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 de espiral 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 «excentricidade» de um eixo ou rotor, também designado por desvio mecânico. Uma roldana pode ter uma forma ligeiramente oval, ou ser usinada de forma a ficar descentrada no seu eixo. Ao contrário da excentricidade de massa, isto can ser medido com um comparador de espiral 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 equilíbrio. 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 Conjunto de equilíbrio-1a mede a amplitude e a fase de 1× nos próprios rolamentos da máquina, calcula quanto peso de correção o que adicionar e onde, e verifica o desequilíbrio residual posteriormente. Note-se que o equilíbrio 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.
