AXILINECausas hidráulicas da vibração em bombas: cavitação, frequência de passagem das pás e ponto de funcionamento
A bomba começou a fazer ruído, o instrumento mostra 6,8 mm/s no apoio do rolamento, e sugerem-lhe retirar o impulsor e equilibrá-lo. Numa bomba, esta decisão está errada com mais frequência do que em qualquer outra máquina. O impulsor trabalha dentro de um escoamento, e o escoamento cria as suas próprias forças: abanam o rotor, a carcaça e a tubagem, mas nada têm a ver com a distribuição de massa. A seguir, explicamos como distinguir a hidráulica do desequilíbrio sem desmontar a bomba, e o que verificar em primeiro lugar.
A bomba não vibra só por desequilíbrio
As forças hidráulicas numa bomba dividem-se em três grupos. A primeira: a força radial na voluta, que puxa o veio para o lado e depende do caudal. A segunda: os impulsos periódicos de pressão da passagem das pás junto à língua do difusor, que atuam na frequência de passagem das pás e nos seus harmónicos. A terceira: forças aleatórias do colapso de cavidades de vapor e do desprendimento de vórtices, que dão um ruído de banda larga sem linhas definidas.
A parte traiçoeira é que uma parte destas forças se repete exatamente uma vez por rotação. Uma folga desigual ao longo da circunferência, um canal entre pás obstruído, uma montagem excêntrica do impulsor, um anel de desgaste gasto: tudo isto se soma à componente de rotação 1x — a vibração exatamente à frequência de rotação. Vê uma 1x elevada, coloca massas, o programa reporta honestamente «dentro da tolerância», e ao fim de um dia o nível volta, porque a causa está no escoamento, não na massa.
Daqui resulta a regra de trabalho com bombas: antes de colocar uma massa de teste, tem de conhecer não só a velocidade de rotação, mas também o regime de caudal e pressão. Sem estes números, o diagnóstico é feito ao acaso.
- Força radial dependente do caudal: mínima perto do ponto de rendimento máximo, aumenta ao desviar-se dele em qualquer sentido, carrega os rolamentos e o vedante mecânico sempre para o mesmo lado.
- Frequência de passagem das pás f_p = z · n / 60, em que z é o número de pás do impulsor e n é a velocidade em rotações por minuto. Existe em qualquer bomba em bom estado.
- Cavitação e separação do escoamento: subida de banda larga aproximadamente entre 1 e 10 kHz, por vezes modulada pela frequência de passagem das pás.
- Recirculação a caudal reduzido: componentes subsíncronas instáveis na zona de 0,5–0,9 da frequência de rotação.
- Pulsações de pressão: abanam em primeiro lugar a tubagem, e voltam à carcaça da bomba através dos flanges.
- Ar no escoamento: as leituras saltam, e junto com elas variam a altura manométrica e a corrente do motor.
A hidráulica e o desequilíbrio coexistem tranquilamente. A cavitação, ao longo de um ano, desgasta as arestas de entrada das pás de forma desigual, e obtém-se um desequilíbrio real como consequência. A ordem de trabalho não muda por isso: primeiro põe-se o escoamento em ordem, depois faz-se nova medição, e só então se decide sobre as massas.
Cavitação: como a reconhecer sem desmontar
A cavitação começa onde a pressão absoluta à entrada do impulsor cai até à pressão de vapor saturado do líquido. Formam-se bolhas no escoamento, que são arrastadas para a zona de alta pressão, onde colapsam junto à superfície das pás. Cada colapso é um microimpacto no metal.
Aqui o ouvido funciona mais depressa do que o instrumento. Uma bomba a cavitar soa como se estivesse a bombear gravilha junto com a água: um estalido irregular, que muda com a posição da válvula. Um zumbido uniforme numa única nota não é cavitação.
No espectro — a decomposição da vibração por frequências — a cavitação não aparece como um pico, mas como um patamar: uma subida de banda larga aproximadamente entre 1 e 10 kHz, sem linhas discretas, muitas vezes modulada pela frequência de passagem das pás. Para a ver, suba o limite superior do espectro, o Fmax, para a gama dos quilohertz, e observe a aceleração de vibração, não a velocidade de vibração: em mm/s, a parte de alta frequência quase não se vê. Sobre a escolha do Fmax e da resolução em frequência, escrevemos num artigo à parte.
Confirme o diagnóstico pelo regime, não por suposição. Feche parcialmente a válvula na descarga: o caudal desce, o NPSH requerido diminui, o estalido normalmente atenua-se. Suba o nível no reservatório de aspiração ou deixe o líquido arrefecer: a cavitação desaparece, porque aumenta a margem até à pressão de vapor saturado. Limpe um filtro obstruído à entrada: a pressão de aspiração restabelece-se, o estalido desaparece. O desequilíbrio não reage a nada disto.
A inspeção fecha a questão de forma definitiva. A erosão por cavitação deixa uma superfície característica, corroída e rugosa, nas arestas de entrada das pás e no disco de cobertura, e não um desgaste abrasivo uniforme. Se existirem estas marcas, a máquina esteve a cavitar durante muito tempo, e o impulsor está quase de certeza já assimétrico em massa.
- Som: estalido irregular, «gravilha no escoamento», muda com a válvula.
- Espectro de aceleração de vibração: subida larga de 1–10 kHz sem linhas definidas.
- Manómetro à entrada: pressão absoluta próxima da pressão de vapor saturado à temperatura de trabalho.
- Margem de NPSH: o NPSH disponível real menos o NPSH requerido pela curva do fabricante ao caudal real. Como referência prática, usa-se uma margem de 0,5–1 m ou 10–30%; consulte o valor exato na documentação da bomba.
- Líquido quente: a pressão de vapor saturado aumenta com a temperatura, e uma bomba que trabalhava sem problemas no inverno começa a cavitar no verão.
- Filtro ou crivo de aspiração parcialmente obstruídos, válvula de aspiração parcialmente fechada.
- Arestas de entrada das pás: superfície corroída, cavidades, zonas localizadas de menor espessura.
A equilibragem não trata a cavitação, e a razão é simples. As cavidades colapsam de forma aleatória no tempo e no espaço, e essa força não está ligada à posição angular do rotor. A massa de correção cria uma força exatamente uma vez por rotação, e não há nada para lhe opor. Vai reduzir a 1x, mas o estalido e o ruído de alta frequência mantêm-se iguais, e o impulsor continua a deteriorar-se.
Funcionamento fora do ponto de funcionamento: força radial e recirculação
A bomba é projetada para um ponto da curva característica. No ponto de rendimento máximo, o escoamento entra na pá com o ângulo de projeto, e a força radial na voluta é mínima. Ao afastar-se desse ponto, o quadro muda em ambos os sentidos.
A caudal reduzido, quando a válvula está parcialmente fechada ou a rede está obstruída, começa a recirculação: parte do escoamento inverte o sentido e regressa, à entrada e à saída do impulsor. Surgem vórtices potentes, que se desprendem de forma irregular. No espectro, isto aparece como componentes subsíncronas instáveis de 0,5–0,9 da frequência de rotação, mais um ruído de fundo de banda larga elevado, muito parecido com o da cavitação. Os danos por recirculação também se parecem com os da cavitação, só que ficam do outro lado da pá.
Ao mesmo tempo, a força radial aumenta. O veio flete, o vedante mecânico trabalha desalinhado, o rolamento recebe uma carga constante sempre para o mesmo lado. Segue-se uma cadeia previsível: fuga no vedante, desgaste do rolamento, aumento das folgas e aumento da 1x, que vai confundir com desequilíbrio.
Uma válvula totalmente aberta não é mais segura. O NPSH requerido aumenta com o caudal, e a bomba entra em cavitação simplesmente por estar a bombear mais do que o previsto no projeto, podendo o motor ultrapassar a corrente nominal.
Sintomas de caudal reduzido
Válvula parcialmente fechada, caudal claramente abaixo do previsto no projeto, corrente do motor abaixo da nominal, a carcaça aquece. No espectro, componentes subsíncronas 0,5–0,9x, instáveis em frequência e amplitude, mais um ruído de fundo elevado. O nível muda de forma percetível quando se mexe na válvula.
Sintomas de caudal elevado
Válvula totalmente aberta, pressão de descarga baixa, corrente do motor acima da nominal. O estalido intensifica-se ao abrir mais a válvula. Verifique o NPSH requerido pela curva ao caudal real: aumentou junto com o caudal.
Caudal mínimo estável
É indicado à parte pelo fabricante. Como referência de trabalho: os problemas percetíveis de recirculação começam abaixo de aproximadamente metade do caudal no ponto de rendimento máximo, mas o limite exato depende da bomba em concreto. Uma linha de bypass resolve melhor o problema do que uma válvula permanentemente semifechada.
Quando não é possível restabelecer o ponto de funcionamento
Por vezes, a bomba não foi escolhida para a rede em questão. Nesse caso, o regime não se corrige com a válvula: apara-se o diâmetro exterior do impulsor, troca-se o impulsor ou instala-se um variador de frequência. Tenha em conta uma coisa: depois de aparado, o impulsor tem de ser equilibrado de novo, porque a remoção de metal praticamente nunca sai simétrica.
Frequência de passagem das pás: calcule-a antes de pegar nas massas
A frequência de passagem das pás existe em qualquer bomba em bom estado, e por si só não é um defeito. Calcula-se em dez segundos: f_p = z · n / 60. Um impulsor com cinco pás a 2950 rpm dá uma frequência de rotação de 49,2 Hz e uma frequência de passagem de 5 · 49,2 = 246 Hz.
É obrigatório calculá-la, caso contrário vai confundir a frequência de passagem das pás com um harmónico da frequência de rotação. Num impulsor de seis pás, ela cai exatamente em 6x, num de quatro pás em 4x, e num impulsor helicoidal de duas pás cai em 2x, ou seja, exatamente onde se procura o desalinhamento. O mesmo pico no espectro recebe dois diagnósticos opostos, e é o número de pás que determina qual deles é o correto.
A frequência de passagem das pás aumenta por causa da geometria e do regime. O principal responsável é a folga radial entre o diâmetro exterior do impulsor e a língua do difusor ou da voluta. Quanto menor a folga, mais brusco o impulso de pressão na passagem de cada pá, e mais alto o pico. A folga muda por si só: o impulsor desloca-se no veio, a língua desgasta-se com o escoamento, a carcaça desgasta-se.
O segundo fator é a relação entre o número de pás do impulsor e o número de pás do difusor. Combinações desfavoráveis, sobretudo números iguais, provocam pulsações fortes na frequência de passagem das pás e no seu segundo harmónico. Isto não se corrige no local: troca-se o impulsor por um com outro número de pás, ou apara-se a língua, e isso deve ser feito em concordância com o fabricante.
| O que vê no espectro | O que significa | O que fazer |
|---|---|---|
| Pico em z·1x moderado e estável, sem tendência de subida | Normal para esta bomba | Registar como nível de referência e não mexer |
| Pico em z·1x subiu várias vezes, surgiram 2·z·1x e 3·z·1x | A folga com a língua do difusor diminuiu, a língua está desgastada ou o impulsor deslocou-se no veio | Medir as folgas e a posição axial do impulsor na próxima desmontagem |
| Pico em z·1x aumenta junto com o desvio do caudal em relação ao previsto | Regime, não geometria | Restabelecer o ponto de funcionamento, verificar válvulas e bypass |
| z·1x mais subida de banda larga e modulação | Cavitação ou recirculação sobreposta à frequência de passagem normal | Tratar da pressão de aspiração e do caudal, não da massa |
| Subida brusca simultânea da 1x e da frequência de passagem das pás | Possível pá partida ou fissurada | Parar e inspecionar. Um impulsor fissurado não pode ser equilibrado |
A frequência de passagem das pás nunca se elimina com massas. A massa de correção atua à frequência de rotação, enquanto a pulsação de pressão vive em z·1x, e não há ligação entre as duas. Tudo o que a equilibragem dessa bomba vai conseguir é reduzir a fração da 1x no nível total (a vibração total em todas as frequências), mantendo-se inalterado o pico na frequência de passagem das pás.
Pulsações de pressão e ressonância da tubagem
Parte das queixas de «vibração da bomba» não diz respeito à bomba. O impulsor gera pulsações de pressão na frequência de passagem das pás, que se propagam para a tubagem e a excitam. A tubagem responde com as suas próprias frequências naturais: os vãos entre apoios vibram como vigas, e a coluna de líquido tem frequências naturais acústicas, que dependem do comprimento dos troços e da velocidade do som no líquido.
A verificação é simples e quase gratuita. Pegue no sensor e percorra a linha: meça nos apoios de rolamento, nos flanges, a meio dos vãos, junto aos apoios e no coletor. Se, a meio de um vão, o nível estiver várias vezes mais alto do que no apoio da bomba, não encontrou um defeito do rotor, mas sim um tubo mal fixado.
A ressonância confirma-se alterando a velocidade de rotação. Se a bomba tiver variador de frequência, percorra a gama e observe a amplitude: a ressonância dá um pico estreito e acentuado numa faixa apertada de velocidades, com a vibração a descer para os dois lados. A seguir, ou se afasta dessa velocidade, ou intervém na estrutura, porque a causa não está no rotor.
As bombas verticais com uma coluna longa são um caso à parte. A sua primeira frequência natural de flexão está muitas vezes próxima da velocidade de trabalho, e uma máquina assim amplifica qualquer desequilíbrio residual. Sobre os sintomas de ressonância e as formas de a deslocar, temos um artigo próprio.
- Medições não só nos apoios, mas também na tubagem: flanges, meios dos vãos, curvas, coletor.
- Vãos entre apoios: flecha, abraçadeiras partidas ou em falta, suspensões soltas.
- Apoios que se transformaram numa fixação rígida e transmitem aos flanges da bomba esforços de dilatação térmica.
- Juntas de dilatação e ligações flexíveis: intactas, não sobreapertadas, e que não funcionam como uma ligação rígida.
- Válvula de retenção: pancada ao fechar, golpe de aríete na paragem.
- Linha de aspiração: curva logo antes do bocal de entrada, troço reto curto, bolsa de ar no ponto mais alto.
- Bombas a funcionar em paralelo: as pulsações da vizinha chegam pelo coletor comum.
Ar, obstrução e desgaste desigual
Estas quatro causas dão o quadro mais confuso de todos, porque parte da sua contribuição recai precisamente na componente de rotação. É exatamente aqui que mais se encomenda uma equilibragem que não resolve nada.
Ar no escoamento
Entrada de ar pelo vedante do veio, um vórtice devido a submersão insuficiente do bocal de aspiração, uma bolsa de ar no ponto mais alto da linha de aspiração. A vibração é instável, e junto com ela variam a altura manométrica e a corrente do motor, e o som é abafado e «oco», não tão áspero como na cavitação. Verifique o nível no reservatório, a profundidade de submersão, a estanquidade dos flanges e do prensa-estopa, e o funcionamento do purgador de ar.
Obstrução do canal do impulsor
Fibras, um pano ou plástico alojam-se num único canal entre pás. Obtém-se dois efeitos ao mesmo tempo: um desequilíbrio real e uma assimetria hidráulica. O sintoma é característico: a vibração subiu de forma brusca, não gradual, e ao mesmo tempo caiu a altura manométrica. Limpe o impulsor e volte a medir. Não faz sentido equilibrar um impulsor obstruído: depois da limpeza, as massas terão de ser retiradas.
Desgaste desigual e erosão
A polpa abrasiva e a cavitação removem metal das pás de forma desigual, e a 1x aumenta lentamente, ao longo de meses. A equilibragem funciona aqui, mas é manutenção, não uma solução: enquanto a fonte de abrasão ou a cavitação persistir, vai voltar a esta bomba. Planeie a substituição do impulsor ou um revestimento de proteção.
Desgaste das folgas de vedação
Anéis de desgaste gastos aumentam a circulação interna: a altura manométrica cai, e o caudal através da folga aumenta. Com a mesma posição da válvula, a bomba desliza ao longo da curva característica, e obtém-se um regime que não foi escolhido. Meça a altura manométrica e o caudal, não só a vibração: uma queda na altura manométrica com a velocidade inalterada indica folgas.
A inspeção do impulsor é obrigatória antes da equilibragem. Uma fissura na raiz de uma pá, um afinamento localizado por erosão, um revestimento descolado: com qualquer um destes defeitos, o impulsor tem de ser reparado ou substituído, não equilibrado. Uma massa num impulsor fissurado só disfarça o avanço do defeito até ao momento da rotura.
Como distinguir a hidráulica do desequilíbrio numa hora
Um único procedimento ajuda a separar estas causas: altere o regime, não o rotor. O desequilíbrio é uma propriedade do rotor: depende só da velocidade de rotação e nada sabe sobre a válvula. A hidráulica é uma propriedade do escoamento, e reage a qualquer alteração de caudal, pressão e nível.
A ordem é a seguinte. Faça uma medição no ponto de funcionamento: nível total e 1x em cada apoio, fase (a referência angular da vibração à rotação do rotor), espectro, velocidade de rotação. Depois vá fechando a válvula de descarga por etapas, e em cada etapa registe a vibração junto com a pressão e o caudal, esperando que as leituras estabilizem. Três a quatro etapas bastam.
Leia o resultado assim. Se a 1x quase não mudou, mas o ruído de banda larga e as componentes subsíncronas subiram ou desceram: a causa é hidráulica. Se a 1x se mantém no mesmo nível seja qual for a posição da válvula, e cresce com o quadrado da velocidade de rotação: a hipótese de desequilíbrio mantém-se válida, e a equilibragem vai funcionar. A lógica desta separação por sintomas está descrita nos guias ISO de diagnóstico por vibração; verifique a parte e a edição aplicáveis à sua máquina.
| Sintoma | Hidráulica | Desequilíbrio |
|---|---|---|
| Dependência da posição da válvula e do caudal | O nível muda de forma percetível | O nível praticamente não muda |
| Dependência da pressão de aspiração, do nível e da temperatura do líquido | Muda, podendo o estalido desaparecer por completo | Não muda |
| Composição em frequência | Subida de banda larga, componentes subsíncronas, pico em z·1x | Um único pico dominante em 1x |
| Fase de 1x de arranque para arranque | Varia junto com o regime | Repete-se dentro de poucos graus |
| Som | Estalido, sibilo, «gravilha no escoamento» | Zumbido uniforme numa única nota |
| Reação à massa de teste | A amplitude e a fase mudam de forma imprevisível, o coeficiente de influência não se repete | Alteração de pelo menos 20–30% em amplitude ou 20–30° em fase, repetível |
| Fração da 1x no nível total | Normalmente menos de metade | Em regra, mais de 70% |
O próprio arranque de teste funciona como um teste de linearidade. Se, depois de colocada uma massa conhecida, a amplitude e a fase da 1x mudarem de forma previsível e se repetirem de arranque para arranque, o sistema é linear e a equilibragem vai correr normalmente. Se a reação for diferente de cada vez, não está a lidar com massa, e mais arranques só vão consumir o turno. Sobre o critério dos 20–30% para a massa de teste e sobre os coeficientes de influência, escrevemos um artigo à parte.
Fontes: ISO 13373-3:2015 · Manual de operação Balanset-1A
O que registar ao mesmo tempo que a vibração
A vibração de uma bomba sem os parâmetros do processo é um número sem significado. Um mês depois, olha para um aumento de 2,1 para 5,8 mm/s e não consegue dizer se o impulsor se desgastou ou se o operador fechou parcialmente a válvula, porque na secção ao lado ligaram uma segunda bomba no mesmo coletor. O contexto regista-se no momento da medição; depois, é impossível reconstituí-lo.
O conjunto mínimo cabe numa linha do registo e obtém-se em cinco minutos, se houver manómetros e caudalímetro instalados. Se não houver, é a primeira coisa a instalar: o diagnóstico de uma bomba sem pressão à entrada e à saída transforma-se em adivinhação.
- Velocidade de rotação real, medida com tacómetro, não o número da chapa de características. Especialmente com variador de frequência.
- Pressão à entrada e à saída, com indicação da cota de instalação dos manómetros.
- Caudal. Se não houver caudalímetro, registe pelo menos a posição da válvula e o número de bombas a funcionar em paralelo.
- Corrente e potência do motor: mostram em que ponto da curva característica se está.
- Temperatura do líquido bombeado e temperatura dos apoios de rolamento.
- Nível no reservatório de aspiração e profundidade de submersão do bocal de aspiração.
- Estado do filtro ou do crivo de aspiração, data da última limpeza.
- Nível total e 1x com fase em cada apoio, em mm/s RMS (valor eficaz) na banda de 10–1000 Hz, mais um espectro à parte de aceleração de vibração com Fmax em quilohertz para a parte de alta frequência.
- O que ouviu e viu: estalido, sibilo, pancada da válvula de retenção, tubo a vibrar visivelmente, fuga pelo vedante.
Calcule a margem de NPSH diretamente no local: converta a pressão absoluta à entrada em metros de coluna do líquido bombeado, subtraia a pressão de vapor saturado à temperatura de trabalho e compare com o NPSH requerido pela curva do fabricante ao caudal real. Se não houver margem, não há mais nada a procurar, e de certeza que não vai precisar de massas. Avalie o nível total segundo a parte aplicável da ISO 20816: nesta série existe uma parte própria para bombas rotodinâmicas, por isso confirme qual a parte e qual a edição aplicáveis à sua máquina.
Fontes: ISO 20816-1:2016
Ordem de resolução, e onde entra a equilibragem
Envie-nos o tipo de bomba, a velocidade de rotação, o número de pás do impulsor, a pressão à entrada e à saída, o caudal e o nível de vibração com indicação do ponto de medição. Com estes dados, normalmente já na primeira conversa dizemos se se parece com desequilíbrio ou com hidráulica. Se for hidráulica, não precisa de uma deslocação para equilibragem, e é isso que dizemos. O apoio de consultoria sobre a metodologia e o instrumento está incluído no fornecimento.
Quando a equilibragem no local é realmente necessária
O impulsor foi aparado no diâmetro exterior para um novo ponto de funcionamento. O impulsor foi substituído ou reparado por soldadura. O desgaste e a erosão ocorreram ao longo de anos em regime normal, e a 1x aumentou gradualmente. O rotor do motor foi rebobinado. Em todos estes casos, a causa está na massa, e a questão resolve-se sem enviar o impulsor para maquinação. Defina a tolerância de forma consciente: o desequilíbrio residual pelas classes G da ISO 21940-11 e o nível total pela parte aplicável da ISO 20816 são coisas diferentes.
Como ajudamos
Somos engenheiros que desenvolvem e fabricam os instrumentos Balanset e os utilizam também para equilibrar no local. Deslocamo-nos até à bomba, medimos a vibração nos apoios e na tubagem, separamos o nível total da 1x, calculamos a frequência de passagem das pás pelo número de pás, observamos o espectro e a fase. Se o quadro for hidráulico, dizemo-lo com clareza e explicamos o que verificar no regime, em vez de lhe vender uma equilibragem.
Se preferir investigar por conta própria
O Balanset-1A é composto por dois acelerómetros, um sensor laser de fase por marca refletora, um módulo USB de dois canais e um programa para Windows. O instrumento fornece a vibração total e a 1x com fase, a velocidade de rotação, o espectro FFT e o sinal no tempo, calcula a massa de teste e as massas de correção a um e dois planos, distribui a massa por posições fixas, calcula a furação, guarda os coeficientes de influência para a equilibragem trim e mantém um arquivo para os relatórios. Com um único instrumento, faz o diagnóstico e executa a correção, quando é necessária.
- 01
Restabeleça o ponto de funcionamento
Abra a válvula até ao caudal de projeto ou organize um bypass. Confirme com a curva do fabricante e com o caudal mínimo estável. É o passo mais barato e a resposta mais frequente.
- 02
Verifique a aspiração
Pressão de aspiração, nível no reservatório, profundidade de submersão, filtro, bolsas de ar, estanquidade do prensa-estopa e dos flanges. Calcule a margem de NPSH real ao caudal e à temperatura reais.
- 03
Inspecione o impulsor e as folgas
Erosão por cavitação nas arestas de entrada, fissuras na raiz das pás, obstrução dos canais, desgaste dos anéis de desgaste, folga radial com a língua do difusor, posição axial do impulsor no veio.
- 04
Trate da tubagem
Apoios e abraçadeiras ao longo dos vãos, juntas de dilatação, ausência de esforços impostos nos flanges, válvula de retenção. Verifique a ressonância dos vãos alterando a velocidade de rotação.
- 05
Feche a parte mecânica
Pé mole, aperto dos parafusos de ancoragem, alinhamento de eixos entre a bomba e o motor com o crescimento térmico em conta, estado dos rolamentos. O desalinhamento dá a sua própria 2x e vibração axial, que a equilibragem não elimina.
- 06
Volte a medir e só agora decida sobre as massas
Se, depois de todos os passos, a 1x continuar a representar a maior parte do nível total, o desequilíbrio é real. A equilibragem no local, nos próprios apoios da bomba, resolve-o em dois a três arranques, sem desmontagem.
Fontes: ISO 21940-11:2016 · Especificações do fabricante Balanset-1A
Perguntas frequentes
É possível equilibrar uma bomba que está a cavitar?
Tecnicamente sim, e o programa até vai mostrar «dentro da tolerância», porque a 1x residual fica abaixo do valor definido. Não faz sentido prático. O estalido, o ruído de banda larga de 1–10 kHz e a erosão do impulsor mantêm-se, e ao fim de alguns meses a remoção desigual de metal cria um novo desequilíbrio, e vai ter de voltar. Primeiro elimine a cavitação: pressão de aspiração, caudal, temperatura, filtro à entrada. Depois volte a medir e decida sobre as massas.
Como perceber se um pico no espectro é a frequência de passagem das pás e não um harmónico da frequência de rotação?
Calcule f_p = z · n / 60 com o número real de pás e a velocidade real. Se o número de pás for inteiro e pequeno, a frequência de passagem das pás cai exatamente num múltiplo da frequência de rotação, e o espectro não permite distingui-las. Nesse caso, trabalhe com o regime: mexa na válvula e veja o que muda. A frequência de passagem das pás e o ruído de fundo de banda larga reagem ao caudal, enquanto o harmónico de um desalinhamento ou de uma folga se mantém no lugar.
A bomba ficou mais ruidosa depois de a válvula ter sido parcialmente fechada. É perigoso?
Sim, e o perigo não está no ruído. A caudal reduzido, começa a recirculação, aumenta a força radial na voluta, o veio fleta, o vedante mecânico trabalha desalinhado, e o rolamento recebe uma carga constante sempre para o mesmo lado. Ao fim de alguns meses, paga o vedante e o rolamento. A solução correta é uma linha de bypass ou a alteração da velocidade de rotação, não uma válvula permanentemente semifechada.
A vibração na tubagem é mais alta do que na carcaça da bomba. O que fazer?
Procure a causa na tubagem, não no rotor. Verifique os apoios e as abraçadeiras ao longo dos vãos, as suspensões, as juntas de dilatação, os esforços de dilatação térmica nos flanges. A ressonância de um vão confirma-se alterando a velocidade de rotação: um pico estreito e acentuado numa faixa apertada, com queda do nível para os dois lados. A equilibragem do rotor não elimina esta vibração, porque a origem são as pulsações de pressão na frequência de passagem das pás, e o amplificador é o próprio tubo.
Que margem de NPSH se deve considerar suficiente?
A que o fabricante da bomba definiu para o caudal real. Como referência prática, usa-se 0,5–1 m ou 10–30% acima do NPSH requerido, mas isto é mesmo uma referência, não uma norma. Calcule a margem à temperatura de trabalho do líquido: a pressão de vapor saturado aumenta com a temperatura, e uma bomba que no inverno trabalhava sem problemas começa a cavitar no verão, com o mesmo nível no reservatório.
Um instrumento de equilibragem basta para resolver um problema hidráulico?
Para chegar ao diagnóstico, basta um sistema de dois canais com sensor de fase: obtém o nível total e a 1x em cada apoio, a fase, a velocidade de rotação e o espectro. Isto é suficiente para calcular a fração da 1x, encontrar o pico na frequência de passagem das pás e ver a subida de banda larga da cavitação, se subir o Fmax para os quilohertz e observar a aceleração de vibração. O que o instrumento não fornece é a pressão, o caudal e o nível no reservatório. Esses números obtêm-se com manómetros e caudalímetro, e registam-se junto com a vibração; caso contrário, não é possível separar a hidráulica do desequilíbrio.
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Causas elétricas da vibração em motores elétricos: como as separar da mecânica
A vibração elétrica denuncia-se pela frequência, que está ligada à rede, não ao veio: uma linha ao dobro da frequência de alimentação (100 Hz numa rede de 50 Hz) e bandas laterais à volta da 1x (frequência de rotação) com um passo igual à frequência polar F_p = s · f_rede · P, em que s é o escorregamento e P é o número de polos. Verifica-se isto com uma única paragem: corte a alimentação e registe a vibração durante a paragem por inércia, enquanto o veio desacelera por si só. A componente eletromagnética desaparece em frações de segundo, a mecânica desce de forma gradual, junto com a velocidade. A equilibragem não elimina de todo uma causa elétrica, porque a origem da força não é a massa do rotor, e uma massa no rotor não tem qualquer efeito sobre essa origem.
Como ler o espectro de vibração: 1x, 2x e harmónicas
Converta a frequência de cada pico numa relação com a rotação. Se o 1x domina e a vibração total está próxima do 1x, trata-se de desequilíbrio e a equilibragem é adequada. Um 2x significativo mais um aumento da vibração axial indicam, na maioria dos casos, desalinhamento, sendo necessário o alinhamento dos eixos. Um pente de 1x, 2x, 3x com sub-harmónicas e um piso de ruído elevado aponta para folgas mecânicas, fissuras ou roçamentos. Picos mais altos em frequência e não múltiplos da rotação são, em geral, rolamentos. O espectro fornece uma hipótese; o diagnóstico confirma-se com o sinal no domínio do tempo, a fase, a repetibilidade e o histórico.
Equilibragem de bombas no local: impulsores, rotores e veios de grupos de bombagem
Sim, equilibramos no local os rotores de bombas, nos seus próprios apoios de rolamento, sem desmontagem e sem enviar o impulsor para uma máquina de equilibragem. Há três condições. Primeira: a maior parte da vibração é dada pela componente de rotação 1×, a vibração à frequência de rotação do rotor, o principal sinal de desequilíbrio. Segunda: está disponível pelo menos um plano de correção, ou seja, um local onde se pode colocar uma massa — normalmente os parafusos do semiacoplamento ou a porca do impulsor. Terceira: a bomba pode ser mantida num regime estável, com o mesmo caudal. Se o nível for dado por cavitação, funcionamento fora do ponto de funcionamento, desalinhamento ou anéis de desgaste gastos, mostramo-lo pela medição e dizemos com franqueza: as massas não vão ajudar.
Descreva o equipamento e o problema
Respondemos às suas perguntas, esclarecemos os dados iniciais e informamos o que é necessário para o orçamento e a deslocação.