Grau de qualidade do balanço (G-Grade): Definição, finalidade e aplicação
O que é um Balance Quality Grade (G-Grade)?
A Grau de qualidade do equilíbrio, O grau G, comumente chamado de “grau G”, é uma classificação padronizada definida nas normas ISO 1940-1 e ISO 21940-11 que especifica o desbalanceamento residual máximo permitido para um rotor. Em outras palavras, o grau G indica a precisão com que um rotor deve ser balanceado. Ele não mede diretamente os níveis de vibração, mas define uma tolerância de desbalanceamento com base na massa do rotor e na velocidade máxima de operação.
O número após a letra G (por exemplo, G6.3, G2.5) corresponde à velocidade máxima de vibração do centro de massa do rotor, expressa em milímetros por segundo (mm/s). Por exemplo, o grau G6.3 significa que o centro de massa do rotor não deve sofrer vibração superior a 6,3 mm/s na velocidade máxima de operação, enquanto o grau mais rigoroso G2.5 limita essa velocidade a 2,5 mm/s. Quanto menor o número G, mais rigorosos são os requisitos de balanceamento: menor tolerância de desbalanceamento e maior precisão de balanceamento.
O propósito do sistema G-Grade
O sistema de grau G foi desenvolvido para estabelecer um padrão universal que define a qualidade do balanceamento de um rotor. Em vez de declarações vagas, como “o rotor deve estar bem balanceado”, os engenheiros podem especificar uma meta precisa e verificável, como “balanceamento para G6.3”. Esse padrão fornece uma linguagem comum para fabricantes, engenheiros de serviço e clientes, garantindo que o equipamento atenda aos padrões de confiabilidade e segurança exigidos. Os principais objetivos do sistema de grau G são:
Limitar a vibração do desbalanceamento a níveis aceitáveis. O desbalanceamento causa forças centrífugas e vibrações que podem levar a ruídos, falhas por fadiga e acidentes. Ao aplicar graus de equilíbrio padrão, essas vibrações podem ser controladas dentro de limites seguros.
Minimizar as cargas dinâmicas nos rolamentos e prolongar sua vida útil. A vibração contínua age sobre os rolamentos como um martelo, acelerando seu desgaste. Ao limitar o desequilíbrio por meio do grau G necessário, as forças que atuam nos rolamentos são reduzidas, aumentando sua vida útil.
Garantindo a operação segura do rotor na velocidade máxima de projeto. Quanto maior a velocidade de rotação, mais forte será o efeito de um desequilíbrio, mesmo que pequeno. Um grau de equilíbrio rigoroso garante que o rotor não sofrerá vibrações destrutivas em sua velocidade de operação. Isso é especialmente importante para máquinas de alta velocidade (turbinas, compressores etc.), onde o desequilíbrio excessivo pode levar à falha.
Fornecer um critério de aceitação claro e mensurável. Ter um padrão de grau G permite verificar, durante a fabricação e o reparo, se o nível de equilíbrio exigido foi alcançado. Se o desbalanceamento residual após o balanceamento não exceder o valor permitido para o grau G determinado, considera-se que o rotor foi aprovado na inspeção. Essa abordagem transforma o balanceamento de uma arte em uma ciência precisa com critérios verificáveis.
Como são determinadas as notas de qualidade do equilíbrio?
As normas ISO contêm recomendações para a seleção de graus G para centenas de rotores e máquinas típicos. As tabelas padrão (por exemplo, ISO 1940-1, agora substituída pela ISO 21940-11) listam os graus G recomendados para várias categorias de equipamentos. A seleção de um grau específico depende de vários fatores:
Tipo e finalidade da máquina. Uma turbina de alta velocidade ou um fuso de precisão exige um balanceamento muito mais preciso (menor G) do que um mecanismo agrícola de baixa velocidade. Os projetistas consideram a sensibilidade de um determinado tipo de máquina às vibrações e as consequências que o desbalanceamento pode ter.
Massa e dimensões do rotor. Os rotores mais leves geralmente são mais sensíveis ao desbalanceamento e podem ter requisitos mais rigorosos. A massa do rotor entra diretamente no cálculo do desbalanceamento permitido - um rotor mais pesado pode “tolerar” um desbalanceamento absoluto um pouco maior sem aumentar a vibração em comparação com um mais leve.
Velocidade máxima de rotação. Esse é um dos principais fatores: quanto maior a velocidade, mais rigoroso deve ser o equilíbrio. Para a mesma magnitude de desequilíbrio, as forças aumentam proporcionalmente ao quadrado da velocidade de rotação. Portanto, um grau G mais baixo é selecionado para rotores de alta velocidade para compensar o efeito da velocidade.
Estrutura de suporte e condições de montagem. Um rotor montado em suportes flexíveis (elásticos) normalmente requer um balanceamento mais cuidadoso do que um montado em uma base rígida, pois um sistema flexível amortece as vibrações de forma menos eficaz. Por exemplo, diferentes graus (G16 vs. G40) podem ser aplicados ao mesmo virabrequim, dependendo do fato de o motor estar montado em isoladores de vibração elásticos ou rígidos.
Exemplos de graus comuns de qualidade do balanço
| Grau G | Velocidade máxima Velocidade (mm/s) | Aplicações típicas |
|---|---|---|
| G 40 | 40 mm/s | Rodas e aros de rodas de automóveis; virabrequins para motores de combustão interna de baixa velocidade (baixa RPM). |
| G 16 | 16 mm/s | Peças para trituradores e máquinas agrícolas; eixos de transmissão (eixos cardan); componentes grandes de máquinas de uso geral com requisitos moderados. |
| G 6.3 | 6,3 mm/s | Classe padrão para a maioria dos equipamentos industriais: rotores de motores elétricos, rotores de bombas, ventiladores, turbocompressores de baixa velocidade, maquinário de processos em geral. G6.3 é uma das classes mais comumente especificadas. |
| G 2.5 | 2,5 mm/s | Rotores de alta velocidade e alta precisão: turbinas a gás e a vapor, rotores de turbocompressores, acionamentos de máquinas-ferramenta, fusos de alta precisão e máquinas elétricas de alta velocidade. |
| G 1.0 | 1,0 mm/s | Balanceamento muito preciso para mecanismos de precisão: acionamentos de retificadoras, pequenos motores elétricos de alta velocidade e turbocompressores automotivos. |
| G 0.4 | 0,4 mm/s | A mais alta precisão de balanceamento para dispositivos excepcionalmente sensíveis e de alta velocidade: giroscópios, fusos de precisão (por exemplo, para usinagem de precisão ou equipamentos microeletrônicos), unidades de disco rígido e outros componentes que exigem vibração mínima. |
Observação: O valor da velocidade em mm/s na designação do grau corresponde ao produto da excentricidade específica e da velocidade angular: G = epor-ω. Assim, o número G indica a velocidade limite do movimento do centro de massa deslocado durante a operação do rotor. Na prática, a seleção da classe pode diferir em um nível para cima ou para baixo, dependendo dos requisitos específicos e das condições de operação.
Calculando o Desequilíbrio Residual Permissível
Conhecendo o grau G necessário, é possível calcular o desbalanceamento residual máximo permitido - a quantidade de desbalanceamento que pode permanecer após o balanceamento sem exceder o grau especificado. A norma ISO fornece a seguinte fórmula:
Vocêpor (g-mm) = (9549 × G [mm/s] × m [kg]) / n [RPM]
Onde:
- Vocêpor - desbalanceamento residual permissível em gramas-milímetros (g-mm)
- G — grau de qualidade do equilíbrio (mm/s)
- m - massa do rotor (kg)
- n - Velocidade máxima de operação (RPM)
Exemplo: Para um rotor com uma massa de 100 kg, girando a uma velocidade máxima de 3.000 RPM, que deve ser balanceado de acordo com o grau G6.3, o desbalanceamento residual permitido é:
Vocêpor = (9549 × 6.3 × 100) / 3000 ≈ 2005 g-mm
Isso significa que um desequilíbrio total de aproximadamente 2005 g-mm é permitido para esse rotor sem exceder G6.3. Na prática, esse desbalanceamento residual é distribuído entre os planos de correção. Para o balanceamento (dinâmico) de dois planos, o valor calculado de Upor é dividido entre os planos de forma igual ou proporcional à configuração do rotor. Assim, o técnico de balanceamento recebe uma meta numérica específica a ser atingida.
Balanceamento prático e equipamentos
Para atingir o grau de balanceamento necessário na prática, são usados equipamentos especializados. Em condições de fabricação, normalmente são empregadas máquinas de balanceamento estacionárias, nas quais o rotor é girado e corrigido até que o desbalanceamento residual caia para a norma do grau G selecionado.
Entretanto, em condições de campo (por exemplo, quando ocorre vibração em um ventilador ou bomba já instalados), podem ser usados instrumentos de balanceamento portáteis. Um exemplo é o Balanset-1A um balanceador vibrômetro portátil de dois canais. Ele permite o balanceamento dinâmico em um ou dois planos diretamente no equipamento in-situ (no local, sem remoção do rotor).
Fig. 1: Vibrômetro-balanceador portátil Balanset-1A conectado a um laptop. Esse dispositivo compacto inclui um módulo de medição eletrônica, dois sensores de vibração e um tacômetro a laser, com controle e cálculo de desbalanceamento realizados pelo software do PC.
Fig. 1: Janela de cálculo da tolerância de balanceamento no software Balanset. O programa inclui uma calculadora integrada que calcula automaticamente o desbalanceamento residual permitido de acordo com as normas ISO 1940 com base na massa do rotor, na velocidade de operação e no grau G selecionado.
O dispositivo se conecta a um laptop, mede a vibração e a fase de desbalanceamento usando sensores e um tacômetro óptico, após o que o software calcula automaticamente os pesos de correção necessários. Entre os recursos do Balanset-1A está o cálculo automático do desbalanceamento permitido de acordo com a norma ISO 1940 (graus G) - o próprio dispositivo determina o nível de vibração que deve ser reduzido para atingir, por exemplo, o grau G6.3 ou G2.5.
Instrumentos de balanceamento modernos, como o Balanset-1A, tornam a obtenção do grau de balanceamento necessário mais rápida e confiável. Usando a terminologia padrão do grau G e os cálculos de tolerância incorporados, os engenheiros e técnicos sabem exatamente o critério para um balanceamento bem-sucedido. Assim, a padronização da qualidade do balanceamento por meio dos graus G possibilitou uma linguagem comum para descrever a “suavidade” com que um rotor específico deve operar e alcançar esse nível de confiabilidade de vibração usando métodos compreensíveis e verificáveis em todo o mundo.
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