AXILINEComo saber se é preciso equilibrar: lista de verificação para a decisão
O ventilador começou a fazer barulho depois de uma limpeza, e alguém na fábrica já disse: é preciso equilibrar. Por vezes esta é a resposta certa; outras vezes, uma massa de correção no impulsor apenas mascara um rolamento desgastado ou uma estrutura solta, e um mês depois está de volta à mesma máquina. A seguir, uma lista de verificação prática: que observações jogam a favor do desequilíbrio, que observações jogam contra, o que pode verificar por si próprio em vinte minutos, e quando a equilibragem se faz independentemente dos sintomas.
O que a equilibragem realmente corrige: uma força, uma vez por rotação
O desequilíbrio é a falta de coincidência entre o eixo principal central de inércia do rotor e o eixo de rotação. A massa não equilibrada m, a um raio r, cria uma força centrífuga F = m·r·ω², que gira junto com o rotor e, uma vez por cada rotação, empurra o apoio do rolamento numa direção relativamente ao eixo.
É desta única fórmula que resultam todos os sinais em que se baseia a decisão. A força atua radialmente, por isso o desequilíbrio é visível, antes de mais, na direção horizontal e vertical, e a componente axial é pequena. A força chega exatamente uma vez por rotação, por isso surge um pico na frequência de rotação, e o desequilíbrio, por si só, não cria harmónicas nem sub-harmónicas. O ponto pesado não se desloca no rotor entre arranques, por isso a fase da componente de rotação — o ângulo que indica em que momento da rotação chega o impulso — é estável e repetível. A força é proporcional ao quadrado da velocidade angular, por isso o nível depende fortemente da rotação.
A partir daqui, a lógica é simples: se o padrão de vibração na sua máquina não se parecer com este, uma massa de correção não o vai eliminar. A análise dos próprios números no ecrã está num artigo separado sobre a vibração total, o 1x e a fase; aqui usamo-los como uma ferramenta já pronta.
A equilibragem reduz apenas a componente de rotação. Isto não é uma limitação do equipamento, é física: a massa de correção altera a distribuição de massa do rotor, e mais nada. Não afeta o ruído de um rolamento, a folga num ajuste, o desalinhamento entre semiacoplamentos, nem a frequência natural da estrutura.
Cinco sinais: a equilibragem provavelmente vai ajudar
Os dois primeiros sinais verificam-se ao ouvido e alterando a rotação através de um variador de frequência. O terceiro recorda-se a partir do histórico da máquina, e os dois últimos lêem-se num equipamento de dois canais.
- O nível aumentou precisamente na rotação de trabalho, e o som é uniforme e contínuo, sem impactos, sussurros ou ranger metálico.
- Reduziu a rotação a metade, e a vibração baixou cerca de quatro vezes. É assim que se comporta a força centrífuga, quando a frequência de trabalho está afastada da ressonância.
- O aumento começou depois de um acontecimento identificável: limpeza de pás, substituição de uma pá ou de uma lâmina, revestimento por soldadura, reparação do rotor, desmontagem e remontagem do impulsor, acumulação de produto, perda de um pedaço de reforço ou de uma massa de equilibragem.
- No espectro, domina o pico na frequência de rotação, e a vibração total é apenas um pouco superior ao 1x.
- A fase do 1x repete-se de arranque para arranque dentro de poucos graus, entre a horizontal e a vertical no mesmo apoio há um desvio de cerca de 90°, e a vibração axial é claramente inferior à radial.
Um sinal é uma hipótese; três ou mais já é uma decisão. Se os cinco coincidirem, resta apenas discutir o número de planos de correção e o acesso aos locais de fixação das massas.
Seis sinais: a equilibragem quase certamente não vai ajudar
Cada um destes sinais significa que o nível não é criado pela massa do rotor, e uma massa de correção só vai confundir o quadro.
Impactos, sussurros e impulsos em qualquer rotação
O desequilíbrio soa como um zumbido uniforme, que diminui junto com a rotação. Impactos, estalidos e ruído de alta frequência, audíveis mesmo a metade da rotação, indicam um rolamento, uma folga ou um roçamento. No sinal no domínio do tempo veem-se impactos isolados; no espectro, linhas não múltiplas da rotação. Primeiro o rolamento, depois todo o resto.
O nível não depende da rotação
Altera a rotação numa gama larga, e o número no equipamento quase não se move. A fonte está fora do rotor: um equipamento vizinho através da estrutura comum, pulsações do escoamento, uma causa eletromagnética. O teste elétrico é simples: corte a alimentação e observe o primeiro segundo. A vibração mecânica diminui junto com a desaceleração; a eletromagnética desaparece instantaneamente.
Pente de harmónicas e sub-harmónicas
No espectro, não há um único pico, mas uma série em frequências múltiplas da rotação: 1x, 2x, 3x e além, por vezes 0,5x e 1,5x. Isto é folga mecânica: parafusos de fundação não apertados, fissura na estrutura, ajuste desgastado, alojamento do rolamento danificado. Aqui, uma chave dinamométrica funciona melhor do que massas de correção, e o 1x muitas vezes baixa por si só depois do aperto.
A fase do 1x salta de arranque para arranque
Dois arranques no mesmo regime deram uma fase que diverge dezenas de graus. É assim que se comporta um rotor com um ajuste solto da roda ou da polia, uma chaveta desgastada, ou também uma máquina próxima da ressonância. Com uma fase assim, o coeficiente de influência — a relação calculada entre a massa instalada e a alteração da vibração — torna-se instável, e o resultado não se repete.
Vibração axial elevada e 2x em torno do acoplamento
O 1x axial é comparável ao radial, ou maior, a relação 2x/1x é superior a cerca de 0,5, e a fase na direção axial, nos dois lados do acoplamento, diverge cerca de 180°. Isto é desalinhamento, muitas vezes acompanhado de pé mole — um apoio que não assenta bem na estrutura. Primeiro o assentamento dos pés, depois o alinhamento dos eixos. Aqui, a equilibragem apenas transfere o desequilíbrio para outro plano.
Tudo mudou depois de trabalhos na base
A vibração aumentou várias vezes depois da reparação da fundação, da substituição da estrutura, da transferência do equipamento ou da instalação em novos apoios antivibráticos, sem que o rotor tenha sido tocado. A rigidez do sistema mudou, e a rotação de trabalho pode ter entrado na zona de uma frequência natural da estrutura. Em ressonância, a amplitude aumenta várias vezes com o mesmo desequilíbrio residual, e a correção passa pela rigidez, pela massa ou pela rotação.
Fontes: ISO 13373-3:2015 · ISO 281:2007
Tabela de decisão: observação, probabilidade de desequilíbrio, primeiro passo
Utilize a tabela como um filtro inicial: não faz um diagnóstico, mas mostra onde gastar primeiro uma hora de trabalho.
| O que observa | Probabilidade de ser desequilíbrio | O que fazer primeiro |
|---|---|---|
| O ruído aumentou na rotação de trabalho, o tom é uniforme, sem impactos | Alta | Medir o total e o 1x nos dois apoios dos rolamentos, calcular a proporção do 1x |
| O nível aumentou logo depois da limpeza de pás, da substituição de uma pá ou da reparação do rotor | Muito alta | Verificar o ajuste e o batimento da roda, depois equilibrar no local |
| Reduziu a rotação a metade, a vibração baixou cerca de quatro vezes | Alta | Equilibrar na rotação de trabalho, nos apoios próprios da máquina |
| Reduziu a rotação a metade, o nível quase não mudou | Baixa | Procurar uma fonte externa, uma ressonância da estrutura ou uma causa eletromagnética |
| O 1x domina, a fase é repetível, desvio de cerca de 90° entre a horizontal e a vertical | Muito alta | Colocar a massa de prova e calcular a correção |
| O 1x é elevado, mas a relação 2x/1x é superior a 0,5, a vibração axial é percetível | Média, provável desalinhamento | Verificar o pé mole, realizar o alinhamento dos eixos, medir de novo |
| Pente de harmónicas 1x, 2x, 3x, presença de 0,5x, a fase salta | Baixa | Apertar a fixação ao momento especificado, verificar folgas, ajustes e argamassa de assentamento |
| Impactos ou ruído de alta frequência em qualquer rotação, impulsos no sinal no domínio do tempo | Quase nula | Verificar o rolamento: folga, lubrificação, qualidade da montagem |
| Pico acentuado numa gama estreita de rotações, seguido de queda, a fase desloca-se 180° | Baixa, é ressonância | Alterar a rigidez dos apoios, a massa ou a rotação de trabalho |
| A vibração mudou várias vezes depois da reparação da fundação ou da transferência do equipamento | Baixa | Verificar o assentamento de todos os pés e as frequências naturais da estrutura |
| O 1x muda de arranque para arranque sem causa aparente | Média, mas é prematuro equilibrar | Verificar o ajuste da roda e da polia, a chaveta, a deformação térmica do rotor |
Uma mesma observação tem muitas vezes várias causas ao mesmo tempo: um pé mole produz desalinhamento induzido, sinais falsos de folga mecânica e um aumento do 1x. Por isso, a tabela escolhe o primeiro passo, e é a medição depois desse passo que confirma a hipótese, não o raciocínio.
Fontes: ISO 13373-3:2015
O que pode verificar sozinho em vinte minutos
Os primeiros cinco minutos não exigem absolutamente nada, os sete seguintes exigem apenas um vibrómetro, e os últimos oito exigem um sistema de dois canais com sensor de fase.
- 00–05
Com as mãos, a chave e os olhos
Pare a máquina e bloqueie o arranque. Inspecione o impulsor: produto acumulado, poeira nas pás, gelo, erosão das arestas, uma massa de equilibragem perdida, marcas de roçamento na carcaça. Abane a roda no eixo: veja se não girou em relação à chaveta. Abane o eixo radialmente; uma folga percetível indica um rolamento. Percorra com a chave os parafusos de fundação e os parafusos dos apoios dos rolamentos, marque os que giraram sem esforço. Verifique a tensão da correia e o batimento da polia. Uma parte das máquinas já se resolve aqui.
- 05–12
Vibrómetro: um número em cada apoio
Coloque o sensor, com íman, sobre uma superfície limpa e plana da carcaça do rolamento, o mais próximo possível do próprio rolamento. Registe o RMS (valor eficaz) da velocidade de vibração em mm/s, em três direções, em cada apoio: horizontal, vertical, axial. Registe a rotação e o regime, incluindo a posição da válvula. Compare os números com as zonas de referência A, B, C, D para o seu grupo de máquinas — zonas de estado, de «bom» a «inadmissível». Depois, o teste barato mais importante: se houver variador de frequência, registe os mesmos pontos a 70 % e a 50 % da rotação. O desequilíbrio produz uma queda acentuada do nível; uma fonte externa e uma ressonância não se comportam assim. Sem regulação de velocidade, observe o nível durante a desaceleração livre — depois de desligar o acionamento.
- 12–20
Sistema de dois canais: 1x, fase, espectro
Dois sensores nos dois apoios, um sensor laser de fase apontado a uma marca refletora no eixo. Registe a vibração total e o 1x com a fase, simultaneamente nos dois canais, mais o espectro. Calcule a proporção do 1x no nível total, veja se há 2x, um pente de harmónicas e linhas não múltiplas da rotação. Depois, pare a máquina, arranque no mesmo regime e repita a medição. Se a fase coincidir dentro de poucos graus, a equilibragem vai correr de forma previsível. Se divergir dezenas de graus, é a mecânica que precisa de atenção primeiro.
Os três níveis exigem as mesmas condições entre medições: o mesmo ponto, a mesma direção, o mesmo método de fixação do sensor, a mesma rotação, o mesmo regime de caudal e de temperatura. Caso contrário, não está a comparar o estado da máquina, mas o seu próprio método.
Fontes: ISO 20816-1:2016
Três resultados possíveis destes vinte minutos
A utilidade desta verificação está em terminar numa decisão. Há apenas três decisões possíveis.
Equilibrar agora
A mecânica está em ordem, a fixação está apertada, não há folgas, o 1x domina, a fase é repetível, o nível depende fortemente da rotação. A partir daqui, é o trabalho habitual: escolher o número de planos pela relação entre o comprimento e o diâmetro, conseguir com a massa de prova uma alteração da amplitude de 20–30 % ou da fase de 20–30°, instalar a correção e fazer um arranque de controlo.
Primeiro a mecânica, a equilibragem depois
Há um pente de harmónicas, pé mole, fixação solta, um ajuste desgastado ou desalinhamento. A ordem é rígida: assentamento dos pés, aperto ao momento especificado, ajustes e folgas, alinhamento dos eixos, e só depois a equilibragem. Depois de tratar a mecânica, meça de novo; nesta fase, várias máquinas já ficam dentro da tolerância.
Não equilibrar de forma alguma
Um rolamento no fim de vida, ressonância da estrutura ou da tubagem, cavitação numa bomba, uma causa eletromagnética, um rotor flexível a funcionar acima da primeira velocidade crítica — a rotação a partir da qual o eixo começa a dobrar-se de forma percetível. Aqui, a equilibragem ou não tem qualquer efeito, ou tem um efeito que dura apenas uma semana. É necessária outra solução, e é melhor saber isso antes de sair com o equipamento.
Quando a equilibragem é obrigatória, mesmo que a máquina não faça barulho
Há situações em que não se espera pelos sintomas. Um rotor, depois de uma intervenção, ganha quase sempre um novo desequilíbrio, e a questão é apenas o seu valor. Uma medição antes do arranque em funcionamento é mais barata do que uma análise depois de um mês a trabalhar com carga elevada sobre os rolamentos.
- Depois da reparação ou substituição do impulsor, de pás, de lâminas de trituradores, de roscas transportadoras, e também depois do revestimento por soldadura das arestas.
- Depois da rebobinagem de um motor elétrico, se o rotor foi retirado, se o ventilador de arrefecimento foi substituído, ou se as superfícies de ajuste foram tocadas.
- Depois da substituição de uma polia, de um semiacoplamento, de um disco de travão ou de qualquer outra peça de massa considerável no eixo.
- Depois de instalar um rebolo novo no fuso, e depois do seu avivamento, porque o rebolo desgasta-se de forma irregular.
- Na aceitação de um equipamento novo ou remontado: a medição fornece o ponto de referência com o qual vai comparar todos os anos seguintes.
- Quando o rotor volta de um subcontratado sem relatório do desequilíbrio residual, e não sabe a que classe de qualidade foi levado.
- Periodicamente, em máquinas com acumulação de material e erosão: exaustores de fumos, mulchers, trituradores, centrífugas, roscas transportadoras.
- Depois da equilibragem numa máquina de equilibragem, se, nos apoios próprios, a máquina apresentar um quadro diferente do que apresentou na bancada.
Para efeitos de aceitação, registe as condições, não apenas o número: os pontos e as direções de medição, a banda de frequência, o regime de funcionamento, o tipo de apoios e de fundação. A precisão exigida é definida pelas classes G — os graus de qualidade da equilibragem: quanto menor o número, maior a precisão —, e o desequilíbrio residual admissível calcula-se a partir da massa do rotor e da frequência de rotação de trabalho. Utilize os números das classes G e os limites das zonas de vibração como referência de trabalho: verifique a parte e a edição em vigor da norma para a máquina em concreto, porque há exceções em função da potência, da rotação e do tipo de equipamento.
Fontes: ISO 21940-11:2016 · ISO 20816-1:2016
Cinco armadilhas que levam a uma decisão errada
- Comparar com a máquina de outra pessoa em vez da sua própria tendência. Um nível de 4 mm/s pode ser normal para um equipamento grande sobre uma base flexível, e motivo de alarme para uma bomba pequena. Um aumento para o dobro em relação ao seu ponto de referência é mais importante do que o valor absoluto.
- Medir no local errado. Um sensor na carcaça, na proteção ou na conduta dá números grandes e vistosos, que não descrevem o estado do rotor. Meça na carcaça do rolamento, onde passa a carga.
- Sonda manual em vez de uma fixação. Uma sonda manual serve até cerca de 300–500 Hz e quase não dá repetibilidade. Um íman sobre uma superfície limpa e plana cobre a banda de 10–1000 Hz, o que é suficiente para o nível geral; para as bandas dos rolamentos são necessários cola ou um espigão roscado.
- Comparar números de bandas diferentes e de equipamentos diferentes. Num equipamento de equilibragem, a banda de medição do RMS da velocidade de vibração é, segundo o manual, de 5–200 Hz, enquanto as zonas de referência são definidas para 10–1000 Hz. São grandezas diferentes, e numa máquina com um defeito de rolamento vão divergir de forma percetível.
- Uma medição em vez de duas. Com um único arranque, não se sabe se a fase é estável, e é precisamente a estabilidade da fase que distingue o desequilíbrio da folga mecânica e da ressonância. Um segundo arranque custa cinco minutos e elimina metade das dúvidas.
A sexta armadilha é a pressa. A equilibragem parece uma solução rápida, por isso experimenta-se antes de apertar a fixação e de verificar a ressonância. A massa de correção é colocada na roda, e o nível volta ao fim de uma semana.
Fontes: Manual de operação Balanset-1A · ISO 20816-1:2016
O que enviar à AXILINE para obter uma avaliação antes da visita
Somos engenheiros que desenvolvem e fabricam os equipamentos Balanset e que os utilizam pessoalmente para equilibrar no local. Por isso, a conversa é curta e baseada em números: envie o que já tiver, e dizemos-lhe se isto se parece ou não com um desequilíbrio.
Se, pelos seus números, não for desequilíbrio, dizemos isso com clareza e explicamos o que verificar primeiro: uma visita que termine com a conclusão «a equilibragem não vai ajudar aqui» não serve nem a si nem a nós. Se o quadro for típico de desequilíbrio, vamos até ao local e equilibramos ali mesmo, nos apoios próprios da máquina, sem desmontagem e sem enviar a roda para uma máquina de equilibragem, num ou em dois planos.
- Tipo de máquina: ventilador, exaustor de fumos, rosca transportadora, triturador, mulcher, centrífuga, fuso, rotor de motor elétrico.
- Potência, rotação de trabalho, se existe variador de frequência.
- Tipo de apoios e de fundação: bancada rígida, estrutura soldada ou apoios antivibráticos, rotor em consola ou entre apoios.
- Vibração total e 1x em cada apoio de rolamento, com indicação do ponto e da direção, se já existirem medições.
- Fase do 1x, espectro ou capturas de ecrã, se trabalhar com um equipamento de dois canais.
- Fotografias da máquina e dos locais onde é possível colocar ou retirar massa.
- O que mudou no último mês: limpeza, reparação, substituição de peças, trabalhos na fundação, regime de funcionamento.
- Como se comporta o nível ao alterar a rotação e durante a desaceleração livre.
Quer fazer isto por si próprio? O Balanset-1A é composto por dois sensores de vibração, um sensor laser de fase, um módulo USB de dois canais com pré-amplificadores, integradores e conversor A/D, e um programa para Windows. Mede a rotação, a amplitude e a fase da velocidade de vibração, separadamente para o total e para o 1x, mostra o sinal no domínio do tempo e o espectro, regista os dois canais simultaneamente, indica se a massa de prova foi adequada, distribui a massa de correção por posições fixas, calcula a furação e a tolerância pelas classes G, guarda os coeficientes de influência e mantém um arquivo para os relatórios. O mesmo sistema funciona tanto no local como parte de medição de uma máquina de equilibragem de apoio flexível.
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A
Perguntas frequentes
É possível saber se é preciso equilibrar sem qualquer equipamento?
Em parte. Sem equipamento, consegue eliminar o óbvio: acumulação nas pás, uma massa de correção perdida, fixação solta, folga num rolamento, uma roda que girou fora de posição. Também vai ouvir a diferença entre um zumbido uniforme e um impacto. Mas confirmar que o nível é formado precisamente pela componente de rotação, sem medir o 1x e a fase, não é possível.
Tenho 7 mm/s no apoio do ventilador. É muito?
Depende da máquina. Para uma máquina média de 15–75 kW, isto é zona C: o funcionamento é admissível de forma limitada, e a causa deve ser eliminada. Para um equipamento grande sobre uma base flexível, o mesmo número cai na zona B. Mais importante é outra coisa: qual era o nível antes. Um aumento de 2 para 7 mm/s exige uma análise, mesmo que esteja formalmente dentro da tolerância.
Depois de limpar o ventilador, a vibração triplicou. Devo equilibrar de imediato?
Primeiro verifique se não retirou, junto com a sujidade, uma massa de equilibragem, e se não ficou acumulação em parte das pás. Depois, verifique o ajuste da roda e o batimento. Se a mecânica estiver em ordem e o 1x dominar, este é um caso clássico para equilibragem no local: dois ou três arranques numa única visita.
Como distinguir desequilíbrio de desalinhamento numa única medição?
Observe três coisas ao mesmo tempo. A relação 2x/1x: acima de cerca de 0,5, suspeite de desalinhamento. A direção axial: no desequilíbrio, a vibração axial é pequena; no desalinhamento angular, é marcada. A fase na direção axial, nos dois lados do acoplamento: uma divergência de cerca de 180° indica desalinhamento. No desequilíbrio, a fase é estável, e o desvio entre a horizontal e a vertical no mesmo apoio é de cerca de 90°.
A equilibragem ajudou, mas ao fim de um mês a vibração voltou. O que significa isto?
Quase sempre uma de três coisas. O desequilíbrio voltou fisicamente: acumulação de produto, erosão das pás, desgaste das lâminas. A fixação da massa de correção ou o ajuste da roda afrouxou, e a massa deslocou-se. Ou a causa não era a massa do rotor, mas uma folga mecânica ou uma ressonância, e a equilibragem compensou parte do nível temporariamente. Comece por repetir a medição do 1x, da fase e do espectro, e não por novas massas de correção.
É obrigatório equilibrar o rotor depois da rebobinagem do motor?
Se o rotor foi retirado, se as superfícies de ajuste foram tocadas, ou se o ventilador de arrefecimento foi substituído, então sim: a simetria da massa muda, e surge um novo desequilíbrio mesmo com uma montagem cuidadosa. No mínimo, faça uma medição na rotação de trabalho depois da montagem e registe-a como ponto de referência. A equilibragem faz-se no local, nos apoios próprios da máquina, sem voltar a desmontá-la.
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Observe quatro coisas ao mesmo tempo: a relação entre o 1x e o 2x (a vibração na frequência de rotação e na sua frequência dupla), a vibração axial, a fase e o comportamento durante o aquecimento. O desequilíbrio dá um 1x dominante, um espectro limpo, uma componente axial pequena e uma diferença de cerca de 90° entre a horizontal e a vertical no mesmo apoio. O desalinhamento dá um 2x percetível, uma vibração axial elevada, um desvio de fase de cerca de 180° entre os dois lados do acoplamento na direção axial, e um nível que se altera à medida que a máquina aquece. Se os sinais apontarem para desalinhamento, não deve equilibrar: vai introduzir um desequilíbrio real, ao compensar uma força que não é sua, e, depois do alinhamento dos eixos, a vibração vai ficar mais alta do que estava.
Sensor de fase e marca refletora: como o aparelho mede a fase
O sensor de fase forma um único impulso curto por cada rotação do rotor. A partir do intervalo entre impulsos, o aparelho calcula a frequência de rotação, e a partir do instante do impulso conta a fase da componente de rotação da vibração: o atraso angular entre a marca e o máximo da sinusoide 1x. Sem este ponto de referência, não há a partir de que isolar o 1x nem a partir de que contar graus, por isso resta apenas a vibração total num único número, e não é possível calcular a massa corretiva. Ao mesmo tempo, a marca define o zero para a fase, mas não o zero para o ângulo de correção: o ângulo de instalação da massa conta-se a partir do local da massa de ensaio.
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