Compreendendo o desalinhamento de eixos em máquinas rotativas
Desalinhamento do eixo é uma condição em que as linhas de centro de rotação de dois ou mais veios acoplados não são colineares quando a máquina está a funcionar em condições normais de funcionamento. Ao lado desequilíbrio, É uma das causas mais comuns de avaria prematura das máquinas, o que provoca um aumento de vibração, O objetivo do alinhamento de precisão é aproximar as linhas de centro dos veios o mais possível, dentro de uma tolerância especificada, à temperatura e à carga em que a máquina realmente funciona. O objetivo do alinhamento de precisão é aproximar o mais possível as linhas de centro dos veios, dentro de uma tolerância especificada, à temperatura e carga a que a máquina realmente funciona.
1. Tipos de desalinhamento
O desalinhamento é categorizado em dois tipos principais, embora na maioria dos casos do mundo real, uma combinação de ambos esteja presente.
Desalinhamento paralelo (Offset)
O desalinhamento paralelo ocorre quando as linhas de centro dos dois eixos são paralelas entre si, mas estão deslocadas por uma certa distância. Imagine um eixo mais alto ou mais baixo do que o outro (desvio vertical), ou deslocado para um lado (desvio horizontal). As linhas de centro nunca se encontram; simplesmente correm lado a lado.
Desalinhamento angular
O desalinhamento angular ocorre quando os dois eixos se encontram num ângulo entre si. As suas linhas de centro intersectam-se no acoplamento, mas não se encontram na mesma linha, o que abre uma “folga” no acoplamento que é mais larga de um lado do que do outro.
Desalinhamento combinado
Este é o cenário mais comum na prática: os eixos sofrem desalinhamento paralelo e desalinhamento angular simultaneamente. As máquinas reais quase nunca apresentam um tipo isolado, e é por isso que o alinhamento é corrigido nos planos vertical e horizontal de uma só vez.
2. A assinatura de vibração do desalinhamento
O desalinhamento produz uma assinatura muito distinta que um analista pode detetar numa FFT espetro:
- Indicador primário (2×): o sinal clássico é um pico de alta amplitude exatamente a 2× a velocidade de rotação (a 2ª ordem). As forças de desalinhamento sujeitam os veios e acoplamento a dois ciclos de flexão por rotação, pelo que a energia se concentra no dobro da velocidade de funcionamento.
- Elevada vibração axial: o desalinhamento produz frequentemente fortes vibração axial (paralela ao eixo). Um pico elevado de 2× na direção axial é um dos indicadores mais fortes de todos.
- Outros harmónicos (1×, 3×, 4×): embora o 2× seja o principal, o desalinhamento também pode elevar a componente 1×, e os casos graves - em particular o desvio paralelo - geram uma maior harmônicos como 3× e 4×.
- Frequências específicas do acoplamento: alguns acoplamentos, quando desgastados ou sujeitos a tensões devido a desalinhamento, geram vibrações com as suas próprias frequências caraterísticas.
Um espetro que apresente um pico 2× que seja 50% ou mais do pico 1×, especialmente quando acompanhado por uma elevada vibração axial, é um caso exemplar de desalinhamento. Como o componente 1× também pode ser elevado, o desalinhamento é fácil de confundir com desequilíbrio; as pistas decisivas são o tamanho relativo do pico 2× e a força da leitura axial. Confirmação do diagnóstico com fase medições ao longo do acoplamento resolvem a ambiguidade - as máquinas desalinhadas apresentam normalmente uma diferença de fase axial de cerca de 180° de um lado do acoplamento para o outro.
3. Causas comuns de desalinhamento
O desalinhamento pode estar presente desde o dia da instalação ou desenvolver-se gradualmente em serviço.
- Instalação incorreta: a causa mais comum é simplesmente a falta de alinhamento de precisão durante a configuração inicial da máquina.
- Crescimento térmico: À medida que as máquinas aquecem da temperatura ambiente para a temperatura de funcionamento, os seus componentes expandem-se. Um motor pode ficar mais alto ou a caixa de uma bomba pode inchar, desalinhando os veios. Um bom alinhamento a frio desalinha deliberadamente as máquinas de modo a que estas fiquem em alinhamento outrora quente - eis porquê compensação do crescimento térmico está integrado nos valores-alvo.
- Estirpe de cachimbo: As forças de uma tubagem de entrada ou saída mal suportada podem arrastar uma bomba ou compressor para fora do alinhamento com o seu acionador - um problema muito comum nas indústrias de processo.
- Questões relacionadas com a fundação: uma fundação fraca ou rachada, ou parafusos de ancoragem soltos, permite que uma máquina se desloque com o tempo. Inadequada rigidez da fundação também permite que o alinhamento se desvie sob carga.
- Pé macio: uma condição em que um pé de montagem não assenta corretamente na placa de base, torcendo ou deformando a estrutura da máquina quando os parafusos são apertados. Pé manco deve ser corrigido antes de se poder manter o alinhamento.
4. Porque é que a correção do desalinhamento é fundamental
O funcionamento de uma máquina desalinhada tem consequências graves:
- Falha nos rolamentos e nas juntas: as elevadas cargas cíclicas nos veios passam diretamente para os rolamentos e vedantes, provocando a sua avaria prematura - uma causa frequente de recidivas defeitos de rolamento.
- Falha de acoplamento: os acoplamentos toleram uma pequena quantidade de desalinhamento por conceção, mas um desalinhamento excessivo desgasta-os e faz com que falhem rapidamente.
- Fadiga do veio: a flexão repetida dos eixos pode semear fadiga fissuras e conduzir a uma eventual falha do veio.
- Aumento do consumo de energia: uma potência significativa é desperdiçada sob a forma de calor e vibração em vez de realizar trabalho útil.
5. Correção e verificação do alinhamento
Alinhamento de precisão - utilizando relógios comparadores ou alinhamento de eixos por laser é uma pedra angular de qualquer programa eficaz de fiabilidade e manutenção. A correção é normalmente feita adicionando ou removendo calços calibrados sob os pés e movendo a máquina horizontalmente, com os movimentos necessários calculados a partir do desvio e da angularidade medidos; a Calculadora da espessura da calça transforma as leituras do indicador na pilha de calços exacta para cada pé, e um tolerância de alinhamento confirma se o resultado é aceitável para a velocidade.
O trabalho não termina no acoplamento. Após o alinhamento, a máquina deve ser novamente verificada com um levantamento de vibrações para confirmar que o pico 2× e os níveis axiais diminuíram. É aqui que um equipamento portátil de dois canais analisador de vibração como o Balanset-1A é inestimável: capta o espetro antes e depois e a fase de acoplamento cruzado, verificando que a correção reduziu efetivamente as forças de desalinhamento em vez de apenas as deslocar. Uma vez que o desequilíbrio e o desalinhamento coexistem frequentemente, o mesmo instrumento pode então cortar qualquer resíduo de 1× por equilibragem no local uma vez que o acoplamento é verdadeiro - a gravidade global é avaliada em relação ao moderno ISO 20816-3 (a norma que substituiu a ISO 10816-3).
