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Equilibragem de rotores — Procedimentos, Tipos e normas

📌 Artigo de referência canónico — vibromera.eu

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.

Este guia reflete a metodologia de equilibragem de campo utilizada pela Vibromera, cujos instrumentos de dois planos Balanset implementam o método dos coeficientes de influência descrito abaixo.

Para uma perspetiva de decisão de compra sobre o mesmo tema, consulte como escolher uma máquina de equilibragem portátil.

Equilibrador portátil e analisador de vibrações Balanset-1A

Sensor de vibração

Sensor ótico (tacómetro laser)

Balanset-4

Suporte magnético Insize-60-kgf

Fita reflectora

Equilibrador dinâmico "Balanset-1A" OEM

Equilibragem estática versus equilibragem dinâmica

Os dois tipos fundamentais de equilibragem são determinados pela geometria do rotor e pelo tipo de desequilíbrio presente.

📍
Estático (plano único)
Um plano de correção
Corrige desequilíbrio estático — o centro de massa do rotor está deslocado do eixo de rotação, mas o eixo de inércia permanece paralelo. Equivalente a um único "ponto pesado". Detectável sem rotação (a gravidade o revela em arestas afiadas).
Planos1 plano de correção
Sensores1 sensor de vibração + 1 tacómetro
Formato do rotorEm forma de disco, L/D < 0,5
ExemplosImpulsores de ventilador, polias, rebolos, volantes estreitos
Modo de equilibragemF2 — Plano único
💫
Dinâmico (dois planos)
Dois planos de correção
Corrige desequilíbrio dinâmico — o caso geral que combina componentes estáticos e de momento. O eixo de inércia não é paralelo nem intercepta o eixo de rotação. Só é detectável durante a rotação. Cria vibrações tanto de força quanto de momento de balanço.
Planos2 planos de correção
Sensores2 sensores de vibração + 1 tacómetro
Formato do rotorAlongado, L/D > 0,5
ExemplosInduzidos de motores, eixos de bombas, bobinas de papel, eixos cardan
Modo de equilibragemF3 — Dois planos
📊 Plano Único vs. Dois Planos — Guia de Decisão
CritérioPlano únicoDois planos
Tipo de desequilíbrio corrigidoSomente estáticoEstático + binário (dinâmico)
Geometria do rotorL/D < 0,5 (formato de disco)L/D > 0,5 (alongado)
Número de corridas2 (inicial + teste)3–4 (inicial + 2 tentativas, ou acoplamento cruzado)
Sensores necessários1 acelerómetro + tacómetro2 acelerómetros + tacómetro
Padrão de vibração do rolamentoEm fase a 1×A fase varia (não está em fase, não está a 180°).
Rotores típicosRotores de ventilador, polias, rebolosMotores, bombas, rolos, turbinas, eixos
Recomendação de plano ISORotores estreitos conforme ISO 1940-1 §4.3Padrão para todos os rotores alongados
Modo Balanset-1AF2F3

O procedimento de equilibragem

Método do coeficiente de influência (peso de teste) — a abordagem padrão para equilibragem de campo e de oficina.

1
📊
Medição Inicial
Ligue a máquina à velocidade de funcionamento. Meça a amplitude de vibração (mm/s) e o ângulo de fase (°) em cada rolamento. Esta é a linha de base — a assinatura de desequilíbrio. Registe no Balanset-1A.
2
⚖️
Anexe o peso de teste
Pare a máquina. Fixe um peso de teste conhecido em uma posição angular conhecida no plano de correção. A massa deve produzir uma mudança de vibração perceptível, mas não perigosa (10–30% do valor inicial).
3
📈
Teste prático
Execute novamente à mesma velocidade. Meça a nova amplitude e fase da vibração. A diferença vetorial entre as medições inicial e de teste é causada exclusivamente pelo peso de teste.
4
🧮
Calcular correção
O software calcula o coeficiente de influência — quanta variação de vibração por unidade de massa naquele local. Em seguida, calcula a massa de correção exata (g) e o ângulo (°) para cancelar o desequilíbrio original.
5
🔩
Instalar correção
Remova o peso de teste. Fixe o peso de correção permanente calculado no ângulo prescrito. Para dois planos: repita os passos 2 a 4 para o segundo plano (o Balanset-1A resolve ambos simultaneamente).
6
✅
Verificar
Execução final para confirmar se a vibração residual está dentro da tolerância. Compare a vibração residual medida com a norma ISO 1940-1 U.per limite. O Balanset-1A apresenta aprovado/reprovado e gera um relatório de equilibragem.

Porquê equilibrar? — Os benefícios

O desequilíbrio é a principal fonte de vibração em máquinas rotativas (#1). A correção proporciona resultados mensuráveis.

⚙️
Vida útil do rolamento
As forças de desequilíbrio são transmitidas diretamente aos rolamentos. Redução de 50% da vibração → aumento da vida útil do rolamento em até 8 vezes.
🛡️
Confiabilidade
Menor vibração → menos fadiga em vedações, eixos, acoplamentos e fundações. Menos avarias.
🔇
Barulho
A vibração é a principal fonte de ruído. Máquinas balanceadas funcionam de forma significativamente mais silenciosa.
⚡
Energia
A energia desperdiçada em vibração e calor é recuperada como trabalho útil. Ganho de eficiência mensurável.
🛑
Segurança
Um desequilíbrio severo pode causar falhas catastróficas. A equilibragem previne acidentes induzidos por vibração.

O que é equilibragem de rotores?

Resposta rápida

Balanceamento do rotor é o processo de melhorar a distribuição de massa de um corpo em rotação de modo que o seu centro de massa coincida com o eixo geométrico de rotação. Isto minimiza as forças centrífugas, reduzindo a vibração, rolamento 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 fabrico, não homogeneidade do material, corrosão, acumulação de depósitos ou danos — são geradas forças centrífugas que aumentam com o quadrado da velocidade. Um pequeno desequilíbrio a baixa velocidade pode tornar-se destrutivo a alta velocidade.

O balanceamento resolve isso medindo iterativamente a resposta à vibração e ajustando a distribuição de massa até que o desequilíbrio residual esteja 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

A equilibragem moderna — tanto em máquinas dedicadas como 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.

Coeficiente de influência
α = (Vtrial − Vinicial) / T
α = coeficiente de influência (vibração por unidade de desequilíbrio) | V = vetor de vibração (amplitude∠fase) | T = vetor de peso de teste (massa∠ângulo)
Cálculo de correção
C = -Vinicial / α
C = vetor de peso de correção (massa∠ângulo) — o peso que produz vibração igual e oposta a Vinicial

Para a equilibragem em dois planos, o sistema torna-se uma matriz 2×2 (quatro coeficientes de influência que consideram o acoplamento cruzado entre os planos), mas o princípio é idêntico. O 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:

Estimativa de Peso do Teste
mtrial ≈ (10 × M) / (R × (n/1000)²)
m em gramas | M = massa do rotor (kg) | R = raio de ensaio (mm) | n = RPM — regra prática para aproximadamente 10% de desbalanceamento G 6,3

Quando equilibrar — Assinatura vibratória

Como sabe que a vibração é causada por desequilíbrio e não por outro fator? desalinhamento, folga, ou defeitos de rolamento?

Assinatura de vibração de desequilíbrio

Frequência: 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 a equilibragem, verifique sempre o diagnóstico. Balanset-1A O analisador de espetro (modo F1) mostra o espetro completo. FFT espetro, permitindo a confirmação de que 1× domina antes de prosseguir para a equilibragem.

Métodos de correção

Adição de 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. Controlo 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 num acoplamento), a correção é dividida entre as duas posições adjacentes usando decomposição vetorial. Balanset-1A Inclui uma calculadora automática de divisão de peso.

Equilibragem de campo (in situ)

Balanceamento de campo significa balancear um rotor sem o retirar da máquina. Isto elimina o tempo de inatividade para desmontagem e tem em conta as condições reais de operação (alinhamento, pré-carga dos rolamentos, efeitos da fundação) que a equilibragem em oficina não consegue replicar.

Kit de equilibragem de campo Balanset-1A

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.

Balanset-4 Estende-se a 4 canais para rotores complexos com múltiplos rolamentos ou monitorização simultânea de várias máquinas.

Vantagens da equilibragem 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 equilibragem: Corrige o desequilíbrio introduzido durante a montagem que a equilibragem 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:

📏 Principais normas de equilibragem
NormaAssuntoConteúdo principal
ISO 1940-1 / ISO 21940-11Graus de qualidade de equilibragem (graus G)Escala G 0,4–G 4000. Fórmula: Uper = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = padrão para ventiladores, bombas, motores.
ISO 1940-2 / ISO 21940-2VocabulárioDefinições: tipos de desequilíbrio, classificações de rotores, tipos de máquinas, termos de qualidade.
ISO 14694Ventiladores industriaisCategorias BV de aplicação de ventiladores, classes de equilibragem e orientações de limites de vibração específicas para ventiladores industriais.
ISO 10816 / ISO 20816Avaliação de vibração de máquinasMede o desempenho operacional resultado de qualidade de equilibragem. Classificação Zona A/B/C/D.
ISO 21940-12Rotores flexíveisProcedimentos multivelocidade e multiplano para rotores acima da primeira velocidade crítica de flexão.
ISO 21940-14Procedimentos de equilibragemProcedimentos gerais para equilibragem em vários planos.
API 610 / API 617Bombas/compressores de petróleoConsulte a norma ISO 1940, classes G, para requisitos de equilibragem do rotor.
Fórmula de tolerância ISO 1940-1
Uper = (9 549 × G × M) / n
Uper = desequilíbrio residual admissível (g·mm) | G = grau (mm/s) | M = massa (kg) | n = RPM máximo

Exemplos práticos

Caso 1: Ventilador Centrífugo — Equilibragem de Campo em Plano Único

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, tacómetro a laser no eixo. Modo F2 (plano único — L/D < 0,4).

Passo 1: Corrida inicial: 8,2 mm/s a 47°.

Passo 2: Peso de teste: 15 g a 0° no cubo da ventoinha, R = 200 mm.

Passo 3: Corrida de ensaio: 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 → Uper = 1 570 g·mm. Obtido: ~180 g·mm. ✅ Aprovado.

Caso 2: Conjunto Motor-Bomba — Dois Planos

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, NDE: 0,5 mm/s. Limite G 6.3: 1 122 g·mm. ✅ Ambos os planos estão bem dentro da tolerância.

Caso 3: Rotor do britador — Grosseiro G 16

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). Uper = 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.

  • ISO 1940-1: Sistema de tolerância de grau G — critério de aceitação para resultados de equilibragem.
  • ISO 1940-2: Vocabulário — definições de todos os termos de equilibragem.
  • Grau de qualidade do equilíbrio: Calculadora interativa de nível G.
  • Desequilíbrio: A condição física que o equilíbrio corrige.
  • ISO 14694: Categorias BV específicas para ventiladores e limites de vibração.
  • Harmónicos: Diferenciar 1× (desequilíbrio) de 2× (desalinhamento) e outras ordens.
  • Frequência Natural: Limite rígido/flexível do rotor — crucial para a abordagem de balanceamento.

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Perguntas frequentes — Balanceamento de rotores

Procedimentos, tipos, diagnóstico e padrões

▸ O que é a equilibragem de rotores?
O processo de melhorar a distribuição de massa de um corpo rotativo para que seu centro de massa coincida com o eixo geométrico de rotação. Minimiza as forças centrífugas → reduz a vibração, as cargas nos mancais, o ruído e a perda de energia. Correção: adição/remoção de peso em locais/ângulos específicos. Aceitação: ISO 1940-1 Notas G.
▸ Balanceamento estático versus balanceamento dinâmico?
Estático (1 plano): Corrige o centro de massa deslocado — ponto único pesado — rotores em forma de disco (L/D < 0,5). Dinâmico (2 planos): Corrige tanto a força quanto o binário — caso geral — rotores alongados. A maioria das máquinas reais precisa de correção dinâmica. Em caso de dúvida, use a correção em dois planos.
▸ Como funciona o método de ponderação de teste?
Meça a vibração inicial → fixe um peso de teste conhecido → meça novamente → diferença vetorial = efeito do teste. O software calcula o coeficiente de influência e, em seguida, determina a massa e o ângulo exatos de correção para eliminar o desequilíbrio original. Remova o peso de teste, instale a correção e verifique. Balanset-1A Automatiza o cálculo.
▸ Plano único ou dois planos?
Plano único: rotores de ventiladores, polias, rebolos, volantes (L/D < 0,5). Dois planos: motores, eixos, bombas, rolos, turbinas (L/D > 0,5). Balanset-1A: F2 = plano único, F3 = dois planos. Se os mancais vibrarem fora de fase a 1×, há desequilíbrio de binário → é necessário um sistema de dois planos.
▸ Qual é a norma ISO para tolerâncias?
ISO 21940-11 (ISO 1940-1): Sistema de classificação G. G 6.3 = padrão para ventiladores/bombas/motores. G 2.5 = turbinas/compressores. Uper = (9 549 × G × M) / n. ISO 14694 Abrange também categorias BV específicas para ventiladores. ISO 10816 Avalia a vibração em operação.
▸ Posso fazer o balanceamento in situ (sem remover o rotor)?
Sim — balanceamento de campo. Um portátil Balanset-1A Utiliza sensores de vibração e tacómetro na máquina instalada. O método de peso de teste determina a correção sem a necessidade de uma máquina de balanceamento dedicada. Economiza horas de desmontagem. Leva em consideração as condições reais de operação (alinhamento, temperatura, fundação).
▸ Quais são os métodos de correção mais comuns?
Adicionando: Pesos de encaixe, aparafusados ou soldados; epóxi/massa; parafusos de fixação. Removendo: Perfuração, fresagem, retificação. A escolha depende do projeto do rotor, da temperatura e das necessidades de permanência. A divisão do peso distribui a correção entre posições adjacentes acessíveis quando o ângulo exato está bloqueado.
▸ Como posso saber se é desequilíbrio e não desalinhamento?
Desequilíbrio: pico dominante 1×, radial, fase estável, amplitude ∝ velocidade². Desalinhamento: 2× e/ou 1× axial significativo, relação de fase entre os rolamentos, amplitude menos dependente da velocidade. Use o analisador de espectro Balanset-1A (F1) para confirmar antes do balanceamento.

Balanceamento de qualquer rotor — em campo

Modos de plano único e de dois planos, calculadora de tolerância ISO 1940, analisador de espectro para diagnóstico, divisão automática de peso e relatórios formais de balanceamento — tudo num único instrumento portátil.

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