Fan Balancing

Publicado por Nikolai Shelkovenko em

Balanceador portátil e analisador de vibração Balanset-1A

Balanceador portátil e analisador de vibração Balanset-1A

€1,751.00

O Balanset-1A é equipado com 2 canais e foi projetado para balanceamento dinâmico em dois planos. Isso o torna adequado para uma ampla gama de aplicações, incluindo trituradores, ventiladores, mulchers, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitas outras. Sua versatilidade Leia mais...

SKU: BS-1
Categoria:

Fan Balancing

(Informações usadas da ISO 31350-2007 VIBRATION. VENTILADORES INDUSTRIAIS. REQUISITOS PARA VIBRAÇÃO PRODUZIDA E QUALIDADE DE BALANCEAMENTO)

A vibração produzida pelo ventilador é uma de suas características técnicas mais importantes. Ela indica a qualidade do projeto e da fabricação do produto. O aumento da vibração pode indicar a instalação incorreta do ventilador, a deterioração de sua condição técnica, etc. Por esse motivo, a vibração do ventilador geralmente é medida durante os testes de aceitação, durante a instalação antes do comissionamento, bem como durante a execução de um programa de monitoramento das condições da máquina. Os dados de vibração do ventilador também são usados no projeto de seu suporte e dos sistemas conectados (dutos). As medições de vibração geralmente são realizadas com as portas de sucção e descarga abertas, mas deve-se observar que a vibração do ventilador pode variar significativamente com as mudanças na aerodinâmica do fluxo de ar, na velocidade de rotação e em outras características.
As normas ISO 10816-1-97, ISO 10816-3-2002 e ISO 31351-2007 estabelecem métodos de medição e definem os locais dos sensores de vibração. Se as medições de vibração forem realizadas para avaliar seu impacto no duto ou na base do ventilador, os pontos de medição serão escolhidos de acordo.
As medições de vibração do ventilador podem ser caras e, às vezes, seu custo excede significativamente o custo de fabricação do próprio produto. Portanto, quaisquer restrições sobre os valores de componentes individuais de vibração discreta ou parâmetros de vibração em bandas de frequência só devem ser introduzidas quando o excesso desses valores indicar um mau funcionamento do ventilador. O número de pontos de medição de vibração também deve ser limitado com base no uso pretendido dos resultados da medição. Normalmente, é suficiente medir a vibração nos suportes do ventilador para avaliar o estado vibracional do ventilador.
A base é o local onde o ventilador é montado e que fornece o suporte necessário para o ventilador. A massa e a rigidez da base são escolhidas para evitar a amplificação da vibração transmitida por ela.
Os suportes são de dois tipos:
  • suporte compatível: Um sistema de suporte de ventilador projetado de forma que a primeira frequência natural do suporte seja significativamente menor do que a frequência de rotação operacional do ventilador. Ao determinar o grau de conformidade do suporte, devem ser consideradas as inserções elásticas entre o ventilador e a estrutura de suporte. A conformidade do suporte é garantida pela suspensão do ventilador em molas ou pela colocação do suporte em elementos elásticos (molas, isoladores de borracha etc.). A frequência natural do sistema de suspensão - ventilador geralmente é menor que 25% da frequência correspondente à velocidade de rotação mínima do ventilador testado.
  • Suporte rígido: Um sistema de suporte de ventilador projetado de forma que a primeira frequência natural do suporte seja significativamente maior do que a frequência rotacional operacional. A rigidez da base do ventilador é relativa. Ela deve ser considerada em comparação com a rigidez dos rolamentos da máquina. A relação entre a vibração da carcaça do rolamento e a vibração da base caracteriza a influência da conformidade da base. A base pode ser considerada rígida e suficientemente maciça se a amplitude da vibração da base (em qualquer direção) perto dos pés da máquina ou da estrutura de suporte for menor que 25% do resultado máximo da medição de vibração obtido no suporte de rolamento mais próximo (em qualquer direção).
Como a massa e a rigidez da base temporária na qual o ventilador é instalado durante o teste de fábrica podem diferir significativamente das condições de instalação no local de operação, os valores-limite das condições de fábrica se aplicam à vibração de banda estreita na faixa de frequência rotacional e, para o teste do ventilador no local, à vibração de banda larga, determinando o estado vibracional geral da máquina. O local de operação é o local de instalação final do ventilador, para o qual as condições de operação são definidas.
Categorias de fãs (categorias BV)
Os ventiladores são categorizados com base nas características de seu uso pretendido, classes de precisão de balanceamento e valores-limite de parâmetros de vibração recomendados. O projeto e a finalidade do ventilador são critérios que permitem classificar muitos tipos de ventiladores de acordo com valores de desequilíbrio e níveis de vibração aceitáveis (categorias BV).
A Tabela 1 apresenta as categorias às quais os ventiladores podem ser atribuídos com base em suas condições de aplicação, considerando os valores de desequilíbrio e os níveis de vibração permitidos. A categoria do ventilador é determinada pelo fabricante.

Tabela 1 - Categorias de ventiladores

Condições de aplicação Exemplos Consumo de energia, kW Categoria BV
Espaços residenciais e de escritórios Ventiladores de teto e de sótão, condicionadores de ar de janela ≤ 0.15 BV-1
> 0.15 BV-2
Edifícios e instalações agrícolas Ventiladores para sistemas de ventilação e ar condicionado; Ventiladores em equipamentos em série ≤ 3.7 BV-2
> 3.7 BV-3
Processos industriais e geração de energia Ventiladores em espaços fechados, minas, transportadores, caldeiras, túneis de vento, sistemas de limpeza de gás ≤ 300 BV-3
> 300 Consulte a ISO 10816-3
Transporte, incluindo embarcações marítimas Fãs de locomotivas, caminhões e carros ≤ 15 BV-3
> 15 BV-4
Túneis Ventiladores para ventilação de metrôs, túneis e garagens ≤ 75 BV-3
> 75 BV-4
Qualquer BV-4
Produção petroquímica Ventiladores para remoção de gases perigosos e usados em outros processos tecnológicos ≤ 37 BV-3
> 37 BV-4
Produção de chips de computador Ventiladores para criar salas limpas Qualquer BV-5
Notas
1 Esta norma considera apenas ventiladores com potência inferior a 300 kW. A avaliação da vibração de ventiladores com potência maior está de acordo com a ISO 10816-3. Entretanto, os motores elétricos de série padrão podem ter uma potência nominal de até 355 kW. Os ventiladores com esses motores elétricos devem ser aceitos de acordo com esta norma.
2 A Tabela 1 não se aplica a ventiladores axiais leves de baixa velocidade e grande diâmetro (geralmente de 2800 a 12500 mm) usados em trocadores de calor, torres de resfriamento, etc. A classe de precisão de balanceamento para esses ventiladores deve ser G16 e a categoria do ventilador - BV-3
Ao comprar elementos individuais do rotor (rodas ou impulsores) para instalação posterior no ventilador, a classe de precisão de balanceamento desses elementos (consulte a tabela 2) deve ser seguida e, ao comprar o ventilador como um todo, os resultados dos testes de vibração na fábrica (tabela 4) e a vibração no local (tabela 5) também devem ser considerados. Normalmente, essas características são consensuais, de modo que a escolha do ventilador pode ser feita com base em sua categoria BV.
A categoria estabelecida na tabela 1 é típica para o uso normal de ventiladores, mas em casos justificados, o cliente pode solicitar um ventilador de uma categoria BV diferente. Recomenda-se especificar a categoria BV do ventilador, a classe de precisão de balanceamento e os níveis de vibração aceitáveis no contrato de fornecimento do equipamento.
Um acordo separado entre o cliente e o fabricante pode ser celebrado com relação às condições de instalação do ventilador, de modo que o teste de fábrica do ventilador montado considere as condições de instalação planejadas no local de operação. Na ausência de tal acordo, não há restrições quanto ao tipo de base (rígida ou compatível) para os testes de fábrica.

Fan Balancing

Disposições gerais
O fabricante do ventilador é responsável pelo balanceamento dos ventiladores de acordo com o documento regulatório relevante. Esta norma é baseada nos requisitos da ISO 1940-1. O balanceamento geralmente é realizado em máquinas de balanceamento altamente sensíveis e especialmente projetadas, permitindo uma avaliação precisa do desequilíbrio residual.
Classes de precisão de balanceamento de ventiladores
As classes de precisão de balanceamento para rodas de ventiladores são aplicadas de acordo com a tabela 2. O fabricante do ventilador pode realizar o balanceamento de vários elementos na montagem, que podem incluir, além da roda, o eixo, o acoplamento, a polia etc. Além disso, elementos individuais da montagem podem exigir balanceamento.

Tabela 2 - Classes de precisão de balanceamento

Categoria de ventilador
Classe de precisão do balanceamento do rotor (roda)
BV-1
G16
BV-2
G16
BV-3
G6.3
BV-4
G2.5
BV-5
G1.0
Observação: os ventiladores da categoria BV-1 podem incluir ventiladores de tamanho pequeno, pesando menos de 224 g, para os quais é difícil manter a precisão de balanceamento especificada. Nesse caso, a uniformidade da distribuição de massa em relação ao eixo de rotação do ventilador deve ser garantida pela tecnologia de fabricação.

Medição da vibração do ventilador

Requisitos de medição
Disposições gerais
As figuras 1 a 4 mostram alguns pontos de medição e direções possíveis em cada rolamento do ventilador. Os valores fornecidos na tabela 4 referem-se a medições na direção perpendicular ao eixo de rotação. O número e a localização dos pontos de medição, tanto para os testes de fábrica quanto para as medições no local, são determinados a critério do fabricante ou mediante acordo com o cliente. Recomenda-se fazer a medição nos rolamentos do eixo da roda do ventilador (rotor). Se isso não for possível, o sensor deve ser instalado em um local que garanta a conexão mecânica mais curta entre ele e o rolamento. O sensor não deve ser montado em painéis sem suporte, na carcaça do ventilador, em elementos do gabinete ou em outros locais que não estejam diretamente conectados ao rolamento (esses resultados de medição podem ser usados, mas não para avaliar o estado vibracional do ventilador, e sim para obter informações sobre a vibração transmitida ao duto ou à base - consulte a ISO 31351 e a ISO 5348.
Figura 1. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador axial montado horizontalmente
Figura 2. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador radial de sucção única
Figura 3. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador radial de dupla sucção
Figura 4. Localização de um sensor de três coordenadas para um ventilador axial montado verticalmente
As medições na direção horizontal devem ser realizadas em um ângulo reto em relação ao eixo do eixo. As medições na direção vertical devem ser realizadas em um ângulo reto com a direção de medição horizontal e perpendicular ao eixo do ventilador. As medições na direção longitudinal devem ser realizadas paralelamente ao eixo do eixo.
Medições usando sensores do tipo inércia
Todos os valores de vibração especificados nesta norma referem-se a medições feitas com sensores do tipo inércia, cujo sinal reproduz o movimento da caixa de rolamentos.
Os sensores usados podem ser acelerômetros ou sensores de velocidade. Deve-se dar atenção especial à fixação correta dos sensores: sem lacunas na superfície de suporte, sem oscilações e ressonâncias. O tamanho e a massa dos sensores e o sistema de fixação não devem ser excessivamente grandes para evitar alterações significativas na vibração medida. O erro total causado pelo método de fixação do sensor e calibração do sistema de medição não deve exceder +/- 10% do valor medido.
Medições usando sensores sem contato
Mediante acordo entre o usuário e o fabricante, podem ser estabelecidos requisitos para o deslocamento máximo permitido do eixo (consulte a ISO 7919-1) nos rolamentos deslizantes. As medições correspondentes podem ser realizadas usando sensores sem contato.
Nesse caso, o sistema de medição determina o deslocamento da superfície do eixo em relação à caixa do rolamento. É óbvio que a amplitude permitida dos deslocamentos não deve exceder o valor da folga do rolamento. O valor da folga depende do tamanho e do tipo de rolamento, da carga (radial ou axial) e da direção da medição (alguns projetos de rolamentos têm um furo elíptico, para o qual a folga na direção horizontal é maior do que na direção vertical). A variedade de fatores que precisam ser considerados não permite a definição de limites uniformes de deslocamento do eixo, mas algumas recomendações são apresentadas na tabela 3. Os valores fornecidos nessa tabela representam uma porcentagem do valor total da folga radial no rolamento em cada direção.
Tabela 3 - Deslocamento relativo máximo do eixo dentro do rolamento
Estado Vibracional do Ventilador Deslocamento máximo recomendado, porcentagem do valor da folga (ao longo de qualquer eixo)
Comissionamento/Estado satisfatório Menos de 25%
Advertência +50%
Desligamento +70%
1) Os valores de folga radial e axial para um rolamento específico devem ser obtidos com seu fornecedor.
Os valores fornecidos levam em conta os deslocamentos "falsos" da superfície do eixo. Esses deslocamentos "falsos" aparecem nos resultados da medição porque, além da vibração do eixo, as excentricidades mecânicas também afetam esses resultados se o eixo estiver dobrado ou tiver um formato fora de esquadro. Ao usar um sensor sem contato, os resultados da medição também incluirão desvios elétricos determinados pelas propriedades magnéticas e elétricas do material do eixo no ponto de medição. Acredita-se que, durante o comissionamento e a operação normal subsequente do ventilador, a faixa da soma das excentricidades mecânicas e elétricas no ponto de medição não deve exceder o maior dos dois valores: 0,0125 mm ou 25% do valor do deslocamento medido. As excentricidades são determinadas pela rotação lenta do eixo (a uma velocidade de 25 a 400 rpm), quando o efeito das forças causadas pelo desequilíbrio no rotor é insignificante. Para atender à tolerância de desvio estabelecida, pode ser necessária uma usinagem adicional do eixo. Os sensores sem contato devem, se possível, ser montados diretamente no alojamento do rolamento.
Os valores-limite fornecidos aplicam-se somente a um ventilador operando em seu modo nominal. Se o projeto do ventilador permitir a operação com velocidade de rotação variável, é possível que haja níveis de vibração mais altos em outras velocidades devido à influência inevitável das ressonâncias.
Se o projeto do ventilador permitir a alteração das posições das pás em relação ao fluxo de ar na porta de admissão, os valores fornecidos deverão ser aplicados para condições com as pás totalmente abertas. Deve-se observar que o bloqueio do fluxo de ar, especialmente perceptível em grandes ângulos das pás em relação ao fluxo de ar de admissão, pode levar ao aumento dos níveis de vibração.

Sistema de suporte ao ventilador

O estado de vibração dos ventiladores após a instalação é determinado considerando a rigidez do suporte. Um suporte é considerado rígido se a primeira frequência natural do sistema "ventilador - suporte" exceder a velocidade de rotação. Normalmente, quando montado em grandes fundações de concreto, o suporte pode ser considerado rígido e, quando montado em isoladores de vibração, pode ser considerado compatível. Uma estrutura de aço, frequentemente usada para montar ventiladores, pode pertencer a qualquer um dos dois tipos de suporte. Em caso de dúvida sobre o tipo de suporte do ventilador, podem ser realizados cálculos ou testes para determinar a primeira frequência natural do sistema. Em alguns casos, o suporte do ventilador deve ser considerado rígido em uma direção e compatível em outra.

Limites de vibração permitida do ventilador durante os testes de fábrica

Os níveis de vibração limite apresentados na tabela 4 se aplicam a ventiladores montados. Eles se referem a medições de velocidade de vibração de banda estreita em suportes de rolamentos para a frequência rotacional usada durante os testes de fábrica.
Tabela 4 - Valores-limite de vibração durante os testes de fábrica
Categoria de ventilador Limite de velocidade de vibração RMS, mm/s
Suporte rígido Suporte à conformidade
BV-1 9.0 11.2
BV-2 3.5 5.6
BV-3 2.8 3.5
BV-4 1.8 2.8
BV-5 1.4 1.8
Notas
1 As regras para conversão de unidades de velocidade de vibração em unidades de deslocamento ou aceleração para vibração de banda estreita estão especificadas no Apêndice A.
2 Os valores desta tabela se aplicam à carga nominal e à frequência rotacional nominal do ventilador operando no modo com palhetas-guia de entrada abertas. Os valores-limite para outras condições de carga devem ser acordados entre o fabricante e o cliente, mas recomenda-se que eles não excedam os valores da tabela em mais de 1,6 vezes.

Limites de vibração permitida do ventilador durante o teste no local

A vibração de qualquer ventilador no local de operação não depende apenas de sua qualidade de balanceamento. Os fatores relacionados à instalação, como a massa e a rigidez do sistema de suporte, também terão influência. Portanto, o fabricante do ventilador não é responsável pelo nível de vibração do ventilador em seu local de operação, a menos que isso esteja especificado no contrato.
A Tabela 5 fornece valores-limite recomendados (em unidades de velocidade de vibração para vibração de banda larga em caixas de rolamentos) para a operação normal de ventiladores em várias categorias.

Tabela 5 - Valores-limite de vibração no local de operação

Estado Vibracional do Ventilador Categoria de ventilador Limite de velocidade de vibração RMS, mm/s
Suporte rígido Suporte à conformidade
Comissionamento BV-1 10 11.2
BV-2 5.6 9.0
BV-3 4.5 6.3
BV-4 2.8 4.5
BV-5 1.8 2.8
Advertência BV-1 10.6 14.0
BV-2 9.0 14.0
BV-3 7.1 11.8
BV-4 4.5 7.1
BV-5 4.0 5.6
Desligamento BV-1 __1) __1)
BV-2 __1) __1)
BV-3 9.0 12.5
BV-4 7.1 11.2
BV-5 5.6 7.1
1) O nível de desligamento para ventiladores das categorias BV-1 e BV-2 é estabelecido com base em uma análise de longo prazo dos resultados da medição de vibração.
A vibração dos novos ventiladores que estão sendo comissionados não deve exceder o nível de "comissionamento". À medida que o ventilador opera, espera-se que seu nível de vibração aumente devido aos processos de desgaste e ao efeito cumulativo dos fatores de influência. Esse aumento na vibração é geralmente natural e não deve causar preocupação até que atinja o nível de "advertência".
Ao atingir o nível de vibração de "alerta", é necessário investigar as causas do aumento da vibração e determinar medidas para reduzi-la. A operação do ventilador nesse estado deve estar sob monitoramento constante e limitada ao tempo necessário para identificar medidas para eliminar as causas do aumento da vibração.
Se o nível de vibração atingir o nível de "desligamento", medidas para eliminar as causas do aumento da vibração devem ser tomadas imediatamente, caso contrário, o ventilador deve ser parado. Atrasar a redução do nível de vibração para um nível aceitável pode causar danos aos rolamentos, rachaduras no rotor e nos pontos de solda da carcaça do ventilador, resultando, por fim, na destruição do ventilador.
Ao avaliar o estado de vibração do ventilador, é essencial monitorar as mudanças nos níveis de vibração ao longo do tempo. Uma mudança repentina no nível de vibração indica a necessidade de inspeção imediata do ventilador e de medidas de manutenção. Ao monitorar as alterações de vibração, os processos transitórios causados, por exemplo, pela substituição do lubrificante ou por procedimentos de manutenção não devem ser considerados.

A influência do procedimento de assembleia

Além das rodas, os ventiladores incluem outros elementos rotativos que podem afetar o nível de vibração do ventilador: polias de acionamento, correias, acoplamentos, rotores de motor ou outros dispositivos de acionamento. Se as condições do pedido exigirem o fornecimento do ventilador sem um dispositivo de acionamento, pode ser impraticável para o fabricante realizar testes de montagem para determinar os níveis de vibração. Nesse caso, mesmo que o fabricante tenha balanceado a roda do ventilador, não há certeza de que o ventilador funcionará sem problemas até que o eixo do ventilador seja conectado ao acionamento e a máquina inteira seja testada quanto à vibração durante o comissionamento.
Normalmente, após a montagem, é necessário um balanceamento adicional para reduzir o nível de vibração a um nível aceitável. Para todos os novos ventiladores das categorias BV-3, BV-4 e BV-5, recomenda-se medir a vibração da máquina montada antes do comissionamento. Isso estabelecerá uma linha de base e definirá outras medidas de manutenção.
Os fabricantes de ventiladores não são responsáveis pelo impacto na vibração das peças de acionamento instaladas após o teste de fábrica.

Ferramentas de medição de vibração e calibração

Ferramentas de medição
As ferramentas de medição e as máquinas de balanceamento usadas devem ser verificadas e atender aos requisitos da tarefa. O intervalo entre as verificações é determinado pelas recomendações do fabricante para as ferramentas de medição (teste). A condição das ferramentas de medição deve garantir sua operação normal durante todo o período de teste.
O pessoal que trabalha com ferramentas de medição deve ter habilidades e experiência suficientes para detectar possíveis problemas de funcionamento e deterioração da qualidade das ferramentas de medição.
Calibração
Todas as ferramentas de medição devem ser calibradas de acordo com os padrões. A complexidade do procedimento de calibração pode variar desde uma simples inspeção física até a calibração de todo o sistema. As massas corretivas usadas para determinar o desequilíbrio residual de acordo com a ISO 1940-1 também podem ser usadas para calibrar as ferramentas de medição.

Documentação

Equilíbrio
Mediante solicitação, se previsto nos termos do contrato, um relatório de teste de balanceamento do ventilador pode ser fornecido ao cliente, que deve incluir as seguintes informações:
- Nome do fabricante da máquina de balanceamento, número do modelo;
- Tipo de instalação do rotor: entre suportes ou em balanço;
- Método de balanceamento: estático ou dinâmico;
- Massa das peças rotativas do conjunto do rotor;
- Desequilíbrio residual em cada plano de correção;
- Desequilíbrio residual permitido em cada plano de correção;
- Classe de precisão de balanceamento;
- Critérios de aceitação: aceito/rejeitado;
- Certificado de balanceamento (se necessário).
Vibração
Mediante solicitação, se previsto nos termos do contrato, um relatório de teste de vibração do ventilador pode ser fornecido ao cliente, que deve incluir as seguintes informações:
- Ferramentas de medição utilizadas;
- Método de fixação do sensor de vibração;
- Parâmetros operacionais do ventilador (fluxo de ar, pressão, potência);
- Frequência de rotação do ventilador;
- Tipo de suporte: rígido ou compatível;
- Vibração medida:
1) Posições do sensor de vibração e eixos de medição,
2) Unidades de medição e níveis de referência de vibração,
3) Faixa de frequência de medição (banda de frequência estreita ou ampla);
- Nível(is) de vibração permitido(s);
- Nível(is) de vibração medido(s);
- Critérios de aceitação: aceito/rejeitado;
- Certificado de nível de vibração (se necessário).

MÉTODOS DE BALANCEAMENTO DE VENTILADORES EM UMA MÁQUINA DE BALANCEAMENTO

B.1. Ventilador de acionamento direto
B.1.1. Disposições gerais
A roda do ventilador, que é montada diretamente no eixo do motor durante a montagem, deve ser balanceada de acordo com a mesma regra para considerar o efeito do rasgo de chaveta do eixo do motor.
Os motores de anos anteriores de produção podiam ser balanceados usando um rasgo de chaveta completo. Atualmente, os eixos de motor são balanceados usando uma meia chaveta, conforme prescrito pela ISO 31322, e marcados com a letra H (consulte a ISO 31322).
B.1.2. Motores balanceados com um rasgo de chaveta completo
A roda do ventilador, montada no eixo do motor balanceado com um rasgo de chaveta completo, deve ser balanceada sem uma chaveta em um eixo cônico.
B.1.3. Motores balanceados com meia-volta
Para a roda do ventilador montada no eixo do motor balanceado com uma meia-ponta, as seguintes opções são possíveis:
a) se a roda tiver um cubo de aço, corte um rasgo de chaveta nele após o balanceamento;
b) balancear em um eixo cônico com uma meia-chave inserida no rasgo de chaveta;
c) balancear em um eixo com um ou mais rasgos de chaveta (consulte B.3), usando chavetas completas.
B.2. Ventiladores acionados por outro eixo
Sempre que possível, todos os elementos rotativos, inclusive o eixo do ventilador e a polia, devem ser balanceados como uma única unidade. Se isso for impraticável, o balanceamento deve ser realizado em um eixo (consulte B.3) usando a mesma regra de cálculo de chaveta usada para o eixo.
B.3. Arbor
O eixo no qual a roda do ventilador é montada durante o balanceamento deve atender aos seguintes requisitos:
a) ser o mais leve possível;
b) estar em um estado equilibrado, assegurado por manutenção adequada e inspeções regulares;
c) preferencialmente, ser cônico para reduzir os erros associados à excentricidade, resultantes das tolerâncias do furo do cubo e das dimensões do eixo. Se o eixo for cônico, a posição real dos planos de correção em relação aos rolamentos deve ser considerada nos cálculos de desequilíbrio.
Se for necessário usar um eixo cilíndrico, ele deve ter um rasgo de chaveta, no qual uma chaveta completa é inserida para transmitir o torque do eixo para a roda do ventilador.
Outra opção é cortar dois rasgos de chaveta em extremidades opostas do diâmetro do eixo, permitindo o uso do método de balanceamento reverso. Esse método envolve as seguintes etapas. Primeiro, meça o desequilíbrio da roda inserindo uma chaveta completa em um rasgo de chaveta e uma meia chaveta no outro. Em seguida, gire a roda 180° em relação ao eixo e meça seu desequilíbrio novamente. A diferença entre os dois valores de desequilíbrio se deve ao desequilíbrio residual do eixo e da junta de acionamento universal. Para obter o valor real do desequilíbrio do rotor, tome metade da diferença dessas duas medições.

FONTES DE VIBRAÇÃO DO VENTILADOR

Há muitas fontes de vibração dentro do ventilador, e a vibração em determinadas frequências pode estar diretamente ligada a características específicas do projeto da máquina. Este apêndice aborda apenas as fontes de vibração mais comuns observadas na maioria dos tipos de ventiladores. A regra geral é que qualquer folga no sistema de suporte causa deterioração no estado de vibração do ventilador.

Desequilíbrio do ventilador

Essa é a principal fonte de vibração do ventilador; ela é caracterizada pela presença de um componente de vibração na frequência de rotação (primeiro harmônico). A causa do desequilíbrio é que o eixo da massa rotativa é excêntrico ou angulado em relação ao eixo de rotação. Isso pode ser causado por uma distribuição desigual da massa, pela soma das tolerâncias nas dimensões do furo do cubo e do eixo, pela flexão do eixo ou por uma combinação desses fatores. A vibração causada pelo desequilíbrio atua principalmente na direção radial.
A flexão temporária do eixo pode resultar de um aquecimento mecânico desigual - devido ao atrito entre os elementos rotativos e estacionários - ou de natureza elétrica. A flexão permanente pode resultar de alterações nas propriedades do material ou do desalinhamento do eixo e da roda do ventilador quando o ventilador e o motor são montados separadamente.
Durante a operação, o desequilíbrio da roda do ventilador pode aumentar devido à deposição de partículas do ar. Ao operar em um ambiente agressivo, o desequilíbrio pode resultar da erosão irregular ou da corrosão da roda.
O desequilíbrio pode ser corrigido por meio de um balanceamento adicional nos planos apropriados, mas, antes de realizar o procedimento de balanceamento, as fontes de desequilíbrio devem ser identificadas, eliminadas e a estabilidade vibracional da máquina deve ser verificada.

Desalinhamento do ventilador e do motor

Esse defeito pode ocorrer quando os eixos do motor e do ventilador são conectados por meio de um acionamento por correia ou acoplamento flexível. Às vezes, o desalinhamento pode ser identificado por componentes de frequência de vibração característicos, geralmente o primeiro e o segundo harmônicos da frequência de rotação. No caso de desalinhamento paralelo dos eixos, a vibração ocorre principalmente na direção radial, mas se os eixos se cruzarem em um ângulo, a vibração longitudinal pode se tornar dominante.
Se os eixos forem conectados em um ângulo e forem usados acoplamentos rígidos, forças alternadas começarão a agir na máquina, causando maior desgaste dos eixos e dos acoplamentos. Esse efeito pode ser significativamente reduzido com o uso de acoplamentos flexíveis.

Vibração do ventilador devido à excitação aerodinâmica

A excitação da vibração pode ser causada pela interação da roda do ventilador com elementos estacionários do projeto, como palhetas-guia, motor ou suportes de rolamentos, valores incorretos de folga ou estruturas de admissão e exaustão de ar projetadas de forma inadequada. Um recurso característico dessas fontes é a ocorrência de vibração periódica associada à frequência de rotação da roda, contra o pano de fundo de flutuações aleatórias na interação das pás da roda com o ar. A vibração pode ser observada nos harmônicos da frequência da lâmina, que é o produto da frequência de rotação da roda e do número de lâminas da roda.
A instabilidade aerodinâmica do fluxo de ar, causada por sua paralisação a partir da superfície da pá e subsequente formação de vórtice, causa vibração de banda larga, cuja forma do espectro muda dependendo da carga do ventilador.
O ruído aerodinâmico é caracterizado pelo fato de não estar relacionado à frequência de rotação da roda e pode ocorrer em subharmônicos da frequência de rotação (ou seja, em frequências abaixo da frequência de rotação). Nesse caso, é possível observar uma vibração significativa da carcaça e dos dutos do ventilador.
Se o sistema aerodinâmico do ventilador não estiver de acordo com suas características, podem ocorrer impactos fortes nele. Esses impactos são facilmente distinguíveis pelo ouvido e são transmitidos como impulsos para o sistema de suporte do ventilador.
Se as causas mencionadas acima levarem à vibração da pá, sua natureza poderá ser investigada com a instalação de sensores em diferentes partes da estrutura.

Vibração do ventilador devido ao redemoinho na camada de óleo

Os redemoinhos que podem ocorrer na camada de lubrificação dos rolamentos deslizantes são observados em uma frequência característica ligeiramente abaixo da frequência de rotação do rotor, a menos que o ventilador opere em uma velocidade superior à primeira crítica. Nesse último caso, a instabilidade da cunha de óleo será observada na primeira velocidade crítica e, às vezes, esse efeito é chamado de redemoinho ressonante.

Fontes de vibração de ventiladores de natureza elétrica

O aquecimento desigual do rotor do motor pode fazer com que ele se curve, levando ao desequilíbrio (que se manifesta no primeiro harmônico).
No caso de um motor assíncrono, a presença de um componente em uma frequência igual à frequência de rotação multiplicada pelo número de placas do rotor indica defeitos relacionados às placas do estator e, vice-versa, componentes em uma frequência igual à frequência de rotação multiplicada pelo número de placas do rotor indicam defeitos relacionados às placas do rotor.
Muitos componentes de vibração de natureza elétrica são caracterizados por seu desaparecimento imediato quando a fonte de alimentação é desligada.

Vibração do ventilador devido à excitação do acionamento por correia

Em geral, há dois tipos de problemas relacionados aos acionamentos por correia: quando a operação do acionamento é influenciada por defeitos externos e quando os defeitos estão na própria correia.
No primeiro caso, embora a correia vibre, isso se deve a forças forçadas de outras fontes, de modo que a substituição da correia não produzirá os resultados desejados. As fontes comuns de tais forças são o desequilíbrio no sistema de acionamento, a excentricidade da polia, o desalinhamento e as conexões mecânicas soltas. Portanto, antes de trocar as correias, deve-se realizar uma análise de vibração para identificar a fonte de excitação.
Se as correias responderem a forças externas, sua frequência de vibração provavelmente será a mesma que a frequência de excitação. Nesse caso, a frequência de excitação pode ser determinada usando uma lâmpada estroboscópica, ajustando-a de modo que a correia pareça estacionária à luz da lâmpada.
No caso de um acionamento com várias correias, a tensão desigual da correia pode levar a um aumento significativo da vibração transmitida.
Os casos em que as fontes de vibração são as próprias correias estão relacionados a seus defeitos físicos: rachaduras, pontos duros e moles, sujeira na superfície da correia, falta de material em sua superfície etc. No caso das correias em V, as alterações em sua largura farão com que a correia suba e desça na trilha da polia, gerando vibração devido à alteração de sua tensão.
Se a fonte de vibração for a própria correia, as frequências de vibração geralmente são os harmônicos da frequência de rotação da correia. Em um caso específico, a frequência de excitação dependerá da natureza do defeito e do número de polias, incluindo os tensionadores.
Em alguns casos, a amplitude da vibração pode ser instável. Isso é especialmente verdadeiro para acionamentos com várias correias.
Defeitos mecânicos e elétricos são fontes de vibração, que posteriormente se convertem em ruído aéreo. O ruído mecânico pode estar associado ao desequilíbrio do ventilador ou do motor, ao ruído do rolamento, ao alinhamento do eixo, às vibrações da parede do duto e do painel da carcaça, às vibrações da lâmina do amortecedor, às vibrações da lâmina, do amortecedor, do tubo e do suporte, bem como à transmissão de vibrações mecânicas pela estrutura. O ruído elétrico está relacionado a várias formas de conversão de energia elétrica: 1) As forças magnéticas são determinadas pela densidade do fluxo magnético, pelo número e pela forma dos polos e pela geometria do espaço de ar; 2) O ruído elétrico aleatório é determinado por escovas, arcos, faíscas elétricas etc.
O ruído aerodinâmico pode estar associado à formação de vórtices, pulsações de pressão, resistência do ar, etc., e pode ter natureza tanto de banda larga quanto de banda estreita. O ruído de banda larga pode ser causado por: a) lâminas, amortecedores e outros obstáculos no caminho do fluxo de ar; b) rotação do ventilador como um todo, correias, fendas, etc.; c) mudanças repentinas na direção do fluxo de ar ou na seção transversal do duto, diferenças nas velocidades do fluxo, separação do fluxo devido a efeitos de limite, efeitos de compressão do fluxo, etc. O ruído de banda estreita pode ser causado por: a) ressonâncias (efeito de tubo de órgão, vibrações de cordas, painel, vibrações de elemento estrutural etc.); b) formação de vórtice em bordas afiadas (excitação de coluna de ar); c) rotações (efeito de sirene, fendas, orifícios, ranhuras em peças rotativas).
Os impactos criados pelo contato entre vários elementos mecânicos da estrutura produzem ruídos semelhantes aos produzidos por um golpe de martelo, um trovão, uma caixa vazia em ressonância etc. Sons de impacto podem ser ouvidos em impactos de dentes de engrenagens e batidas de correias defeituosas. Os impulsos de impacto podem ser tão fugazes que, para distinguir os impulsos de impacto periódicos dos processos transitórios, é necessário um equipamento especial de registro em alta velocidade. Na área em que ocorrem muitos impulsos de impacto, a sobreposição de seus picos cria um efeito de zumbido constante.

Dependência da vibração em relação ao tipo de suporte do ventilador

A escolha correta do suporte do ventilador ou do projeto da fundação é necessária para sua operação suave e sem problemas. Para garantir o alinhamento dos componentes rotativos ao instalar o ventilador, o motor e outros dispositivos de acionamento, é usada uma estrutura de aço ou uma base de concreto reforçado. Às vezes, uma tentativa de economizar na construção do suporte leva à incapacidade de manter o alinhamento necessário dos componentes da máquina. Isso é especialmente inaceitável quando a vibração é sensível a mudanças de alinhamento, especialmente em máquinas que consistem em peças separadas conectadas por fixadores de metal.
A base sobre a qual a base está assentada também pode influenciar a vibração do ventilador e do motor. Se a frequência natural da base estiver próxima da frequência de rotação do ventilador ou do motor, a base entrará em ressonância durante a operação do ventilador. Isso pode ser detectado medindo-se a vibração em vários pontos da fundação, do piso ao redor e dos suportes do ventilador. Geralmente, em condições de ressonância, o componente de vibração vertical excede significativamente o horizontal. A vibração pode ser amortecida tornando a fundação mais rígida ou aumentando sua massa. Mesmo que o desequilíbrio e o desalinhamento sejam eliminados, permitindo a redução das forças forçantes, ainda poderão existir condições prévias de vibração significativas. Isso significa que, se o ventilador, juntamente com seu suporte, estiver próximo da ressonância, a obtenção de valores aceitáveis de vibração exigirá um balanceamento mais preciso e um alinhamento mais preciso do eixo do que o normalmente exigido para essas máquinas. Essa situação é indesejável e deve ser evitada aumentando-se a massa e/ou a rigidez do suporte ou do bloco de concreto.

Guia de monitoramento e diagnóstico de condições de vibração

O princípio principal do monitoramento da condição de vibração da máquina (doravante denominada condição) é observar os resultados de medições adequadamente planejadas para identificar uma tendência de aumento dos níveis de vibração e considerá-la sob a perspectiva de possíveis problemas. O monitoramento é aplicável em situações em que os danos se desenvolvem lentamente, e a deterioração da condição do mecanismo se manifesta por meio de sinais físicos mensuráveis.
A vibração do ventilador, resultante do desenvolvimento de defeitos físicos, pode ser monitorada em determinados intervalos e, quando um aumento no nível de vibração é detectado, a frequência de observação pode ser aumentada e uma análise detalhada da condição pode ser realizada. Nesse caso, as causas das alterações de vibração podem ser identificadas com base na análise de frequência de vibração, o que permite determinar as medidas necessárias e planejar sua implementação muito antes de o dano se tornar grave. Normalmente, as medidas são consideradas necessárias quando o nível de vibração aumenta em 1,6 vezes ou em 4 dB em comparação com o nível de linha de base.
O programa de monitoramento de condições consiste em vários estágios, que podem ser resumidos da seguinte forma:
a) identificar a condição do ventilador e determinar o nível de vibração de base (pode ser diferente do nível obtido durante os testes de fábrica devido a diferentes métodos de instalação, etc.);
b) selecione os pontos de medição de vibração;
c) determinar a frequência de observação (medição);
d) estabelecer o procedimento de registro de informações;
e) determinar os critérios para avaliar o estado de vibração do ventilador, os valores-limite para vibração absoluta e alterações de vibração, resumir a experiência de operação de máquinas semelhantes.
Como os ventiladores normalmente operam sem problemas em velocidades que não se aproximam das críticas, o nível de vibração não deve mudar significativamente com pequenas alterações de velocidade ou carga, mas é importante observar que, quando o ventilador opera com velocidade de rotação variável, os valores de limite de vibração estabelecidos se aplicam à velocidade de rotação máxima de operação. Se a velocidade máxima de rotação não puder ser atingida dentro do limite de vibração estabelecido, isso pode indicar a presença de um problema sério e exigir uma investigação especial.
Algumas recomendações de diagnóstico fornecidas no Apêndice C são baseadas na experiência de operação do ventilador e destinam-se à aplicação sequencial ao analisar as causas do aumento da vibração.
Para avaliar qualitativamente a vibração de um ventilador específico e determinar diretrizes para ações adicionais, podem ser usados os limites da zona de condição de vibração estabelecidos pela ISO 10816-1.
Espera-se que, para os novos ventiladores, seus níveis de vibração estejam abaixo dos valores-limite fornecidos na tabela 3. Esses valores correspondem ao limite da zona A da condição de vibração de acordo com a ISO 10816-1. Os valores recomendados para os níveis de alerta e desligamento são estabelecidos com base na análise das informações coletadas sobre tipos específicos de ventiladores.
INFORMAÇÕES SOBRE CONFORMIDADE
NORMAS INTERNACIONAIS DE REFERÊNCIA USADAS COMO REFERÊNCIAS NORMATIVAS NESTA NORMA
Tabela H.1
Designação do padrão interestadual de referência
Designação e título da norma internacional de referência e a designação condicional de seu grau de conformidade com a norma interestadual de referência
ISO 1940-1-2007
ISO 1940-1:1986. Vibração. Requisitos para a qualidade de balanceamento de rotores rígidos. Parte 1. Determinação do desequilíbrio permitido (IDT)
ISO 5348-2002
ISO 5348:1999. Vibração e choque. Montagem mecânica de acelerômetros (IDT)
ISO 7919-1-2002
ISO 7919-1:1996. Vibração de máquinas não reciprocantes. Medições em eixos rotativos e critérios de avaliação. Parte 1. Diretrizes gerais (IDT)
ISO 10816-1-97
ISO 10816-1:1995. Vibração. Avaliação da condição da máquina por medições de vibração em peças não rotativas. Parte 1. Diretrizes gerais (IDT)
ISO 10816-3-2002
ISO 10816-3:1998. Vibração. Avaliação da condição da máquina por medições de vibração em peças não rotativas. Parte 3. Máquinas industriais com potência nominal superior a 15 kW e velocidades nominais de 120 a 15000 rpm, medições in-situ (IDT)
ISO 10921-90
ISO 5801:1997. Ventiladores industriais. Teste de desempenho usando dutos padronizados (NEQ)
ISO 19534-74
ISO 1925:2001. Vibração. Balanceamento. Vocabulário (NEQ)
ISO 24346-80
ISO 2041:1990. Vibração e choque. Vocabulário (NEQ)
ISO 31322-2006 (ISO 8821:1989)
ISO 8821:1989. Vibração. Balanceamento. Diretrizes para a contabilização do efeito de rasgo de chaveta no balanceamento de eixos e peças montadas (MOD)
ISO 31351-2007 (ISO 14695:2003)
ISO 14695:2003. Ventiladores industriais. Métodos de medição de vibração (MOD)
Observação: As seguintes designações condicionais do grau de conformidade do padrão são usadas nesta tabela: IDT - padrões idênticos;
Categorias: ExemploImpulsores

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