Compreendendo a excentricidade em máquinas rotativas
Em dinâmica do rotor, excentricidade é o desvio radial entre o centro de massa de um rotor (o seu centro de gravidade) e o seu centro geométrico — o verdadeiro centro do seu eixo. Num rotor perfeitamente equilibrado, esses dois centros coincidiriam, mas as imperfeições de fabrico e a densidade não uniforme do material garantem que quase sempre subsista alguma excentricidade. Quando um rotor excêntrico gira, a massa descentrada gera um força centrífuga, e essa força é a causa principal de desequilíbrio vibração. A excentricidade, por outras palavras, é a geometria subjacente à avaria mais comum que existe nas máquinas.
1. Definição: O que é a excentricidade?
A excentricidade é uma distância — geralmente de alguns micrómetros — medida perpendicularmente ao eixo de rotação, que separa o ponto onde a massa se encontra efetivamente centrada do ponto onde o eixo gira. Por ser uma propriedade da forma como a massa está distribuída, e não da aparência da superfície, a verdadeira excentricidade da massa não é visível e não pode ser medida com um indicador de quadrante num rotor parado. Ela só se revela quando o rotor gira e a massa deslocada começa a exercer uma força centrífuga para fora uma vez por revolução.
2. A relação direta entre a excentricidade e o desequilíbrio
A excentricidade e o desequilíbrio são duas faces da mesma moeda. O desequilíbrio é a medida do efeito da excentricidade a uma determinada velocidade; a excentricidade é a causa física. A magnitude do desequilíbrio é diretamente proporcional à massa do rotor e à sua excentricidade:
Desequilíbrio (U) = Massa (M) × Excentricidade (e)
Este produto simples explica por que razão a excentricidade é tão importante. A força centrífuga que produz aumenta com o quadrado da velocidade de rotação, pelo que mesmo alguns micrómetros de excentricidade num rotor pesado e de alta velocidade podem gerar uma força enorme, causando graves vibração and rapid desgaste dos rolamentos. Pode ver como essa força aumenta rapidamente com a massa, a excentricidade e a velocidade utilizando um Calculadora da força centrífuga resultante do desequilíbrio.
3. Tipos de excentricidade
É importante distinguir a verdadeira excentricidade das imperfeições geométricas associadas que são frequentemente confundidas com ela.
Excentricidade da massa
A verdadeira excentricidade definida acima — o desvio entre o centro de massa e o centro geométrico. É isto que causa o desequilíbrio e constitui o objetivo de qualquer procedimento de equilíbrio. Não pode ser medida diretamente com um comparador num rotor parado; só se manifesta dinamicamente, como uma força que ocorre uma vez por volta, cuja direção (o ângulo do ponto de maior massa) é determinada a partir do fase da vibração de 1×.
Excentricidade geométrica (desvio)
Um desvio da superfície do rotor em relação a um círculo perfeito — uma medida do grau de “não circularidade” (ovalização) de um eixo ou rotor, também designado por desvio mecânico. Uma roldana pode ter uma forma ligeiramente oval, ou ser maquinada de forma a ficar descentrada no seu eixo. Ao contrário da excentricidade de massa, isto can ser medido com um comparador durante uma rotação lenta. Não representa diretamente o desequilíbrio de massa, mas uma forma geométrica excêntrica contribui frequentemente para o mesmo. O conceito distinto, mas intimamente relacionado, de excentricidade do rotor descreve este desvio geométrico no contexto dos motores e da folga do entreferro.
Desvio elétrico
Não se trata de uma imperfeição física, mas sim de um artefacto de medição próprio da tecnologia sem contacto sondas de proximidade. Quando a superfície do eixo apresenta variações na permeabilidade magnética ou na condutividade elétrica, a sonda emite um sinal falso que imita o desvio geométrico. Este ruído deve ser caracterizado e subtraído — normalmente através de compensação do cabo e a subtração do desvio de rotação lento — durante os ensaios dinâmicos do rotor, caso contrário, isso será confundido com um movimento real do eixo.
4. Causas da excentricidade
A excentricidade da massa chega ao rotor por várias vias:
- Tolerâncias de fabrico: Nenhum processo de maquinagem, fundição ou montagem é perfeito, pelo que pequenos erros são inevitáveis.
- Densidade não uniforme do material: As inclusões, os vazios ou a porosidade numa peça fundida ou forjada tornam o material não homogéneo e deslocam o centro de massa.
- Design assimétrico: Alguns componentes, como os virabrequins, são intrinsecamente assimétricos.
- Erros de montagem: Uma polia ou um rolamento que não esteja perfeitamente centrado no eixo cria uma massa excêntrica.
- Distorção térmica: Um aquecimento ou arrefecimento desigual pode deformar um rotor, deslocando temporariamente o seu centro de massa — um arco térmico, frequentemente descrito como um vetor térmico, uma vez que tanto o seu tamanho como a sua direção são importantes.
5. Como se aborda a excentricidade
Uma vez que a excentricidade da massa é a causa do desequilíbrio, esta é corrigida através de equilibragem. Ao adicionar ou remover pequenas quantidades de massa, o técnico cria uma força centrífuga oposta que, efetivamente, atrai a linha central da massa do rotor de volta para a sua linha central geométrica, minimizando a força resultante e a vibração resultante. Numa máquina montada, isto é feito no local: um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude e a fase de 1× nos próprios rolamentos da máquina, calcula quanto peso de correcção o que adicionar e onde, e verifica o desequilíbrio residual posteriormente. Note-se que a equilibragem anula o efeito de excentricidade; não altera a superfície geométrica, pelo que um rotor com grande excentricidade geométrica pode estar bem equilibrado e, mesmo assim, causar atrito ou apresentar valores elevados num sensor de proximidade.
