Compreendendo a máquina de balanceamento
A máquina de balanceamento (também conhecido como equilibrador de oficina) é um instrumento específico que mede o desequilíbrio em um rotor depois de o rotor ter sido retirado da máquina de origem. O rotor é colocado a girar numa suspensão calibrada, medindo-se o resultado vibração ou força, e a partir dessas medições calcula a magnitude e a localização angular do desequilíbrio em cada plano de correção — para que o operador possa perfurar, esmerilar ou adicionar peso exatamente onde for necessário. As máquinas de equilíbrio são a espinha dorsal do fabrico de rotores e dos trabalhos de reparação de alta precisão, nos quais um componente deve ser certificado como equilibrado antes de voltar a entrar em serviço.
1. Definição: O que é uma máquina de balanceamento?
No fundo, uma máquina de equilibrar é uma experiência controlada em força centrífuga. Quando um rotor desequilibrado gira, o seu ponto de maior massa gera uma força rotativa proporcional à excentricidade da massa residual e ao quadrado da velocidade. A máquina faz girar o rotor a uma velocidade constante e conhecida, deteta a força ou movimento que este ponto de maior massa produz uma vez por revolução e calcula a quantidade de massa de correção e o ângulo em que esta deve ser aplicada. Como o rotor está montado nos próprios suportes de precisão da máquina, em vez de nos seus rolamentos de trabalho, a medição isola o rotor como um componente — livre de influências do acoplamento, da fundação e da montagem.
É precisamente este enfoque ao nível dos componentes que permite que o equilíbrio em oficina alcance resultados tão precisos. Uma nova roda de turbina, bomba impulsor, a armadura de um motor elétrico ou o fuso de uma máquina-ferramenta é normalmente equilibrado numa máquina de acordo com requisitos rigorosos grau de qualidade de equilíbrio antes da montagem, proporcionando um ponto de partida preciso e repetível que a correção no local, por si só, não consegue garantir.
2. Principais componentes de uma máquina de balanceamento
Uma máquina de equilibragem horizontal típica é composta por um pequeno número de subsistemas bem definidos, cada um dos quais contribui para a precisão da medição:
- Cama / base: uma base rígida e pesada que proporciona estabilidade e impede que as vibrações externas do piso afetem a medição. A massa e a rigidez limitam diretamente o menor desequilíbrio que a máquina consegue detetar.
- Sistema de suspensão (bases): dois suportes — por vezes denominados suportes de rolamentos — que suportam os munhões do rotor. São deliberadamente rígidos numa direção e flexíveis na direção da medição, pelo que o rotor só se pode mover livremente nos pontos em que os sensores o conseguem detetar.
- Sensores: transdutores montados na suspensão — normalmente acelerómetros, transdutores de velocidade, ou células de força — que convertem a resposta ao desequilíbrio num sinal elétrico.
- Sistema de acionamento: um motor elétrico com transmissão por correia, acionamento direto ou acionamento pneumático que leva o rotor a uma velocidade de equilíbrio constante e controlada.
- Sensor de referência rotacional: normalmente um sensor fotoelétrico que deteta uma fita de fita refletora, ou um sensor de proximidade numa ranhura. O seu impulso único por volta — a mesma função que um tacômetro desempenha no trabalho de campo — estabelece o fase ângulo, indicando à máquina onde onde se encontra o ponto mais pesado.
- Instrumentação: uma consola com microprocessador que filtra os sinais dos sensores em tempo real, aplica o coeficientes de influência, e apresenta o valor e o ângulo do desequilíbrio para cada plano.
3. Máquinas de rolamento rígido vs. máquinas de rolamento macio
As máquinas de equilibrar são classificadas de acordo com o comportamento da sua suspensão em relação à velocidade de equilibramento — e essa distinção determina a forma como são calibradas e o que medem.
a) Máquina de balanceamento de rolamento rígido
A suspensão é muito rígida e a máquina mede vigor causado pelo desequilíbrio. A frequência natural do sistema rotor-suspensão está bem ajustada acima a velocidade de equilíbrio, pelo que o rotor gira a uma velocidade muito inferior ressonância e a leitura é estável. A vantagem decisiva é calibração permanente: assim que o operador introduz as dimensões do rotor e as posições dos rolamentos, a máquina determina diretamente o desequilíbrio correto, sem necessidade de testes para cada nova peça. Esta rapidez e versatilidade fazem com que as máquinas de rolamentos rígidos sejam a escolha padrão nas modernas oficinas de equilibragem industrial.
b) Máquina de balanceamento de mancal macio
A suspensão é muito flexível e a máquina mede deslocamento (vibração). Aqui, a frequência natural do sistema está bem ajustada abaixo a velocidade de equilíbrio, de modo a que o rotor funcione acima da ressonância. Estas máquinas são extremamente sensíveis — adequadas para rotores muito pequenos ou leves — mas requerem um ciclo de calibração com um peso de teste para cada tipo de rotor, uma vez que a relação entre o deslocamento e o desequilíbrio depende do rotor específico e da configuração. A contrapartida é a sensibilidade em troca do tempo de configuração.
4. Máquina de equilibrar vs. Equilibragem em campo
Equilíbrio de rodas e equilíbrio de campo respondem a duas questões diferentes, e um programa de fiabilidade bem conduzido recorre a ambas.
- Máquina de equilibrar (equilibragem em oficina): O rotor é removido e equilibrado como um componente individual. Isto proporciona uma precisão muito elevada e é ideal para rotores novos ou recondicionados, garantindo que a própria peça cumpre tolerâncias rigorosas antes mesmo de entrar em serviço.
- Equilíbrio de campo: O rotor é equilibrado enquanto está instalado nos seus próprios rolamentos, nas suas próprias condições de funcionamento. Isto corrige todo o rotor montagem — incluindo chavetas, acoplamentos, cubos de ventilador e efeitos operacionais — e corrige o desequilíbrio em máquinas já em serviço sem necessidade de desmontagem significativa.
Os dois são complementares. Um rotor é normalmente equilibrado na oficina quando é fabricado ou reparado, sendo-lhe depois aplicado um equilíbrio de acabamento no campo para absorver as influências da montagem e do funcionamento. Numa máquina montada, essa etapa de medição no campo não requer, de todo, uma máquina específica: basta um analisador portátil de dois canais, como o Conjunto de equilíbrio-1a mede a amplitude e a fase nos próprios rolamentos da máquina, calcula os coeficientes de influência e verifica o resultado final desequilíbrio residual em relação ao grau ISO selecionado — realizando, na prática, a mesma medição que um equilibrador de oficina faz, mas no rotor enquanto este está em funcionamento.
5. Normas e aceitação
O desequilíbrio indicado por uma máquina é avaliado em relação a um limite de aceitação estabelecido com base em ISO 21940-11 (a versão atual da já conhecida norma ISO 1940-1), que define o equilibrar os níveis de qualidade — G6.3, G2.5, G1.0 e assim por diante — que definem o desequilíbrio residual admissível para uma determinada massa do rotor e velocidade de serviço. As próprias máquinas são descritas e avaliadas em ISO 21940-21, que aborda a forma como se verifica a precisão de uma máquina de equilibrar e o desequilíbrio residual mínimo alcançável. A conversão de uma classe num valor admissível em gramas-milímetros e a sua repartição entre dois planos é rápida com o Calculadora de desequilíbrio residual (ISO 21940-11), enquanto o Calculadora de Sensibilidade da Máquina de Balanceamento ajuda a confirmar se uma máquina consegue realmente compensar o desequilíbrio que um declive acentuado exige.
