AXILINEEquilibragem de compressores de parafuso e turbocompressores: o que é possível no local
O bloco de parafuso e o turbocompressor partilham uma característica desagradável: os seus rotores não podem ser equilibrados no local de operação. Dizemo-lo antes da deslocação, não depois. Ao mesmo tempo, a vibração destas máquinas é criada, na maioria das vezes, não pelos parafusos nem pelo cartucho, mas pelo acionamento, pelo acoplamento, pelos rolamentos e por pulsações. É com isto que se pode trabalhar no local, e abaixo explicamos exatamente como.
Construção do bloco de parafuso: porque não se chega aos rotores
Dentro do bloco de parafuso rodam dois rotores perfilados — o motor e o movido. Os perfis rolam um sobre o outro, e as folgas entre os parafusos, a carcaça e as tampas dos topos são de centésimas e décimas de milímetro. A posição axial de cada rotor é mantida por rolamentos axiais (de encosto), e mesmo um pequeno desgaste destes muda a folga frontal mais depressa do que qualquer desequilíbrio conseguiria destruir alguma coisa. Em máquinas sem óleo, os rotores nem sequer se tocam: são conduzidos por um par de engrenagens de sincronização à parte.
A conclusão prática é simples. Os planos de correção — secções do rotor onde se pode colocar ou retirar massa de correção — nos parafusos não são acessíveis sem desmontar por completo o bloco. Não há onde colocar massas: não existem colares de equilibragem de origem nos rotores de parafuso, e não se pode remover metal do perfil, pois isso muda a linha de contacto e as folgas. A desmontagem e a montagem do bloco exigem ferramental e o ajuste das folgas axiais, por isso realizam-se numa reparação especializada, e não sobre o chassis do compressor na oficina.
Há também uma boa notícia. Os rotores de parafuso são rígidos, curtos e equilibrados de fábrica na máquina. Num bloco cheio de óleo, quase não têm de onde ganhar um desequilíbrio de operação: não há acumulação de produto, não há erosão de pás, não há soldadura de reparação. Por isso, quando um compressor de parafuso começa a vibrar, o desequilíbrio próprio dos parafusos é a causa menos frequente de todas.
Em que é que um rotor rígido difere de um flexível, e porque é que isso determina o local da equilibragem, tratámo-lo num artigo à parte sobre rotores rígidos e flexíveis. Aqui basta a conclusão curta: os parafusos são rígidos, mas inacessíveis.
Fontes: ISO 21940-11:2016
De onde vem realmente a vibração de um grupo de parafuso
Um grupo de parafuso não é só o bloco. É também o motor elétrico de acionamento, o acoplamento ou a transmissão por correia, o ventilador de arrefecimento, o radiador de óleo, o chassis sobre apoios antivibráticos e a tubagem de descarga. Cada elemento assina no espectro com a sua própria frequência, e lemos o espectro antes de tirarmos as massas.
| O que se vê na medição | Causa provável | O que fazemos |
|---|---|---|
| Domina o 1x do veio do motor (a vibração com a frequência da sua rotação), a fase é estável de arranque para arranque | Desequilíbrio do rotor do motor, da metade do acoplamento ou da polia | Equilibramos no local, nos próprios apoios do grupo |
| Segunda harmónica (pico na frequência dupla de rotação) e vibração axial elevada junto ao acoplamento | Desalinhamento dos eixos do motor e do bloco, muitas vezes depois da substituição do elemento elástico | Alinhamento de eixos, depois medição de controlo |
| Picos de alta frequência, não múltiplos das rotações, a envolvente cresce (o sinal usado para detetar defeitos de rolamentos) | Desgaste dos rolamentos do bloco de parafuso ou do motor | Não equilibramos. Parecer e substituição dos rolamentos; para o bloco, é uma reparação especializada |
| Pico no número de câmaras do parafuso motor multiplicado pela rotação, com harmónicas e bandas laterais a crescer | Pulsações de compressão; se crescer de medição para medição, desgaste do perfil e folgas aumentadas | Verificamos o regime e a tubagem; com desgaste do perfil, só a reparação do bloco |
| Picos abaixo da frequência de rotação (subharmónicas) e estalidos na transmissão por correia | Correias esticadas, batimento da polia, assentamento solto | Reparação da transmissão; equilibramos a polia depois da reparação |
| Balanço de baixa frequência de todo o chassis | Apoios antivibráticos afundados, fixação solta, ressonância da proteção | Substituímos os apoios, reapertamos a fixação, depois medimos de novo |
A frequência de câmaras, num bloco típico, situa-se na faixa de quatro a seis harmónicas de rotação, e está sempre presente no espectro. O alarme não é o pico em si, mas sim o seu crescimento de medição para medição.
Fontes: ISO 13373-3:2015 · ISO 281:2007
O que realmente equilibramos no local num compressor de parafuso
Em todos os casos listados abaixo funciona o mesmo método — o método dos coeficientes de influência: massa de ensaio, medição da resposta, cálculo da massa de correção e do ângulo, instalação, arranque de controlo, e, se necessário, afinação trim (o ajuste final e preciso com uma massa pequena). O aparelho Balanset-1A calcula um e dois planos, verifica o desequilíbrio residual segundo a classe de precisão G escolhida (a tolerância ao desequilíbrio residual) e guarda os coeficientes de influência da máquina para as visitas seguintes.
Rotor do motor elétrico de acionamento
A descoberta mais frequente. Sujidade na ventoinha de arrefecimento sob a proteção, uma massa de equilibragem perdida, um rotor depois de remontagem. Equilibramos nos próprios apoios de chumaceira, às rotações de trabalho; planos de correção: a ventoinha e a metade do acoplamento. Fixamos as massas com parafusos em orifícios de origem ou com braçadeiras nas pás; a soldadura em alumínio e plástico está excluída. Há uma página à parte dedicada aos motores depois da rebobinagem.
Metade do acoplamento e acoplamento montado
Depois da substituição do elemento elástico ou da remontagem da metade do acoplamento, a vibração cresce muitas vezes: o elemento ficou numa posição angular diferente. Primeiro verificamos o alinhamento, depois equilibramos o acoplamento como um conjunto montado, geralmente num único plano. Massas aparafusadas, em orifícios de origem do flange.
Polia da transmissão por correia
Em parte das máquinas de parafuso, o acionamento é por correia. Antes da equilibragem, verificamos com o relógio comparador o batimento da polia, o estado das gargantas e a tensão das correias, senão as massas vão assentar sobre um defeito geométrico. Equilibramos a polia diretamente no veio: um plano de correção para uma polia estreita, dois para uma polia larga, de várias gargantas.
Ventilador de arrefecimento e do radiador de óleo
O ventilador axial do radiador acumula sujidade e perde a equilibragem tal como qualquer ventoinha. Equilibramos no local, através do acesso de origem. As especificidades do grupo de ventilação estão tratadas em detalhe na página sobre a equilibragem de ventiladores.
Fontes: ISO 21940-11:2016 · Especificações do fabricante Balanset-1A
Turbocompressores: rotações muito altas e só banco de ensaio
O rotor de um turbocompressor de sobrealimentação é um cartucho: roda da turbina, veio e roda do compressor, numa carcaça de rolamentos com buchas de deslizamento flutuantes. As rotações de trabalho vão de trinta a mais de duzentas mil por minuto, consoante o tamanho. O rotor atravessa frequências críticas (rotações nas quais o veio começa a curvar-se) e comporta-se como flexível. Por isso, a equilibragem só é possível em equipamento especial: primeiro as rodas e o veio em separado, a baixas rotações, depois o cartucho montado, às rotações de trabalho, num banco de ensaio com a sua própria central de óleo. Aí, a correção é feita por remoção de metal na porca e nos topos das rodas, não com massas.
Com um aparelho portátil no motor, esta tarefa não se resolve, e não nos comprometemos com ela. O que fazemos no local: medimos a vibração das carcaças, registamos o espectro, avaliamos a folga axial e radial do veio, procuramos marcas de toque das rodas na carcaça, coque e óleo na parte de fluxo. A seguir, o parecer: cartucho para substituição, ou rotor para uma reparação especializada de turbocompressores.
Os turbocompressores de processo e os sopradores centrífugos atrás de um multiplicador (redutor elevador) são uma história à parte. Também aí o veio de alta velocidade é inacessível, mas a parte de baixa velocidade do grupo está aberta: o rotor do motor, o veio intermédio, os acoplamentos. No local, separamos as frequências dos veios e a frequência de engrenamento do multiplicador, equilibramos a parte de baixa velocidade e damos um parecer sobre a de alta velocidade. O que fazemos com o restante parque de compressores, veja na página da secção sobre a equilibragem de compressores.
Fontes: ISO 21940-12:2016 · ISO 13373-3:2015
Como decorre a deslocação
- 01
Pedido e fotografias
Envie o modelo do compressor, fotografias do grupo com a proteção retirada, o esquema do acionamento (acoplamento ou correia) e uma descrição do sintoma: quando começou, depois de que trabalhos, em que regime é mais forte. Com estes dados, diremos com franqueza, ainda antes da deslocação, se há algo para equilibrar na sua máquina, ou se é preciso reparação de imediato.
- 02
Medição em regime aquecido
Colocamos dois acelerómetros (sensores de vibração) nos apoios de chumaceira do motor e na carcaça do bloco, fixação por ímanes sobre zonas limpas, e registamos as direções de medição no relatório. Apontamos o sensor de fase a laser para a marca refletora do veio acessível. Registamos a vibração total (o nível global em todas as frequências), o 1x de rotação, a fase, as rotações, o espectro FFT e o sinal no tempo, em vazio e sob carga: as pulsações de compressão dependem da carga, e as causas mecânicas praticamente não.
- 03
Separação de causas
Comparamos o 1x com o nível total, verificamos a segunda harmónica junto ao acoplamento, a envolvente dos rolamentos, a frequência de câmaras, a fixação e os apoios antivibráticos. Avaliamos os níveis segundo a parte aplicável e a edição da ISO 20816, com correção para o tipo de apoios, mas a tendência em relação ao seu nível habitual é mais importante do que a tabela absoluta.
- 04
Equilibragem dos planos acessíveis
Método dos coeficientes de influência: massa de ensaio, medição da resposta em amplitude e fase, cálculo da massa de correção, instalação, arranque de controlo, e, se necessário, afinação trim. Um ou dois planos de correção, consoante o conjunto. Confirmamos o desequilíbrio residual em relação à tolerância pela classe G.
- 05
Relatório e parecer
Recebe um relatório com os números antes e depois em cada ponto, os espectros e o regime de medição registado. Se a causa estiver dentro do bloco de parafuso ou do cartucho do turbocompressor, o parecer vai dizer exatamente isso, com fundamentação pelo espectro, para que a conversa com a oficina de reparação seja objetiva.
Fontes: ISO 20816-1:2016
Quando dizemos logo: para uma reparação especializada
- Uivo metálico ou ranger vindo do bloco de parafuso, som de desaceleração alterado
- Limalha ou pó de alumínio no óleo e no bujão magnético
- Folga axial ou radial no veio do turbocompressor, marcas de toque das rodas na carcaça
- Coque na roda do compressor, óleo na parte de fluxo, fumo azul no escape
- Aumento da temperatura de compressão e da corrente do motor ao mesmo tempo que a vibração: indica desgaste do perfil e folgas aumentadas
- Estalido de alta frequência e picos da envolvente nas frequências dos rolamentos do bloco
- O compressor sofreu um golpe de aríete, entrada de condensado ou de um objeto estranho
Equilibrar uma máquina com estes sintomas significa gastar o seu turno e mascarar uma degradação que vai acabar em bloqueio do bloco. Não nos comprometemos com isso: primeiro a medição e o parecer, depois a reparação, e só depois dela a equilibragem do que estiver acessível.
Fontes: ISO 13373-3:2015
Se o bloco for mesmo desmontado: equilibragem na reparação e o Balanset-1A OEM
Numa reparação geral do bloco de parafuso, os rotores, depois da recuperação dos colos e da substituição dos rolamentos, são equilibrados numa máquina de equilibragem. É trabalho da oficina de reparação, e exigi-lo de uma equipa de deslocação não faz sentido. O mesmo com os cartuchos de turbocompressores: são afinados em bancos de ensaio de alta velocidade, com remoção de metal.
Se repara compressores ou turbocompressores por conta própria, a parte de medição dessa máquina ou desse banco de ensaio pode ser construída com o Balanset-1A OEM. É o mesmo módulo de medição de dois canais, com acelerómetros e sensor de fase a laser, mas sem estojo, para integração no equipamento. Cálculo num e em dois planos, posições fixas de instalação das massas, tolerâncias por classes G, arquivo e relatórios. Ajudamos na seleção e na integração.
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A
Preço, prazos e como encomendar
Somos engenheiros que desenvolvemos e fabricamos os aparelhos Balanset, e somos nós que equilibramos com eles no local. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, deslocamo-nos a todo o Portugal.
Para que a visita caiba num único dia, prepare o acesso: retire ou desaperte a proteção do acoplamento e do ventilador, garanta a possibilidade de uma série de arranques e paragens curtos, avise o operador. Fazemos a medição com a máquina aquecida, sob a sua carga habitual.
- Equilibragem do rotor acessível (motor, metade do acoplamento, polia, ventilador): pacotes desde 550 EUR por unidade (diagnóstico 300 EUR + equilibragem desde 250 EUR)
- Fatura mínima por visita 500 EUR, mesmo que, segundo os resultados da medição, não haja nada para equilibrar: recebe o diagnóstico e um parecer escrito
- O cálculo exato para a sua máquina e o seu local é dado pela calculadora no site
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A
Perguntas frequentes
É possível equilibrar o bloco de parafuso sem desmontar o compressor?
Não, e isso não depende do aparelho. Os planos de correção dos rotores de parafuso estão fechados pela carcaça, com folgas de centésimas de milímetro; não há onde colocar massas, e não se pode remover metal do perfil. Os parafusos equilibram-se na máquina no fabrico e numa reparação geral do bloco. No local, encontramos e eliminamos as causas externas de vibração, e estas são a maioria.
O compressor começou a vibrar depois da troca do acoplamento. É desequilíbrio?
Possivelmente, mas primeiro verificamos o alinhamento. Depois da substituição do elemento elástico, são típicos dois cenários: desalinhamento, com aumento da segunda harmónica e da vibração axial, ou uma metade do acoplamento montada numa posição angular diferente, com aumento da componente de rotação 1x. O primeiro trata-se com o alinhamento de eixos, o segundo com a equilibragem do acoplamento no local. A medição separa estes casos num único arranque.
Equilibram turbocompressores de sobrealimentação?
No local, não. O rotor em cartucho trabalha a dezenas e centenas de milhares de rotações e só se equilibra num banco de ensaio especial, com remoção de metal. No local, medimos a vibração, verificamos as folgas do veio e o estado das rodas, e damos um parecer: cartucho para substituição, ou para uma reparação especializada de turbocompressores.
E se vierem e se verificar que não há nada para equilibrar?
Recebe sempre um resultado: medição por pontos, espectros, separação de causas e um parecer escrito, com o qual pode ir à oficina de reparação ou ao fornecedor. Uma visita destas fecha-se com a fatura mínima de 500 EUR. Para reduzir o risco de uma deslocação em vão, analisamos com antecedência as suas fotografias e a descrição dos sintomas.
É preciso parar a produção durante os trabalhos?
Por completo, não. A medição decorre com a máquina em funcionamento, no seu regime habitual. São precisas paragens curtas: para instalar os sensores e a marca refletora, para montar as massas de ensaio e de correção. Normalmente é uma série de três a seis arranques de poucos minutos cada. O que demora mais é esperar que a máquina aqueça até ao regime estável.
Segundo que normas avaliam a vibração do compressor?
Pela ISO 20816, na parte e edição aplicáveis à sua máquina, tendo em conta a potência e o tipo de apoios. A tabela absoluta é, aliás, secundária: é mais informativa a tendência em relação ao nível em que a sua máquina trabalhava sem problemas, e a estrutura do espectro. A tolerância ao desequilíbrio residual, na equilibragem, verificamo-la por classes G, segundo a ISO 21940.
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