AXILINEMassa de prova (de calibração): para que serve e como escolhê-la
O ventilador começou a zumbir depois da limpeza da roda, chegou com o aparelho, colocou os sensores nos apoios dos rolamentos e mediu a vibração inicial. O programa mostra o 1x — a vibração na frequência de rotação —, a sua fase e o espectro (a decomposição da vibração por frequências), mas não dá a resposta de quantos gramas e onde colocar. Falta-lhe um arranque — com a massa de prova. A seguir, explicamos porque é que o cálculo é impossível sem ela, como escolher a massa, como perceber se o arranque de prova resultou, e onde se erra com mais frequência.
O que é a massa de prova
A massa de prova (também chamada massa de calibração) é uma massa temporária que coloca no plano de correção apenas para um arranque. Não trata a vibração. A sua função é fazer a máquina mostrar como reage a um desequilíbrio acrescentado.
A palavra «conhecida» é fundamental aqui. A massa só funciona quando sabe com exatidão três coisas sobre ela.
- Massa. Pesada, em gramas, não «cerca de vinte». A balança faz parte do kit do Balanset-1A.
- Raio de instalação. Distância do eixo de rotação até à massa, em milímetros. O aparelho usa-o para converter a vibração em desequilíbrio (g·mm) e verificar a tolerância.
- Posição angular. O ponto a partir do qual o programa depois conta o ângulo da massa de correção. Marque-o logo com giz ou marcador.
Se planeia equilibrar mais tarde este mesmo rotor em modo de coeficientes guardados, coloque a massa de prova na mesma posição angular onde está colada a marca refletora do tacómetro. Assim, os coeficientes de influência mantêm-se aplicáveis.
Porque é que a correção não se calcula sem o arranque de prova
Depois do primeiro arranque, o aparelho sabe uma coisa: o vetor de vibração na frequência de rotação — a amplitude e a fase do 1x. Isto é pouco. O programa não sabe a massa do rotor, a rigidez dos apoios dos rolamentos, a complacência da estrutura, a influência da transmissão por correia nem o quanto a fundação cede sob carga. O mesmo desequilíbrio de 50 g·mm numa base de aço rígida dá uma vibração, e numa estrutura soldada com apoios antivibráticos moles, dá uma completamente diferente.
A massa de prova fecha esta lacuna. Introduz um desequilíbrio cujo valor conhece com exatidão (massa vezes raio), e observa o quanto e para onde se deslocou o vetor de vibração. A relação entre os dois é precisamente o coeficiente de influência — a sensibilidade do sistema concreto «rotor — apoios — base», que tem em conta tanto a grandeza como a direção da resposta.
Formalmente, isto é: α = (V1 − V0) / Ut, em que V0 é o vetor do 1x antes da massa, V1 é depois, Ut é o desequilíbrio da massa de prova. Depois, o programa resolve o problema inverso e indica o desequilíbrio de correção Uc = −V0 / α, ou seja, a massa e o ângulo. A subtração aqui é vetorial, não aritmética: 5,4 mm/s depois da massa, em vez dos 7,2 mm/s de antes, não significa que ficou «25 % melhor». A fase pode ter rodado 135°, e nesse caso a variação do vetor é maior do que as duas medições em separado.
Exemplo didático de aritmética, não um relatório de um caso real. Inicialmente V0 = 7,2 mm/s ∠ 75°. Colocamos 30 g a um raio de 350 mm, obtemos V1 = 5,4 mm/s ∠ 210°. A diferença de vetores ΔV ≈ 11,7 mm/s ∠ 236°, o coeficiente de influência α ≈ 0,39 mm/s por grama, a massa de correção cerca de 18,5 g ao mesmo raio. O programa de equilibragem faz este cálculo sozinho e desenha o diagrama polar, mas é útil perceber a lógica: vê logo quando o resultado parece suspeito.
O método dos três arranques para dois planos e dos dois arranques para um plano só funciona num sistema linear. Se, entre arranques, mudar a rotação, a temperatura, a tensão da correia ou a posição dos sensores, o coeficiente de influência passa a descrever outra máquina.
A regra 30/30: critério de um arranque de prova válido
A massa de prova cumpriu a sua função se a máquina reagiu de forma percetível. O limiar prático é este: a amplitude do 1x mudou pelo menos 20–30 % (em qualquer sentido, para cima ou para baixo), ou a fase deslocou-se pelo menos 20–30°. Na documentação da Balanset, isto chama-se a regra 30/30.
A lógica é simples. Qualquer medição de vibração tem dispersão: a rotação oscila, o escoamento no ventilador varia, a temperatura do apoio sobe. Se a massa alterou as leituras em 5 %, não consegue distinguir a sua influência deste ruído, e o coeficiente de influência sai um número aleatório. O programa calcula a correção obedientemente, coloca 40 g em vez dos 12 necessários, e a vibração aumenta.
Aproveite também para observar a estabilidade das próprias leituras. A amplitude e a fase do 1x, durante o tempo de medição, não devem variar mais de 10–15 %. Se oscilarem mais do que isso, a máquina está a funcionar perto da ressonância, e equilibrá-la nesse estado não serve de nada.
| O que mostrou o arranque de prova | O que significa | O que fazer |
|---|---|---|
| A amplitude do 1x mudou 30 % ou mais, ou a fase 30° ou mais | O sistema reagiu, o coeficiente de influência é fiável | Calcule a correção, coloque a massa |
| Variação de 5–15 % | A massa é demasiado pequena, a reação afundou-se na dispersão das medições | Aumente a massa 2 a 3 vezes, pese, introduza o valor real, repita o arranque |
| As leituras não mudaram de todo | A massa soltou-se, está noutro sítio, a rotação é diferente, ou o desequilíbrio nem sequer é a causa principal da vibração | Verifique a fixação da massa, a marca do tacómetro, a rotação; compare o 1x com a vibração total |
| A amplitude e a fase oscilam mais de 15 % de medição para medição | A rotação é instável, ou a máquina está perto da ressonância | Mude a rotação ou as condições de instalação na fundação; não vale a pena equilibrar em ressonância |
| A amplitude aumentou várias vezes | A massa caiu perto do ponto pesado e somou-se ao desequilíbrio inicial | É uma situação normal de trabalho, o cálculo está correto. Se a vibração for perigosa, reduza a massa ou desloque-a cerca de 180° |
O Balanset-1A indica, ele próprio, se a massa de prova foi adequada. Esta indicação não substitui a sua própria análise dos números: o aparelho avalia a variação do vetor, não se a massa está bem fixa.
Como escolher a massa e o raio
- 1
Avalie o ponto de partida
Observe o 1x inicial e a rotação. Quanto mais pesado o rotor e mais baixa a rotação, maior a massa necessária. Quanto mais alta a rotação, mais cuidado: a força centrífuga cresce com o quadrado da frequência de rotação, e uma massa inofensiva a 500 rpm cria, a 3000 rpm, uma carga 36 vezes maior.
- 2
Comece por menos
Escolha uma massa que, com segurança, não leve a vibração a um nível perigoso. Um arranque em vão é mais barato do que uma massa que se solta. Aumentar a massa consegue fazer sempre a tempo.
- 3
Pese e introduza os números reais
Introduza no programa a massa pesada em gramas e o raio medido em milímetros. O modo «percentagem» é cómodo para uma passagem rápida, mas priva-o do cálculo do desequilíbrio residual em g·mm e da possibilidade de guardar os coeficientes de influência.
- 4
Fixe num ponto resistente e marcado
Escolha um local onde a massa fique bem fixa e onde depois seja realmente possível colocar a massa de correção. Marque o ponto: é a partir dele que o programa conta o ângulo.
- 5
Faça o arranque à mesma rotação
A rotação do arranque de prova tem de coincidir com a do arranque inicial. Espere pelo regime estável, só depois inicie a medição.
- 6
Confira a variação com a regra 30/30
Se a variação for suficiente, avance para o cálculo da correção. Se não for, retire a massa, coloque uma mais pesada, introduza o novo valor e repita. Não tente extrair um coeficiente de influência de leituras quase inalteradas.
Coloque a massa de correção ao mesmo raio que a de prova. Se não for possível, recalcule-a de forma inversamente proporcional ao raio, ou use a função de recálculo de massas para outros planos e raios no programa. O ângulo da massa de correção conta-se a partir do local da massa de prova, no sentido de rotação do rotor.
Fixação e segurança
A massa de prova só é temporária quanto à sua finalidade. Quanto às exigências de fixação, não difere em nada de uma massa permanente: roda à mesma rotação e ao mesmo raio. Uma placa de 50 g que se solta na hélice de um ventilador perfura a tampa.
- Fixe a massa de prova com a mesma segurança que uma permanente: parafuso, abraçadeira, ponto de solda; íman só a rotações baixas e sobre uma superfície limpa.
- Verifique as folgas: a massa não deve tocar na tampa, no difusor, nas palhetas diretrizes nem noutras peças fixas.
- Não coloque a massa sobre uma chapa fina, uma pá de resistência duvidosa ou num local com fissura.
- Tenha em conta a carga sobre os apoios dos rolamentos: a massa de prova acrescenta uma força dinâmica, e isso nota-se em rolamentos desgastados.
- Mantenha-se afastado do plano de rotação durante o arranque e não deixe pessoas junto à tampa.
- Pare a máquina e espere pela paragem completa antes de retirar ou deslocar a massa. Nunca a desloque durante a desaceleração livre.
- Decida antecipadamente a que nível de vibração interrompe o arranque, e não persiga um número bonito se a máquina estiver claramente sobrecarregada.
Uma massa demasiado pesada é mais perigosa do que um arranque a mais. Se tiver dúvidas quanto à massa, coloque menos e faça mais um arranque.
Erros frequentes
Introduziu a massa «a olho»
Escreveu 25 g, mas no rotor estão 31 g. O coeficiente de influência desvia-se 20 %, e a massa de correção sai errada. O aparelho não deteta a diferença, e o resultado são iterações a mais.
Mediu o raio de forma aproximada
Isto tem pouco efeito na massa de correção, se a massa de correção for colocada ao mesmo raio. Mas o desequilíbrio residual em g·mm e a verificação da tolerância pelas classes G (as tolerâncias de desequilíbrio residual segundo a norma) tornam-se fictícios.
Deixou a massa de prova sem o assinalar
Não conseguiu retirá-la e não indicou isso no programa. O cálculo da correção é feito como se a massa não existisse, e obtém um desequilíbrio a mais, num local conhecido.
Deslocou o sensor entre arranques
Outro ponto no apoio do rolamento ou outra direção de medição é outro sistema. A fase desloca-se, o coeficiente de influência torna-se inútil. Coloque os sensores uma vez e não lhes toque até ao fim do trabalho.
A rotação mudou
Arranques a 1450 e a 1480 rpm já não são comparáveis, e se passar mais perto da ressonância, a diferença será drástica. Trabalhe sempre no mesmo regime estável.
Contou o ângulo no sentido errado
A massa fica em espelho, e a vibração aumenta em vez de baixar. É mais simples proteger-se com o modo de posições fixas: o programa indica o número da pá ou do furo, e não é preciso transferidor.
Colocou a massa num local pouco prático
Massa de prova na face interior da roda, onde depois não chega com a massa de correção. Escolha um ponto adequado às duas operações.
Quando a massa de prova não ajuda
O método dos coeficientes de influência pressupõe que o sistema é linear e que a vibração vem do desequilíbrio. Onde isso não é verdade, a massa de prova mostra-o com honestidade: há reação, mas a equilibragem não melhora o quadro. A partir daí, não vale a pena continuar a aumentar as massas.
O primeiro sinal obtém-se ainda antes do arranque de prova. Compare a vibração total (o nível global em todas as frequências) com a componente de rotação 1x. Se o total for várias vezes maior do que o 1x, a vibração principal vem de outra coisa, e a equilibragem não a remove.
- Ressonância. A amplitude salta numa faixa estreita de rotação, a fase do 1x roda quase 180°, as leituras oscilam de medição para medição. Mude a rotação ou as condições de instalação na fundação, depois equilibre.
- Fixação solta e «pé mole». O sistema é não linear, o coeficiente de influência muda de arranque para arranque. Primeiro o aperto e a verificação dos apoios.
- Desalinhamento de eixos. No espectro, o 2x é forte, muitas vezes com vibração axial elevada. Trata-se com o alinhamento de eixos, não com massas.
- Defeitos de rolamentos. Picos em frequências altas, não múltiplos da rotação, fundo de ruído elevado. A equilibragem não ajuda aqui.
- Fissuras, roçamentos, acumulação e desgaste irregular. O desequilíbrio desaparece e volta por si só, o resultado é instável. Procure a causa mecânica.
- Rotor flexível à rotação de trabalho. Um único par de planos de correção não descreve o seu comportamento, são necessários outros métodos e uma parte própria da norma.
O arranque de prova é útil mesmo nestes casos. Mostra a reação do sistema, e por ela muitas vezes torna-se visível que a vibração não vem do desequilíbrio. Isto poupa-lhe meio dia de tentativas de baixar o número com massas.
Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020 · ISO 21940-12:2016
Quem faz isto e com quê
Tudo o que foi descrito é feito por uma só pessoa, com um aparelho de dois canais. O Balanset-1A dá dois acelerómetros para os apoios dos rolamentos, um sensor laser de fase com tacómetro, um módulo USB e um software para Windows. O aparelho mede a rotação, a amplitude e a fase da velocidade de vibração, o total e o 1x, e constrói o espectro FFT. O programa indica se a massa de prova é adequada, calcula e guarda os coeficientes de influência, distribui a massa por posições fixas, propõe a furação, verifica a tolerância pelas classes G e reúne os resultados num arquivo para o relatório. A equilibragem faz-se num ou em dois planos, diretamente nos próprios apoios da máquina.
Use os números das classes G e das zonas de vibração em mm/s como referência prática. Antes da aceitação contratual, verifique a parte aplicável e a edição em vigor da norma, e registe os pontos de medição, a banda de frequências, o regime de funcionamento e o tipo de apoios.
Se não tiver tempo para tratar disto no seu ventilador ou britador, os engenheiros da AXILINE deslocam-se ao local e equilibram eles próprios. Desenvolvemos e fabricamos os equipamentos Balanset e trabalhamos com eles no local, por isso a pergunta «que massa de prova usar nesta roda» é rotina para nós. Começamos pelo vibrodiagnóstico: observamos o 1x contra o total e o espectro, para não equilibrar o que a equilibragem não resolve. O aparelho pode ser comprado e aprendido por conta própria, e há apoio de consultoria para esse caso.
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A · ISO 21940-11:2016 · ISO 20816-1:2016
Perguntas frequentes
Que massa deve ter a massa de prova?
Não há um número universal: a reação depende da massa do rotor, da rigidez dos apoios e da rotação. Funciona assim: pegue numa massa pequena disponível, faça um arranque, observe a variação do 1x e da fase. Se for pouco, aumente 2 a 3 vezes, pese de novo, introduza o novo valor e repita o arranque. O programa Balanset indica se a massa de prova foi adequada, por isso não anda a adivinhar a olho.
É obrigatório retirar a massa de prova antes de instalar a de correção?
Normalmente sim, por defeito a massa de prova é retirada depois do arranque de prova. Se não for possível retirá-la (soldada, num local de difícil acesso), assinale no programa a opção «manter a massa de prova no plano 1» — assim, a sua massa entra no cálculo. Deixar a massa sem o dizer ao programa não é possível: a correção sai errada.
Porque é que é preciso introduzir a massa real em gramas, e não trabalhar «em percentagem»?
No modo de percentagem, o programa dá a massa de correção como uma fração da massa de prova, e vai ter de a medir a partir de uma massa que não pesou. Além disso, sem gramas e sem raio, não é possível calcular o desequilíbrio residual em g·mm nem verificar a tolerância pelas classes G, e também não consegue guardar os coeficientes de influência para a próxima vez.
É possível dispensar o arranque de prova?
Sim, se já tiver equilibrado este rotor com este aparelho e tiver guardado os coeficientes de influência junto com a massa de prova. Nesse caso, basta um arranque. A condição é rigorosa: a mesma máquina ou do mesmo tipo, os mesmos pontos e direções dos sensores, a mesma rotação. Para um rotor novo, o arranque de prova é necessário.
Colocou a massa de prova e as leituras quase não mudaram. O que fazer?
Primeiro, verifique o óbvio: a massa está no lugar, a rotação é a mesma, os sensores não foram deslocados, a marca refletora é lida corretamente. Depois, aumente a massa 2 a 3 vezes e repita o arranque. Se mesmo assim não houver reação, observe o 1x contra a vibração total e o espectro: o mais provável é que a vibração principal não venha do desequilíbrio, e não há nada para equilibrar.
O que é mais perigoso: uma massa de prova pequena demais ou grande demais?
A pequena estraga o cálculo, a grande danifica a máquina. Uma massa pequena dá uma variação de vibração ao nível da dispersão das medições, e o coeficiente de influência sai pouco fiável, mas ninguém sai prejudicado. Uma massa pesada é capaz de levar a vibração a um nível inadmissível, sobrecarregar os apoios dos rolamentos, soltar-se em rotação e destruir a fixação. Por isso, a massa aumenta-se por etapas, não logo «com margem».
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