Compreendendo o equilíbrio da tolerância
Definição: O que é tolerância de equilíbrio?
Tolerância de balanceamento é a quantidade máxima permitida de desequilíbrio residual que pode permanecer em um rotor após balanceamento é concluído. Representa o critério de aceitação que define se um rotor está adequadamente balanceado para o serviço pretendido. A tolerância de balanceamento é expressa como uma massa de desbalanceamento específica em um determinado raio (em gramas-milímetros ou onças-polegadas) ou como amplitude de vibração (em mm/s ou milésimos de polegada).
As tolerâncias são definidas por normas internacionais, principalmente as ISO 21940 série, que especificam graus de qualidade de balanceamento com base no tipo de rotor, velocidade de serviço e aplicação. Esses padrões garantem um balanceamento consistente, seguro e eficaz em todos os setores e tipos de equipamentos.
Por que equilibrar a tolerância é importante
Estabelecer tolerâncias de balanceamento apropriadas é crucial por vários motivos:
- Safety: Desequilíbrio residual excessivo pode levar à falha da máquina, criando riscos de segurança para o pessoal e os equipamentos ao redor.
- Longevidade do equipamento: Operar dentro da tolerância minimiza o desgaste induzido por vibração em rolamentos, vedações e componentes estruturais, prolongando a vida útil.
- Garantia de qualidade: As tolerâncias fornecem critérios objetivos de aceitação para balancear o trabalho, garantindo qualidade consistente.
- Equilíbrio Econômico: Tolerâncias representam um compromisso prático entre o custo de atingir o equilíbrio perfeito (o que é impossível) e o desempenho operacional aceitável.
- Conformidade com os padrões da indústria: Atender às tolerâncias reconhecidas demonstra conformidade com as melhores práticas do setor e pode ser exigido por regulamentações ou garantias.
ISO 21940-11: O Padrão Primário
A ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1) é a norma internacionalmente reconhecida para requisitos de qualidade de balanças. Ela define uma série de graus de qualidade de balanças denominados graus G, onde G significa "grau de qualidade de balança" e o valor numérico representa a excentricidade específica do desbalanceamento em milímetros por segundo.
Notas de qualidade de equilíbrio comum (graus G)
A norma define graus G que variam de G 0,4 (maior precisão) a G 4000 (menor precisão). Os graus comuns incluem:
- G 0,4: Fusos de retificadoras de precisão, giroscópios (alta precisão)
- G 1.0: Fusos de máquinas-ferramenta de alta precisão, turbocompressores
- G 2.5: Turbinas a gás e a vapor, rotores de turbogeradores rígidos, compressores, acionamentos de máquinas-ferramentas
- G 6.3: A maioria das máquinas em geral, rotores de motores elétricos (2 polos), centrífugas, ventiladores, bombas
- G 16: Máquinas agrícolas, trituradores, motores diesel multicilindros
- G 40: Equipamentos de funcionamento lento, motores diesel de quatro cilindros montados rigidamente
Números G mais baixos indicam tolerâncias mais rigorosas (menor desequilíbrio permitido), enquanto números G mais altos permitem maior desequilíbrio residual.
Calculando a tolerância de balanceamento
O desequilíbrio residual admissível depende de três fatores: a massa do rotor, sua velocidade de serviço e o grau de qualidade do balanceamento selecionado. O cálculo segue esta relação:
Calculadora de Tolerância Online
Para um cálculo rápido e preciso do desequilíbrio residual permitido, use nosso Residual Unbalance Tolerance Calculator. A calculadora calcula automaticamente os valores de tolerância com base nos padrões ISO 1940/21940 para vários tipos de máquinas, massa do rotor e velocidade de operação, com opções de balanceamento de plano único ou de dois planos.
Fórmula para Desequilíbrio Residual Permissível
Vocêpor = (G × M) / (ω / 1000)
Onde:
- Vocêpor = Desequilíbrio residual admissível (grama-milímetros ou g·mm)
- G = Nota de qualidade do equilíbrio (por exemplo, 6,3 para G 6,3)
- M = Massa do rotor (quilogramas)
- ω = Velocidade angular (radianos por segundo) = (2π × RPM) / 60
Fórmula simplificada usando RPM
Para uso prático, a fórmula pode ser simplificada para:
Vocêpor (g·mm) = (9549 × G × M) / RPM
Onde:
- M = Massa do rotor em quilogramas
- RPM = Velocidade de serviço em revoluções por minuto
- G = Número do grau de qualidade do saldo
Exemplo de cálculo
Considere um rotor de motor com as seguintes especificações:
- Massa: 50 kg
- Velocidade de operação: 3000 RPM
- Qualidade de equilíbrio necessária: G 6.3
Vocêpor = (9549 × 6,3 × 50) / 3000 = 100,4 g·mm
Isso significa que o desequilíbrio residual máximo permitido para este rotor é de aproximadamente 100 g·mm. Se o raio do plano de correção for de 100 mm, isso equivale a 1,0 grama de desequilíbrio residual nesse raio.
Você pode verificar este cálculo ou calcular tolerâncias para diferentes tipos de máquinas usando nosso calculadora online.
Tolerâncias de plano único vs. dois planos
A tolerância calculada se aplica ao desequilíbrio total em um único plano para balanceamento de plano único. Para balanceamento de dois planos (dinâmico), A ISO 21940-11 fornece diretrizes para distribuir a tolerância total entre os dois planos de correção, normalmente alocando a tolerância a cada plano com base na distância entre os planos e na geometria do rotor.
Tolerância baseada em vibração
Embora a ISO 21940-11 especifique limites de massa desbalanceada, o balanceamento em campo frequentemente utiliza a amplitude de vibração como critério de aceitação, pois é medida diretamente. As tolerâncias baseadas em vibração são normalmente definidas por:
Série ISO 20816
Estas normas especificam limites de vibração aceitáveis para vários tipos de máquinas com base na velocidade RMS (mm/s ou pol/s). As zonas comuns incluem:
- Zona A: Máquinas recém-comissionadas (vibração muito baixa)
- Zona B: Aceitável para operação de longo prazo
- Zona C: Aceitável por períodos limitados, ações corretivas devem ser planejadas
- Zona D: Inaceitável, ação corretiva imediata necessária
Critérios práticos de campo
Muitos técnicos de balanceamento usam estas regras básicas:
- Vibração reduzida a menos de 25% do nível inicial = equilíbrio bem-sucedido
- Vibração absoluta abaixo de 2,8 mm/s (0,11 pol/s) = geralmente aceitável para a maioria dos equipamentos industriais
- Vibração residual abaixo de 1,0 mm/s (0,04 pol/s) = excelente equilíbrio
Fatores que afetam a tolerância alcançável
A capacidade de atender à tolerância de equilíbrio depende de vários fatores práticos:
1. Capacidades do equipamento
- Precisão de medição de instrumentos de balanceamento
- Sensibilidade dos sensores de vibração
- Resolução do posicionamento do peso (com que precisão os pesos podem ser posicionados)
2. Características do Rotor e da Máquina
- Condição mecânica (folga, desgaste dos rolamentos, problemas na fundação podem impedir a obtenção de tolerâncias rigorosas)
- Operando em ou perto de velocidades críticas torna o equilíbrio preciso mais difícil
- Não linearidade na resposta do sistema
3. Restrições práticas
- Acessibilidade de planos de correção
- Incrementos de peso disponíveis (só é possível adicionar pesos em quantidades discretas)
- Resolução angular de furos de montagem ou pontos de fixação
Tolerância vs. Capacidade de Balanceamento
É importante distinguir entre:
- Tolerância especificada: O desequilíbrio residual máximo permitido, conforme definido por normas ou especificações
- Equilíbrio Alcançável: O nível real de equilíbrio que pode ser alcançado na prática, dadas as capacidades e restrições do equipamento
- Equilíbrio Econômico: O ponto além do qual melhorias adicionais não são rentáveis
Para a maioria dos balanceamentos de campo industriais, atingir níveis de desequilíbrio 2 a 3 vezes melhores que a tolerância necessária representa um trabalho excelente e garante uma margem para incertezas de medição e variações operacionais.
Documentação e Aceitação
A documentação adequada da tolerância de balanceamento inclui:
- Especificado Grau G ou valor de tolerância
- Desequilíbrio residual admissível calculado (Upor)
- Desequilíbrio residual medido após balanceamento
- Comparação mostrando conformidade: Medido ≤ Permitido
- Assinatura ou notação de aceitação
Esta documentação fornece evidências objetivas de que o trabalho de balanceamento atende às especificações e serve como base para futuras avaliações de manutenção.
Quando usar tolerâncias mais rígidas ou mais flexíveis
Tolerâncias mais rigorosas justificadas quando:
- Operação de alta velocidade (crítica para a segurança e vida útil do rolamento)
- Equipamentos de precisão que requerem vibração mínima
- Estruturas leves ou flexíveis sensíveis à vibração
- Equipamentos localizados perto de processos ou instrumentos sensíveis à vibração
Tolerâncias mais flexíveis são aceitáveis quando:
- Equipamentos pesados e de baixa velocidade
- Construção robusta com alta tolerância à vibração
- Equipamentos de curto prazo ou de uso pouco frequente
- Considerações econômicas superam ganhos incrementais de desempenho
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