Compreendendo o balanceamento de campo (balanceamento in situ)
Equilíbrio de campo, também conhecido por balanceamento in situ, é o processo de corrigir o desequilíbrio de um rotor enquanto funciona com os seus próprios rolamentos e estrutura de suporte, à sua velocidade normal de funcionamento ou a uma velocidade próxima desta. Ao contrário do equilíbrio em oficina, em que o rotor é desmontado e montado numa máquina dedicada máquina de balanceamento, o balanceamento em campo é realizado no local, com a máquina totalmente montada. É a forma prática e corrente de balanceamento do rotor para as equipas de manutenção e fiabilidade, uma vez que corrige o funcionamento da máquina em tempo real.
1. Definição: O que é o equilíbrio de campos?
O processo utiliza normalmente um dispositivo portátil analisador de vibração to measure the amplitude e fase of the 1× (velocidade de funcionamento) vibração, coloque um peso de teste de massa conhecida, volte a medir a nova resposta vibratória e, em seguida, calcule o valor necessário peso de correcção e a sua orientação angular. Como o rotor permanece nos seus próprios rolamentos, o resultado reflete o verdadeiro estado de funcionamento da máquina, em vez de uma condição idealizada num banco de equilíbrio.
Uma referência de fase é indispensável: o analisador tem de saber onde o eixo deve, a cada instante, converter um pico de vibração num ângulo de ponto de peso. Essa referência provém de um tacômetro acionando-se uma vez por volta, normalmente a partir de uma fita de fita refletora.
2. Por que é necessário o equilíbrio de campos?
Embora o balanceamento em oficina seja altamente preciso, ele não consegue levar em conta todos os fatores que influenciam o balanceamento de uma máquina em seu ambiente operacional. O balanceamento em campo é necessário quando o desequilíbrio é causado por, ou só pode ser corrigido considerando todo o conjunto da máquina. Os motivos comuns incluem:
- Desequilíbrio na montagem: O desequilíbrio final de uma máquina é a soma do desequilíbrio de todos os seus componentes rotativos (impulsor, eixo, acoplamento(polia, chavetas e elementos de fixação). O equilíbrio em campo corrige o desequilíbrio de todo o conjunto de uma só vez, incluindo pequenos deslocamentos que possam ter ocorrido durante a remontagem da máquina.
- Efeitos operacionais: O desequilíbrio pode resultar de condições que só se manifestam durante o funcionamento normal, tais como deformação térmica do rotor, forças aerodinâmicas, ou forças hidráulicas. Estes não podem ser reproduzidos numa máquina de equilibragem de oficina.
- Acumulação de material ou desgaste: em ventiladores, sopradores e centrífugas, a acumulação irregular do produto ou a distribuição irregular vestir provoca um desequilíbrio que se agrava com o tempo. O equilíbrio no local é a única forma prática de corrigir esta situação sem uma revisão completa.
- Impraticabilidade da remoção: No caso de máquinas de grandes dimensões — grandes ventiladores industriais, geradores de turbina —, a remoção do rotor para o equilíbrio em oficina é extremamente dispendiosa e demorada. O equilíbrio no local é uma solução muito mais económica e rápida, e constitui a base dos critérios in situ em ISO 21940-13.
3. O processo de equilíbrio de campos (método do coeficiente de influência)
O método mais comum para balanceamento de campo é o método do coeficiente de influência, que segue uma sequência lógica e repetível:
- Ensaio inicial: a máquina funciona à sua velocidade normal de funcionamento, e a amplitude e fase iniciais da vibração de 1× — a desequilíbrio inicial vetor — são medidos e registados.
- Colocação de pesos de teste: A máquina é parada e um peso de ensaio de massa conhecida é fixado com segurança ao rotor numa posição angular conhecida.
- Ensaio de prova: A máquina é colocada novamente em funcionamento à mesma velocidade. A nova amplitude e fase da vibração (o vetor de resposta) são medidas e registadas.
- Cálculo: a variação no vetor de vibração causada pelo peso de ensaio resulta numa coeficiente de influência, descrevendo a variação da vibração no ponto de medição para um determinado desequilíbrio no local de correção. O analisador combina este coeficiente com o vetor inicial — utilizando adição de vetores — para calcular a massa e o ângulo exatos da correção necessária.
- Colocação do peso de correção: a máquina é parada, o peso de teste é removido e o peso de correção calculado é fixado de forma permanente no ângulo especificado.
- Execução de verificação: a máquina é colocada em funcionamento uma última vez para confirmar que a vibração baixou para um nível aceitável, de acordo com normas como ISO 20816-1, e que o desequilíbrio residual está dentro da tolerância selecionada.
Os rotores simples são tratados com balanceamento de plano único; os rotores mais longos que apresentam uma componente de binário requerem balanceamento de dois planos (dinâmico). A calculadora do peso de teste ajuda a escolher uma carga inicial segura e eficaz para o primeiro teste.
4. Equilíbrio de campo na prática com um analisador portátil
No terreno, todo o circuito acima é executado com um único instrumento portátil, em vez de um suporte de equilíbrio. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude e a fase em cada rolamento, calcula automaticamente os coeficientes de influência e orienta as correções num e em dois planos — e, em seguida, verifica o desequilíbrio residual em relação a ISO 21940-11 níveis de equilíbrio e qualidade. Ao funcionar nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de funcionamento, capta o estado real de funcionamento — incluindo efeitos de montagem, térmicos e aerodinâmicos — que uma máquina de oficina simplesmente não consegue reproduzir. O tacómetro ótico a laser fornecido fornece a referência de fase de uma vez por rotação a partir de um pequeno pedaço de fita refletora, pelo que não é necessária qualquer preparação do eixo para além da aplicação da fita.
5. Considerações fundamentais e medidas de segurança
O equilíbrio de campo exige competência e um planeamento cuidadoso. Conforme descrito em normas como ISO 21940-13, a segurança é primordial.
- Segurança: Os pesos de teste e de correção devem ser fixados com segurança suficiente para suportar a força centrífuga à velocidade de funcionamento, e o acesso à máquina deve ser controlado enquanto esta estiver em funcionamento.
- Pré-requisitos: antes de proceder ao balanceamento, exclua outras causas de vibração elevada na 1.ª ordem — desalinhamento, ressonância, a veio curvado, ou mecânico frouxidão — porque o reequilíbrio não pode resolver um problema que, na verdade, não é um desequilíbrio.
- Instrumentação: O trabalho requer um analisador capaz de medir a amplitude e a fase, além de um sensor de referência de fase (tacómetro). A repetibilidade das medições depende de uma montagem consistente do sensor e de um pulso do tacómetro limpo e fiável.
- Estabilidade da velocidade: A máquina deve manter uma velocidade constante ao longo de cada ciclo; uma variação na velocidade compromete os dados de fase nos quais se baseia todo o cálculo.
