópios, equipamento de medição de precisão.
Character: requer equipamento de equilíbrio especializado e um ambiente controlado, sendo normalmente realizado numa instalação de precisão dedicada equilíbrio shop.
G1.0 — Alta precisão
Aplicações: fusos de máquinas-ferramenta de alta precisão, turbocompressores, centrífugas de alta velocidade, unidades de disco para computadores.
Character: exige um controlo cuidadoso de todos os parâmetros de equilíbrio e instrumentação de alta qualidade.
G2.5 — Indústria de Precisão
Aplicações: turbinas a gás e a vapor, rotores rígidos de turbogeradores, compressores, acionamentos de máquinas-ferramentas, motores elétricos de média e grande potência com requisitos especiais e separadores centrífugos.
Character: a referência em equipamento industrial de alta qualidade e alta velocidade, e facilmente alcançável com uma abordagem sólida equilíbrio de campo practice.
G6.3 — Industrial geral (a classe mais comum)
Aplicações: motores elétricos de uso geral, maquinaria para a indústria de transformação, bombas centrífugas, ventiladores e sopradores, redutores, rotores para maquinaria em geral e compressores de velocidade média.
Character: a classe mais comum na maioria das máquinas industriais, que oferece um bom equilíbrio entre exequibilidade e desempenho, e que está facilmente ao alcance de equipamentos de equilíbrio portáteis.
G16 — Indústria pesada
Aplicações: eixos de transmissão (eixos de hélice e cardã), motores diesel multicilíndricos com seis ou mais cilindros, trituradores, máquinas agrícolas e componentes individuais de motores.
Character: adequado para equipamentos robustos e de baixa velocidade que suportam mais vibrações.
G40 e superiores — Indústria de alta intensidade
Aplicações: motores diesel de quatro cilindros (G40), máquinas de baixa velocidade montadas de forma rígida e equipamentos de grandes dimensões e rotação lenta.
Character: aplicado a máquinas enormes e lentas, nas quais o equilíbrio de precisão não é economicamente viável nem tecnicamente necessário.
3. Como escolher o grau certo
A escolha de um nível depende da ponderação conjunta de vários fatores:
- Tipo e concepção do equipamento: As tabelas da norma ISO 21940-11 associam os tipos de máquinas aos graus recomendados e constituem o ponto de partida natural.
- Velocidade de operação: As máquinas mais rápidas requerem, geralmente, uma inclinação mais acentuada, uma vez que a força centrífuga aumenta proporcionalmente ao quadrado da velocidade.
- Mounting type: Os equipamentos instalados em bases flexíveis ou suportes de isolamento conseguem, muitas vezes, suportar um valor de G mais elevado do que os equipamentos montados de forma rígida.
- Proximidade com as pessoas: A presença de máquinas em espaços ocupados pode justificar normas mais rigorosas em matéria de ruído e segurança.
- Requisitos especiais: As aplicações médicas, de fabrico de precisão e aeroespaciais exigem frequentemente um equilíbrio mais rigoroso do que o habitual na prática industrial.
- Economics: Cada passo em direção a uma classe de qualidade mais rigorosa implica custos mais elevados; por isso, a classe escolhida deve corresponder às necessidades operacionais, sem exceder as especificações necessárias.
4. Da classificação ao desequilíbrio admissível
A inclinação é o valor de entrada para o cálculo do máximo admissível desequilíbrio residual para um rotor específico:
Upor (g-mm) = (9549 × G × M) / RPM
- Upor = desequilíbrio residual admissível, em gramas-milímetros
- G = o número do ano de escolaridade (por exemplo, 6.3 para o 6.º ano)
- M = massa do rotor, em quilogramas
- RPM = velocidade de serviço, em rotações por minuto
Exemplo prático
Considere um rotor de ventilador de 100 kg a funcionar a 1500 RPM, com especificação G6.3:
Upor = (9549 × 6.3 × 100) / 1500 ≈ 401 g·mm
If the plano de correção O raio é de 200 mm, pelo que 401 g·mm corresponde a cerca de 2,0 gramas de desequilíbrio residual admissível nesse raio. O Calculadora de desequilíbrio residual (ISO 21940-11) realiza esta conversão instantaneamente e, em seguida, divide o total entre os dois planos por si.
5. Máquinas de velocidade variável e de várias velocidades
Quando uma máquina funciona em várias velocidades, a inclinação é aplicada com cuidado:
- Funcionamento a velocidade constante: aplicar a inclinação à velocidade normal de funcionamento.
- Variable speed: aplicar a inclinação à velocidade máxima de funcionamento contínuo, onde as forças centrífugas são maiores.
- Ultrapassagem das velocidades críticas: para rotores flexíveis, saldo em velocidades críticas pode exigir uma atenção especial, o que poderá implicar equilíbrio modal under ISO 21940-12.
6. Verificação e aceitação
Once equilíbrio Quando o trabalho estiver concluído, a qualidade obtida deve ser verificada em relação ao nível especificado. Existem duas formas de proceder:
- Medição direta do desequilíbrio: numa máquina de equilibrar, o desequilíbrio residual é lido diretamente e comparado com Upor.
- Medição de vibração: No equilíbrio em campo, a amplitude de vibração de 1× serve como um indicador indireto da qualidade do equilíbrio.
O rotor é aprovado quando o desequilíbrio residual medido é igual ou inferior ao valor U calculadopor, ou quando a vibração em serviço atinge o nível de gravidade aplicável — atualmente, o ISO 20816 série (que substituiu a norma ISO 10816). Numa máquina instalada, esta verificação é realizada no local: um instrumento portátil de dois canais, como o Conjunto de equilíbrio-1a mede o 1× amplitude e fase nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de funcionamento, calcula o coeficientes de influência, aplica a correção e confirma se o resíduo se encontra dentro do grau selecionado — sem retirar o rotor.
7. Da norma ISO 1940 à norma ISO 21940
O sistema de classificação G foi estabelecido pela primeira vez na norma ISO 1940-1, publicada originalmente em 1986. Em 2016, a série ISO 1940 foi revista e renumerada como série ISO 21940, tendo a norma ISO 21940-11 substituído a ISO 1940-1. Os princípios fundamentais e os valores de classificação foram mantidos essencialmente inalterados, pelo que as especificações mais antigas continuam válidas, mas a norma moderna acrescenta:
- Classificações de equipamentos atualizadas.
- Orientações mais claras sobre a escolha do ano de escolaridade.
- Melhor integração com o conjunto mais vasto de normas relativas à dinâmica de rotores.
- Procedimentos melhorados para rotores flexíveis.
8. Equívocos comuns
«Mais apertado é sempre melhor»
Realidade: Especificar um nível de equilíbrio excessivamente elevado aumenta os custos sem trazer benefícios proporcionais. Uma máquina equilibrada a G2.5 não terá necessariamente um desempenho superior ao da mesma máquina equilibrada a G6.3, sendo que G6.3 é o nível adequado para a aplicação em questão.
«O grau corresponde ao nível de vibração»
Realidade: O número G representa a excentricidade de desequilíbrio admissível, e não a amplitude da vibração. O valor real vibração O desempenho de uma máquina depende de muitos fatores para além do equilíbrio — rigidez, amortecimento, ressonância, desalinhamento e a falta de disciplina entre eles.
«Um único tipo de produto serve para toda a fábrica»
Realidade: Os diferentes tipos de máquinas requerem graus de precisão distintos, mesmo dentro de uma mesma instalação. Uma retificadora de precisão e um triturador têm requisitos de equilíbrio muito diferentes e nunca devem partilhar uma única especificação genérica.
9. Documentação e especificações
Ao encomendar trabalhos de equilíbrio, o caderno de encargos deve indicar claramente:
- A classe e a norma exigidas — por exemplo, «Equilíbrio de acordo com a norma G6.3 da ISO 21940-11».
- A velocidade de serviço a utilizar no cálculo da tolerância.
- O número de planos de correção necessários.
- O método de verificação — máquina de equilíbrio em oficina ou medição de vibrações no local.
Uma especificação clara e completa deste tipo elimina ambiguidades e proporciona tanto ao responsável pelo equilíbrio como ao cliente um registo comprovável do que foi exigido e do que foi concretizado.
