Compreender o Desequilíbrio Inicial
Desequilíbrio inicial — também denominado desequilíbrio original ou desequilíbrio tal como encontrado — é o desequilíbrio condição que existe num rotor antes de qualquer equilibragem foi aplicada uma correção. Trata-se do estado de referência do rotor, registado durante a primeira execução de um procedimento de equilíbrio. A sua magnitude e posição angular são determinadas através da medição vibração amplitude e fase enquanto o rotor gira à sua velocidade de equilíbrio. Tudo o que se segue num trabalho de equilíbrio é referenciado a este vetor inicial: é o ponto de referência em relação ao qual se avalia a eficácia do trabalho, e o que resta após a conclusão da correção é denominado desequilíbrio residual.
1. Fontes de desequilíbrio inicial
O desequilíbrio inicial acumula-se a partir de várias fontes ao longo da vida útil de um rotor — no fabrico, na montagem, durante o funcionamento e até mesmo durante a manutenção destinada a melhorá-lo.
Tolerâncias de fabricação
Mesmo com um trabalho de maquinagem de precisão, é impossível obter uma simetria perfeita:
- Variações na densidade do material: A heterogeneidade do material, as cavidades internas ou as inclusões criam assimetria na massa.
- Tolerâncias de maquinagem: pequenos desvios da concentricidade real — runout ou excentricidade — provocam um desequilíbrio.
- Variação da espessura da parede: Nos rotores fundidos ou fabricados, paredes irregulares implicam uma distribuição desigual da massa.
- Porosidade e defeitos de fundição: bolsas de ar, encolhimento ou inclusões de escória deslocam a massa.
Erros e variações na montagem
Quando um rotor é constituído por vários componentes, pode ocorrer um desequilíbrio, mesmo que cada peça, individualmente, esteja em boas condições:
- Acumulação de tolerâncias: mesmo as peças bem equilibradas podem ainda contribuir vectorialmente num total significativo.
- Ligações com chaveta: As chaves, as ranhuras e as estrias são, por natureza, assimétricas.
- Orifícios para parafusos e elementos de fixação: Orifícios mal espaçados ou fixadores incompatíveis causam desequilíbrio.
- Encaixes térmicos e por pressão: Os componentes encaixados por contração ou prensados podem não assentar de forma perfeitamente concêntrica.
Causas operacionais
O desequilíbrio também se desenvolve durante o funcionamento, afastando-se do estado de equilíbrio original do rotor:
- Acumulação de material: sujidade, pó, incrustações ou resíduos do processo que se acumulam em impulsores, pás do ventilador ou superfícies do rotor.
- Erosão e desgaste: perda irregular de material devido à abrasão, corrosão, ou cavitação.
- Peças partidas ou em falta: uma pá do ventilador perdida, uma pá do impulsor partida, um componente deslocado.
- Deformação: Dobramento, empenamento ou deformação plástica causados por impactos, superaquecimento ou sobrecarga.
- Componentes soltos: peças que se soltaram e mudaram de posição.
Atividades de manutenção e reparação
Ironicamente, a manutenção pode acabar por provocar precisamente o desequilíbrio que pretende corrigir:
- Montagem de peças de substituição com massa ou distribuição de massa diferentes.
- Reparações por soldadura que adicionam metal de forma assimétrica.
- Retrabalho ou usinagem que remove material de forma irregular.
- Tinta ou revestimento aplicado de forma não uniforme.
2. Como se mede o desequilíbrio inicial
O desequilíbrio inicial é quantificado na primeira série de medições de um procedimento de equilíbrio.
Parâmetros de medição
- Amplitude de vibração: a magnitude da componente 1× (uma vez por volta), normalmente expressa em mm/s, pol./s ou milésimos de polegada. Esta está diretamente relacionada com a gravidade do desequilíbrio.
- Ângulo de fase: o instante do pico de vibração 1× em graus, relativamente a uma marca de referência detetada por um keyphasor ou tacómetro. This is the response fase, não diretamente o ângulo do ponto pesado: a vibração atrasa-se em relação ao ponto pesado real numa quantidade que depende da proximidade entre a velocidade de rotação e uma ressonância (desde quase 0° bem abaixo dela, passando por 90° nela, até quase 180° acima dela), mais atrasos do sensor e da instrumentação. O ângulo do ponto pesado e do peso de correção é, portanto, inferido pelo algoritmo de equilibragem — através do método da massa de ensaio (coeficiente de influência) — em vez de ser lido diretamente no visor de fase.
- Velocidade: a velocidade de rotação à qual as medições são efetuadas — o que é importante porque força centrífuga o desequilíbrio aumenta proporcionalmente ao quadrado da velocidade.
Representação vetorial
O desequilíbrio inicial é representado por um vetor “O” (de “Original”), com magnitude e direção, normalmente representado num diagrama polar onde:
- o comprimento do vetor representa a amplitude da vibração, e
- o ângulo do vetor representa a fase de resposta medida (a partir da qual a localização do ponto pesado é inferida posteriormente).
3. Importância no processo de equilíbrio
A medição do desequilíbrio inicial desempenha várias funções ao mesmo tempo.
Referência para correções
Todos os cálculos de equilíbrio têm como referência o desequilíbrio inicial. O objetivo é adicionar pesos de correção que geram um vetor de vibração igual e oposto ao vetor inicial, anulando-o.
Avaliação de Severidade
A magnitude do desequilíbrio inicial mostra a gravidade do problema e ajuda a decidir:
- se a equilibragem é a medida correta, ou se se trata de outra avaria mecânica — folga ou desalinhamento — deve ser corrigido primeiro;
- o tamanho adequado de pesos de teste; e
- se bastará uma correção ou se serão necessárias várias iterações.
Uma verificação útil antes de tocar no rotor consiste em converter a amplitude medida na força que o rotor está efetivamente a exercer; o nosso Calculadora de Força Centrífuga devido ao Desequilíbrio converte um determinado desequilíbrio e uma determinada velocidade diretamente em newtons, o que torna a urgência evidente.
Acompanhamento do progresso
A comparação entre o desequilíbrio inicial e o desequilíbrio residual após a correção permite avaliar o sucesso do trabalho. Um bom equilíbrio reduz normalmente a vibração em 70 a 90 % ou mais, em relação ao nível inicial.
Cálculo do coeficiente de influência
No método do coeficiente de influência, o vetor de desequilíbrio inicial é subtraído da vibração medida durante o ensaio com o peso de teste, a fim de isolar o efeito do peso de teste:
T = (O + T) − O, em que O é o desequilíbrio inicial e T é o efeito do peso de teste.
A partir desse efeito isolado, o analisador calcula o coeficiente de influência e, por sua vez, a massa e o ângulo de correção corretos. Para um trabalho num único plano, pode-se reproduzir este cálculo com o Calculadora de Coeficiente de Influência.
4. Relação com o desequilíbrio residual
O objetivo da equilibragem é reduzir o desequilíbrio inicial a um nível residual aceitavelmente baixo. A relação é simplesmente uma comparação entre o antes e o depois:
- Desequilíbrio inicial: a condição “antes”.
- Correção: o procedimento de equilíbrio e a instalação dos contrapesos.
- Desequilíbrio residual: a condição “depois”.
Idealmente, o resíduo deve ser inferior a 10–30 % do valor inicial, sendo o valor exato definido pelos requisitos de qualidade de equilíbrio do rotor, de acordo com ISO 21940-11 (o sucessor moderno de ISO 1940-1). Traduzir um texto selecionado Grau G e a conversão da velocidade de serviço num valor admissível em gramas-milímetros é rápida com o Calculadora de desequilíbrio residual (ISO 21940-11).
5. Níveis típicos de desequilíbrio inicial
A magnitude do desequilíbrio inicial varia consideravelmente consoante o tipo de equipamento e o histórico de manutenção.
Rotores novos ou recentemente equilibrados
A vibração varia normalmente entre 0,5 e 2,0 mm/s (0,02 a 0,08 pol./s) no caso de maquinaria industrial — o que representa um estado de equilíbrio entre bom e aceitável.
Rotores moderadamente desequilibrados
Uma vibração de 2,0 a 7,0 mm/s (0,08 a 0,28 pol./s) indica que o rotor deve ser equilibrado em breve. Trata-se de uma situação comum em equipamentos que necessitam de manutenção de rotina.
Rotores Severamente Desequilibrados
Uma vibração superior a 7,0 mm/s (0,28 pol./s) indica um desequilíbrio grave que requer atenção imediata, frequentemente causado pela falta de uma pá, acumulação excessiva de resíduos ou danos graves num componente.
Nota: estas são orientações gerais para maquinaria industrial típica. O nível específico aceitável depende do tipo, tamanho, velocidade e montagem da máquina, conforme definido por normas como a ISO 20816 série (anteriormente ISO 10816).
6. Medição no terreno e documentação
Numa máquina montada, o desequilíbrio inicial é detetado no local, em vez de ser máquina de equilibragem. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A lê a amplitude e a fase 1× nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de funcionamento, regista o vetor “O” original e, em seguida, orienta as passagens de peso de teste e de correção que o reduzem — captando o verdadeiro estado tal como se encontra em que o rotor realmente funciona, incluindo efeitos de montagem e térmicos que uma máquina de equilíbrio de oficina nunca poderia detetar.
Independentemente da ferramenta utilizada, a medição do desequilíbrio inicial deve constar no registo de equilíbrio:
- amplitude e fase da vibração em cada ponto de medição;
- a velocidade de funcionamento durante a medição;
- a data e a identificação do equipamento; e
- Quaisquer causas visíveis de desequilíbrio observadas durante a inspeção
Esta documentação constitui um registo histórico do estado do rotor e serve de apoio análise de tendências ao longo do tempo — revelando, por exemplo, se o desequilíbrio está a aumentar gradualmente devido à acumulação ou à erosão e permitindo que a manutenção seja planeada antes que a vibração se torne grave.
