AXILINEEquilibragem do rotor depois da rebobinagem e reparação: afinação em conjunto no local de funcionamento
O motor voltou da reparação e ronca mais alto do que antes dela. É uma história conhecida: rebobinagem, impregnação nova, bandagens novas, rolamentos diferentes — e o rotor, que durante anos trabalhou silencioso antes da reparação, tornou-se numa fonte de vibração. Medimos com um analisador de vibrações de dois canais, separamos as causas de montagem do desequilíbrio e afinamos o rotor até à norma diretamente na máquina montada, nos seus apoios de chumaceira de origem. Se a causa for elétrica, um defeito da rebobinagem, recebe números para a conversa com a oficina de reparação, e não massas que não vão mudar nada.
Sintomas: o motor depois da reparação funciona pior do que antes dela
A queixa é quase sempre a mesma: antes da reparação era mais silencioso. É uma observação valiosa. A vibração tem um acontecimento concreto como causa, e não um desgaste acumulado, e o campo de procura reduz-se logo ao que foi mexido na reparação. Leve para a conversa com a oficina de reparação números, não impressões: a medição antes da reparação, se existir, e a medição depois.
- O ruído e a vibração aumentaram logo após o motor voltar da rebobinagem ou da reparação
- Na bancada da oficina de reparação, o motor passou o rodagem em silêncio, mas, já integrado na unidade e sob carga, começou a roncar
- A vibração aumenta à medida que o motor aquece e desaparece depois de arrefecer: suspeita de impregnação irregular ou de curto-circuito entre espiras
- Os rolamentos novos começaram a fazer ruído ou a aquecer poucas semanas depois da substituição
- A vibração do lado do acionamento aumentou depois de se montar à pressão um semiacoplamento novo
- O apoio de trás começou a vibrar depois da instalação de uma ventoinha de arrefecimento nova
- A oficina entregou o rotor com um relatório de equilibragem em máquina, mas, montada, a máquina continua na zona C ou D segundo a parte aplicável da ISO 20816 (zonas de avaliação do estado: de A — bom, até D — inadmissível)
- A massa lubrificante escurece e é expelida, os apoios de chumaceira aquecem mais do que antes da reparação
Se o motor está apenas a seguir para reparação, faça uma medição «antes» no regime de trabalho: o nível global em mm/s RMS (valor eficaz da velocidade de vibração) e, se o aparelho permitir, a amplitude 1× em cada apoio. Este nível de base transforma a receção depois da reparação de uma discussão numa comparação entre dois números. O desequilíbrio residual atinge, em primeiro lugar, os rolamentos novos: a força radial rotativa não está prevista no cálculo de vida útil segundo a ISO 281, e um rolamento novo dura metade do esperado.
Fontes: ISO 281:2007 · ISO 20816-1:2016
O que exatamente compromete o equilíbrio durante a reparação
A reparação muda a distribuição de massa do rotor ao longo da circunferência em vários pontos ao mesmo tempo. Normalmente, não é uma única operação a culpada, mas a soma de três ou quatro pequenas contribuições, cada uma das quais, isoladamente, parece inofensiva.
Enrolamento e impregnação novos
Um rotor bobinado, um induzido ou um sistema de polos rebobinados recebem uma nova disposição de cobre: outra secção, outra densidade de enrolamento, outras cabeças de bobina. O verniz de impregnação e o composto, ao secar, escorrem e endurecem de forma irregular, sobretudo se o rotor tiver sido cozido numa única posição. Dezenas de gramas de verniz ao raio das cabeças de bobina já são um desequilíbrio percetível.
Bandagens e cunhas
A bandagem antiga é cortada, e uma bandagem de fibra de vidro nova é enrolada no local com uma tensão que nunca repete a de fábrica, espira a espira. As cunhas de ranhura novas têm massa diferente das antigas. As duas alterações ficam a um raio grande, onde cada grama dá o máximo de desequilíbrio.
Recuperação das superfícies de assentamento
A soldadura de recuperação, a projeção térmica e a manga de reparação acrescentam metal de forma assimétrica. O torneamento seguinte leva a superfície à medida, mas a assimetria interna da camada depositada permanece. Se, durante o torneamento, a referência se deslocou em relação ao eixo do pacote de chapas, junta-se ainda a excentricidade do assentamento.
Ventoinha de arrefecimento nova
Uma ventoinha fundida, em alumínio ou em plástico, chega com o seu próprio desequilíbrio: uma espessura de pás desigual é normal na fundição. Um assentamento com folga, fixado por um anel de retenção, acrescenta excentricidade. A ventoinha é trocada com frequência nas reparações, porque a antiga se parte ao ser retirada.
Montagem à pressão do semiacoplamento
O semiacoplamento fica na extensão do veio, para lá do rolamento, e o seu desequilíbrio atua num braço comprido. Junte a excentricidade da montagem à pressão e a questão da chaveta: pode considerar-se de duas formas na equilibragem — com a chaveta inteira ou com metade. Se a oficina e o fabricante do semiacoplamento calcularam de forma diferente, o par «equilibrado» fica com um desequilíbrio exatamente igual à massa de meia chaveta.
Substituição dos rolamentos
Os rolamentos novos, por si só, não criam desequilíbrio, mas mudam a posição do rotor no entreferro e a rigidez dos apoios. A amplitude e a fase da vibração depois da substituição são outras, e o velho argumento «esta máquina sempre fez este ruído» deixa de valer. Se, ao mesmo tempo, se mudou o assentamento ou o tipo de rolamento, muda também toda a dinâmica do sistema.
Máquina de equilibragem na oficina ou afinação em conjunto: porque são precisas as duas
Depois da rebobinagem, o rotor é equilibrado numa máquina de equilibragem na oficina, e isso está correto: todas as superfícies estão acessíveis, o desequilíbrio residual mede-se em g·mm e compara-se com a tolerância da classe G da ISO 21940-11. Para rotores de máquinas elétricas, adota-se normalmente G2.5. A máquina de equilibragem é a única forma de obter um documento sobre a qualidade da equilibragem do próprio rotor.
Mas a equilibragem em máquina só responde pelo rotor nu. A ventoinha e o semiacoplamento são montados depois dela, cada um com o seu próprio desequilíbrio e a sua excentricidade de assentamento. A rotação da máquina é inferior à de trabalho. Os apoios da máquina são mais rígidos do que os escudos de rolamento de origem e comportam-se de forma mais previsível. O transporte, a montagem à pressão e o aperto acrescentam o seu. Por isso, a máquina montada sobre a fundação quase sempre apresenta uma vibração residual que na máquina de equilibragem não existia nem podia existir.
Daqui resulta o esquema de trabalho que consideramos correto: a máquina de equilibragem dá ao rotor a classe G, a medição de controlo em conjunto mostra o resíduo, e a afinação no local remove-o em dois ou três arranques. A afinação em conjunto tem em conta todos os componentes acessórios e a rigidez real dos apoios, porque os coeficientes de influência — a resposta da máquina à massa de ensaio — são medidos na própria máquina. A comparação entre as duas abordagens está desenvolvida por completo no artigo sobre a equilibragem no local e em máquina na oficina.
| Critério | Máquina de equilibragem na oficina | Em conjunto no local |
|---|---|---|
| O que se equilibra | O rotor nu, sem peças acessórias | Todo o veio montado: rotor, ventoinha, semiacoplamento, chavetas |
| Rotação | Rotação da máquina, normalmente inferior à de trabalho | Rotação de trabalho e regime de trabalho |
| Apoios | Apoios da máquina | Apoios de chumaceira de origem e fundação real |
| Documento | Desequilíbrio residual em g·mm, classe G segundo a ISO 21940-11 | Vibração antes e depois em mm/s RMS, zonas segundo a ISO 20816 |
| Quando escolher | Rotor retirado: rebobinagem, substituição de bandagens, recuperação de superfícies de assentamento | Máquina montada, desmontar de novo é caro, é preciso um resultado nos apoios reais |
Se a oficina de reparação lhe entregou o rotor sem o relatório da equilibragem em máquina, exija-o: massa do rotor, rotação de equilibragem, desequilíbrio residual por plano, classe G adotada, como foi considerada a chaveta. Sem esse relatório, a discussão sobre as causas da vibração em conjunto transforma-se numa troca de responsabilidades.
Fontes: ISO 21940-11:2016
O que verificamos antes de instalar as massas
Depois de uma reparação, a lista de verificações é mais longa do que o habitual, porque a máquina foi remontada e reposicionada de novo sobre a fundação. Um terço das descobertas nesta fase não tem nada a ver com a equilibragem.
- Batimento do veio e do semiacoplamento com relógio comparador: o endireitamento do veio e a montagem à pressão podem ter deixado um empeno residual
- Assentamentos dos rolamentos nos escudos e no veio: depois de uma reparação, este é o ponto de defeito número um
- Aperto dos parafusos dos pés, pé solto, conjunto de calços: o motor foi reposicionado de novo sobre a base
- Alinhamento de eixos com a máquina acionada: o desalinhamento (de eixos) depois de reposicionar o motor ocorre quase tão frequentemente como o desequilíbrio; os sinais que os distinguem estão explicados no artigo sobre desequilíbrio e desalinhamento
- As duas chavetas estão no lugar, o semiacoplamento e a ventoinha assentam sem folga
- Verificação da causa elétrica ao cortar a alimentação: na desaceleração livre — enquanto o rotor sem corrente continua a rodar por inércia — a componente eletromagnética cai em degrau junto com a corrente, enquanto o desequilíbrio desce de forma suave com a rotação
- Medição com a máquina fria e repetição 30–60 minutos depois, sob carga: o comportamento térmico depois da rebobinagem tem de ser sempre verificado
- Comparação com a medição anterior à reparação, se existir
A verificação na desaceleração livre depois da rebobinagem é especialmente importante: uma disposição incorreta, um curto-circuito entre espiras e um entreferro irregular são defeitos típicos de reparação, e vivem todos na frequência da rede e na sua duplicação, não em 1×. Como separar as causas elétricas da mecânica, explicámos em detalhe no artigo sobre as causas elétricas da vibração do motor elétrico; aqui aplicamos simplesmente essa verificação a cada máquina depois da reparação.
Fontes: ISO 13373-3:2015
Como decorre a afinação em conjunto
- Passo 1
Medição inicial e comparação
A máquina à rotação de trabalho. Registamos a vibração global, a amplitude e a fase 1× em ambos os apoios de chumaceira, o espectro, a rotação, a temperatura. Comparamos com a medição anterior à reparação e com o relatório da equilibragem em máquina, se existirem.
- Passo 2
Separação das causas
Corte da alimentação na desaceleração livre, avaliação dos 100 Hz e das bandas laterais, verificação da repetibilidade da fase em dois arranques, medição com a máquina quente. Só depois disto decidimos: equilibrar, ou primeiro eliminar a causa de montagem ou elétrica.
- Passo 3
Sensores e marca
Dois acelerómetros nos escudos de rolamento, o mais próximo possível dos rolamentos, na direção radial e sempre da mesma forma em todos os arranques. Marca refletora na extremidade do veio ou no semiacoplamento, com o sensor de fase a laser apontado para ela.
- Arranques 1–2
Massas de ensaio
Massa de ensaio pesada, sucessivamente, em cada plano de correção — cada secção do rotor onde vão ser colocadas as massas. Um arranque de ensaio válido muda a amplitude 1× em 20–30 por cento, ou a fase em 20–30 graus. Assim, o aparelho obtém os coeficientes de influência precisamente desta máquina montada, e não da máquina de equilibragem.
- Correção
Cálculo e instalação
O programa indica a massa e a posição para cada plano. Nas pás da ventoinha e nos parafusos do semiacoplamento, trabalhamos em modo de posições fixas: o aparelho indica o número da posição e a massa, e fica excluído o erro de sentido de contagem.
- Controlo
Arranque de verificação e afinação
A mesma rotação e o mesmo regime. Se o resíduo estiver acima do objetivo, o programa calcula massas adicionais para juntar às já colocadas. Depois de uma rebobinagem, normalmente basta uma iteração.
- Medição a quente
Verificação com a máquina quente
Repetimos a medição depois de 30–60 minutos de funcionamento sob carga. Se o 1× aumenta com a temperatura e a fase se desvia, registamos isso no relatório à parte: o comportamento térmico não se resolve com massas.
- Relatório
Números para o auto
Antes e depois em cada apoio, espectros, massas e posições das massas, regimes de medição. Os coeficientes de influência ficam guardados no arquivo do aparelho: a próxima equilibragem desta máquina decorre sem arranques de ensaio.
Trabalhamos com o aparelho Balanset-1A: dois acelerómetros, sensor de fase a laser, módulo USB de dois canais e programa num portátil. Equilibragem num ou dois planos pelo método dos coeficientes de influência, modo de posições fixas, cálculo da tolerância por classes G, arquivo e relatórios.
Fontes: Manual de operação Balanset-1A · Especificações do fabricante Balanset-1A
Planos de correção: onde ficam no rotor de uma máquina elétrica
O rotor de um motor elétrico é quase sempre comprido: a relação entre o comprimento e o diâmetro é superior a 0,5, por isso a variante padrão são dois planos de correção. Só nos bastamos com um plano em rotores curtos de máquinas pequenas; a própria regra de escolha está explicada no artigo sobre o número de planos de correção.
Em conjunto, os planos acessíveis são definidos pela construção. De um lado está a ventoinha de arrefecimento sob a tampa amovível, do outro o semiacoplamento ou a polia. Ficam afastados nas extremidades do veio — uma geometria conveniente para o cálculo em dois planos. Na máquina de equilibragem da oficina, a escolha é mais ampla: o fabricante prevê locais de origem para correção, e uma reparação bem-feita utiliza-os.
- Anéis e ranhuras de equilibragem, se o fabricante os previu: as massas fixam-se na ranhura sem furação
- Anilhas de pressão do induzido de uma máquina de corrente contínua: metal maciço, que permite a remoção por furação
- Anéis de bandagem do induzido como local de assentamento para massas setoriais; a própria bandagem não se toca
- Faces dos anéis de curto-circuito da gaiola: só os ressaltos e orifícios de origem, se existirem na construção
- Pás e aro da ventoinha de arrefecimento: massas aparafusadas através dos orifícios de origem
- Parafusos do semiacoplamento: anilhas calibradas sob as cabeças, o método mais rápido do lado do acionamento
A massa no semiacoplamento fica na extensão do veio, para lá do rolamento, por isso a sua influência no apoio mais distante nem sempre é óbvia quanto ao sinal. Não avaliamos isso a olho: o arranque de ensaio dá o coeficiente de influência real para cada plano desta máquina em concreto.
Fixação das massas e zonas proibidas num rotor rebobinado
No rotor de uma máquina elétrica há zonas onde não se pode colocar nada, e muito menos furar. É a principal diferença em relação a um ventilador ou a uma polia, onde quase qualquer ponto maciço serve para correção.
- Permitido: fixação aparafusada através dos orifícios de origem da ventoinha e do semiacoplamento, massas nas ranhuras de equilibragem, anilhas sob os parafusos do semiacoplamento
- Permitido com reserva: soldadura de uma chapa apenas em peças maciças, longe do enrolamento, sem aquecer o pacote de chapas e com proteção dos rolamentos contra a corrente de soldadura
- Permitido com reserva: remoção de metal por furação apenas nas anilhas de pressão, no aro da ventoinha e noutras peças maciças; a profundidade e o diâmetro são calculados pelo programa
- Proibido: furar o pacote de chapas do rotor — quebra-se a simetria magnética e surge precisamente aquela vibração na frequência dupla da rede que depois não se consegue remover
- Proibido: furar e aquecer as barras e os anéis de curto-circuito da gaiola — um entalhe na barra transforma-se numa fissura, e a fissura numa quebra, com bandas laterais no espectro
- Proibido: tocar na bandagem recente, no coletor, nos anéis coletores e nas cabeças de bobina do enrolamento novo — qualquer intervenção aqui anula a garantia da rebobinagem
- Massas magnéticas — só como massas de ensaio, durante a medição
Os métodos de fixação e a sua fiabilidade às rotações de arranque estão explicados no artigo sobre a fixação de massas de correção. Num rotor rebobinado, acrescenta-se uma regra: qualquer soldadura ou furação deve ser combinada por escrito com a oficina de reparação, enquanto a sua garantia estiver em vigor.
Quando a afinação no local não vai dar resultado
Defeito da rebobinagem: causa elétrica
Curto-circuito entre espiras, disposição incorreta, entreferro irregular depois da montagem. A vibração fica na frequência da rede e na sua duplicação, e não depende das massas. Mostramos isto com números na desaceleração livre e no espectro — com este relatório, o motor volta para a reparação ao abrigo da garantia, e não paga por uma equilibragem inútil.
Empeno térmico depois da impregnação
Uma impregnação irregular e canais de arrefecimento entupidos aquecem o rotor de forma assimétrica. O 1× aumenta à medida que aquece, a fase desvia-se dezenas de graus. A equilibragem dá silêncio num único estado térmico e vibração em todos os outros. Porque é que isto acontece está explicado no artigo sobre o roçamento e o empeno térmico do rotor.
Assentamentos não recuperados
Escudo de rolamento danificado, anel que gira sobre o seu alojamento, folga na ventoinha ou no semiacoplamento. O cálculo da correção pressupõe que a massa do rotor está fixa, e isso não é verdade. Primeiro a reparação mecânica, só depois as massas.
Sem acesso aos planos
Tampa fundida não amovível, proteção fechada do acoplamento, ventoinha que não se consegue abrir sem desmontar a unidade. Se não for possível aceder a nenhum plano de correção, o trabalho no local é fisicamente impossível — o rotor só se equilibra na máquina de equilibragem.
Rotor flexível ou de alta rotação
Perto da primeira frequência crítica, o rotor flete, e dois planos em conjunto podem não bastar. Verificamos a aplicabilidade da equilibragem a baixa rotação a estes rotores segundo a ISO 21940-12, e dizemos com franqueza quando o lugar desta máquina é na máquina de equilibragem.
Fontes: ISO 21940-12:2016
Receção depois da reparação: o que escrever no auto e como encomendar
A receção do motor depois da reparação, por vibração, é uma comparação com um número, não com uma impressão. No auto, escreva: os pontos e as direções de medição, a banda de frequências, o regime e a carga, a vibração global em mm/s RMS em cada apoio, a parte aplicável e a edição da ISO 20816 com a zona atingida. O objetivo depois de uma reparação é a zona A ou B. Numa linha à parte, o desequilíbrio residual segundo a classe G do relatório da equilibragem em máquina, e as massas com as posições das massas da afinação em conjunto. A estrutura detalhada do documento está nos artigos sobre o relatório de equilibragem e sobre os ensaios de receção depois da reparação.
Custo: vibrodiagnóstico com relatório 300 EUR por unidade, equilibragem desde 250 EUR, fatura mínima por visita 500 EUR. O cálculo exato é dado pela calculadora no site — tem em conta o número de rotores, de planos e a distância ao local. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, deslocação a todo o Portugal. Um diagnóstico sem equilibragem também é um resultado completo da visita: por vezes, toda a reparação se resume à devolução do motor ao abrigo da garantia, com o nosso relatório na mão.
- Tipo de máquina, potência, rotação, número de polos
- O que foi feito na reparação: rebobinagem do rotor ou do estator, substituição de rolamentos, bandagens, ventoinha, semiacoplamento
- Se existe relatório da equilibragem em máquina do rotor e medição de vibração anterior à reparação
- Fotografias dos dois lados: escudos de rolamento, tampa da ventoinha, semiacoplamento, base
- Janelas de paragem possíveis e se a garantia da oficina de reparação está em vigor
A AXILINE — engenheiros que desenvolvem e fabricam os aparelhos Balanset e que também equilibram com eles no local. Se a sua oficina rebobina motores com regularidade, a afinação em conjunto é um procedimento que a equipa de manutenção pode dominar com o seu próprio aparelho; damos apoio com uma consulta sobre a máquina em concreto.
Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Especificações do fabricante Balanset-1A
Perguntas frequentes
O rotor foi equilibrado na máquina de equilibragem da oficina. Porque é que, montada, a máquina continua a vibrar?
A máquina de equilibragem equilibra o rotor nu, nos seus próprios apoios e à sua própria rotação. Depois, monta-se no veio a ventoinha e o semiacoplamento, cada um com o seu desequilíbrio e a sua excentricidade de assentamento, junta-se a questão da chaveta, e a rigidez dos apoios de chumaceira de origem é diferente da da máquina de equilibragem. A soma destas contribuições é precisamente o resíduo que se ouve em conjunto. Remove-se com uma afinação no local em dois ou três arranques, porque os coeficientes de influência são medidos na própria máquina.
Rebobinaram o estator, não mexeram no rotor. É preciso equilibrar mesmo assim?
Diretamente, a rebobinagem do estator não muda o equilíbrio do rotor. Mas, para a fazer, a máquina foi totalmente desmontada: a ventoinha foi retirada e recolocada, os rolamentos foram trocados, o semiacoplamento foi montado à pressão, o motor foi reposicionado sobre a base e os eixos foram alinhados de novo. Cada uma destas operações é candidata a causa de vibração. Começamos pela medição e pela verificação na desaceleração livre com a alimentação cortada: num único arranque, separa a causa elétrica da mecânica, e só depois decidimos se são precisas massas.
É possível afinar o rotor depois da rebobinagem sem retirar o motor da fundação?
Sim, é precisamente o cenário normal da afinação. Os sensores são colocados nos escudos de rolamento, a marca de fase na extremidade do veio, as massas na ventoinha de arrefecimento e nos parafusos do semiacoplamento. Só é preciso uma tampa de ventoinha amovível ou acesso ao acoplamento, e a possibilidade de parar a máquina duas ou três vezes. Só é preciso retirar o motor quando não for possível aceder a nenhum plano de correção, ou quando o rotor for flexível.
Depois da substituição dos rolamentos, a vibração aumentou. Os rolamentos novos podem mesmo ser a causa?
Por si só, raramente. Os rolamentos novos mudam a posição do rotor no entreferro e a rigidez dos apoios, por isso a amplitude e a fase da vibração ficam diferentes: um desequilíbrio antes escondido pode manifestar-se. Mais frequentemente, a culpa é da montagem associada: uma inclinação durante a montagem à pressão, um assentamento danificado no escudo, uma ventoinha retirada e recolocada. Verificamos os assentamentos e o espectro antes de propor a equilibragem.
O motor está na garantia da oficina de reparação. A instalação de massas não anula essa garantia?
Pode, se a intervenção for feita sem combinar. Massas aparafusadas nos locais de origem da ventoinha e do semiacoplamento normalmente não levantam questões, mas a furação e a soldadura no rotor devem ser combinadas por escrito, enquanto a garantia estiver em vigor. Se a nossa medição mostrar uma causa elétrica ou um empeno térmico, não colocamos massas de todo: recebe um relatório com números, com o qual o motor volta para a reparação ao abrigo da garantia.
Que tolerância se deve considerar normal para um rotor depois da rebobinagem?
Aqui há duas avaliações diferentes, e não devem ser misturadas. A qualidade da equilibragem do próprio rotor na máquina de equilibragem é definida pela classe G da ISO 21940-11: para rotores de máquinas elétricas, adota-se normalmente G2.5; a classe exata deve ser combinada com o fabricante. O estado da máquina montada avalia-se pela vibração global em mm/s RMS segundo a parte aplicável da ISO 20816: depois da reparação, procura-se atingir a zona A ou B. Vale a pena incluir os dois números no auto de receção, com indicação da edição da norma.
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