Balanceamento do rotor - Procedimentos, tipos e Padrões
O guia completo para o balanceamento de máquinas rotativas: estático vs. dinâmico (plano único e dois planos), o método do coeficiente de influência, tolerâncias ISO 21940, balanceamento em campo e técnicas de correção.
Balanceamento estático vs. dinâmico
Os dois tipos fundamentais de balanceamento - determinados pela geometria do rotor e pelo tipo de desequilíbrio presente
| Critério | Plano único | Dois planos |
|---|---|---|
| Tipo de desequilíbrio corrigido | Somente estático | Estático + par (dinâmico) |
| Geometria do rotor | L/D < 0,5 (tipo disco) | L/D > 0,5 (alongado) |
| Número de execuções | 2 (inicial + teste) | 3-4 (inicial + 2 tentativas, ou acoplamento cruzado) |
| Sensores necessários | 1 acelerômetro + tacômetro | 2 acelerômetros + tacômetro |
| Padrão de vibração do rolamento | Em fase a 1× | A fase varia (não em fase, não 180°) |
| Rotores típicos | Rotores de ventiladores, polias, rebolos | Motores, bombas, rolos, turbinas, eixos |
| Recomendação de plano ISO | Rotores estreitos de acordo com a ISO 1940-1 §4.3 | Padrão para todos os rotores alongados |
| Modo Balanset-1A | F2 | F3 |
O procedimento de balanceamento
Método do coeficiente de influência (peso experimental) - a abordagem padrão para o balanceamento em campo e na oficina
Por que o equilíbrio? - Os benefícios
O desbalanceamento é a fonte #1 de vibração em máquinas rotativas. A correção proporciona retornos mensuráveis.
O que é balanceamento de rotor?
Balanceamento do rotor é o processo de melhorar a distribuição de massa de um corpo rotativo de modo que seu centro de massa coincida com o eixo geométrico de rotação. Isso minimiza as forças centrífugas, reduzindo a vibração, consequência cargas, ruído e consumo de energia. A correção é feita pela adição ou remoção de peso em locais e ângulos específicos, orientada por medições de vibração e análise de fase. O critério de aceitação é definido por ISO 1940-1 (ISO 21940-11) Notas G. Os dois tipos são estático (plano único) para rotores tipo disco e dinâmico (dois planos) para rotores alongados.
Desequilíbrio é a fonte mais comum de vibração em máquinas rotativas. Quando a distribuição de massa é imperfeita - devido a tolerâncias de fabricação, não homogeneidade do material, corrosão, acúmulo de depósitos ou danos - são geradas forças centrífugas que aumentam com o quadrado da velocidade. Um pequeno desequilíbrio em baixa velocidade pode se tornar destrutivo em alta velocidade.
O balanceamento resolve esse problema medindo iterativamente a resposta à vibração e ajustando a distribuição de massa até que o resíduo desequilíbrio está dentro da tolerância. É um processo de fabricação (em máquinas de balanceamento de fábrica) e um processo de manutenção (balanceamento de campo em equipamentos instalados).
O método do coeficiente de influência
O balanceamento moderno, tanto em máquinas dedicadas quanto no campo, usa o método do coeficiente de influência (peso experimental). O princípio físico: se soubermos como uma massa conhecida em uma posição conhecida altera a vibração, poderemos calcular a massa e a posição necessárias para cancelar o desequilíbrio original.
Para o balanceamento de dois planos, o sistema se torna uma matriz de 2×2 (quatro coeficientes de influência que representam o acoplamento cruzado entre os planos), mas o princípio é idêntico. O Conjunto de equilíbrio-1a resolve isso automaticamente - o operador apenas opera a máquina e coloca os pesos de teste.
Seleção de Peso de Teste
O peso de teste deve produzir uma mudança perceptível na vibração (idealmente 10-30% do nível inicial) sem criar cargas perigosas. Uma estimativa inicial útil:
Quando fazer o balanceamento - Assinatura de vibração
Como você sabe que a vibração é causada por desequilíbrio e não por desalinhamento, frouxidão ou defeitos de rolamento?
Freqüência: Pico dominante em exatamente 1 × RPM (velocidade de funcionamento) na FFT espectro.
Direção: Principalmente radial (horizontal e vertical). O componente axial é pequeno.
Fase: Ângulo de fase estável e repetível a 1×. A fase não se desvia com o tempo.
Dependência de velocidade: A amplitude aumenta com o quadrado da velocidade (proporcional a ω²).
Contraste com o desalinhamento: O desalinhamento produz componentes 2× e/ou 1× axiais significativos. Defeitos nos rolamentos produzem frequências não sincronizadas.
Antes de fazer o balanceamento, sempre verifique o diagnóstico. O Conjunto de equilíbrio-1a O analisador de espectro (modo F1) mostra o FFT permitindo a confirmação de que 1× domina antes de prosseguir com o equilíbrio.
Métodos de correção
Adição de massa
- Pesos de encaixe: Pesos de zinco ou aço com grampo de mola. Comum para ventiladores e rodas. Rápido, não permanente.
- Pesos parafusados: Pesos de precisão fixados com parafusos em furos roscados ou ranhuras em T. Padrão para rotores grandes e turbinas.
- Pesos de solda: Placas ou hastes de aço soldadas por aderência ao rotor. Permanente. Comum em ventiladores industriais pesados e rotores de britadores.
- Epóxi/putty: Adesivo de duas partes com preenchimento de metal. Bom para superfícies irregulares. Limitado a temperaturas moderadas.
- Parafusos de ajuste: Rosqueado em orifícios radiais. Comum em cubos de acoplamento e fusos. Ajustável.
Remoção de massa
- Perfuração: Remova o material do ponto pesado. Controle preciso da massa removida (massa = densidade × volume). Irreversível.
- Moagem/trituração: Remover material do aro ou da face. Comum em rodas de turbina e rotores de freio.
Divisão de peso
Quando o ângulo exato calculado cai entre posições acessíveis (por exemplo, entre furos de parafusos em um acoplamento), a correção é dividida entre as duas posições adjacentes usando a decomposição vetorial. O Conjunto de equilíbrio-1a inclui uma calculadora automática de divisão de peso.
Balanceamento de campo (In-Situ)
Balanceamento de campo significa balancear um rotor sem removê-lo da máquina. Isso elimina o tempo de inatividade da desmontagem e leva em conta as condições reais de operação (alinhamento, pré-carga do rolamento, efeitos da fundação) que o balanceamento na oficina não pode reproduzir.
O Conjunto de equilíbrio-1a é um sistema de balanceamento de campo portátil completo: analisador de vibração de 2 canais, tacômetro a laser, sistema de balanceamento de campo integrado e sistema de balanceamento de campo de 2 canais. ISO 1940 calculadora de tolerância, modos de balanceamento de plano único (F2) e de dois planos (F3), divisão automática de peso e geração de relatório formal de balanceamento (F6). Precisão da medição: ±5% de velocidade, ±1° de fase. Adequado para G 16 a G 2.5.
O Balanset-4 se estende a 4 canais para rotores complexos com vários rolamentos ou monitoramento simultâneo de várias máquinas.
Vantagens do balanceamento de campo
- Sem desmontagem: Economiza horas ou dias de tempo de inatividade para máquinas grandes.
- Condições reais de operação: Inclui alinhamento, pré-carga do rolamento, estado térmico e efeitos da fundação.
- Balanceamento de acabamento: Corrige o desbalanceamento introduzido pela montagem que o balanceamento da oficina não consegue resolver.
- Verificação pós-manutenção: Verificação rápida após a substituição do impulsor, troca do acoplamento ou revisão do rolamento.
Padrões e tolerâncias
O balanceamento não é "tão bom quanto possível" - é "dentro da tolerância". A tolerância é definida por padrões internacionais:
| Padrão | Assunto | Conteúdo principal |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Graus de qualidade de equilíbrio (graus G) | Escala G 0,4-G 4000. Fórmula: Upor = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = padrão para ventiladores, bombas e motores. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabulário | Definições: tipos de desequilíbrio, classificações de rotor, tipos de máquina, termos de qualidade. |
| ISO 14694 | Ventiladores industriais | Categorias BV (equilíbrio) e FV (vibração) específicas para impulsores de ventiladores. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Avaliação da vibração da máquina | Mede o desempenho operacional resultado de qualidade de equilíbrio. Classificação da zona A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Rotores flexíveis | Procedimentos de várias velocidades e vários planos para rotores acima da primeira velocidade crítica de flexão. |
| ISO 21940-14 | Procedimentos de balanceamento | Procedimentos gerais para balanceamento em vários planos. |
| API 610 / API 617 | Bombas / compressores de petróleo | Referência ISO 1940 G-grades para requisitos de balanceamento do rotor. |
Exemplos práticos
Máquina: Ventilador de alimentação centrífugo de 22 kW, 1.460 RPM, massa do rotor de 38 kg. Vibração excessiva: 8,2 mm/s RMS no rolamento da extremidade de acionamento. A FFT confirma o pico dominante de 1× com fase estável.
Instalação: Conjunto de equilíbrio-1a sensor no rolamento DE, tacômetro a laser no eixo. Modo F2 (plano único - L/D < 0,4).
Passo 1: Execução inicial: 8,2 mm/s a 47°.
Passo 2: Peso de teste: 15 g a 0° no cubo do ventilador, R = 200 mm.
Etapa 3: Execução de teste: 5,9 mm/s a 112°.
Passo 4: O software calcula: correção = 22 g a 198°, R = 200 mm.
Etapa 5: Instale o peso soldado de 22 g a 198°. Remova o peso de teste.
Etapa 6: Verificação: 0,9 mm/s. Tolerância ISO G 6.3 → Upor = 1 570 g-mm. Alcançado: ~180 g-mm. Aprovado.
Máquina: Motor de 45 kW + bomba centrífuga, 2.950 RPM, massa do rotor de 55 kg. Vibração: Rolamento DE 6,1 mm/s, rolamento NDE 4,8 mm/s. Diferença de fase ~140° → desbalanceamento dinâmico.
Instalação: Balanset-1A dois sensores (DE + NDE), modo F3. Planos de correção: cubo do acoplamento (plano 1) e extremidade do ventilador do motor (plano 2).
Corridas: Inicial → plano de teste 1 (10 g a 0°) → plano de teste 2 (8 g a 0°).
Resultado: O software resolve a matriz 2×2. Correção: plano 1 = 18 g a 245°, plano 2 = 12 g a 68°.
Verificação: DE: 0,7 mm/s, ECM: 0,5 mm/s. Limite G 6.3: 1 122 g-mm. Ambos os planos estão dentro da tolerância.
Máquina: Triturador de moinho de martelo, 980 RPM, massa do rotor 420 kg. Após a substituição do martelo, a vibração aumentou para 14,5 mm/s.
Especificação: G 16 (serviço pesado, condições severas). Upor = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g-mm.
Procedimento: Plano único (rotor em forma de disco). Teste de 150 g a 0° na borda. Correção: 280 g a 315°.. Placa de aço soldada.
Resultado: 2,8 mm/s. Residual ~5 600 g-mm. Bem dentro do limite de G 16.
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- Grau de qualidade do equilíbrio: Calculadora interativa de grau G.
- Desequilíbrio: A condição física que o balanceamento corrige.
- ISO 14694: Categorias BV/FV específicas do ventilador.
- Harmônicos: Distinguir 1× (desbalanceamento) de 2× (desalinhamento) e outras ordens.
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Perguntas frequentes - Balanceamento do rotor
Procedimentos, tipos, diagnóstico e padrões
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