AXILINEEquilibragem da polia de transmissão por correia no local: primeiro a geometria e as correias, depois as massas
Trocou as correias do ventilador, e a vibração aumentou. Ou a polia começou a fazer ruído depois do torneamento das ranhuras, da remontagem numa bucha nova, da substituição de um rolamento. Vimos ao local e equilibramos a polia diretamente no veio, nos seus próprios apoios de chumaceira, mas primeiro verificamos o batimento, o assentamento e a tensão: num acionamento por correia, metade dos «desequilíbrios» acaba por ser geometria. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, deslocação a todo o Portugal.
Sintomas: como se denuncia precisamente a polia
A polia denuncia-se por estar ligada a um acontecimento. A vibração não aparece de forma gradual, mas depois de uma operação concreta: trocaram-se as correias, remontou-se a polia, tornearam-se as ranhuras, retirou-se e recolocou-se ao substituir um rolamento. Se o ruído surgiu no mesmo dia, procure a causa no que foi mexido à mão.
Segundo sinal: a vibração vive nos apoios do veio onde está a polia, e muda visivelmente quando se retiram as correias. Num acionamento por correia, há logo três suspeitos: a polia, as correias e o assentamento. É preciso distingui-los por medição, não de ouvido.
- O ruído surgiu depois da substituição das correias, da remontagem da polia ou do torneamento das ranhuras
- A vibração nos apoios do acionamento cai várias vezes se se retirarem as correias e se rodar o motor isoladamente
- As correias aquecem, assobiam no arranque, a borracha esfarela nos bordos, há pó preto por baixo do acionamento
- Uma correia, num conjunto de várias gargantas, descai visivelmente mais do que as outras
- O aro da polia oscila ao rodar o veio lentamente
- Sai pó ferrugento de debaixo do cubo ou da bucha cónica — sinal de fretting, a corrosão provocada por microdeslocamentos num assentamento desapertado
- Substitui os rolamentos do lado do acionamento com mais frequência do que na extremidade livre do veio
- A vibração ao longo da linha entre as polias é visivelmente maior do que na direção transversal
Vale a pena reter o último ponto. Um desequilíbrio puro dá, no apoio, níveis semelhantes na horizontal e na vertical. Uma direcionalidade forte ao longo da linha da transmissão aponta para excentricidade da polia (o seu centro está deslocado em relação ao eixo de rotação) ou para uma pulsação da tensão, e as massas não são o remédio principal aqui.
Construção da polia e de onde vem o seu desequilíbrio
A polia é, na maioria das vezes, uma peça fundida em ferro fundido: um aro com ranhuras, um cubo e um disco ou raios entre eles. Parte do desequilíbrio já fica definida no molde de fundição: espessura de parede desigual no aro, macho deslocado, sopros. A maquinagem acerta as ranhuras e o furo de assentamento, mas a superfície interna do aro muitas vezes permanece como fundida, e a heterogeneidade vive ali até ao fim da vida útil.
O segundo grupo de causas surge na montagem. Cada método de assentamento acrescenta o seu próprio desvio de massa em relação ao eixo de rotação.
Chaveta e assentamento com folga
A folga na ligação por chaveta desloca a polia para um dos lados do veio. A própria chaveta também é massa, e nem sempre há compensação para ela na polia. Depois de cada remontagem, o desequilíbrio do conjunto é diferente.
Bucha cónica
A bucha fendida aperta-se com dois ou três parafusos. Um aperto desigual assenta a polia de forma excêntrica, parafusos mal apertados dão rotação sob carga. A própria fenda e os parafusos deslocam o centro de massa: numa bucha nova isso está previsto, numa desgastada já não.
Manga de aperto
A manga autocentrante segura sem chaveta, por atrito, e centra melhor. Mas os parafusos têm de ser apertados à volta, em várias passagens, com o momento definido. Um lado demasiado apertado volta a dar excentricidade.
Desgaste das ranhuras
As ranhuras desgastam-se de forma irregular ao longo da circunferência e entre gargantas. A correia assenta mais fundo numa zona da volta, a tensão pulsa à frequência de rotação. No aparelho, isto parece desequilíbrio, mas resolve-se substituindo a polia.
Torneamento de reparação
O torneamento retira metal em relação ao eixo pelo qual a polia foi presa no mandril. Se a montagem na máquina tinha batimento, a nova geometria fica excêntrica em relação ao veio. Depois de qualquer torneamento, verificamos o conjunto com relógio comparador e voltamos a equilibrar.
Polia montada com o veio e o acoplamento
No veio de um ventilador ou de uma transmissão, a polia fica ao lado do semiacoplamento e do rotor. Equilibramos o conjunto montado: os desequilíbrios das peças somam-se vetorialmente, tendo em conta a direção, e peças equilibradas isoladamente dão, em conjunto, um novo resíduo.
A ordem de trabalho que não se pode inverter
Com a equilibragem, compensamos a assimetria de massa. O batimento, um assentamento desapertado e uma transmissão avariada são outras causas físicas, com vibração à mesma frequência. Uma massa pode disfarçá-las parcialmente num só regime, mas, à primeira mudança de tensão ou de carga, a compensação desfaz-se. Por isso a ordem é rígida.
- Geometria. Relógio comparador no aro e na face, rotação completa do veio. Comparamos o batimento radial e frontal com a tolerância do fabricante, normalmente décimas de milímetro, consoante o diâmetro
- Assentamento. Momento de aperto dos parafusos da bucha ou da manga, folga na chaveta, sinais de fretting. Uma polia que se mexe é primeiro reassentada
- Correias. As desgastadas e com comprimentos diferentes só se trocam em conjunto, com uma única marcação de lote
- Tensão. Ajustamos pelos dados do fabricante da correia: pela flecha sob uma força definida ou pelo método de frequência, a partir das oscilações do vão
- Posição relativa das polias. Alinhamo-las no mesmo plano com uma régua, um cordel ou um dispositivo laser. Numa ligação por acoplamento com o rotor, avaliamos à parte o alinhamento de eixos
- Só agora a equilibragem. Tudo o que foi referido muda a própria vibração ou a rigidez do sistema, e com ela os coeficientes de influência — a relação «colocou-se uma massa, a vibração mudou assim», a partir da qual o aparelho calcula a correção
A ordem inversa não poupa tempo, duplica o trabalho. Equilibrou-se, depois trocaram-se as correias: a tensão e a rigidez mudaram, parte do resultado perdeu-se. Equilibrou-se, depois reassentou-se a polia: a posição angular das massas é outra, o desequilíbrio é novo. Qualquer operação na transmissão depois da equilibragem implica uma medição de controlo, e muitas vezes uma nova correção. Como distinguir, pela fase, o desequilíbrio do desalinhamento (de eixos), está explicado num artigo à parte.
Como decorre a equilibragem da polia no local
- Inspeção
Relógio comparador antes da eletrónica
A máquina está parada e bloqueada. Medimos o batimento do aro e da face, verificamos o assentamento, o perfil das gargantas com um calibre, a tensão. É aqui que decidimos onde vai ficar fisicamente a massa e se vai ser preciso furar.
- Sensores
Apoios e marca no veio certo
Colocamos dois acelerómetros (sensores de vibração) nos apoios de chumaceira do veio com a polia, na direção radial, sobre metal limpo junto ao rolamento. Colamos a marca refletora nesse mesmo veio. Uma marca no veio do motor dá a fase de um rotor diferente: numa transmissão por correia, a rotação dos veios é diferente.
- Arranque 0
Medição inicial
Rotação de trabalho, regime estabilizado. Registamos a vibração global em mm/s RMS (valor eficaz), a amplitude e a fase da componente de rotação 1× — a vibração exatamente à frequência de rotação do veio; a fase mostra a sua posição angular em relação à marca. Registamos ainda o espectro (a decomposição da vibração por frequências) e o sinal no tempo. Verificamos a rotação com a relação de transmissão pelos diâmetros das polias. Se o 1× não dominar, paramos e explicamos porquê.
- Massa de ensaio
Um arranque por plano
Numeramos os raios ou marcamos o aro em posições fixas. Fixamos uma massa de ensaio pesada na posição 1, com íman ou grampo. A polia é leve, a resposta em amplitude e fase costuma ser nítida, e o arranque válido sai à primeira.
- Correção
Furação ou parafuso
O programa indica a massa e a posição, e, para a remoção de metal, calcula o diâmetro e a profundidade do orifício. Furamos o aro ou colocamos um parafuso, retiramos a massa de ensaio. Arranque de controlo à mesma rotação e com a mesma tensão.
- Relatório
Números antes e depois
Se necessário, uma afinação (trim) com uma massa pequena. Depois, o relatório: medições nos apoios antes e depois, espectros, massas e posições das massas, resultados das verificações de geometria. Guardamos os coeficientes de influência no arquivo, a próxima equilibragem deste conjunto decorre sem arranques de ensaio.
Duração típica numa polia acessível: duas a quatro horas, com quatro a seis paragens da máquina. O que mais tempo consome é a proteção do acionamento e os procedimentos de bloqueio, não o cálculo.
Um plano ou dois: o disco fino e as suas exceções
Uma polia comum, de correias trapezoidais, é um disco fino: a largura é visivelmente inferior ao diâmetro, a relação entre o comprimento e o diâmetro está longe de 0,5. A massa está concentrada num único plano, predomina o desequilíbrio estático, e um único plano de correção é suficiente. Como se escolhe o número de planos no caso geral está explicado no artigo sobre a equilibragem num plano e em dois planos.
Duas situações quebram a regra. A primeira: uma polia larga, de várias gargantas, com seis a oito gargantas. Ganha extensão axial, e com ela uma componente de momento — um par de desequilíbrios em extremidades diferentes, que faz oscilar o veio. A segunda: não se equilibra a polia, mas todo o veio, com a polia numa extremidade e o semiacoplamento ou o impulsor na outra. Nesse caso, os planos de correção afastam-se ao longo do comprimento do veio: um no aro da polia, o outro nos parafusos do semiacoplamento ou no disco do impulsor.
Uma medição de dois canais resolve a questão com dados, não a adivinhar. Fases 1× próximas nos dois apoios indicam desequilíbrio estático e um só plano. Contrafase indica desequilíbrio de momento e dois planos. A decisão é tomada depois do arranque inicial, não a partir de um catálogo.
Onde colocar a massa: porque a furação do aro é melhor do que a soldadura
Numa polia, quase sempre é mais conveniente retirar metal do que acrescentar. A razão está no material. O ferro fundido cinzento suporta mal a soldadura: são precisos pré-aquecimento, elétrodos especiais e arrefecimento lento, caso contrário a zona da soldadura fissura. Soldar uma massa a uma polia de ferro fundido no local é uma lotaria em que não entramos.
A furação resolve o problema de forma limpa. O aparelho converte a massa de correção num diâmetro e numa profundidade de orifício, para um material conhecido. Furamos na parte mais espessa do aro ou no disco, do lado onde o orifício não afeta as ranhuras nem acumula sujidade.
- Primeira escolha: os orifícios de equilibragem de origem, se o fabricante os previu
- Furação do aro pelo lado interno ou pela face, fora das pistas da correia. Vários orifícios pouco profundos são melhores do que um só fundo
- Parafuso com anilhas e contraporca num orifício do raio ou do disco: rápido, reversível, a massa é fácil de ajustar numa afinação (trim)
- Polia soldada em aço: a soldadura de uma chapa é admissível, com verificação do batimento depois de arrefecer
- Massas magnéticas só como massas de ensaio; retiramo-las antes do arranque de controlo
- Não tocamos: o fundo e as paredes das ranhuras, o bordo fino do aro, a zona junto à fenda da bucha cónica
Os gramas retirados na furação não afetam a resistência do aro, desde que não se ultrapasse a profundidade calculada pelo programa. Os métodos de fixação de massas em diferentes rotores estão explicados em detalhe num artigo à parte.
Correia e tensão: o que se disfarça de desequilíbrio
A transmissão acrescenta as suas próprias linhas ao espectro, e a principal delas é a frequência de passagem da correia. Calcula-se pela cinemática e fica sempre abaixo da frequência de rotação dos dois veios. Um troço defeituoso da correia percorre as duas polias numa volta, por isso, no espectro, é frequente aparecer o seu segundo harmónico. O vibrómetro vai mostrar um nível global alto, fácil de atribuir a desequilíbrio. O espectro põe tudo no seu lugar numa única medição: uma análise detalhada, com fórmulas, está no artigo sobre a vibração de transmissões por correia.
A tensão atua de forma mais dissimulada. Não é vibração, mas uma força radial constante, que carrega os rolamentos dos dois veios e define a rigidez do sistema. Nos rolamentos de esferas, a vida útil cai aproximadamente com o cubo da carga equivalente, e o cálculo segundo a ISO 281 mostra isso diretamente, se se substituir pela força real de uma correia demasiado esticada. Para a equilibragem, importa outra coisa: os coeficientes de influência obtidos com uma tensão deixam de ser exatos com outra. Por isso a tensão é ajustada antes da equilibragem e não se mexe nela depois.
Fontes: ISO 13373-3:2015 · ISO 281:2007
Quando a equilibragem da polia no local não vai ajudar
Uma parte dos pedidos fecha-se sem instalar massas, e dizemos isso na primeira hora no local.
O aro bate mais do que a tolerância
Um batimento acima da tolerância do fabricante é um assentamento excêntrico ou uma deformação. A massa remove a vibração num só regime, mas a correia continua a pulsar a tensão a cada volta e a desgastar as ranhuras. Primeiro reassentamento ou substituição.
As ranhuras estão desgastadas
Um fundo de ranhura brilhante significa que a correia trapezoidal afundou e trabalha pelo fundo em vez das faces laterais. A transmissão está avariada, as medições nela não se repetem. Polia para substituir; equilibramos já a nova.
A bucha ou o cubo rodam sobre si mesmos
A fase 1× varia de arranque para arranque, os coeficientes de influência não convergem, o aparelho vê isso de imediato. Não faz sentido equilibrar uma polia que se mexe; o conjunto é reassentado.
A correia desliza
A rotação do veio conduzido oscila junto com a carga, as linhas do espectro ficam esbatidas, não se pode confiar na fase. Primeiro a tensão ou um conjunto de correias novo, depois a medição.
Fissura num raio ou no aro
Uma polia de ferro fundido com uma fissura não se equilibra, retira-se de serviço. A massa disfarçaria o único sintoma externo e deixaria a rodar uma peça que pode desfazer-se.
É preciso um auto com o desequilíbrio residual
A receção com o desequilíbrio residual medido em g·mm/kg, por classes G, faz-se na máquina de equilibragem. No local, calculamos a tolerância segundo a parte aplicável da ISO 21940 e confirmamos o resultado pela vibração residual: para fins de exploração, isso costuma bastar.
Fontes: ISO 21940-11:2016
O que recebe e como encomendar
O resultado do trabalho são números, não impressões. Recebe um relatório com as medições antes e depois em cada apoio de chumaceira: rotação, vibração global em mm/s RMS, amplitude e fase 1×, espectros, massas e posições das massas, dados sobre o batimento, o assentamento e a tensão. Avaliamos a vibração residual pelas zonas da parte aplicável e da edição da ISO 20816, e calculamos a tolerância ao desequilíbrio residual pela classe G.
Quanto ao dinheiro: vibrodiagnóstico com relatório 300 EUR por unidade, equilibragem desde 250 EUR, fatura mínima por visita 500 EUR. O valor exato é calculado pela calculadora, e depende do número de rotores e de planos de correção, do acesso e da distância ao local. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, deslocamo-nos a todo o Portugal.
Vêm engenheiros que desenvolvem e fabricam os aparelhos Balanset e que também equilibram com eles no local. O Balanset-1A também pode ser comprado, para equilibrar polias pelos seus próprios meios: dois acelerómetros, sensor de fase a laser, módulo USB de dois canais, programa com posições fixas, cálculo de furação, equilibragem de afinação (trim) e arquivo de relatórios.
- Possibilidade de parar a máquina quatro a seis vezes, por alguns minutos de cada vez
- Proteção da transmissão por correia amovível ou que se consiga abrir
- Fotografias da polia, do cubo e da placa de características da máquina no pedido: por elas vê-se o assentamento e os planos de correção
- Marcação das correias e dados do fabricante sobre a tensão, se existirem
- Um responsável pelo arranque e pelo bloqueio, do lado da exploração
Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A
Perguntas frequentes
Trocámos as correias e a vibração não desapareceu. É desequilíbrio da polia?
Não necessariamente. Primeiro verifique com o relógio comparador o batimento do aro e o assentamento: a vibração depois de trocar as correias significa muitas vezes que a polia foi remontada com a bucha inclinada, ou que a tensão mudou. Se a geometria estiver dentro da tolerância, e no espectro dominar a componente de rotação do veio com a polia, então sim, equilibramos.
É possível equilibrar a polia do motor com as correias retiradas?
A polia motora sim: o motor faz-a rodar mesmo sem a transmissão, e esse arranque é útil como diagnóstico, já que a vibração sem correias é o desequilíbrio próprio da polia com o rotor do motor. A polia conduzida não roda sem correias; equilibramo-la no regime de trabalho, com a tensão ajustada.
Porque é que a equilibragem de uma polia numa bucha cónica não se aguenta?
Na maioria das vezes, a bucha desapertou-se ou foi apertada de forma desigual. A polia desloca-se aos poucos sob carga, a posição angular das massas muda, e o desequilíbrio compensado regressa. Sinais: pó ferrugento de fretting junto ao cubo, e fase 1× instável de arranque para arranque. Primeiro o reassentamento com o momento de aperto correto dos parafusos, depois a equilibragem.
Onde colar a marca refletora numa transmissão por correia?
Só no veio cuja polia está a equilibrar. Os veios do motor e da máquina acionada rodam a rotações diferentes, e uma marca num veio errado dá ao aparelho a fase de um rotor diferente. Depois de colar, verificamos a rotação medida com o cálculo pelos diâmetros das polias.
Uma correia do conjunto está mais desgastada do que as outras. Pode substituir-se só essa?
Não. Uma correia nova é mais curta e mais rígida do que as esticadas, vai assumir a maior parte da carga e esticar-se depressa também, e a tensão entre gargantas vai pulsar e estragar a medição. Troque em conjunto, com uma única marcação de lote, ajuste a tensão e só depois equilibre.
É possível soldar uma massa de correção a uma polia de ferro fundido?
Não vale a pena. O ferro fundido cinzento, com soldadura no local, fissura na zona termicamente afetada, e, em vez de uma equilibragem, fica com uma peça defeituosa. Numa polia de ferro fundido trabalhamos por remoção de metal: furamos o aro ou o disco no diâmetro e na profundidade que o programa calcula, ou colocamos um parafuso num orifício do raio. A soldadura só é admissível em polias soldadas de aço.
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