Entendendo a folga mecânica em máquinas rotativas
Definição: O que é folga mecânica?
Frouxidão mecânica É uma condição em que os componentes de máquinas rotativas apresentam folgas excessivas, fixação inadequada, encaixes desgastados ou deterioração estrutural que permitem movimento relativo não intencional entre peças que deveriam estar rigidamente conectadas. Isso cria um movimento não linear. vibração comportamento caracterizado por múltiplos harmônicos da velocidade de corrida, variações erráticas de amplitude e diferenças direcionais na vibração que não seguem padrões normais.
A folga é um problema comum em máquinas que não só causa vibração excessiva diretamente, como também impede o diagnóstico e a correção eficazes de outros problemas, como desequilíbrio ou desalinhamento. É preciso identificá-lo e corrigi-lo antes que outras medidas de redução de vibração possam ser bem-sucedidas.
Tipos de folga mecânica
Tipo A: Folga Rotacional (Folga do Rolamento)
Folga excessiva entre o rolamento e o eixo ou alojamento:
- Distância entre o rolamento e o eixo: Superfície do eixo desgastada, ajuste por interferência inadequado, furo do rolamento danificado
- Rolamento para alojamento: Furo da carcaça desgastado, tampa do rolamento solta, encaixe sob pressão inadequado
- Rolamento interno: Excessivo folga do rolamento do desgaste
- Sintoma: Harmônicos de 1×, 2× e 3×; mais altos nas direções radiais.
Tipo B: Afrouxamento estrutural (pedestal/fundação)
Fixação inadequada de componentes não rotativos:
- Pedestais soltos: Parafusos de ancoragem soltos, rejunte deteriorado.
- Montagem com base solta: Parafusos de fixação do equipamento soltos ou ausentes
- Estrutura ou fundação rachada: Danos estruturais que permitem movimento
- Sintoma: Múltiplos harmônicos (frequentemente até 5 vezes ou mais); resposta errática e não linear.
Tipo C: Folga do componente
Componentes montados soltos:
- Impulsores soltos: Rotor solto no eixo, chaveta gasta ou ausente.
- Acoplamentos soltos: Cubos de acoplamento soltos nos eixos
- Polias/engrenagens soltas: Componentes acionados soltos no eixo
- Capas/Protetores Soltos: Painéis de chapa metálica vibrando
- Sintoma: Harmônicos e sub-harmônicos; componentes possíveis de 1/2× e 1/3×.
Assinatura de vibração
Características de frequência
A folga produz padrões de frequência distintos:
- Harmônicos múltiplos: Forte 1×, 2×, 3×, 4× e superior (ao contrário do desequilíbrio, que é principalmente 1×)
- Sub-harmônicos: Pode-se observar componentes de 1/2× e 1/3× (folga tipo C).
- Conteúdo não harmônico: Atinge picos em múltiplos não inteiros da velocidade de corrida.
- Nível de ruído elevado: Aumento da banda larga devido a impactos aleatórios
Comportamento de amplitude
- Alto nível geral: A vibração total é desproporcional às forças motrizes.
- Não linear: A vibração não aumenta de forma previsível com a velocidade ou a carga.
- Errático: A amplitude varia significativamente entre as medições.
- Diferenças direcionais: Pode ser de 2 a 5 vezes maior em uma direção do que na direção perpendicular.
Características de fase
- Instável Fase: O ângulo de fase varia erraticamente entre as medições.
- Grande dispersão de fase: Variação de ±30-90° na mesma velocidade
- Equilíbrio de derrotas: A fase imprevisível torna os cálculos de balanceamento não confiáveis.
Características da forma de onda temporal
- Forma de onda irregular e não sinusoidal
- Picos truncados ou cortados (impactos contra restrições)
- eventos impulsivos aleatórios
- Perda da estrutura periódica
Locais e causas comuns
Relacionado a rolamentos
- Superfícies do munhão do eixo desgastadas permitem que o mancal oscile.
- Furos da caixa de rolamentos desgastados ou danificados
- Ajuste de interferência inadequado (seleção de tolerância incorreta)
- Parafusos da tampa do rolamento soltos ou com torque inadequado
- Caixas de rolamento bipartidas com superfícies de contato desgastadas
Fundação e Montagem
- Parafusos de ancoragem soltos (a forma mais comum de afrouxamento estrutural)
- Rejunte deteriorado ou ausente sob os pedestais
- Fundações de concreto rachadas
- Parafusos de fixação do equipamento soltos na placa de base
- Furos de parafuso danificados ou alongados
Componentes Rotativos
- Ventilador ou impulsor solto no eixo (chave desgastada, parafusos de fixação soltos)
- Cubos de acoplamento com ajuste de interferência insuficiente
- Parafusos de fixação da polia soltos ou ausentes
- Componentes do rotor soltos no eixo
Estrutural
- Estruturas ou carcaças de máquinas rachadas
- Trincas por fadiga em soldas
- parafusos estruturais soltos
- Adesivos ou ligações deterioradas
Métodos de detecção
Análise de vibração
- Análise FFT: Procure por múltiplos harmônicos (1×, 2×, 3×, 4×, 5×+)
- Teste de coerência: A baixa coerência entre as medições indica um comportamento não linear.
- Comparação direcional: Grandes diferenças entre horizontal e vertical
- Resposta à excitação externa: Ao tocar na máquina, observe a resposta anormal.
Inspeção Física
Inspeção Visual
- Procure por frestas, rachaduras, corrosão e danos.
- Verifique se há marcas que indiquem movimento.
- Observe os padrões de desgaste da tinta nas interfaces.
- Procure por limalhas de metal, que indicam desgaste por atrito.
Teste de toque
- Bata com o martelo nas peças que suspeita estarem soltas.
- Preste atenção a sons de chocalho ou ruídos abafados em vez de um toque sólido.
- Verifique se há movimentos ou vibrações excessivas.
- Compare com componentes comprovadamente bons.
Verificação de torque
- Verifique todos os parafusos com uma chave dinamométrica.
- Verificar em relação às especificações
- Procure por fixadores quebrados, danificados ou corroídos.
- Verifique se há roscas espanadas.
Teste de tração/compressão
- Aplique força aos componentes suspeitos.
- Observe se há movimentos que não deveriam ocorrer.
- Use indicadores de mostrador para quantificar a brincadeira.
- Compare com componentes novos ou devidamente fixados.
Procedimentos de correção
Para folga do rolamento
- Substituir rolamento: Se o próprio suporte estiver desgastado
- Reparo do eixo: Recupere o eixo desgastado com cromagem ou soldagem e, em seguida, usine-o novamente até o tamanho correto.
- Reparo de Habitações: Para aumentar o tamanho da carcaça da máquina, utilize rolamentos maiores; ou construa uma estrutura com metalização por aspersão/soldagem.
- Melhore o ajuste: Utilize ajustes de interferência adequados, conforme as especificações do fabricante.
- Tampas de rolamento: Aperte ou substitua se estiver gasto.
Para afrouxamento estrutural
- Aperte todos os fixadores: Aplique o torque especificado usando o padrão adequado.
- Substitua os parafusos danificados: Instale parafusos novos da classe e tamanho corretos.
- Reparar a fundação: Remova o rejunte antigo, limpe as superfícies e aplique o novo rejunte.
- Trincas na solda: Reparar rachaduras em molduras ou pedestais, se for o caso.
- Adicionar reforço: Reforços ou escoras para estruturas frágeis
Para folga dos componentes
- Reaperte os parafusos de fixação com o torque adequado e trava rosca.
- Substitua as chaves e os entalhes de chave desgastados.
- Utilize ajustes de interferência adequados para componentes de encaixe por pressão.
- Pinos ou peças-chave que se soltaram repetidamente
- Substitua os componentes danificados.
Estratégias de Prevenção
Fase de projeto
- Especifique os tamanhos e quantidades adequados de fixadores.
- Projete encaixes de interferência adequados
- Garantir rigidez estrutural adequada
- Evite concentrações de tensão que levam a rachaduras.
- Especifique os tipos e materiais de fixadores apropriados.
Fase de Instalação
- Use chaves dinamométricas calibradas
- Siga as sequências de aperto adequadas.
- Utilize compostos de travamento de rosca quando apropriado.
- Certifique-se de que as superfícies estejam limpas e planas antes da montagem.
- Verifique se o tamanho atende às especificações.
- Realizar inspeções de controle de qualidade
Fase de Manutenção
- Verificação periódica do torque (anualmente ou conforme cronograma de monitoramento de vibração)
- Tendências de vibração para detectar o desenvolvimento de folga
- Inspeções visuais durante interrupções de energia
- Aperte novamente conforme necessário.
- Corrija a vibração imediatamente antes que ela cause afrouxamento.
Desafios de Diagnóstico
Mascarando outros problemas
- A folga pode mascarar ou imitar outras falhas.
- Impede a precisão balanceamento devido à resposta não linear
- Faz alinhamento difícil ou impossível
- Pode gerar padrões de vibração semelhantes a rachaduras ou defeitos em rolamentos.
Natureza Progressiva
- A frouxidão geralmente começa pequena e piora progressivamente.
- A vibração causada pela folga gera mais folga (retroalimentação positiva).
- Pode evoluir de leve a grave em poucas semanas se não for tratada.
- Eventualmente causa danos secundários a rolamentos, eixos e fundações.
Relação com outras falhas
Afrouxidão versus desequilíbrio
| Recurso | Desequilíbrio | Frouxidão |
|---|---|---|
| Frequência primária | 1× apenas | 1×, 2×, 3×, 4×+ harmônicos |
| Estabilidade de fase | Consistente, repetível | Variações erráticas entre medições |
| Linearidade | Vibração ∝ velocidade² | Não linear, imprevisível |
| Resposta ao Balanceamento | Vibração reduzida | Melhoria mínima ou nenhuma |
| Padrão Direcional | Semelhança horizontal/vertical | Frequentemente muito mais alto em uma direção. |
Folga versus desalinhamento
- Desalinhamento: Principalmente 2× com alguma 1×, fase estável
- Frouxidão: Harmônicos múltiplos (1× a 5×+), fase instável
- Combinação: O desalinhamento pode causar frouxidão, e a frouxidão agrava os efeitos do desalinhamento.
Impacto no desempenho da máquina
Efeitos diretos
- Alta vibração: Níveis excessivos causam desconforto e preocupações com a segurança.
- Barulho: Sons de chocalho, batidas ou pancadas
- Precisão reduzida: Erros de posicionamento do eixo
- Desgaste acelerado: O impacto danifica os componentes.
Dano Secundário
- Danos no rolamento: Cargas de impacto e desalinhamento causados por folga danificam os rolamentos.
- Desgaste por atrito no eixo: Micromovimentos em folgas causam corrosão por atrito.
- Falha do fixador: Os parafusos podem sofrer fadiga e quebrar devido a cargas alternadas.
- Propagação de fissuras: A vibração propaga fissuras existentes.
- Deterioração da fundação: A vibração contínua danifica o concreto e o rejunte.
Questões operacionais
- Impede o equilíbrio eficaz
- Torna o alinhamento impossível de manter.
- Confusão diagnóstica mascarando outros problemas
- Redução da confiabilidade do equipamento
Exemplo de caso
Situação: Ventilador de tiragem induzida de grande porte, 1200 RPM, vibração excessiva.
- Sintomas iniciais: Vibração total de 8 mm/s (limite de alarme de 4,5 mm/s)
- Espectro: Componentes robustos 1×, 2×, 3×, 4×
- Tentativas de equilíbrio: Três tentativas, sem melhorias, fase errática.
- Investigação: A inspeção física revelou que quatro dos oito parafusos de ancoragem estavam soltos.
- Correção: Reapertamos todos os parafusos de ancoragem com um torque de 400 N·m.
- Resultado: A vibração caiu imediatamente para 1,8 mm/s.
- Seguir: Uma única execução de balanceamento reduziu a vibração para 0,8 mm/s (agora que o sistema estava linear).
- Lição: Verifique sempre se há folga antes de balancear.
Melhores Práticas
Lista de verificação diagnóstica
Ao investigar problemas de vibração, verifique sempre se há folgas:
- Analisar o espectro para múltiplos harmônicos
- Verificar repetibilidade de fase
- Realize testes de percussão em componentes suspeitos.
- Verifique o torque de todos os parafusos.
- Inspecione quanto a rachaduras, desgaste e deterioração.
- Corrija primeiro a folga antes de outros diagnósticos ou correções
Protocolo de manutenção
- Inclua verificações de torque dos parafusos nos planos de manutenção preventiva.
- Documente os valores de torque de referência.
- Relaxamento da tendência de torque ao longo do tempo
- Utilize compostos de travamento de rosca em fixadores críticos.
- Substitua em vez de reapertar repetidamente se o afrouxamento ocorrer.
A folga mecânica é uma causa comum, porém frequentemente negligenciada, de vibração em máquinas. Sua assinatura harmônica múltipla característica, comportamento não linear e interferência com outras medidas de diagnóstico e correção tornam essencial a verificação e correção da folga como primeiro passo em qualquer investigação de vibração.
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