Parte I: Fundamentos teóricos e regulatórios do balanceamento dinâmico

O balanceamento dinâmico em campo é uma das principais operações na tecnologia de ajuste de vibração, visando prolongar a vida útil de equipamentos industriais e prevenir situações de emergência. O uso de instrumentos portáteis como o Balanset-1A permite que essas operações sejam realizadas diretamente no local de operação, minimizando o tempo de inatividade e os custos associados à desmontagem. No entanto, o balanceamento bem-sucedido exige não apenas a capacidade de trabalhar com o instrumento, mas também um profundo conhecimento dos processos físicos subjacentes à vibração, bem como o conhecimento da estrutura regulatória que rege a qualidade do trabalho.

O princípio da metodologia baseia-se na instalação de pesos de teste e no cálculo dos coeficientes de influência do desequilíbrio. Simplificando, o instrumento mede a vibração (amplitude e fase) de um rotor em rotação, após o que o usuário adiciona sequencialmente pequenos pesos de teste em planos específicos para "calibrar" a influência da massa adicional na vibração. Com base nas mudanças na amplitude e na fase da vibração, o instrumento calcula automaticamente a massa e o ângulo de instalação necessários dos pesos corretivos para eliminar o desequilíbrio.

Esta abordagem implementa o chamado método de três execuções para balanceamento em dois planos: medição inicial e duas execuções com pesos de teste (um em cada plano). Para balanceamento em um único plano, duas execuções são geralmente suficientes – sem peso e com um peso de teste. Em instrumentos modernos, todos os cálculos necessários são realizados automaticamente, simplificando significativamente o processo e reduzindo os requisitos de qualificação do operador.

Seção 1.1: Física do Desequilíbrio: Análise em Profundidade

No cerne de qualquer vibração em equipamentos rotativos está o desequilíbrio, ou desbalanceamento. Desbalanceamento é uma condição em que a massa do rotor é distribuída de forma desigual em relação ao seu eixo de rotação. Essa distribuição desigual leva à ocorrência de forças centrífugas, que por sua vez causam vibração nos suportes e em toda a estrutura da máquina. As consequências do desequilíbrio não corrigido podem ser catastróficas: desde desgaste prematuro e destruição de rolamentos até danos à fundação e à própria máquina. Para um diagnóstico e eliminação eficazes do desequilíbrio, é necessário distinguir claramente seus tipos.

Tipos de Desequilíbrio

Configuração de máquina de balanceamento de rotor com sistema de monitoramento controlado por computador para medir forças estáticas e dinâmicas para detectar desequilíbrios em componentes rotativos de motores elétricos.

Desequilíbrio estático (plano único): Este tipo de desequilíbrio é caracterizado pelo deslocamento do centro de massa do rotor paralelo ao eixo de rotação. Em estado estático, tal rotor, instalado sobre prismas horizontais, sempre girará com o lado mais pesado para baixo. O desequilíbrio estático é predominante em rotores finos em forma de disco, onde a relação comprimento-diâmetro (C/D) é menor que 0,25, por exemplo, em rebolos ou rotores de ventiladores estreitos. A eliminação do desequilíbrio estático é possível instalando um peso corretivo em um plano de correção, diametralmente oposto ao ponto mais pesado.

Desequilíbrio de casal (momento): Este tipo ocorre quando o eixo principal de inércia do rotor intercepta o eixo de rotação no centro de massa, mas não é paralelo a ele. O desequilíbrio de par pode ser representado como duas massas desbalanceadas de igual magnitude, mas com direções opostas, localizadas em planos diferentes. Em um estado estático, tal rotor está em equilíbrio, e o desequilíbrio se manifesta apenas durante a rotação na forma de "balanço" ou "oscilação". Para compensá-lo, é necessária a instalação de pelo menos dois pesos corretivos em dois planos diferentes, criando um momento de compensação.

Diagrama técnico de um aparelho de teste de rotor de motor elétrico com enrolamentos de cobre montados em rolamentos de precisão, conectado a um equipamento de monitoramento eletrônico para medição da dinâmica rotacional.

Desequilíbrio dinâmico: Este é o tipo mais comum de desequilíbrio em condições reais, representando uma combinação de desequilíbrios estáticos e de binário. Neste caso, o eixo central principal de inércia do rotor não coincide com o eixo de rotação e não o intercepta no centro de massa. Para eliminar o desequilíbrio dinâmico, é necessária a correção da massa em pelo menos dois planos. Instrumentos de dois canais, como o Balanset-1A, são projetados especificamente para resolver este problema.

Desequilíbrio quase estático: Este é um caso especial de desequilíbrio dinâmico em que o eixo principal de inércia intercepta o eixo de rotação, mas não o centro de massa do rotor. Esta é uma distinção sutil, mas importante para o diagnóstico de sistemas de rotores complexos.

Rotores rígidos e flexíveis: distinção crítica

Um dos conceitos fundamentais do balanceamento é a distinção entre rotores rígidos e flexíveis. Essa distinção determina a possibilidade e a metodologia de um balanceamento bem-sucedido.

Rotor rígido: Um rotor é considerado rígido se sua frequência de rotação operacional for significativamente menor que sua primeira frequência crítica e não sofrer deformações elásticas significativas (deflexões) sob a ação de forças centrífugas. O balanceamento de tal rotor é normalmente realizado com sucesso em dois planos de correção. Os instrumentos Balanset-1A são projetados principalmente para trabalhar com rotores rígidos.

Rotor flexível: Um rotor é considerado flexível se operar a uma frequência de rotação próxima ou superior a uma de suas frequências críticas. Nesse caso, a deflexão elástica do eixo torna-se comparável ao deslocamento do centro de massa e, por si só, contribui significativamente para a vibração geral.

Tentar balancear um rotor flexível usando a metodologia para rotores rígidos (em dois planos) frequentemente leva ao fracasso. A instalação de pesos corretivos pode compensar a vibração em baixas velocidades sub-ressonantes, mas ao atingir a velocidade de operação, quando o rotor se curva, esses mesmos pesos podem aumentar a vibração ao excitar um dos modos de vibração de flexão. Esta é uma das principais razões pelas quais o balanceamento "não funciona", embora todas as ações com o instrumento sejam realizadas corretamente. Antes de iniciar o trabalho, é extremamente importante classificar o rotor correlacionando sua velocidade de operação com frequências críticas conhecidas (ou calculadas).

Se for impossível contornar a ressonância (por exemplo, se a máquina tiver uma velocidade fixa coincidente com a ressonante), recomenda-se alterar temporariamente as condições de montagem da unidade (por exemplo, afrouxar a rigidez do suporte ou instalar juntas elásticas temporárias) durante o balanceamento para deslocar a ressonância. Após eliminar o desbalanceamento do rotor e retornar à vibração normal, a máquina pode ser retornada às condições de montagem padrão.

Seção 1.2: Estrutura regulatória: Normas ISO

As normas na área de balanceamento desempenham diversas funções essenciais: estabelecem terminologia técnica unificada, definem requisitos de qualidade e, principalmente, servem como base para um compromisso entre necessidade técnica e viabilidade econômica. Requisitos de qualidade excessivos para balanceamento são desvantajosos, portanto, as normas ajudam a determinar em que medida é aconselhável reduzir o desbalanceamento. Além disso, podem ser utilizadas em relações contratuais entre fabricantes e clientes para determinar os critérios de aceitação.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Requisitos de qualidade para balanceamento de rotores rígidos

Software para o balanceador portátil e analisador de vibração Balanset-1A. Calculadora de tolerância de balanceamento (ISO 1940)

Esta norma é o documento fundamental para determinar o desequilíbrio residual admissível. Ela introduz o conceito de grau de qualidade de balanceamento (G), que depende do tipo de máquina e da sua frequência de rotação operacional.

Grau de qualidade G: Cada tipo de equipamento corresponde a um grau de qualidade específico que permanece constante independentemente da velocidade de rotação. Por exemplo, o grau G6.3 é recomendado para britadores e o G2.5 para turbinas e armaduras de motores elétricos.

Cálculo do desequilíbrio residual admissível (U_por): A norma permite o cálculo de um valor de desequilíbrio admissível específico que serve como indicador-alvo durante o balanceamento. O cálculo é realizado em duas etapas:

1. Determinação do desequilíbrio específico admissível (e_por) usando a fórmula:
   e_por = (G × 9549) / n
   onde G é o grau de qualidade do balanceamento (por exemplo, 2,5), n é a frequência de rotação operacional, rpm. A unidade de medida para e_por é g·mm/kg ou μm.
2. Determinação do desequilíbrio residual admissível (U_por) para todo o rotor:
   Você_por = e_por × M
   onde M é a massa do rotor, kg. A unidade de medida para U_por é g·mm.

Por exemplo, para um rotor de motor elétrico com massa de 5 kg, operando a 3000 rpm com grau de qualidade G2.5, o cálculo seria:

e_por = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm (ou g·mm/kg).

Você_por = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Isto significa que após o balanceamento, o desequilíbrio residual não deve exceder 39,8 g·mm.

O uso da norma transforma a avaliação subjetiva de "vibração ainda muito alta" em um critério objetivo e mensurável. Se o relatório final de balanceamento gerado pelo software do instrumento mostrar que o desequilíbrio residual está dentro da tolerância ISO, o trabalho é considerado executado com qualidade, o que protege o executor em situações de disputa.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Balanceamento no local

Esta norma regula diretamente o processo de balanceamento de campo.

Vantagens: A principal vantagem do balanceamento no local é que o rotor é balanceado em condições reais de operação, sobre seus suportes e sob carga operacional. Isso leva em conta automaticamente as propriedades dinâmicas do sistema de suporte e a influência dos componentes do conjunto de eixos conectados, que não podem ser modelados em uma máquina de balanceamento.

Desvantagens e limitações: A norma também indica desvantagens significativas que devem ser consideradas no planejamento do trabalho.

• Acesso limitado: Muitas vezes, o acesso aos planos de correção em uma máquina montada é difícil, limitando as possibilidades de instalação de pesos.
• Necessidade de testes: O processo de balanceamento requer vários ciclos de "início-parada" da máquina, o que pode ser inaceitável do ponto de vista do processo de produção e da eficiência econômica.
• Dificuldade com desequilíbrio severo: Em casos de desequilíbrio inicial muito grande, limitações na seleção do plano e na massa de peso corretivo podem não permitir atingir a qualidade de balanceamento necessária.

Outras Normas Relevantes

Para completar, outras normas devem ser mencionadas, como a série ISO 21940 (que substitui a ISO 1940), a ISO 8821 (que regula a consideração da influência chave) e a ISO 11342 (para rotores flexíveis).

Parte II: Guia prático para balanceamento com instrumentos Balanset-1A

O sucesso do balanceamento 80% depende da minuciosidade do trabalho preparatório. A maioria das falhas não está relacionada ao mau funcionamento do instrumento, mas à negligência de fatores que afetam a repetibilidade da medição. O principal princípio da preparação é excluir todas as outras possíveis fontes de vibração, de modo que o instrumento meça apenas o efeito do desbalanceamento.

Seção 2.1: Base do Sucesso: Diagnóstico de Pré-balanceamento e Preparação da Máquina

Antes de conectar o instrumento, é necessário realizar um diagnóstico completo do mecanismo e preparação.

Etapa 1: Diagnóstico de vibração primária (É realmente desequilíbrio?)

Antes do balanceamento, é útil realizar uma medição preliminar da vibração no modo vibrômetro. O software Balanset-1A possui um modo "Medidor de Vibração" (tecla F5), onde é possível medir a vibração geral e, separadamente, o componente na frequência de rotação (1x) antes de instalar quaisquer pesos. Esse diagnóstico ajuda a compreender a natureza da vibração: se a amplitude do harmônico rotacional principal for próxima à vibração geral, a fonte de vibração dominante provavelmente é o desbalanceamento do rotor, e o balanceamento é eficaz. Além disso, as leituras de fase e vibração de uma medição para outra devem ser estáveis e não variar mais do que 5-10%.

Use o instrumento no modo vibrômetro ou analisador de espectro (FFT) para avaliação preliminar das condições da máquina.

Sinal clássico de desequilíbrio: O espectro de vibração deve ser dominado por um pico na frequência de rotação do rotor (pico na frequência de 1x RPM). A amplitude desse componente nas direções horizontal e vertical deve ser comparável, e as amplitudes dos outros harmônicos devem ser significativamente menores.

Sinais de outros defeitos: Se o espectro contiver picos significativos em outras frequências (por exemplo, 2x, 3x RPM) ou em frequências não múltiplas, isso indica a presença de outros problemas que devem ser eliminados antes do balanceamento. Por exemplo, um pico em 2x RPM geralmente indica desalinhamento do eixo.

Etapa 2: Inspeção mecânica abrangente (lista de verificação)

Rotor: Limpe completamente todas as superfícies do rotor (pás do ventilador, martelos trituradores, etc.) removendo sujeira, ferrugem e resíduos de produtos. Mesmo uma pequena quantidade de sujeira em um raio grande cria um desequilíbrio significativo. Verifique se há elementos quebrados ou ausentes (pás, martelos) ou peças soltas.

Rolamentos: Verifique os conjuntos de rolamentos quanto a folga excessiva, ruídos estranhos e superaquecimento. Rolamentos desgastados com folga grande não permitirão a obtenção de leituras estáveis e impossibilitarão o balanceamento. É necessário verificar o encaixe dos munhões do rotor nos casquilhos e as folgas.

Fundação e estrutura: Certifique-se de que a unidade esteja instalada sobre uma fundação rígida. Verifique o aperto dos chumbadores e a ausência de rachaduras na estrutura. A presença de um "pé manco" (quando um suporte não se encaixa na fundação) ou rigidez insuficiente da estrutura de suporte resultará na absorção de energia de vibração e em leituras instáveis e imprevisíveis.

Dirigir: Para acionamentos por correia, verifique a tensão e o estado da correia. Para conexões de acoplamento, verifique o alinhamento do eixo. O desalinhamento pode gerar vibração na frequência de 2x RPM, o que distorce as medições na frequência de rotação.

Safety: Garanta a presença e a operacionalidade de todas as proteções. A área de trabalho deve estar livre de objetos e pessoas estranhas.

Seção 2.2: Configuração e instalação do instrumento

A instalação correta do sensor é fundamental para obter dados precisos e confiáveis.

Instalação de hardware

Sensores de vibração (acelerômetros):

• Conecte os cabos do sensor aos conectores do instrumento correspondentes (por exemplo, X1 e X2 para Balanset-1A).
• Instale sensores nas caixas de mancais o mais próximo possível do rotor.
• Prática principal: Para obter o sinal máximo (maior sensibilidade), os sensores devem ser instalados na direção onde a vibração é máxima. Para a maioria das máquinas posicionadas horizontalmente, esta é a direção horizontal, pois a rigidez da fundação neste plano geralmente é menor. Utilize uma base magnética potente ou um suporte rosqueado para garantir um contato rígido. Um sensor mal fixado é uma das principais causas da obtenção de dados incorretos.

Sensor de fase (tacômetro a laser):

• Conecte o sensor à entrada especial (X3 para Balanset-1A).
• Cole um pequeno pedaço de fita refletiva no eixo ou em outra parte giratória do rotor. A fita deve estar limpa e oferecer bom contraste.
• Instale o tacômetro em seu suporte magnético de forma que o feixe de laser atinja a marca de forma estável durante toda a rotação. Certifique-se de que o instrumento mostre um valor estável de rotações por minuto (RPM).

Se o sensor "errar" o alvo ou, inversamente, emitir pulsos extras, será necessário corrigir a largura/cor do alvo ou a sensibilidade/ângulo do sensor. Por exemplo, se houver elementos brilhantes no rotor, eles podem ser cobertos com fita fosca para que não reflitam o laser. Ao trabalhar ao ar livre ou em ambientes muito iluminados, se possível, proteja o sensor da luz direta, pois a iluminação intensa pode interferir no sensor de fase.

Configuração de software (Balanset-1A)

• Inicie o software (como administrador) e conecte o módulo de interface USB.
• Acesse o módulo de balanceamento. Crie um novo registro para a unidade a ser balanceada, inserindo seu nome, massa e outros dados disponíveis.
• Selecione o tipo de balanceamento: 1 plano (estático) para rotores estreitos ou 2 planos (dinâmico) para a maioria dos outros casos.
• Defina planos de correção: escolha locais no rotor onde os pesos corretivos possam ser instalados com segurança e confiabilidade (por exemplo, disco traseiro do impulsor do ventilador, ranhuras especiais no eixo).

Seção 2.3: Procedimento de balanceamento: guia passo a passo

O procedimento baseia-se no método do coeficiente de influência, em que o instrumento "aprende" como o rotor responde à instalação de uma massa conhecida. Os instrumentos Balanset-1A automatizam esse processo.

Essa abordagem implementa o chamado método de três execuções para balanceamento de dois planos: medição inicial e duas execuções com pesos de teste (um em cada plano).

Execução 0: Medição inicial

• Ligue a máquina e deixe-a atingir uma velocidade de operação estável. É extremamente importante que a velocidade de rotação seja a mesma em todas as operações subsequentes.
• No programa, inicie a medição. O instrumento registrará os valores iniciais de amplitude e fase da vibração (o chamado vetor inicial "O").

Aparelho de teste de motor industrial com rotor enrolado em cobre montado em rolamentos de precisão, com sistema de monitoramento controlado por computador para análise e diagnóstico de desempenho elétrico.

Interface de software de balanceamento dinâmico de dois planos exibindo dados de análise de vibração com formas de onda no domínio do tempo e gráficos de espectro de frequência para diagnósticos de máquinas rotativas.

Execução 1: Peso de teste no plano 1

• Pare a máquina.
• Seleção de peso de teste: Esta é a etapa mais crítica, dependendo do operador. A massa do peso de teste deve ser suficiente para causar uma alteração perceptível nos parâmetros de vibração (alteração de amplitude de pelo menos 20-30% OU mudança de fase de pelo menos 20-30 graus). Se a alteração for muito pequena, a precisão do cálculo será baixa. Isso ocorre porque o sinal fraco e útil do peso de teste "abafa" o ruído do sistema (folga dos mancais, turbulência do fluxo), levando a um cálculo incorreto do coeficiente de influência.
• Instalação do peso de teste: Fixe com segurança o peso de teste pesado (m_t) em um raio conhecido (r) no plano 1. A montagem deve suportar a força centrífuga. Registre a posição angular do peso em relação à marca de fase.
• Ligue a máquina na mesma velocidade estável.
• Realize a segunda medição. O instrumento registrará o novo vetor de vibração ("O+T").
• Pare a máquina e REMOVA o peso de teste (a menos que o programa especifique o contrário).

Renderização 3D da configuração de teste do rotor do motor elétrico com enrolamentos de cobre montados em equipamento de balanceamento de precisão, conectado a sensores de diagnóstico e laptop para análise de desempenho.

Interface de software de balanceamento dinâmico de dois planos mostrando análise de vibração com formas de onda no domínio do tempo e espectro de frequência para balanceamento de máquinas rotativas a ~2960 RPM.

Execução 2: Peso de teste no plano 2 (para balanceamento de 2 planos)

• Repita exatamente o procedimento do passo 2, mas desta vez instale o peso de teste no plano 2.
• Inicie, meça, pare e REMOVA o peso de teste.

Aparelho de teste de motor industrial com enrolamentos de cobre montados em suportes, com diagnóstico controlado por laptop para analisar o desempenho e a eficiência do motor elétrico.

Interface de máquina de balanceamento dinâmico de dois planos mostrando resultados de análise de vibração e cálculos de correção de massa para equipamentos rotativos, com leituras de desequilíbrio residual.

Cálculo e instalação de pesos corretivos

• Com base nas alterações vetoriais registradas durante os testes, o programa calculará automaticamente a massa e o ângulo de instalação do peso corretivo para cada avião.
• O ângulo de instalação geralmente é medido a partir do local do peso de teste na direção da rotação do rotor.
• Fixe com segurança pesos corretivos permanentes. Ao usar soldagem, lembre-se de que a solda em si também possui massa. Ao usar parafusos, a massa deles deve ser levada em consideração.

Modelo renderizado em 3D de uma grande bobina eletromagnética ou estator de motor montado em um aparelho de teste, com enrolamentos de cobre e equipamento de monitoramento para análise elétrica e avaliação de desempenho.

Interface de software de máquina de balanceamento dinâmico exibindo resultados de balanceamento de dois planos com massas de correção de 0,290 g e 0,270 g em ângulos específicos para eliminar vibração.

Análise de balanceamento dinâmico de dois planos mostrando gráficos polares para correção do rotor. A interface exibe os requisitos de adição de massa (0,290 g a 206° para o Plano 1, 0,270 g a 9° para o Plano 2) para minimizar a vibração e alcançar o equilíbrio mecânico em máquinas rotativas.

Execução 3: Medição de verificação e balanceamento fino

• Ligue a máquina novamente.
• Execute uma medição de controle para avaliar o nível de vibração residual.
• Compare o valor obtido com a tolerância calculada de acordo com a norma ISO 1940-1.
• Se a vibração ainda exceder a tolerância, o instrumento, utilizando coeficientes de influência já conhecidos, calculará uma pequena correção "fina" (trim). Instale este peso adicional e verifique novamente. Normalmente, um ou dois ciclos de balanceamento fino são suficientes.
• Após a conclusão, salve o relatório e os coeficientes de influência para possível uso futuro em máquinas semelhantes.

Renderização 3D de um conjunto de rotor de motor elétrico em equipamento de teste, apresentando enrolamentos de cobre com indicadores de diagnóstico verdes e dispositivos de medição conectados para análise de controle de qualidade.

Interface de software de balanceamento dinâmico de dois planos mostrando resultados de medição de vibração e cálculos de correção para máquinas rotativas, exibindo massas de teste, ângulos e valores de desequilíbrio residual.

Parte III: Resolução Avançada de Problemas e Solução de Problemas

Esta seção é dedicada aos aspectos mais complexos do balanceamento de campo — situações em que o procedimento padrão não produz resultados.

O balanceamento dinâmico envolve a rotação de peças maciças, portanto, observar os procedimentos de segurança é fundamental. Abaixo estão as principais medidas de segurança ao balancear rotores no local:

Medidas de segurança

Prevenção de partida acidental (bloqueio/etiquetagem): Antes de iniciar o trabalho, é necessário desenergizar e desconectar o acionamento do rotor. Placas de advertência são afixadas nos dispositivos de partida para que ninguém ligue a máquina por engano. O principal risco é a partida repentina do rotor durante a instalação de pesos ou sensores. Portanto, antes de instalar pesos de teste ou corretivos, o eixo deve ser parado de forma confiável e sua partida deve ser impossível sem o seu conhecimento. Por exemplo, desconecte o interruptor automático do motor e pendure um cadeado com etiqueta ou remova os fusíveis. Somente após garantir que o rotor não ligue espontaneamente é que a instalação dos pesos pode ser realizada.

Equipamento de proteção individual: Ao trabalhar com peças rotativas, utilize EPI adequado. Óculos de segurança ou protetor facial são obrigatórios para proteger contra possível projeção de peças pequenas ou pesos. Luvas - conforme apropriado (protegem as mãos durante a instalação dos pesos, mas durante as medições é melhor trabalhar sem roupas largas e luvas que possam se prender às peças rotativas). As roupas devem ser justas, sem bordas soltas. Cabelos longos devem ser presos sob um lenço na cabeça. Uso de protetores auriculares ou fones de ouvido - ao trabalhar com máquinas barulhentas (balancear ventiladores grandes, por exemplo, pode ser acompanhado de ruído forte). Se for utilizada soldagem para fixação dos pesos - use também máscara de solda, luvas de solda e remova materiais inflamáveis.

Zona de perigo ao redor da máquina: Limite o acesso de pessoas não autorizadas à zona de balanceamento. Durante os testes, barreiras ou, pelo menos, fitas de advertência são instaladas ao redor da unidade. O raio da zona de perigo é de pelo menos 3 a 5 metros, e ainda maior para rotores grandes. Ninguém deve permanecer na linha de rotação das peças ou próximo ao plano de rotação do rotor durante sua aceleração. Esteja preparado para situações de emergência: o operador deve ter um botão de parada de emergência pronto ou estar próximo ao interruptor de energia para desenergizar imediatamente a unidade em caso de ruídos estranhos, vibração acima dos níveis permitidos ou ejeção de peso.

Fixação de peso confiável: Ao fixar pesos de teste ou corretivos permanentes, preste atenção especial à sua fixação. Pesos de teste temporários são frequentemente fixados com um parafuso em um furo existente ou colados com fita adesiva forte/fita dupla face (para pesos pequenos e baixas velocidades), ou soldados por pontos em alguns pontos (se for seguro e o material permitir). Pesos corretivos permanentes devem ser fixados de forma confiável e duradoura: como regra, eles são soldados, parafusados com parafusos ou perfurados (remoção de massa) nos locais necessários. É estritamente proibido deixar um peso mal fixado no rotor (por exemplo, com um ímã sem suporte ou cola fraca) durante a rotação - um peso ejetado torna-se um projétil perigoso. Calcule sempre a força centrífuga: mesmo um parafuso de 10 gramas a 3000 rpm cria uma grande força de ejeção, portanto, a fixação deve suportar sobrecargas com uma grande margem. Após cada parada, verifique se a fixação do peso de teste se soltou antes de ligar o rotor novamente.

Segurança elétrica dos equipamentos: O instrumento Balanset-1A geralmente é alimentado pela porta USB de um laptop, o que é seguro. No entanto, se o laptop estiver conectado a uma rede de 220 V por meio de um adaptador, medidas gerais de segurança elétrica devem ser observadas: use uma tomada aterrada em boas condições, não passe cabos por áreas úmidas ou quentes e proteja o equipamento da umidade. É proibido desmontar ou reparar o instrumento Balanset ou sua fonte de alimentação enquanto estiver conectado à rede. Todas as conexões de sensores são feitas somente com o instrumento desenergizado (USB desconectado ou laptop desligado). Se houver tensão instável ou forte interferência elétrica no local de trabalho, é aconselhável alimentar o laptop a partir de uma fonte autônoma (UPS, bateria) para evitar interferência nos sinais ou desligamento do instrumento.

Contabilização das características do rotor: Alguns rotores podem exigir precauções adicionais. Por exemplo, ao balancear rotores de alta velocidade, certifique-se de que eles não excedam a velocidade permitida (não "fujam"). Para isso, podem ser utilizadas limitações tacométricas ou a frequência de rotação pode ser verificada previamente. Rotores longos e flexíveis podem atingir velocidades críticas durante a rotação – esteja preparado para reduzir rapidamente as rotações em caso de vibrações excessivas. Se o balanceamento for realizado em uma unidade com fluido de trabalho (por exemplo, bomba, sistema hidráulico), certifique-se de que, durante o balanceamento, não haja fornecimento de fluido ou outras alterações de carga.

Documentação e comunicação: De acordo com as normas de segurança ocupacional, é desejável ter instruções específicas para a sua empresa sobre a condução segura do trabalho de balanceamento. Elas devem prescrever todas as medidas listadas e, possivelmente, medidas adicionais (por exemplo, requisitos para a presença de um segundo observador, inspeção das ferramentas antes do trabalho, etc.). Familiarize toda a equipe envolvida no trabalho com essas instruções. Antes de iniciar os experimentos, realize um breve briefing: quem faz o quê, quando sinalizar uma parada, quais sinais convencionais devem ser dados. Isso é especialmente importante se uma pessoa estiver no painel de controle e outra no equipamento de medição.

A observância das medidas listadas minimizará os riscos durante o balanceamento. Lembre-se de que a segurança está acima da velocidade do balanceamento. É melhor dedicar mais tempo à preparação e ao controle do que permitir um acidente. Na prática do balanceamento, há casos conhecidos em que o desrespeito às regras (por exemplo, fixação inadequada de pesos) levou a acidentes e lesões. Portanto, aborde o processo com responsabilidade: o balanceamento não é apenas uma operação técnica, mas também potencialmente perigosa, que exige disciplina e atenção.

Seção 3.1: Diagnóstico e superação da instabilidade de medição (leituras "flutuantes")

Sintoma: Durante medições repetidas sob condições idênticas, as leituras de amplitude e/ou fase mudam significativamente ("flutuação", "salto"). Isso impossibilita o cálculo de correção.

Causa raiz: O instrumento não apresenta mau funcionamento. Ele relata com precisão que a resposta vibracional do sistema é instável e imprevisível. A tarefa do especialista é encontrar e eliminar a fonte dessa instabilidade.

Algoritmo de diagnóstico sistemático:

• Frouxidão mecânica: Esta é a causa mais frequente. Verifique o aperto dos parafusos de fixação da caixa de mancal e dos chumbadores da estrutura. Verifique se há rachaduras na fundação ou na estrutura. Elimine o "pé manco".
• Defeitos nos rolamentos: Folga interna excessiva em rolamentos ou desgaste da carcaça do mancal permite que o eixo se mova caoticamente dentro do suporte, levando a leituras instáveis.
• Instabilidade relacionada ao processo:
  • Aerodinâmico (ventiladores): Fluxo de ar turbulento e separação do fluxo das pás podem causar efeitos de força aleatórios no impulsor.
  • Hidráulica (bombas): A cavitação — formação e colapso de bolhas de vapor em líquidos — cria choques hidráulicos poderosos e aleatórios. Esses choques mascaram completamente o sinal periódico de desequilíbrio e impossibilitam o balanceamento.
  • Movimento interno de massa (trituradores, moinhos): Durante a operação, o material pode se mover e se redistribuir dentro do rotor, agindo como "desequilíbrio móvel".
• Ressonância: Se a velocidade de operação estiver muito próxima da frequência natural da estrutura, mesmo pequenas variações de velocidade (50-100 rpm) causam grandes mudanças na amplitude e na fase da vibração. O balanceamento na zona de ressonância é impossível. É necessário realizar um teste de desaceleração (ao parar a máquina) para determinar os picos de ressonância e escolher uma velocidade de balanceamento que se afaste deles.
• Efeitos térmicos: À medida que a máquina aquece, a expansão térmica pode causar entortamento do eixo ou alterações no alinhamento, levando a "desvios" na leitura. É necessário aguardar até que a máquina atinja um regime térmico estável e realizar todas as medições nessa temperatura.
• Influência de equipamentos vizinhos: Vibrações fortes de máquinas vizinhas em operação podem ser transmitidas pelo piso e distorcer as medições. Se possível, isole a unidade que está sendo balanceada ou interrompa a fonte de interferência.

Seção 3.2: Quando o balanceamento não ajuda: Identificando defeitos de raiz

Sintoma: O procedimento de balanceamento foi realizado, as leituras estão estáveis, mas a vibração final permanece alta. Ou o balanceamento em um plano piora a vibração em outro.

Causa raiz: O aumento da vibração não é causado por um simples desbalanceamento. O operador está tentando resolver um problema de geometria ou falha de componente com o método de correção de massa. Uma tentativa malsucedida de balanceamento, neste caso, é um teste diagnóstico bem-sucedido que comprova que o problema não é desbalanceamento.

Usando o analisador de espectro para diagnóstico diferencial:

• Desalinhamento do eixo: O principal sinal é um pico de vibração elevado a uma frequência de 2x RPM, frequentemente acompanhado de um pico significativo a 1x RPM. Alta vibração axial também é característica. Tentativas de "equilibrar" o desalinhamento estão fadadas ao fracasso. Solução: realizar um alinhamento de eixo de qualidade.
• Defeitos em rolamentos: Manifestam-se como vibração de alta frequência no espectro em frequências características de "mancal" (BPFO, BPFI, BSF, FTF) que não são múltiplas da frequência de rotação. A função FFT nos instrumentos Balanset ajuda a detectar esses picos.
• Arco do eixo: Manifesta-se como pico alto a 1x RPM (semelhante ao desequilíbrio), mas geralmente acompanhado por componente perceptível a 2x RPM e alta vibração axial, tornando o quadro semelhante a uma combinação de desequilíbrio e desalinhamento.
• Problemas elétricos (motores elétricos): A assimetria do campo magnético (por exemplo, devido a defeitos na barra do rotor ou excentricidade do entreferro) pode causar vibração com o dobro da frequência de alimentação (100 Hz para uma rede de 50 Hz). Essa vibração não é eliminada pelo balanceamento mecânico.

Um exemplo de relação complexa de causa e efeito é a cavitação em uma bomba. A baixa pressão de entrada leva à ebulição do líquido e à formação de bolhas de vapor. O colapso subsequente no impulsor causa dois efeitos: 1) desgaste erosivo das pás, que, com o tempo, altera o balanceamento do rotor; 2) choques hidráulicos aleatórios potentes que criam "ruído" vibracional de banda larga, mascarando completamente o sinal útil do desequilíbrio e tornando as leituras instáveis. A solução não é o balanceamento, mas a eliminação da causa hidráulica: verificar e limpar a linha de sucção, garantindo margem de cavitação (NPSH) suficiente.

Erros comuns de balanceamento e dicas de prevenção

Ao realizar o balanceamento de rotores, especialmente em condições de campo, iniciantes frequentemente se deparam com erros típicos. Abaixo, listamos alguns erros comuns e recomendações sobre como evitá-los:

Balanceamento de um rotor defeituoso ou sujo: Um dos erros mais frequentes é tentar balancear um rotor que apresenta outros problemas: rolamentos desgastados, folga, rachaduras, sujeira aderida, etc. Como resultado, o desbalanceamento pode não ser a principal causa da vibração e, após longas tentativas, a vibração permanece alta. Dica: sempre verifique as condições do mecanismo antes de balancear.

Peso de teste muito pequeno: Um erro comum é instalar um peso de teste com massa insuficiente. Como resultado, sua influência se afoga no ruído de medição: a fase quase não muda, a amplitude muda apenas alguns pontos percentuais e o cálculo do peso corretivo torna-se impreciso. Conselho: siga a regra de mudança de vibração 20-30%. Às vezes, é melhor fazer várias tentativas com diferentes pesos de teste (mantendo a opção mais bem-sucedida) - o instrumento permite isso, você estará apenas sobrescrevendo o resultado da Execução 1. Observe também: usar um peso de teste muito grande também é indesejável, pois pode sobrecarregar os suportes. Selecione um peso de teste com massa tal que, quando instalado, a amplitude de vibração 1× mude em pelo menos um quarto em relação ao original. Se após a primeira execução de teste você notar que as alterações são pequenas - aumente corajosamente a massa do peso de teste e repita a medição.

Não conformidade com a constância do regime e efeitos de ressonância: Se, durante o balanceamento entre diferentes execuções, o rotor girar em velocidades significativamente diferentes, ou durante a medição a velocidade "flutuar", os resultados serão incorretos. Além disso, se a velocidade estiver próxima da frequência de ressonância do sistema, a resposta de vibração pode ser imprevisível (grandes mudanças de fase, dispersão de amplitude). O erro é ignorar esses fatores. Recomendação: mantenha sempre a velocidade de rotação estável e idêntica durante todas as medições. Se o inversor tiver um regulador, defina rotações fixas (por exemplo, exatamente 1500 rpm para todas as medições). Evite ultrapassar velocidades críticas da estrutura. Se notar que, de execução para execução, a fase "salta" e a amplitude não se repete nas mesmas condições, suspeite de ressonância. Nesse caso, tente reduzir ou aumentar a velocidade em 10-15% e repita as medições, ou altere a rigidez da instalação da máquina para amortecer a ressonância. A tarefa é tirar o regime de medição da zona de ressonância, caso contrário, o balanceamento não terá sentido.

Erros de fase e marcação: Às vezes, o usuário se confunde com medições angulares. Por exemplo, indica incorretamente onde contar o ângulo de instalação do peso. Como resultado, o peso é instalado em um local diferente do calculado pelo instrumento. Recomendação: monitore cuidadosamente a determinação do ângulo. No Balanset-1A, o ângulo do peso corretivo geralmente é medido a partir da posição do peso de teste na direção de rotação. Ou seja, se o instrumento mostrasse, digamos, "Plano 1: 45°", isso significa que, a partir do ponto onde o peso de teste estava, meça 45° na direção de rotação. Por exemplo, os ponteiros do relógio giram no sentido horário e o rotor gira no sentido horário, então 90 graus serão onde as 3 horas estão no mostrador. Alguns instrumentos (ou programas) podem medir a fase a partir da marca ou na direção oposta – sempre leia as instruções específicas do dispositivo. Para evitar confusão, você pode marcar diretamente no rotor: marque a posição do peso de teste como 0°, indique a direção de rotação com uma seta e, usando um transferidor ou gabarito de papel, meça o ângulo para o peso permanente.

Atenção: durante o balanceamento, o tacômetro não pode ser movido. Ele deve estar sempre apontado para o mesmo ponto da circunferência. Se a marca de fase for deslocada ou o sensor de fase for reinstalado, toda a imagem de fase será distorcida.

Fixação incorreta ou perda de pesos: Acontece que, às pressas, o peso foi mal fixado e, na partida seguinte, caiu ou se deslocou. Então, todas as medições desta operação são inúteis e, o mais importante, perigosas. Ou então, outro erro: esquecer de remover o peso de teste quando a metodologia exige sua remoção e, como resultado, o instrumento pensa que ele não está lá, mas permaneceu no rotor (ou vice-versa: o programa esperava que ele fosse deixado, mas você o removeu). Dica: siga rigorosamente a metodologia escolhida: se for necessário remover o peso de teste antes de instalar o segundo, remova-o e não se esqueça disso. Use uma lista de verificação: "peso de teste 1 removido, peso de teste 2 removido" - antes do cálculo, certifique-se de que não haja massas extras no rotor. Ao fixar pesos, verifique sempre sua confiabilidade. É melhor gastar 5 minutos extras perfurando ou apertando parafusos do que depois procurar a peça ejetada. Nunca fique no plano de possível ejeção do peso durante a centrifugação - esta é uma regra de segurança e também em caso de erro.

Não usar recursos do instrumento: Alguns operadores ignoram inconscientemente as funções úteis do Balanset-1A. Por exemplo, eles não salvam coeficientes de influência para rotores semelhantes, não usam gráficos de desaceleração e modo espectro se o instrumento os fornecer. Conselho: familiarize-se com o manual do instrumento e utilize todas as suas opções. O Balanset-1A pode construir gráficos de mudanças de vibração durante a desaceleração (útil para detecção de ressonância), realizar análises espectrais (ajuda a garantir que o harmônico 1× predomine) e até mesmo medir a vibração relativa do eixo por meio de sensores sem contato, se estiverem conectados. Essas funções podem fornecer informações valiosas. Além disso, os coeficientes de influência salvos permitirão o balanceamento de um rotor semelhante na próxima vez sem pesos de teste – uma corrida será suficiente, economizando tempo.

Em resumo, cada erro é mais fácil de prevenir do que corrigir. Atenção cuidadosa à preparação, adesão rigorosa à metodologia de medição, uso de dispositivos de fixação confiáveis e aplicação da lógica do instrumento são as chaves para um balanceamento rápido e bem-sucedido. Se algo der errado, não hesite em interromper o processo, analisar a situação (possivelmente com a ajuda de diagnósticos de vibração) e só então prosseguir. O balanceamento é um processo iterativo que exige paciência e precisão.

Exemplo de configuração e calibração na prática:

Imagine que precisamos balancear rotores de duas unidades de ventilação idênticas. A configuração do instrumento é realizada para o primeiro ventilador: instalamos o software, conectamos os sensores (dois em suportes, o óptico em um suporte), preparamos o ventilador para a partida (removemos a carcaça, aplicamos a marca). Realizamos o balanceamento do primeiro ventilador com pesos de teste, o instrumento calcula e sugere a correção - nós a instalamos e alcançamos a redução da vibração de acordo com os padrões. Em seguida, salvamos o arquivo de coeficientes (por meio do menu do instrumento). Agora, passando para o segundo ventilador idêntico, podemos carregar este arquivo. O instrumento solicitará a execução imediata de uma corrida de controle (essencialmente, a medição da Corrida 0 para o segundo ventilador) e, usando os coeficientes carregados anteriormente, fornecerá imediatamente as massas e os ângulos dos pesos corretivos para o segundo ventilador. Instalamos os pesos, iniciamos - e obtemos uma redução significativa da vibração desde a primeira tentativa, geralmente dentro da tolerância. Assim, a configuração do instrumento com o salvamento dos dados de calibração na primeira máquina permitiu reduzir drasticamente o tempo de balanceamento para a segunda. É claro que, se a vibração do segundo ventilador não reduzir ao padrão, ciclos adicionais com pesos de teste podem ser realizados individualmente, mas frequentemente os dados salvos são suficientes.

Equilibrando os Padrões de Qualidade

Parte IV: Perguntas frequentes e notas de aplicação

Esta seção resume conselhos práticos e responde às perguntas que mais frequentemente surgem entre especialistas em condições de campo.

Seção 4.1: Perguntas frequentes gerais (FAQ)

Quando usar balanceamento de 1 plano e quando usar balanceamento de 2 planos?
Use balanceamento de 1 plano (estático) para rotores estreitos em forma de disco (relação L/D < 0,25) onde o desequilíbrio de par é desprezível. Use balanceamento de 2 planos (dinâmico) para praticamente todos os outros rotores, especialmente com L/D > 0,25 ou operando em altas velocidades.

O que fazer se o peso de teste causou um aumento perigoso de vibração?
Pare a máquina imediatamente. Isso significa que o peso de teste foi instalado próximo ao ponto de peso existente, agravando o desequilíbrio. A solução é simples: mova o peso de teste 180 graus em relação à sua posição original.

Os coeficientes de influência salvos podem ser usados para outra máquina?
Sim, mas somente se a outra máquina for absolutamente idêntica — mesmo modelo, mesmo rotor, mesma fundação, mesmos mancais. Qualquer alteração na rigidez estrutural alterará os coeficientes de influência, tornando-os inválidos. A melhor prática é sempre realizar novos testes para cada nova máquina.

Como contabilizar rasgos de chaveta? (ISO 8821)
A prática padrão (salvo especificação em contrário na documentação) é usar uma "meia chaveta" na ranhura do eixo ao balancear sem a peça correspondente. Isso compensa a massa da parte da chaveta que preenche a ranhura no eixo. Usar uma chaveta completa ou balancear sem chaveta resultará em um conjunto balanceado incorretamente.

Quais são as medidas de segurança mais importantes?

• Segurança elétrica: Utilize um esquema de conexão com dois interruptores sequenciais para evitar o "descontrole" acidental do rotor. Aplique procedimentos de bloqueio e etiquetagem (LOTO) ao instalar pesos. O trabalho deve ser realizado sob supervisão e a área de trabalho deve ser isolada.
• Segurança mecânica: Não trabalhe com roupas largas ou elementos esvoaçantes. Antes de começar, certifique-se de que todas as proteções estejam no lugar. Nunca toque em peças rotativas nem tente frear o rotor manualmente. Certifique-se de que os pesos corretivos estejam presos com segurança para que não se tornem projéteis.
• Cultura geral de produção: Mantenha o local de trabalho limpo e não obstrua os caminhos.

Seção 4.2: Guia de balanceamento para tipos específicos de equipamentos

Ventiladores industriais e exaustores de fumaça:

• Problema: Mais suscetível ao desequilíbrio devido ao acúmulo de produto nas lâminas (aumento de massa) ou desgaste abrasivo (perda de massa).
• Procedimento: Limpe sempre bem o rotor antes de iniciar o trabalho. O balanceamento pode exigir várias etapas: primeiro o rotor em si, depois a montagem com o eixo. Preste atenção às forças aerodinâmicas que podem causar instabilidade.

Bombas:

• Problema: Principal inimigo - cavitação.
• Procedimento: Antes do balanceamento, certifique-se de que haja uma margem de cavitação suficiente na entrada (NPSHa). Verifique se a tubulação de sucção ou o filtro não estão obstruídos. Se ouvir um ruído característico de "cascalho" e a vibração for instável, elimine primeiro o problema hidráulico.

Trituradores, moedores e trituradores:

• Problema: Desgaste extremo, possibilidade de grandes e repentinas mudanças de desbalanceamento devido à quebra ou desgaste do martelo/batedor. Os rotores são pesados e operam sob altas cargas de impacto.
• Procedimento: Verifique a integridade e a fixação dos elementos de trabalho. Devido à forte vibração, pode ser necessário fixar a estrutura da máquina ao piso para obter leituras estáveis.

Induzidos para motores elétricos:

• Problema: Pode ter fontes de vibração mecânicas e elétricas.
• Procedimento: Use um analisador de espectro para verificar se há vibração em frequências duas vezes maiores que a de alimentação (por exemplo, 100 Hz). Sua presença indica mau funcionamento elétrico, não desequilíbrio. Para armaduras de motores CC e motores de indução, aplica-se o procedimento padrão de balanceamento dinâmico.

Conclusão

O balanceamento dinâmico de rotores no local, utilizando instrumentos portáteis como o Balanset-1A, é uma ferramenta poderosa para aumentar a confiabilidade e a eficiência da operação de equipamentos industriais. No entanto, como demonstra a análise, o sucesso desse procedimento depende não tanto do instrumento em si, mas da qualificação do especialista e da capacidade de aplicar uma abordagem sistemática.

As principais conclusões deste guia podem ser reduzidas a vários princípios fundamentais:

A preparação determina o resultado: A limpeza completa do rotor, a verificação das condições dos mancais e da fundação, e o diagnóstico preliminar de vibração para excluir outros defeitos são condições obrigatórias para um balanceamento bem-sucedido.

A conformidade com os padrões é a base da qualidade e da proteção legal: A aplicação da ISO 1940-1 para determinar tolerâncias de desequilíbrio residual transforma a avaliação subjetiva em resultado objetivo, mensurável e legalmente significativo.

O instrumento não é apenas um balanceador, mas também uma ferramenta de diagnóstico: A incapacidade de balancear um mecanismo ou a instabilidade na leitura não são falhas do instrumento, mas sim importantes sinais diagnósticos que indicam a presença de problemas mais sérios, como desalinhamento, ressonância, defeitos de rolamento ou violações tecnológicas.

Entender a física dos processos é fundamental para resolver tarefas não padronizadas: O conhecimento das diferenças entre rotores rígidos e flexíveis, a compreensão da influência da ressonância, deformações térmicas e fatores tecnológicos (por exemplo, cavitação) permite que especialistas tomem decisões corretas em situações em que as instruções passo a passo padrão não funcionam.

Assim, o balanceamento de campo eficaz é uma síntese de medições precisas realizadas por instrumentos modernos e uma abordagem analítica aprofundada, baseada no conhecimento da teoria da vibração, normas e experiência prática. Seguir as recomendações descritas neste guia permitirá que especialistas técnicos não apenas lidem com sucesso com tarefas típicas, mas também diagnostiquem e resolvam com eficácia problemas complexos e não triviais de vibração de equipamentos rotativos.