AXILINEComo equilibrar um ventilador: sequência de trabalho no local de operação
O ventilador começou a zumbir depois de uma limpeza do impulsor, e ninguém vai deixar desmontar o impulsor: condutas, caixa, correias, turno a decorrer. A boa notícia é que o ventilador equilibra-se diretamente nos seus próprios apoios de rolamento, em dois a três arranques. A má é que metade dos impulsores que chegam «para equilibragem» primeiro têm de ser lavados, apertados e inspecionados. Segue-se a sequência de trabalho que corta o supérfluo.
Em que o ventilador difere de outros rotores
Ventiladores e exaustores de fumos são os que mais motivam pedidos de equilibragem, por uma razão simples: impulsor de grandes dimensões, zona de passagem aberta e ar sujo. Aqui o desequilíbrio não é um defeito de origem, mas o resultado da operação.
Ao mesmo tempo, equilibrar um ventilador é relativamente simples. A velocidade é baixa: 700–1500 RPM na maioria dos centrífugos, mais raramente 3000. O rotor é rígido: a frequência de trabalho fica bem abaixo da primeira velocidade crítica — a velocidade à qual o rotor entra em ressonância própria. Por isso os coeficientes de influência (a relação «colocou-se uma massa — a vibração mudou») são estáveis, e o cálculo converge com um único arranque de teste por plano.
O desequilíbrio residual não é só ruído. É uma força rotativa que carrega os rolamentos, o assentamento do impulsor e as soldaduras, a par da tensão da correia e do peso do rotor. O cálculo de vida útil segundo a ISO 281 não a vê, a menos que a introduza.
Impulsor em consola
Na maioria dos ventiladores, o impulsor fica projetado para além dos dois apoios de rolamento. Uma massa junto ao disco de cobertura influencia logo os dois apoios, por vezes mais o mais distante. Daí o quadro típico: depois da correção num plano, sobra um resíduo apreciável no segundo apoio.
Acionamento por correia ou direto
Coloque a marca e o sensor de fase a laser no eixo do ventilador, não no do motor. Com transmissão por correia, a velocidade do impulsor é diferente, e com a marca no motor o aparelho vai isolar a frequência errada.
Incrustação e erosão
Poeira, cinza, fibra e resina depositam-se nas pás de forma desigual, e o abrasivo desgasta os bordos de ataque. Por isso o desequilíbrio muda ao longo de semanas, e com gás sujo, em poucas horas.
As pás como posições prontas
As pás, os furos de fábrica e as nervuras de reforço do disco traseiro formam uma grelha pronta de posições fixas. Neste modo, o aparelho não indica «137°», mas sim «posição Z4, 8 g», ou reparte a massa entre duas pás vizinhas.
Frequência que convém identificar logo à partida: a de passagem das pás, BPF = z · f_rotação, em que z é o número de pás. Está sempre presente e, por si só, é normal. O seu aumento indica problemas no fluxo de entrada ou desgaste desigual das pás, e não se resolve com massas de correção.
Fontes: ISO 13373-5:2020 · ISO 281:2007
O que verificar antes de tirar as massas de correção
A tentação é compreensível: chegar, instalar os sensores, colocar uma massa. Em ventiladores, isso acaba com a máquina a zumbir outra vez ao fim de uma semana. A ronda de inspeção demora quinze minutos e decide se vale a pena sequer iniciar o procedimento. Primeiro, o que se verifica à mão com a máquina parada e bloqueada.
- Fixações da carcaça e dos apoios: parafusos dos apoios de rolamento, dos pés da carcaça e da estrutura. Uma fixação solta dá uma série de frequências múltiplas 2×, 3× e superiores, e uma fase instável (o ângulo da vibração em relação à marca no eixo) — nesse estado não há nada para equilibrar
- Assentamento do impulsor no eixo: folga na chaveta, cubo danificado, bucha cónica desapertada. Qualquer folga significa reparação, não equilibragem
- Pás: fissuras na raiz e nas soldaduras, bordos empenados, adelgaçamento por desgaste, revestimentos resistentes ao desgaste destacados
- Limpeza do impulsor dos dois lados das pás e no interior do disco de cobertura. Uma camada de 2–3 mm num único setor já dá um desequilíbrio percetível, e quase não se vê por fora
- Correia e polias: batimento com relógio comparador, desgaste das ranhuras, paralelismo, tensão conforme as instruções do fabricante. Uma polia excêntrica dá vibração exatamente a 1× e disfarça-se de desequilíbrio
- Estrutura de suporte: fissuras na estrutura e nas nervuras de reforço, enchimento degradado, assentamento da fundação, plataforma flexível
- Proteções e segurança: como se abre a portinhola de inspeção, com que se bloqueia o arranque, quem tem a chave. Uma massa colocada sem bloqueio do arranque é um acidente, não uma equilibragem
O ponto mais esquecido de todos é o regime de processo. Equilibre à velocidade e com a posição do registo em que o ventilador realmente trabalha. Uma medição com o registo fechado e um funcionamento com o registo aberto dão vibrações diferentes: muda o ponto de trabalho e também a carga aerodinâmica.
Impulsor sujo, desgastado e fissurado
Esta é a principal razão pela qual a equilibragem de um ventilador não se mantém. O cálculo parte do princípio de que a massa do rotor está fixa e é constante. Um impulsor de exaustor de fumos com acumulação de cinza não cumpre esse pressuposto.
A regra é simples: primeiro lave, depois meça. O impulsor limpa-se por inteiro, não só onde a acumulação é visível. Uma limpeza parcial frequentemente piora o quadro: remove-se o depósito de um setor e o desequilíbrio fica maior do que era.
Incrustação
Depois da limpeza, a vibração por vezes sobe em vez de descer. É normal: removeu-se uma massa que, por acaso, equilibrava o impulsor. A conclusão não é «não limpar», mas «equilibrar depois de limpar».
Erosão
O abrasivo desgasta os bordos mais depressa onde a velocidade local do fluxo é maior. O impulsor perde material de forma desigual e continua a perdê-lo: coloca-se uma massa e, um mês depois, o desequilíbrio volta. Com um adelgaçamento crítico, as pás são reparadas ou o impulsor é substituído, e a equilibragem passa a ser a operação final.
Fissura
Uma fissura na raiz de uma pá, numa soldadura ou na parede traseira é motivo de paragem. A equilibragem disfarça-a: a vibração desce e o único indício externo desaparece. A pá repara-se segundo o processo do fabricante, ou o impulsor substitui-se.
Destacamento de um depósito
Um salto brusco na 1× durante o funcionamento, sem alteração do regime, é o quadro típico de um pedaço de acumulação que se soltou: a amplitude e a fase mudam ao mesmo tempo. Se isto acontecer depois de uma equilibragem, os coeficientes de influência guardados permitem recalcular a correção sem novos arranques de teste.
Como distinguir em cinco minutos um desequilíbrio estável de um instável: dois ou três arranques seguidos à mesma velocidade e comparação da amplitude e da fase da 1×. Num rotor rígido e limpo, a fase repete-se dentro de poucos graus. Se variar dezenas de graus, procure a causa: incrustação, folga no assentamento, ressonância, empeno térmico do eixo.
Sensores, marca e medição inicial
Coloque os dois sensores de vibração nos apoios de rolamento do ventilador, o mais próximo possível do rolamento e sobre metal, nunca sobre a cobertura. A fixação deve ser rígida: um parafuso prisioneiro num ponto preparado, ou um íman sobre uma superfície plana e limpa. Um sensor na cobertura mede a vibração da cobertura, e esse é um número completamente diferente.
A direção é radial, normalmente horizontal: em ventiladores sobre estrutura, a vibração horizontal costuma ser a máxima. Mantenha a mesma direção em todos os arranques, caso contrário as fases ficam incomparáveis. Meça a direção axial à parte, uma única vez: uma vibração axial elevada aponta antes para desalinhamento.
O sensor de fase a laser aponta-se para a marca refletora. Cole-a numa zona limpa e desengordurada do eixo do ventilador, só uma: uma segunda tira duplica falsamente a velocidade lida. Certifique-se de que o laser não apanha um reflexo do colo do eixo ou do rasgo de chaveta, e confira a velocidade com a placa de características ou com o cálculo pelos diâmetros das polias.
O primeiro arranque é o inicial. Deixe a máquina estabilizar no regime, depois registe a velocidade, a vibração global em mm/s RMS (valor eficaz), a amplitude e a fase da 1× em cada apoio, e o espectro — a decomposição da vibração por frequências.
- A parcela da 1× na vibração global. 9 mm/s de vibração global com 2 mm/s na 1× não é um problema para massas de correção: uma equilibragem perfeita remove esses dois, e ficam quase nove
- Repetibilidade da fase da 1× entre dois arranques — dentro de poucos graus
- Fases nos dois apoios: valores próximos apontam para desequilíbrio estático (um ponto pesado de um lado do impulsor), valores em oposição de fase apontam para desequilíbrio de binário (dois pontos pesados em extremidades diferentes, virados um contra o outro)
- Espectro: domina a 1× ou aparecem ao lado uma 2× forte, uma série de harmónicos, uma frequência de passagem das pás elevada, componentes subsíncronas (componentes abaixo da frequência de rotação)
- Ressonância: na paragem por inércia, a amplitude desce suavemente, sem um pico estreito e sem uma rotação de fase de cerca de 180°
A leitura do espectro e a distinção entre vibração global, 1× e fase são explicadas noutros artigos. Aqui basta a conclusão: faz sentido equilibrar um ventilador quando a maior parte da vibração vem do pico na frequência de rotação.
Um plano ou dois
Calcule L/D, em que L é a largura do impulsor entre os possíveis planos de correção, e D é o diâmetro na zona de colocação da massa. A análise detalhada da regra está noutro artigo, dedicado a um e dois planos; aqui fica um resumo prático para ventiladores.
| Tipo de impulsor | Planos | Porquê |
|---|---|---|
| Impulsor centrífugo estreito, L/D inferior a 0,5 | Um | Comporta-se como um disco, predomina o desequilíbrio estático. Basta um arranque de teste |
| Impulsor largo, de aspiração dupla, L/D superior a 0,5 | Dois | Caso contrário fica desequilíbrio de binário: uma só massa não reduz a vibração nos dois apoios |
| Ventilador axial, pás no cubo | Normalmente um | O impulsor é curto. Mas verifique o ângulo de montagem das pás: a dispersão dá um desequilíbrio aerodinâmico, não de massa |
| Impulsor entre os dois apoios | Dois | Os planos são acessíveis dos dois lados, os dois apoios ficam carregados de forma comparável |
| Depois da correção num plano, o segundo apoio ficou com valor alto | Dois | Indício de uma componente de binário; passe para o cálculo em dois planos |
A velocidade também pesa na decisão. Um ventilador a 1000–1500 RPM é um rotor rígido, e a equilibragem nos próprios apoios funciona como previsto. Uma máquina que trabalha perto da primeira frequência crítica comporta-se como rotor flexível: dois planos nem sempre bastam, e a abordagem é outra. Verifique a aplicabilidade na edição em vigor da ISO 21940-12.
Fontes: ISO 21940-12:2016
Passo a passo: do arranque inicial ao relatório
- Arranque 0
Vibração inicial
Máquina à velocidade de serviço e no regime de trabalho. O aparelho regista a velocidade, a amplitude e a fase da 1× nos dois apoios, a vibração global e o espectro. É aqui que se decide: equilibrar ou procurar outra causa.
- Marcação
Posições e raio
Pare e bloqueie a máquina. Numere as pás ou os furos no sentido de rotação: Z1, Z2 … Zn. Meça o raio no qual vai realmente fixar a massa, introduza o número de posições e o raio no software. A partir daí, o aparelho responde com um número de posição, não com um ângulo.
- Arranque 1
Massa de teste no primeiro plano
Pese a massa, fixe-a na posição Z1 com a mesma firmeza com que fixará a massa definitiva, introduza a massa e o raio reais. Critério de um arranque de teste válido: a amplitude da 1× mudou pelo menos 20–30%, ou a fase mudou pelo menos 20–30°; o aparelho indica a validade sozinho. Se a mudança for pequena, aumente a massa, introduza o novo valor e repita.
- Arranque 2
Massa de teste no segundo plano
Só para dois planos. Transfira a massa conforme o software indicar, e repita a medição. No total: um plano — dois arranques; dois planos — três.
- Cálculo
Massas e posições de correção
O software indica a massa e a posição da correção por plano. No modo de posições fixas, reparte automaticamente a massa entre duas pás vizinhas, e, na correção por remoção de metal, calcula o diâmetro e a profundidade do furo. Se não houver onde colocar a massa no plano calculado, existe um recálculo para outro plano.
- Instalação
Fixação das massas de correção
O zero de referência é onde esteve a massa de teste. A própria massa de teste retira-se ou mantém-se, exatamente conforme a indicação do software. O raio é o que introduziu: se colocar a massa mais próxima do centro, o efeito fica abaixo do calculado.
- Arranque 3
Medição de controlo
A mesma velocidade e o mesmo regime do arranque inicial. A 1× deve cair várias vezes. Se não atingir o objetivo, o software propõe acrescentar pequenas massas às já colocadas; é a equilibragem de afinação (trim), normalmente uma a duas iterações.
- Relatório
Registo do resultado
Registe a vibração inicial e residual por apoio e direção, a velocidade, o regime, as massas e os números de posição das massas de correção. Os dados ficam no arquivo do aparelho. Sem os números iniciais, não verá a tendência na próxima ronda de inspeção.
«Dentro da tolerância» no software significa uma coisa: a 1× residual está abaixo do valor-alvo que introduziu. O estado geral da máquina avalia-se pela vibração global em mm/s RMS na banda de 10–1000 Hz, segundo a parte aplicável da ISO 20816, e a qualidade da equilibragem do rotor, pelo desequilíbrio residual em g·mm/kg segundo os graus G (graus de qualidade de equilibragem) da ISO 21940-11. O aparelho calcula a tolerância pelo grau G se introduzir a massa do rotor, a velocidade e o raio. Verifique à parte qual a parte e a edição da norma aplicável ao seu ventilador: máquinas com transmissão por correia e unidades pequenas têm ressalvas. A análise das três tolerâncias está noutro artigo.
Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Manual de operação Balanset-1A
Como fixar a massa no impulsor do ventilador
Uma massa que se solta não é uma equilibragem estragada, é uma carcaça perfurada. Fixe a massa de correção como se ela fosse ficar durante toda a vida útil do impulsor.
| Método | Onde é adequado | O que evitar |
|---|---|---|
| Parafuso com porca através de um furo de fábrica | Furos do disco traseiro, nervuras de reforço, aro do impulsor. Na maioria dos casos, a melhor opção | É obrigatório travar a porca. Não se pode furar de novo uma pá sem acordo do fabricante: é um elemento estrutural |
| Soldadura de uma placa | Impulsores de aço, onde a soldadura é permitida e há acesso | Deformação térmica de uma pá fina, empeno do impulsor, revestimento danificado. É preciso um soldador qualificado. Não se aplica a alumínio nem a zonas com risco de explosão |
| Massa magnética | Apenas temporariamente: massa de teste, afinação do método | Solta-se com a vibração, perde força com o aquecimento, e em alumínio ou aço inoxidável não se segura de todo |
| Remoção de metal por furação | Cubo maciço, disco traseiro espesso, quando não há onde acrescentar massa | O ponto de remoção fica a 180° do ponto onde iria a massa. A espessura de parede residual é controlada por si |
| Massas e anilhas de fábrica | Impulsores com aro de equilibragem do fabricante | Conjunto limitado de massas, por vezes é preciso combinar anilhas |
O raio introduzido no software deve corresponder ao raio real onde a massa ficou. Um erro no raio é um erro direto na massa: 250 mm em vez de 350 mm dão cerca de 70% do efeito esperado. Se ficou noutro raio, introduza o valor real e recalcule.
Erros típicos em ventiladores
Marca no eixo do motor
Com acionamento por correia, o aparelho conta a velocidade do motor e isola a 1× da máquina errada.
Sensor na cobertura
Está a medir a vibração da chapa: os números são grandes e nada têm a ver com o desequilíbrio. O sensor vai no apoio de rolamento, sobre metal.
Equilibragem de um impulsor sujo
O resultado dura até à próxima incrustação ou até se soltar o primeiro pedaço de acumulação.
Regime diferente entre arranques
O registo fica fechado num arranque e aberto noutro, a velocidade no variador de frequência oscila. O coeficiente de influência sai errado, e a correção, aleatória.
Massa de teste demasiado pequena
As leituras quase não mudam, e o software calcula a correção a partir de ruído. A regra dos 20–30% ou 20–30° existe exatamente para este caso.
Massa colocada em espelho
Trocou-se o sentido de contagem do ângulo, e a vibração duplicou em vez de descer. O modo de posições fixas elimina este erro: aí não há ângulo nem sentido, só o número da pá.
Massas em vez de alinhamento
Uma 2× forte e uma vibração axial percetível são desalinhamento (de eixos). Corrige-se com alinhamento de eixos; massa no impulsor não ajuda aqui.
Quanto tempo demora e quando chamar engenheiros
A estimativa abaixo é típica, não uma garantia: numa máquina concreta, tudo depende do acesso ao impulsor e do seu estado.
Consegue fazer sozinho
Portinhola acessível, furos de fábrica para as massas, impulsor limpo, velocidade estável, a 1× domina e a fase repete-se. Um ventilador assim equilibra-se com o procedimento padrão, e o software guia-o passo a passo.
Vale a pena chamar engenheiros
A vibração não se mantém depois da equilibragem, a fase não se repete de arranque para arranque, há por perto ressonância da estrutura ou das condutas, a máquina é crítica e a paragem é dispendiosa, é preciso um relatório com avaliação segundo a ISO. E, à parte, quando não tem a certeza de que a causa é o desequilíbrio: metade do trabalho aqui é diagnóstico.
- Ronda de inspeção e verificações mecânicas: 15–30 minutos
- Instalação dos sensores e da marca: 10–20 minutos
- Arranque inicial até estabilizar no regime: normalmente 5–15 minutos
- Arranque de teste por plano, com paragem e colocação da massa: 20–40 minutos; a partir daí, tudo depende da comodidade da portinhola de inspeção
- Massas de correção e arranque de controlo: 30–60 minutos
- No total, para um ventilador acessível num plano, normalmente 2–4 horas com paragens. Dois planos acrescentam mais um ciclo. Se o impulsor precisar de ser lavado, acrescente tempo para a limpeza e meça de novo
A AXILINE desloca-se ao local com o Balanset-1A e equilibra o ventilador nos seus próprios apoios: sem retirar o impulsor nem desmontar condutas, com medição antes e depois. O conjunto inclui dois acelerómetros, um sensor de fase a laser, um módulo USB de dois canais com pré-amplificadores e conversor analógico-digital, e um software para Windows. O aparelho calcula a correção em um e dois planos, reparte a massa pelas pás, calcula a furação, avalia a tolerância pelos graus G e guarda os resultados para o relatório. O mesmo aparelho pode ser comprado para trabalhar de forma autónoma: é concebido e fabricado por engenheiros que o utilizam eles próprios em intervenções no local e que dão apoio de consultoria para a sua máquina.
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A · ISO 20816-1:2016
Perguntas frequentes
É possível equilibrar um ventilador sem retirar o impulsor?
Sim, é o método principal. O impulsor equilibra-se nos seus próprios apoios de rolamento, à velocidade de serviço: sensores nos apoios, sensor de fase a laser na marca do eixo, e a massa é colocada através da portinhola de inspeção. É preciso retirar o impulsor se não houver acesso aos planos de correção, se o rotor for flexível, se o impulsor for de qualquer forma para reparação, ou se for necessária aceitação pelo grau G na bancada.
Quantos arranques são precisos para equilibrar um ventilador?
Um plano: dois arranques — o inicial e o de teste. Dois planos: três. Mais o arranque de controlo e, se não se atingir logo o objetivo, um a dois ciclos curtos de afinação. Uma nova equilibragem do mesmo ventilador com os coeficientes de influência guardados dispensa mesmo os arranques de teste.
Onde colocar a massa se o impulsor não tiver furos?
Por ordem decrescente de preferência: furos de fábrica e nervuras de reforço do disco traseiro, soldadura de uma placa quando o fabricante permite soldar, remoção de metal por furação numa parte maciça do cubo ou do disco. As massas magnéticas só servem como massa de teste. Não vale a pena furar uma pá para um parafuso sem acordo do fabricante: é um elemento estrutural.
Depois de limpar o impulsor, a vibração subiu. É normal?
Sim, acontece com frequência. A acumulação assenta de forma desigual e pode compensar parcialmente o desequilíbrio próprio do impulsor. Removida a acumulação, a compensação desaparece. A sequência correta é exatamente esta: limpeza, medição, equilibragem. Ao contrário, obtém-se um resultado que só dura até à próxima lavagem.
Encontrámos uma fissura numa pá. Devemos equilibrar?
Não. A equilibragem reduz a vibração e elimina o único indício pelo qual a fissura era visível por fora. A pá repara-se segundo o processo do fabricante, ou o impulsor substitui-se, e só depois se equilibra. Uma pá que se solta à velocidade de serviço destrói a carcaça.
O software indicou «dentro da tolerância», mas o ventilador continua com ruído. Porquê?
«Dentro da tolerância» significa que a 1× residual está abaixo do valor-alvo que introduziu. O resto da vibração não desapareceu. O ruído pode vir da frequência de passagem das pás com um fluxo de entrada deficiente, de descolamento aerodinâmico a caudal reduzido, de um rolamento, da transmissão por correia, ou de ressonância da cobertura ou das condutas. Avalie a máquina pela vibração global e pelo espectro, não por uma única linha do software.
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O rotor de um motor elétrico equilibra-se montado, diretamente nos seus apoios de rolamento: dois sensores nos apoios, sensor de fase laser pela marca refletora do eixo, massa de ensaio num plano acessível — normalmente na ventoinha de arrefecimento ou no semi-acoplamento. Antes disso, separe a causa elétrica da mecânica: corte a alimentação à rotação de trabalho e veja se a vibração desaparece instantaneamente (elétrica) ou se se extingue junto com a rotação (desequilíbrio). Rotor mais comprido do que metade do seu diâmetro e rotação de 1500–3000 por minuto — equilibre em dois planos. Depois da rebobinagem, o rotor equilibra-se separadamente numa máquina de equilibragem, mas o acerto final é feito quase sempre no local, com a máquina montada.
Sensores de vibração na prática: tipos, sensibilidade, fixação
Para a equilibragem no local e para as rondas, use um acelerómetro piezoelétrico: banda larga, massa reduzida, resistência ao aquecimento do apoio. O aparelho mostra mm/s não porque o sensor meça velocidade, mas porque o sinal de aceleração é integrado no módulo de medição antes do ADC. A sensibilidade introduz-se no software uma vez, ao substituir o sensor: um erro nela deixa a imagem correta, mas torna incorretos todos os números absolutos. O limite superior da banda fiável é definido pelo método de fixação: espiga roscada, cerca de 10 kHz; íman, aproximadamente 1,5–2 kHz; sonda manual, 300–500 Hz.
Balanceamento de exaustor de fumo no local: circuito quente, cinzas e regime térmico
Sim, os exaustores de fumo balanceamos no local de funcionamento, sem retirar a roda nem desmontar a conduta de gases. São precisas quatro condições. A roda tem de estar limpa de cinza e inspecionada: sem fissuras, sem revestimentos soltos e sem afinamento crítico das pás. A máquina tem de atingir rotação estável e um regime térmico estabilizado, porque todas as medições são feitas com o exaustor quente. É preciso acesso à roda através de uma escotilha na voluta ou na conduta de gases. E o calendário tem de incluir uma janela para arrefecimento: as massas só são instaladas e soldadas com a máquina parada, bloqueada e fria. Se as fotografias e a descrição mostrarem que é preciso reparar primeiro a roda, dizemo-lo antes da deslocação.
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.