Balanceamento de rotores — Procedimentos, Tipos e normas
Guia completo para balanceamento de máquinas rotativas: estático versus dinâmico (plano único e dois planos), método do coeficiente de influência, tolerâncias ISO 21940, balanceamento em campo e técnicas de correção.
Balanceamento estático versus balanceamento dinâmico
Os dois tipos fundamentais de balanceamento são determinados pela geometria do rotor e pelo tipo de desbalanceamento presente.
| Critério | Plano único | Dois planos |
|---|---|---|
| Tipo de desequilíbrio corrigido | Somente estático | Estático + binário (dinâmico) |
| Geometria do rotor | L/D < 0,5 (formato de disco) | L/D > 0,5 (alongado) |
| Número de corridas | 2 (inicial + teste) | 3–4 (inicial + 2 tentativas, ou acoplamento cruzado) |
| Sensores necessários | 1 acelerômetro + tacômetro | 2 acelerômetros + tacômetro |
| Padrão de vibração do rolamento | Em fase a 1× | A fase varia (não está em fase, não está a 180°). |
| Rotores típicos | Rotores de ventilador, polias, rebolos | Motores, bombas, rolos, turbinas, eixos |
| Recomendação de avião ISO | Rotores estreitos conforme ISO 1940-1 §4.3 | Padrão para todos os rotores alongados |
| Modo Balanset-1A | F2 | F3 |
O procedimento de balanceamento
Método do coeficiente de influência (peso de teste) — a abordagem padrão para balanceamento de campo e de fábrica.
Por que o equilíbrio? — Os benefícios
O desbalanceamento é a principal fonte de vibração em máquinas rotativas (#1). Sua correção proporciona resultados mensuráveis.
O que é balanceamento de rotores?
Balanceamento do rotor É o processo de melhorar a distribuição de massa de um corpo em rotação de modo que seu centro de massa coincida com o eixo geométrico de rotação. Isso minimiza as forças centrífugas, reduzindo a vibração., consequência cargas, ruído e consumo de energia. A correção é feita adicionando ou removendo peso em locais e ângulos específicos, guiada por medições de vibração e análise de fase. O critério de aceitação é definido por ISO 1940-1 (ISO 21940-11) Notas G. Os dois tipos são estático (plano único) para rotores em forma de disco e dinâmico (dois planos) para rotores alongados.
Desequilíbrio é a fonte mais comum de vibração em máquinas rotativas. Quando a distribuição de massa é imperfeita — devido a tolerâncias de fabricação, não homogeneidade do material, corrosão, acúmulo de depósitos ou danos — são geradas forças centrífugas que aumentam com o quadrado da velocidade. Um pequeno desbalanceamento em baixa velocidade pode se tornar destrutivo em alta velocidade.
O balanceamento resolve isso medindo iterativamente a resposta à vibração e ajustando a distribuição de massa até atingir o valor residual. desequilíbrio Está dentro da tolerância. É um processo tanto de fabricação (em máquinas de balanceamento de fábrica) quanto de manutenção (balanceamento em campo em equipamentos instalados).
Método do Coeficiente de Influência
O balanceamento moderno — tanto em máquinas dedicadas quanto em campo — utiliza o método do coeficiente de influência (peso de ensaio). O princípio físico: se soubermos como uma massa conhecida em uma posição conhecida altera a vibração, podemos calcular a massa e a posição necessárias para cancelar o desequilíbrio original.
Para o balanceamento em dois planos, o sistema se torna uma matriz 2×2 (quatro coeficientes de influência que consideram o acoplamento cruzado entre os planos), mas o princípio é idêntico. Balanset-1A Isso é resolvido automaticamente — o operador simplesmente liga a máquina e conecta os pesos de teste.
Seleção de Peso de Teste
O peso de teste deve produzir uma mudança perceptível na vibração (idealmente de 10 a 30% do nível inicial) sem criar cargas perigosas. Uma estimativa inicial útil:
Quando equilibrar — Assinatura vibratória
Como você sabe que a vibração é causada por desequilíbrio e não por outro fator? desalinhamento, folga, ou defeitos de rolamento?
Freqüência: Pico dominante exatamente a 1× RPM (velocidade de funcionamento) no FFT espetro.
Direção: Predominantemente radial (horizontal e vertical). A componente axial é pequena.
Fase: Ângulo de fase estável e repetível em 1×. A fase não sofre deriva ao longo do tempo.
Dependência da velocidade: A amplitude aumenta com o quadrado da velocidade (proporcional a ω²).
Contraste com desalinhamento: O desalinhamento produz componentes significativos de 2× e/ou 1× axial. Defeitos nos rolamentos produzem frequências não síncronas.
Antes de realizar o balanceamento, sempre verifique o diagnóstico. Balanset-1A O analisador de espectro (modo F1) mostra o espectro completo. FFT espectro, permitindo a confirmação de que 1× domina antes de prosseguir para o balanceamento.
Métodos de correção
Adicionando Massa
- Pesos de encaixe: Pesos de zinco ou aço com presilha de mola. Comuns em ventiladores e rodas. Instalação rápida e não permanente.
- Pesos aparafusáveis: Pesos de precisão fixados com parafusos em furos roscados ou ranhuras em T. Padrão para rotores e turbinas de grande porte.
- Pesos para soldar: Placas ou hastes de aço soldadas por pontos ao rotor. Permanente. Comum em ventiladores industriais pesados e rotores de britadores.
- Epóxi/massa de modelar: Adesivo bicomponente com carga metálica. Ideal para superfícies irregulares. Indicado para temperaturas moderadas.
- Parafusos de ajuste: Rosqueado em furos radiais. Comum em cubos de acoplamento e eixos. Ajustável.
Remoção de massa
- Perfuração: Remove o material da área mais pesada. Controle preciso da massa removida (massa = densidade × volume). Irreversível.
- Moagem/trituração: Remover material da borda ou da face. Comum em rodas de turbina e discos de freio.
Divisão de Peso
Quando o ângulo calculado com exatidão fica entre posições acessíveis (por exemplo, entre furos de parafusos em um acoplamento), a correção é dividida entre as duas posições adjacentes usando decomposição vetorial. Balanset-1A Inclui uma calculadora automática de divisão de peso.
Balanceamento de campo (in situ)
Balanceamento de campo significa balancear um rotor sem removê-lo da máquina. Isso elimina o tempo de inatividade para desmontagem e leva em consideração as condições reais de operação (alinhamento, pré-carga dos rolamentos, efeitos da fundação) que o balanceamento em oficina não consegue replicar.
O Balanset-1A é um sistema completo de balanceamento de campo portátil: analisador de vibração de 2 canais, tacômetro a laser, integrado ISO 1940 Calculadora de tolerância, modos de balanceamento de um plano (F2) e dois planos (F3), divisão automática de peso e geração de relatório formal de balanceamento (F6). Precisão de medição: ±5% de velocidade, ±1° de fase. Adequado para G 16 a G 2.5.
O Balanset-4 Estende-se a até 4 canais para rotores complexos com múltiplos rolamentos ou monitoramento simultâneo de várias máquinas.
Vantagens do balanceamento de campo
- Sem desmontagem: Economiza horas ou dias de inatividade para máquinas de grande porte.
- Condições reais de funcionamento: Inclui alinhamento, pré-carga do rolamento, estado térmico e efeitos da fundação.
- Ajuste de balanceamento: Corrige o desequilíbrio introduzido durante a montagem que o balanceamento em fábrica não consegue solucionar.
- Verificação pós-manutenção: Verificação rápida após a substituição do impulsor, troca do acoplamento ou revisão dos rolamentos.
Padrões e Tolerâncias
O balanceamento não significa "o melhor possível" — significa "dentro da tolerância". A tolerância é definida por normas internacionais:
| Padrão | Assunto | Conteúdo principal |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Classificação de qualidade equilibrada (classificação G) | Escala G 0,4–G 4000. Fórmula: Upor = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = padrão para ventiladores, bombas, motores. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabulário | Definições: tipos de desbalanceamento, classificações de rotores, tipos de máquinas, termos de qualidade. |
| ISO 14694 | Ventiladores industriais | Categorias BV (equilíbrio) e categorias FV (vibração) específicas para rotores de ventiladores. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Avaliação de vibração de máquinas | Medidas operacionais resultado Qualidade do equilíbrio. Classificação Zona A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Rotores flexíveis | Procedimentos multivelocidade e multiplano para rotores acima da primeira velocidade crítica de flexão. |
| ISO 21940-14 | Procedimentos de balanceamento | Procedimentos gerais para balanceamento em vários planos. |
| API 610 / API 617 | Bombas/compressores de petróleo | Consulte a norma ISO 1940, classes G, para requisitos de balanceamento do rotor. |
Exemplos práticos
Máquina: Ventilador centrífugo de 22 kW, 1460 RPM, massa do rotor de 38 kg. Vibração excessiva: 8,2 mm/s RMS no rolamento do lado de acionamento. A FFT confirma pico dominante de 1× com fase estável.
Instalação: Balanset-1A Sensor no rolamento DE, tacômetro a laser no eixo. Modo F2 (plano único — L/D < 0,4).
Passo 1: Velocidade inicial: 8,2 mm/s a 47°.
Passo 2: Peso de teste: 15 g a 0° no cubo da ventoinha, R = 200 mm.
Etapa 3: Teste piloto: 5,9 mm/s a 112°.
Passo 4: O software calcula: correção = 22 g a 198 °, R = 200 mm.
Etapa 5: Instale o peso de solda de 22 g a 198°. Remova o peso de teste.
Etapa 6: Verificação: 0,9 mm/s. Tolerância ISO G 6.3 → Upor = 1 570 g·mm. Obtido: ~180 g·mm. ✅ Aprovado.
Máquina: Motor de 45 kW + bomba centrífuga, 2.950 RPM, massa do rotor 55 kg. Vibração: mancal DE 6,1 mm/s, mancal NDE 4,8 mm/s. Diferença de fase ~140° → desbalanceamento dinâmico.
Instalação: Balanset-1A com dois sensores (DE + NDE), modo F3. Planos de correção: cubo de acoplamento (plano 1) e extremidade do ventilador do motor (plano 2).
Corridas: Inicial → plano de teste 1 (10 g a 0°) → plano de teste 2 (8 g a 0°).
Resultado: O software resolve a matriz 2×2. Correção: plano 1 = 18 g a 245°, plano 2 = 12 g a 68°.
Verificação: DE: 0,7 mm/s, EQM: 0,5 mm/s. Limite G 6.3: 1 122 g·mm. ✅ Ambos os planos estão bem dentro da tolerância.
Máquina: Britador de martelo, 980 RPM, massa do rotor 420 kg. Após a substituição do martelo, a vibração aumentou para 14,5 mm/s.
Especificação: G 16 (serviço pesado, condições severas). Upor = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g-mm.
Procedimento: Rotor de plano único (em forma de disco). Teste com 150 g a 0° na borda. Correção: 280 g a 315 °. Placa de aço soldada.
Resultado: 2,8 mm/s. Resíduo ~5 600 g·mm. ✅ Bem dentro do limite G 16.
Tópicos relacionados
- ISO 1940-1: Sistema de tolerância de grau G — critério de aceitação para resultados de balanceamento.
- ISO 1940-2: Vocabulário — definições de todos os termos de balanceamento.
- Grau de qualidade do equilíbrio: Calculadora interativa de nível G.
- Desequilíbrio: A condição física que o equilíbrio corrige.
- ISO 14694: Categorias BV/FV específicas para fãs.
- Harmónicos: Diferenciar 1× (desequilíbrio) de 2× (desalinhamento) e outras ordens.
- Frequência Natural: Limite rígido/flexível do rotor — crucial para a abordagem de balanceamento.
Perguntas frequentes — Balanceamento de rotores
Procedimentos, tipos, diagnóstico e padrões
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