Compreendendo o Rotor Rígido
A rotor rígido é um rotor que não se dobra, flexiona ou altera significativamente a sua forma sob a influência da sua própria desequilíbrio forças na sua velocidade de serviço. Para efeitos de equilibragem, um rotor é tratado como rígido quando funciona a uma velocidade confortavelmente inferior à sua primeira velocidade crítica - convencionalmente, menos de 70-75% do mesmo. Dado que a sua forma se mantém constante, o rotor rígido é a classe de rotor mais simples e mais económica de equilibrar, e a grande maioria das máquinas industriais do dia a dia enquadra-se nesta classe.
1. Definição: O que é um rotor rígido?
O princípio definidor do comportamento do rotor rígido é que o distribuição de desequilíbrio ao longo do comprimento do rotor não se altera quando a velocidade do rotor muda. Os pontos pesados mantêm-se. Um estado de equilíbrio alcançado a uma velocidade baixa e conveniente numa máquina de equilibragem permanece, por conseguinte, válida e eficaz quando o rotor é posteriormente operado à sua velocidade de serviço muito mais elevada.
Esta estabilidade resulta diretamente do facto de o rotor se manter bem afastado do seu primeiro velocidade crítica. Abaixo de cerca de 70-75% dessa velocidade, a deflexão causada por força centrífuga é insignificante em comparação com a excentricidade geométrica da própria massa, pelo que o rotor se comporta efetivamente como um único corpo sólido que roda em torno do seu próprio eixo. O eixo da massa e o eixo do veio são fixos um em relação ao outro, independentemente das RPM.
As máquinas do dia a dia que os engenheiros tratam como rotores rígidos incluem armaduras de motores eléctricos, ventiladores e sopradores de fase única, impulsores de bombas, volantes, polias, mós e componentes do tipo disco. Para estes, um equilíbrio de dois planos efectuado lentamente capta o verdadeiro estado de desequilíbrio com que a máquina irá funcionar.
2. Rotor rígido vs. flexível
A distinção entre um rotor rígido e um rotor flexível é um dos conceitos mais importantes no balanceamento de rotores, pois determina toda a estratégia de balanceamento.
Rotor rígido
- Velocidade de operação: muito abaixo da sua primeira velocidade crítica, normalmente inferior a 75%.
- Comportamento: não se dobra ou flexiona sob forças centrífugas. As suas caraterísticas de desequilíbrio são independentes da velocidade.
- Procedimento de equilibragem: podem ser equilibrados a uma única e conveniente velocidade baixa. Uma máquina padrão equilíbrio em dois planos é suficiente para corrigir qualquer desequilíbrio dinâmico, quer seja estático, de par ou uma combinação dos dois. A norma aplicável à equilibragem de rotores rígidos é ISO 21940-11 (que substituiu a já conhecida norma ISO 1940-1).
Rotor Flexível
- Velocidade de operação: se aproxima, passa ou opera muito acima de uma ou mais das suas velocidades críticas.
- Comportamento: dobra e flexiona-se à medida que passa por uma velocidade crítica. As forças de desequilíbrio fazem com que o rotor mude de forma (deflecte), e a localização aparente do “ponto pesado” pode deslocar-se com a velocidade, porque o rotor assume uma curvatura forma modal.
- Procedimento de equilibragem: muito mais complexa. Exige equilibragem multiplano (muitas vezes mais de dois planos) e deve ser efectuado à velocidade de serviço ou próximo desta para ter em conta a flexão do rotor. São necessárias técnicas modais especializadas e o trabalho é regido pela norma ISO 21940-12.
3. A importância da suposição “rígida”
O pressuposto de que um rotor se comporta de forma rígida é o que torna possível a equilibragem prática, económica e segura em máquinas de equilibrar industriais. Estas máquinas normalmente giram os rotores a velocidades relativamente baixas - algumas centenas de RPM - por segurança, menor potência de acionamento e simplicidade mecânica.
Se um rotor for verdadeiramente rígido, o desequilíbrio medido a 400 RPM na máquina de equilibrar é o mesmo desequilíbrio que produz vibração a 3600 RPM no campo. A correção a baixa velocidade resolve o problema a alta velocidade. Se o rotor fosse de facto flexível, esse equilíbrio a baixa velocidade seria ineficaz: o rotor curvar-se-ia à medida que se aproximasse da sua velocidade crítica e apresentaria um estado de desequilíbrio completamente diferente na sua velocidade de serviço - por vezes parecendo bem equilibrado quando parado, mas vibrando muito quando em funcionamento. O erro de considerar um rotor flexível como rígido é uma causa clássica de uma máquina “equilibrada” que continua a tremer.
4. Quando um rotor é considerado rígido?
A decisão de tratar um rotor como rígido baseia-se na sua geometria e na sua velocidade de funcionamento:
- Rotores curtos e atarracados: Os rotores com um grande diâmetro em relação ao seu comprimento - uma mó, um travão de disco, um impulsor de bomba de uma fase - são quase sempre rígidos.
- Rotores longos e finos: Os rotores que são longos e finos, como um veio de transmissão ou um rotor de compressor de várias fases, têm muito mais probabilidades de serem flexíveis, especialmente quando funcionam a alta velocidade.
Em última análise, o teste definitivo é o rácio entre a velocidade de funcionamento e a primeira velocidade crítica. Se esse rácio for baixo, uma abordagem de equilibragem com rotor rígido é adequada e será bem sucedida; se for elevado, são necessários métodos com rotor flexível. É por isso que uma compreensão de dinâmica do rotor e de onde se situa cada velocidade crítica está na base de todas as decisões de equilíbrio.
5. Equilibragem e verificação de um rotor rígido no campo
Muitos rotores rígidos são mais convenientemente equilibrados no local, nos seus próprios rolamentos, em vez de serem removidos e montados numa máquina de equilibrar. Isto é equilibragem no local, e adapta-se exatamente aos ventiladores, bombas e motores que o pressuposto rígido abrange. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude 1× e fase em cada rolamento, calcula a coeficientes de influência de uma corrida de pesos experimentais e calcula as massas de correção para um ou dois planos. Uma vez que o rotor é rígido, esta correção única e de baixo custo é válida para toda a gama de velocidades, e o instrumento pode então confirmar a desequilíbrio residual situa-se dentro do grau ISO 21940-11 selecionado. É possível transformar um grau de equilíbrio e uma velocidade de serviço numa tolerância g-mm permitida com o Calculadora de desequilíbrio residual (ISO 21940-11) antes de começar.
