Apostila - Balanceamento de Rotores

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  • R&T Anlise de Vibraes e Balanceamento

    CURSO

    BALANCEAMENTO DE

    ROTORES

    Eng Ricardo Damio Gz Eng Thadeu Carneiro da Silva

  • R&T Anlise de Vibraes e Balanceamento

    CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES

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    SUMRIO

    RESUMO................................................................................................................................ 4

    CAPTULO 1. NECESSIDADE DE BALANCEAMENTO........................................................... 5

    1.1. Introduo ................................................................................................................ 5 1.2. Necessidade do Balanceamento........................................................................... 5 1.3. Origens do Desbalanceamento ............................................................................. 6 1.4. Algumas Causas de Desbalanceamento.............................................................. 6 1.1.1. Tolerncias de Fabricao............................................................................... 7 1.1.2. Prticas de Oficina ............................................................................................ 7 1.1.3. Operao Normal ............................................................................................. 8 1.1.4. Desgaste e Eroso ............................................................................................. 9 1.1.5. Resumo............................................................................................................... 9

    1.5. Efeitos e Tipos de Desbalanceamento ................................................................... 9 1.6. Rotores Rgidos e Rotores Flexveis ....................................................................... 12

    CAPTULO 2. TCNICAS DE BALANCEAMENTO............................................................... 14

    2.1. Balanceamento Dinmico .................................................................................... 14

    CAPTULO 3. QUALIDADE DE BALANCEAMENTO............................................................ 18

    3.1. Introduo .............................................................................................................. 18 3.2. Quantificao do Desbalanceamento................................................................ 18 3.3. Exemplo de Uso da Norma ISO 1940/1 ................................................................ 19 3.4. Avaliao do Desbalanceamento pela Vibrao ............................................. 19

    CAPTULO 4. BALANCEAMENTO COM BALANCEADORAS............................................. 22

    4.1. Introduo .............................................................................................................. 22 4.2. Como especificar?................................................................................................. 22 4.3. Comparao entre Balanceadoras Duras e Moles ............................................ 22

    CAPTULO 5. BALANCEAMENTO DE CAMPO .................................................................. 24

    5.1. Introduo .............................................................................................................. 24 5.2. Mtodo dos 3 Pontos.............................................................................................. 25 5.3. Mtodo Vetorial de Um Plano ............................................................................... 27 5.4. Balanceamento Vetorial de 2 Planos................................................................... 32

    CAPTULO 6. SOFTWARES DE BALANCEAMENTO DE CAMPO......................................... 35

    CAPTULO 7. CARACTERSTICAS DE UNIDADES GERADORAS PARA O BALANCEAMENTO..................................................................................................................... 36

    7.1. Referncias ............................................................................................................. 36 7.2. Introduo .............................................................................................................. 36 7.3. A Correo ............................................................................................................. 39 7.4. Desbalanceamento Magntico............................................................................ 40 7.5. Perturbaes Hidrulicas na Turbina.................................................................... 43 7.6. Limites e Critrios de Vibrao em Turbinas........................................................ 44 7.7. Prticas de Balanceamento de Unidades Geradoras........................................ 47 7.7.1. Instrumentao................................................................................................ 47

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    7.7.2. Tipos de Balanceamentos .............................................................................. 49 7.7.3. Formas de Balanceamento: ........................................................................... 49 7.7.4. Mtodos de Clculo de Balanceamento de Campo.................................. 49

    7.8. Consideraes Finais ............................................................................................. 58

    ANEXO - USO DE BALANCEAMENTO ATIVO NA SOLUO DE PROBLEMAS DE MANUTENO E DE CONFIABILIDADE ............................................................................. 61

    1. Sinopse...................................................................................................................... 61 2. Correo Automtica do Desbalanceamento ..................................................... 61 3. Operao de um Sistema de Balanceamento Ativo ........................................... 61 4. Aplicaes do Balanceamento Ativo.................................................................... 62 5. Exemplos de Aplicao .......................................................................................... 62 5.1. Fabrica de Cimento ........................................................................................... 62 5.2. Siderrgica (USStell) ........................................................................................... 63

    6. A Tecnologia SKF...................................................................................................... 64

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    RESUMO

    O estudo da vibrao trata das respostas dos sistemas mecnicos s excitaes dinmicas a que submetido.

    Excitao dinmica qualquer esforo no constante, varia tempo, de modo aleatrio ou regular. O som de uma fanfarra incidindo em um painel, a gua fluindo dentro de um rotor de turbina so exemplos reais de excitaes dinmicas. Dinmicas porque so variveis no tempo e podem ou no ter um contedo de freqncias bem definido.

    O comportamento vibratrio de uma mquina depende muito de seu projeto e de sua montagem.

    Na aplicao desta anlise no monitoramento de mquinas, o analista identifica a causa, faz o diagnstico da vibrao, e pela tendncia (amplitude e evoluo) da vibrao se faz a avaliao da severidade das condies mecnica da mquina, ou seja, das condies atuais dos defeitos.

    Os resultados desta anlise so aplicados diretamente em muitas tcnicas de manuteno, onde coexistem vrias filosofias com nomes sugestivos: Manuteno Preditiva, Monitoramento das Condies, Manuteno Pr-Ativa, Falha Zero e outros que lembram maior Vida til, maior Disponibilidade, menor Estoque, Manuteno Just-in-time, etc.

    Com qualquer nome, uma das conseqncias diretas mais eloqentes financeira. A reduo significativa dos custos de manuteno, a reduo do imobilizado em estoques, a maior produtividade. No Brasil, o retorno financeiro com a aplicao da Anlise de Vibrao de 10 a 30 vezes, no primeiro ano de implantao. Em alguns outros pases, fala-se em 20 a 50 vezes.

    Este curso visa estabelecer os principais critrios e parmetros que devero ser observados durante o balanceamento de Unidades Geradoras de eixo vertical, de mdio e grande porte, cujas freqncias de rotao so inferiores s freqncias crticas, o que facilita seu balanceamento e assegura a inexistncia de fenmenos pertinentes s mquinas de alta rotao.

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    CAPTULO 1. NECESSIDADE DE BALANCEAMENTO

    1.1. Introduo

    Neste mdulo trata-se do balanceamento de rotores, a tcnica mais importante na linha de fabricao de elementos que giram.

    O balanceamento o respaldo, o toque final de todo bom projeto. As pequenas diferenas devido s tolerncias de fabricao so compensadas no ato de balancear.

    Curiosamente os especialistas e as mquinas balanceadoras se tornam transparentes, invisveis aos usurios das boas mquinas. A maioria dos usurios no valoriza suficientemente o balanceamento, eles se mantm atentos ao desbalanceamento que de fato altamente pemicioso para o maquinrio.

    Nos itens seguintes se tratar especificamente do balanceamento rotativo de rotores rgidos, do beneficio gerado e das tcnicas mais usuais. Apresentar-se- tambm a norma internacional que recomenda a qualidade de balanceamento para cada caso.

    1.2. Necessidade do Balanceamento

    Um rotor em rotao gera esforos dinmicos que se propagam s partes da mquina que o suportam. Neste texto, a discusso ser restrita aqueles esforos passveis de eliminao pelo balanceamento. No sero tratadas aqui as foras giroscpicas, magnticas, inerciais, etc.

    Quando uma mquina projetada, prev-se os nveis admissveis de esforos em todas as suas partes, quais sejam: mancais, blocos, eixos, suportes, parafusos ... . Estes esforos previstos so em parte estticos e em parte dinmicos, ambos perigosos e respeitveis.

    Uma fonte comum de esforos dinmicos em mquinas o desbalanceamento, formado por alguns desequilbrios de massa.

    As foras geradas no desbalanceamento, mesmo sendo pequenas, aumentam o trabalho das partes da mquina ocasionando, no mnimo, uma reduo de sua vida til.

    Reduzir a vida til um prejuzo, mas tambm um custo que aparecer discretamente. As outras conseqncias do desbalanceamento so mais imediatas: perda de qualidade, aumento de refugos, vibrao, rudo, desconforto, quebra de partes, parada de produo, acidentes...

    Quase dispensvel referenciar ao custo progressivo destes efeitos, tanto financeiro como na imagem do produto e da equipe. Tambm h o aumento do consumo de energia com o aumento da vibrao.

    Sem nenhum esforo, qualquer pessoa verifica que sempre necessrio e econmico manter os rotores dentro dos limites estabelecidos do balanceamento, seja para o rotor da turbina do avio, roda do carro, ao rotor da furadeira ou aos eixos da mquina de costura.

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    1.3. Origens do Desbalanceamento

    Desde a de concepo da mquina, o projetista otimiza as funes, a performance e a fabricao de sua idia. Assim, o resultado ser sem duvida uma mquina boa. Mas so inevitveis as as simetrias, os desvios dimensionais e os desvios de forma. Somam-se ainda as imperfeies da matria prima e da montagem.

    Qualquer um destes erros ou uma combinao deles destruir a condio de perfeita distribuio de massa em tomo do eixo de rotao do rotor, gerando desbalanceamento. As fontes mais comuns de desbalanceamento so:

    Configurao assimtrica;

    Fundio e ou usinagem excntricas - incluses e ou vazios em peas forjadas ou fundidas;

    Mancais e ou acoplamentos no concntricos;

    Distores permanentes devido a efeitos trmicas ou a esforos;

    Incrustaes, desgaste ou corroso.

    Cada erro de massa que ocorre em um rotor provoca mudana de posio do centro de gravidade da seco transversal que contm o erro. O somatrio destes desvios o afastamento do eixo principal de inrcia - EPI, do eixo de rotao - ER, ou seja, a massa do rotor no estar perfeitamente distribuda ao redor do eixo de rotao, como na Ilustrao 1.1.

    Ilustrao 1.1 Diferena entre o eixo de rotao e o eixo de inrcia

    1.4. Algumas Causas de Desbalanceamento

    Entender as causas do desbalanceamento importante para poder corrigir o problema.

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    Um balanceamento pode ser um esforo perdido se as causas no forem controladas.

    Este texto comenta algumas causas que levam uma mquina ao desbalanceamento.

    1.1.1. Tolerncias de Fabricao

    A construo da mquina no garante o balanceamento de suas partes.

    Rotores fundidos podem ter materiais no uniformes e ou com falhas internas.

    Os processos de usinagem no garantem peas circulares nem furos concntricos.

    Se os desvios no forem grandes, o balanceamento no final da montagem pode corrigir o conjunto dentro das tolerncias exigidas.

    1.1.2. Prticas de Oficina

    Alguns procedimentos do pessoal de manuteno podem comprometer o balanceamento das partes. Falta de cuidados bsicos criam desbalanceamentos s vezes graves.

    O acoplamento mostrado abaixo um exemplo terrvel de erros de procedimentos. Na desmontagem, os parafusos antes combinados foram trocados de posio ficando um curto de um lado e um mais longo do outro. Necessitando de mais arruelas.

    Ilustrao 1.2 - Acoplamento

    O resultado com certeza desbalanceamento com vibrao alta.

    Quando as partes so balanceadas individualmente necessrio usar a meia chaveta para compensar a massa da chaveta que ser usada na montagem final. Lgico que existem diferenas na aplicao desta idia. Alguns admitem que a meia espessura da chaveta deva cobrir a extenso do rasgo. Outros consideram que deve apenas ter o comprimento do cubo do acoplamento.

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    No existe uma resposta tima para isso, a no ser aquela que a massa no mude com o conjunto montado.

    Ilustrao 1.3 Roda de Balanceamento Definitivo

    O esquema acima mostra um tipo de roda de balanceamento definitivo instalada em vrias mquinas. Para tentar balancear a mquina, parafusos prisioneiros so colocados em furos apropriados, um procedimento simples. Quando o conjunto est balanceado, os parafusos devem ser travados definitivamente. Pode ser uma deformao na rosca por um puno. Eles no podem mais ser removidos.

    1.1.3. Operao Normal

    Durante o uso normal, comum a incrustao de p ou detritos nos rotores de ventiladores e bombas. Muitas vezes isso no causa vibrao forte, at que a incrustao se solte e crie um forte desbalanceamento. A Ilustrao 1.4 mostra um ventilador axial de 760 mm e o detalhe abaixo. A inspeo das ps mostra arestas rugosas com depsito de materiais.

    Ilustrao 1.4 - Ventilador axial de 760 mm

    A Ilustrao 1.5, em close, mostra a aresta da p. Alm da reduo da eficincia, houve o desbalanceamento do mesmo. O procedimento de limpeza pode ser mais difcil em funo do material incrustado.

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    Ilustrao 1.5 Aresta da P do Ventilador

    De vez em quando aparece uma idia criativa. Algum limpou um ventilador de caldeira com cascas de nozes. Outra idia aplicar gua fria pressurizada no rotor incrustado e quente.

    A incrustao marinha tambm uma causa comum em embarcaes.

    1.1.4. Desgaste e Eroso

    Desgaste e eroso danificam e provocam o desbalanceamento do rotor, de acordo com as propriedades do material. Principalmente em ambientes corrosivos ou sujeitos cavitao.

    Ilustrao 1.6 Rotores danificados

    1.1.5. Resumo

    So muitas as causas do desbalanceamento. Antes de decidir balancear a mquina, recomendvel efetuar uma inspeo para determinar a causa e definir o procedimento a ser tomado. A inspeo facilita a correo e impede erros futuros, aumentando a confiabilidade da mquina.

    1.5. Efeitos e Tipos de Desbalanceamento

    Os inevitveis erros de massa criam regies de concentrao de massa fora do eixo de rotao do rotor. Ou seja, existiro pontos pesados aleatrios distribudos pelo rotor.

    Por exemplo:

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    a) Uma fatia de 2 kg do rotor com empenamento de 1 m equivale a um ponto pesado de 0.02 g localizado a 100 mm do centro ou 2 g.mm;

    b) Uma bolha de = 2 mm a 20 mm do centro de rotao em um rotor de ao cria um ponto pesado de 0.0653 g a 10 mm do centro no lado oposto da seco ou 0.65 g.mm.

    No possvel determinar a posio exata de cada ponto pesado no rotor tanto pelas pequenas dimenses dos erros como pelo fato do rotor estar em rotao. possvel apenas determinar as foras que o rotor exerce sobre os mancais. So foras centrfugas radiais atuantes no rotor e transmitidas aos mancais.

    A combinao de todas as foras dinmicas geradas pelos pontos pesados cria em cada mancal uma fora resultante, cuja intensidade e direo dependero das posies dos pontos pesados. Estas resultantes so caractersticas do rotor e giram solidrias com ele.

    A Ilustrao 1.7 mostra em um exemplo acadmico, a combinao dos efeitos de 4 pontos pesados na formao das resultantes de desbalanceamento de um rotor. As amplitudes e posies relativas das foras so conhecidas e as resultantes podem ser calculadas e suas posies angulares referenciadas a uma marca fixa no rotor.

    Ilustrao 1.7 Exemplo de formao das resultantes do desbalanecamento

    Na Ilustrao 1.7, os pontos pesados geram as resultantes R1 e R2 que o rotor aplica nos mancais. Se o rotor for um rolo batedor ou um eixo de excntricos, as resultantes podero ser calculadas e corrigidas, porm nos casos comuns elas so medidas.

    As resultantes R1 e R2 atuam sobre os mancais, representam o efeito do desbalanceamento de todo o rotor.

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    R1e R2 atuam em planos diferentes, mas so geradas por um s conjunto de foras, assim seus mdulos e direes podem ser quaisquer, iguais ou no. Conceitualmente, pode-se dizer que cada resultante est na direo do desvio do eixo principal de inrcia EPI e o mdulo proporcional ao tamanho deste desvio, como ilustrado no desenho maior da Ilustrao 1.8.

    Como os mdulos e as direes de R1 e R2 podem ser quaisquer, podem-se imaginar duas situaes caractersticas:

    1 Caso: os pontos pesados esto distribudos uniformemente em uma linha paralela ao eixo de rotao. O EPI estar paralelo ao ER e as duas resultantes sero iguais em mdulo e direo;

    2 Caso: os pontos pesados esto divididos igualmente, metade deles concentrados em uma extremidade e a outra metade na outra extremidade, mas no lado diametralmente oposto. O EPI estar inclinado em relao ao ER, cruzando com este exatamente no CG do rotor. As duas resultantes tero mdulos iguais e direes defasadas de 180.

    Um rotor enquadrado no 1 caso apresentar em movimento uma tendncia de vibrao em rbita circular em fase nas duas extremidades. Porm, se for do tipo do 2 caso o movimento orbital das duas extremidades sero tambm circulares, mas defasados de 180. Estes dois casos limites esto mostrados nos detalhes a e b da Ilustrao 1.8.

    Ilustrao 1.8 Relao entre EPI, R1 e R2 e os casos limites.

    lgico, estes dois casos limites no ocorrem na realidade. So situaes limites, porm no impossveis de acontecer. Por exemplo, em uma engrenagem ou polia grande e fina, fixada no centro de um eixo bi-apoiado, quase certeza a ocorrncia do primeiro caso.

    Quando em rotao, um rotor com o EPI paralelo ao ER (1 caso limite) gera duas resultantes iguais em mdulo e direo, que podem ser combinadas em uma nica Fora Resultante. E o resultado da concentrao de pontos pesados em uma geratriz do rotor. Este rotor tem uma fora resultante e mesmo quando plotado ter uma fora gravitacional, do tipo mg, tentando girar o rotor

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    colocando o lado pesado para baixo. Este chamado Desbalanceamento Esttico Puro.

    O rotor do 2 caso limite em rotao no apresenta fora resultante: as massas esto distribudas ao redor do eixo de rotao. Contudo, apresentam um Momento Resultante, ou seja, o efeito do desbalanceamento somente aparece na rotao do rotor. Este chamado Desbalanceamento Dinmico Puro.

    Qualquer desbalanceamento real a combinao de uma parcela puramente esttica com outra puramente dinmica. Somente em rotores com dimetro muito maior que o comprimento (e.g. serra circular, polias, engrenagens, alguns ventiladores, rebolos, etc.) a parcela dinmica do desbalanceamento (momento resultante) pode ser desprezada, se a rotao no for alta.

    1.6. Rotores Rgidos e Rotores Flexveis

    Foi dito nos itens anteriores que os pontos pesados geram foras centrfugas na rotao rotor e que estas foras se somam vetorialmente produzindo as resultantes R1e R2. Tudo isto somente vlido, se os planos radiais que contm cada uma das foras permanecerem imveis um em relao ao outro. Isto impe a condio que o rotor seja rgido.

    A palavra rgido neste texto usada em termos reais, ou seja:

    Um rotor considerado rgido quando as deformaes elsticas que ocorrem em servio no so suficientes para influenciar significativamente as resultantes R1e R2 do desbalanceamento.

    O conceito de rigidez do rotor bastante complexo englobando inclusive a relao entre as flexibilidades do conjunto rotor-eixo e a dos mancais. Quanto maior a flexibilidade dos mancais mais o rotor podem ser considerados rgidos.

    A Ilustrao 1.9 mostra em escala exagerada as deformaes um rotor flexvel e sua transformao em rotor rgido com o aumento da flexibilidade dos mancais.

    Convm reafirmar que os comentrios feitos nesta unidade e os prximos da Unidade 2 a seguir, s se aplicam a rotores rgidos inclusive os rgidos no sentido da Ilustrao 1.9.

    Ilustrao 1.9 Representao Coreogrfica do efeito da flexibilidade dos mancais.

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    CAPTULO 2. TCNICAS DE BALANCEAMENTO

    2.1. Balanceamento Dinmico

    Qualquer rotor possui fora e momento resultantes do desbalanceamento.

    Em alguns casos o momento resultante pode ser negligenciado por ser muito pequeno ou por no afetar o funcionamento normal de determinada mquina. Nestas condies aceita-se apenas o balanceamento esttico.

    Na imensa maioria das vezes necessrio corrigir tambm o momento resultante: necessrio usar o balanceamento dinmico que por si mesmo j envolve o esttico.

    O balanceamento dinmico consiste em medir as duas foras resultantes, nos dois planos de balanceamento e proceder sua anulao pela colocao de duas massas corretoras.

    O mercado oferece muitas balanceadoras de alta qualidade que executam com preciso o balanceamento dinmico.

    Uma balanceadora dinmica antes de tudo um artefato de grande perfeio mecnica. Mesmo um timo projeto no far um bom balanceamento se no houver requintes mecnicos apurados aliados a um excelente conjunto estrutura - fundao.

    Atualmente a eletrnica digital e a matemtica contida nos DSP' s (Digital Signal Processor) aumentaram a versatilidade das balanceadoras. As tcnicas digitais de tratamento de sinais eliminaram a necessidade de fundaes especiais para as balanceadoras. A mesma Qualidade de balanceamento hoje alcanada com a balanceadora colocada em cima de um caminho. As balanceadoras atuais so mquinas incrveis sejam manuais, semi-automticas ou totalmente automticas para linhas de montagem.

    Com tcnicas eletrnicas analgicas ou digitais, as balance adoras podem:

    Balancear em qualquer rotao (rotores rgidos);

    Corrigir as leituras de fora dos planos dos mancais para os planos de balanceamento;

    J apresentar o resultado em gramas para as massas corretoras;

    Indicar a posio angular de correo em graus - 0 a 360 - dividir a massa em posies possveis de correo pr- fixadas;

    Indicar a posio do rotor parado para facilidade ao operador;

    Catalogar os rotores balanceados para montagem de banco de dados.

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    A Ilustrao 2.1 mostra uma mquina balanceadora manual moderna, com sistema de pulso eletrnico de medio das fases, acionamento por card, mancais moles ou duros e tratamento digital.

    No balanceamento de rotores os erros de distribuio de massa de um extremo tende a afetar a vibrao e as medidas do outro extremo do rotor. o efeito cruzado que dificulta o balanceamento e impede sua perfeita correo.

    Nas mquinas duras, o rotor impedido de vibrar e, quanto mais duros os pedestais, menor a chance de manifestao do efeito cruzado. Se o rotor a balancear estiver com grandes erros de massa possvel que a balanceadora exceda seus limites de linearidade e com isto ocorram medies no corretas. Porm, medida que o excesso de desbalanceamento for eliminado, o efeito cruzado reduzido, as medidas so mais perfeitas e o desbalanceamento residual converge para valores muito baixos.

    Nas mquinas moles, o rotor tem liberdade de vibrao e efeito cruzado se manifesta mais intensamente no como um defeito, mas sim como uma caracterstica normal. A eliminao do efeito cruzado nas medidas feito atravs do circuito eletrnico com tcnicas de compensao. Aqui tambm vale lembrar que rotores com grandes erros de massa tiram a mquina de suas melhores condies e a qualidade final ser alcanada com um nmero maior tentativas.

    Atualmente dispe-se de balanceadoras para rotores de 1 grama at muitas toneladas, com excelentes nveis de qualidade.

    Ilustrao 2.1 Esquema de uma balanceadora dinmica

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    Ilustrao 2.2 Exemplo de balanceadora dinmica

    Ilustrao 2.3 Exemplo de balanceadora dinmica de grande porte

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    Ilustrao 2.4 Exemplo de balanceadora dinmica de grande porte

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    CAPTULO 3. QUALIDADE DE BALANCEAMENTO

    3.1. Introduo

    Sabendo executar o balanceamento de um rotor por qualquer processo, preciso avaliar e julgar sua qualidade. importante saber especificar o grau de balanceamento ideal para cada mquina.

    Balancear sempre uma atividade econmica, pois o desempenho, a produtividade, a qualidade dos bens produzidos e a vida til das mquinas so grandemente melhoradas.

    No possvel eliminar totalmente o desbalanceamento, sempre ficar um resduo.

    O problema agora saber at que ponto este resduo prejudicial. Com esta informao possvel estabelecer critrios para o balanceamento, para manuteno e at para previso da vida til dos mancais.

    A seguir sero apresentadas as formas de quantificao do desbalanceamento, as normas internacionais, formas de verificao do balanceamento e tambm alguns exemplos.

    3.2. Quantificao do Desbalanceamento

    O desbalanceamento caracterizado por um ponto pesado que em essncia uma massa adicional situada a uma certa distncia do eixo de rotao do rotor. Por exemplo: 8 gramas a 26 mm do eixo. No rotor, raramente possvel ver 8 g na posio de 26 mm, mas possvel sentir o efeito de 8 g a 26 mm, ou a 10 mm, ou a 50 mm.

    O desbalanceamento e por isso sempre quantificado massa x distncia com unidade [g.mm]: 8 g a 26 mm d um desbalanceamento de 208 g.mm.

    Por exemplo, o rotor com 208 g.mm de desbalanceamento dever ser balanceado at que o nmero 208 abaixe para um mnimo aceitvel.

    Este mnimo admissvel chamado nas normas de Desbalanceamento Residual Permissvel, tem o smbolo U e unidade [g.mm].

    [g.mm] distncia x massaU ==== (3.1)

    O desbalanceamento residual permissvel depende da massa do rotor: quanto mais pesado o rotor maior poder ser o residual. Definiu-se ento o Desbalanceamento Residual Especifico que vale o desbalanceamento residual permissvel dividido pela massa do rotor e tem o smbolo e.

    ====

    kgg.mm

    [kg]rotor do massaU

    e (3.2)

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    L-se: tanto de desbalanceamento por cada quilo de massa do rotor.

    Quanto maior a rotao do rotor, menor deve ser o desbalanceamento residual, pois a fora centrfuga aumenta com o quadrado da rotao ( ]N[meF 2Cent ==== ).

    Com base em muitos anos de experincia, os especialistas decidiram que o produto da rotao em radianos/segundo pelo desbalanceamento residual especfico deve ser constante - para aumentar a rotao tem que diminuir o resduo especifico:

    ========

    kg.sg.mm

    constantee.G (3.3)

    Onde:

    G: Qualidade de Balanceamento.

    Para atender a grande variedade de rotores foi preciso atribuir para cada tipo de rotor um valor para aquela constante. Por exemplo, um girabrequim de navio tem a constante igual a 4000, um ventilador 4.7 e um giroscpio 0,4.

    Esta constante foi denominada G e normalizada de 4000 a 0.4 em funo do tipo do rotor e sua aplicao. G chamada de Qualidade de Balanceamento.

    A tabela 3.1 reproduz a indicao da norma ISO 1940/1 Balance Quality of Rotating Rigid Bodies.

    3.3. Exemplo de Uso da Norma ISO 1940/1

    Rotor com grau de qualidade 5.2, massa 40 kg e rotao mxima 3550 RPM.

    SOLUO:

    Rotao:

    ====

    pipipipi====

    pipipipi====

    srad

    75,371603550..2

    60n..2

    Com G = 5.2, o desbalanceamento residual permissvel, vale

    [[[[ ]]]]mm.g56075,371

    40.1000.2,5U ========

    Se o rotor for simtrico, em termos de massa, cada plano de balanceamento ter metade de U, ou seja: U por plano = 280 g.mm.

    3.4. Avaliao do Desbalanceamento pela Vibrao

    O desbalanceamento de rotores e eixos provoca tenses mecnicas e vibraes, com suas conseqncias danosas para as mquinas. As tenses mecnicas por si s no so vistas ou sentidas pelo operador, os responsveis pela mquina vero seus efeitos quando estes acontecerem. As vibraes, porm, do informao imediata da quantidade de desbalanceamento, de modo que o usurio as

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    perceba e avalie o grau de desbalanceamento do rotor. Com isto, a ao corretiva mais adequada pode ser planejada criteriosamente.

    A avaliao do desbalanceamento deve ser feita com cuidado, pois infelizmente as outras fontes de vibrao na mquina, confundem a avaliao.

    Se o balanceamento feito em mquinas balanceadoras, o desbalanceamento residual em gramas x milmetros obedecido e a vibrao resultante e as tenses geradas so sempre baixas.

    J no balanceamento de campo, o desbalanceamento residual avaliado pela vibrao na estrutura da mquina, e isto no permite uma quantificao satisfatria.

    Mesmo que a vibrao resultante seja baixa a mquina pode estar sob tenso. Existem nas medidas da vibrao do desbalanceamento contribuies de outros erros que se manifestam tambm em uma vez a freqncia de rotao, tais como: desalinhamento, folgas, desbalanceamento de outras partes rotativas, etc.

    Contudo, vrios pesquisadores e tcnicos dedicaram muito esforo e estabeleceram critrios vlidos para avaliar as vibraes das mquinas, incluindo o desbalanceamento.

    Muitos dos trabalhos pioneiros ainda so bem aceitos hoje, ou integralmente, ou com valores adaptados aos casos particulares.

    Da experincia acumulada destes pesquisadores nasceram as normas internacionais muito respeitadas hoje pelos profissionais envolvidos na anlise de vibraes de mquinas e equipamentos.

    O curso Anlise de Vibrao Bsico trata dos critrios de avaliao dos nveis de vibrao.

    Tabela 3.1 - Graus de Qualidade de Balanceamento pela Norma ISO-1940/1

    G Tipos de Rotores - Exemplos Gerais 4000 Conjunto girabrequim de motores martimos lentos com nmero mpar de

    cilindros;(3,4) 1600 Conjunto girabrequim de grandes motores 2 tempos montados rigidamente; 630 Conjunto girabrequim de grandes motores 4 tempos montados rigidamente;

    Conjunto girabrequim de motores Diesel martimos com montagem flexvel; 250 Conjunto girabrequim de motores Diesel 4 cilindros, rpidos montados

    rigidamente; 100 Conjunto girabrequim de motores Diesel rpidos com 6 ou mais cilindros;

    Motores completos (gasolina ou Diesel) para carros, caminhes ou locomotivas;(5)

    40 Roda de carro, aro de roda, conjunto de roda, conjunto de eixos; Conj. Girabrequim de motores rpidos com montagem flexvel, 4 tempos com 6 ou mais cilindros; Conjunto girabrequim para motores de carro, caminhes e locomotivas;

    16 Conjunto de eixos (propulso, card) com requisitos especiais; Partes de mquinas de moagem;

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    Partes de mquinas agrcolas; Componentes individuais de motores (Diesel ou gasolina) para carros, caminhes e locomotivas; Conjunto girabrequim de motores de 6 ou mais cilindros com requisitos especiais;

    6.3 Partes de mquinas industriais; Engrenagens de turbinas martimas (servio mercante); Tambores de centrfugas; Cilindros de mquinas de papel, cilindros de grficas; Ventiladores; Rotores de bombas; Rotores montados de turbinas a gs para aviao; Volantes; Partes de mquinas ferramentas e de mquinas em geral; Rotores eltricos mdios e grandes (h > 80 mm) sem requisitos especiais; Rotores eltricos pequenos usados com isoladores ou em locais insensveis a vibrao; Partes individuais de motores com requisitos especiais;

    2.5 Turbinas a vapor e a gs, incluindo as usadas na marinha mercante; Rotor rgido de turbo-gerador; Winchester para computadores; Turbo compressores; Acionamentos de mquinas ferramentas; Rotores eltricos mdios e grandes com requisitos especiais; Rotores eltricos pequenos com requisitos especiais; Bombas acionadas por turbinas;

    1 Conjunto tape-deck e toca-discos; Conjunto de retifica; Pequenas armaduras eltricas com requisitos especiais;

    0.4 Mandris, rebolos e armaduras de retificas de preciso; Giroscpios.

    1 = 2**n/60 n/10 [rd/s] n [RPM] 2 - Em geral para rotores rgidos com 2 planos de balanceamento, metade do

    desbalanceamento residual recomendado tomado para cada plano; estes valores se aplicam a qualquer plano escolhido, mas o balanceamento pode ser melhorado se forem prximos aos mancais.

    3 - Conjunto girabrequim inclui o girabrequim, volante, embreagem, polia, neutralizador de vibrao, pores rotativas das bielas etc.

    4 - Para esta norma, motores Diesel lentos so aqueles com velocidade do pisto menor do que 9 m/s. E os rpidos so aqueles com velocidade do pisto maior do que 9 m/s.

    5 - No motor completo a massa do rotor a soma de todas as massas anexadas ao conjunto girabrequim.

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    CAPTULO 4. BALANCEAMENTO COM BALANCEADORAS

    4.1. Introduo

    O mercado atualmente oferece muitas opes de balanceadoras, tanto no processo adotado como nos recursos disponveis. Como acontece em todas as reas existem marcas tradicionais e enorme reputao. Se algum for comprar uma balanceadora para vender servio de balanceamento convm respeitar a opinio geral e comprar aquela marca famosa. Os clientes no discutem.

    No pretendo ser o dono da verdade, mas em fotografia a marca Nikon, existe a Canon, mas no igual reputao, mas se o fotgrafo aparecer com uma Leica mecnica... Geladeira e fogo Brastemp, existe a Consul. Na minha casa Dako.

    Balanceadora Schenck. No importa o preo. O cliente no discute.

    Se for para servios prprios qualquer marca boa vale.

    4.2. Como especificar?

    Quem precisar de uma balanceadora tem que saber:

    1. Qual a faixa de massa dos rotores a balancear? Algumas gramas? 4 toneladas?

    2. Qual a faixa de qualidade necessria? G2.5, G1 ...

    3. Precisa ser automtica para trabalhar em linha de montagem? Ou ser para manuteno de vrios tipos de rotores?

    4. Precisa gerenciar informaes? Guardar dados de rotores e outros procedimentos?

    A forma de acionamento tambm deve ser escolhida. A mais tradicional o acionamento por card. mais fcil de trabalhar mantm fcil a rotao de balanceamento, mas preciso fabricar uma luva de adaptao para cada tamanho de ponta de eixo. Existe o acionamento por cinta que no precisa de luva, mas dependendo do dimetro que pegar tem que ajustar a rotao. Tem o pneuzinho que aciona o rotor por contato. E assim muitas opes.

    Quem balanceia em rotaes maiores rotores que tem fluxo de ar, precisa de cmara de vcuo para reduzir a potncia necessria do motor.

    4.3. Comparao entre Balanceadoras Duras e Moles

    Para mquinas menores, at 12 toneladas, existe preferncia para mquinas duras devido simplicidade de operao. Elas necessitam de roletes perfeitos, que o grande problema das mquinas maiores. Nas mquinas moles, os roletes mesmo facetados no criam problemas.

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    No existe diferena de sensibilidade entres as duas. As duras no so adequadas para rotores de massa semelhante s partes da mquina. Em outras palavras, uma mquina mole de 2500 kg, balancear um rotor de 5 kg, a dura talvez no.

    As moles tero dificuldade com desbalanceamentos iniciais grandes, erros grosseiros. Elas trabalham acima da 1 crtica e podem no conseguir passar por ela.

    As moles tm menor preo, devido construo mais barata.

    Existe tambm a vantagem das duras devido primeira medida ser mais direta, sem necessitar aplicar massas de teste.

    Algum disse que tem CEMB Italiana e vrias Schenck e IRD. A CEMB mais barata, trabalha com computador PC com software 3D para 1 e 2 planos.

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    CAPTULO 5. BALANCEAMENTO DE CAMPO 5.1. Introduo

    O balanceamento de campo uma tcnica utilizada em vrias situaes para corrigir o desbalanceamento de massa de algum rotor de uma mquina especfica.

    No vamos discutir aqui se melhor ou pior do que o balanceamento em balanceadoras prprias. Somente vamos considerar que mais um recurso que pode ser usado na soluo dos problemas cotidianos. Dependendo das circunstncias a escolha de qualquer soluo pode ser um grande desafio, muito sujeito a crticas, como tudo na vida.

    Como j foi comentado e explicado o desbalanceamento essencialmente o resultado de uma coleo de erros de massa, os chamados pontos pesados. Espalhados no rotor de forma aleatria, os resultados se manifestam de modo esttico ou dinmico ou em uma combinao dos dois. De qualquer modo, o desbalanceamento gera foras de massa, em rotao, foras centrfugas que aplicadas nos mancais da mquina desbalanceada esforam os mancais, pontas de eixo e estruturas. Essas foras alm de reduzirem a vida til, provocam vibraes. Como as foras so radiais ao rotor, as vibraes produzidas tambm sero radiais, a no ser em rotores em balano. A vibrao de desbalanceamento tem caractersticas bem definidas que garantem o diagnstico de desbalanceamento e fornecem condies de determinar as correes necessrias.

    Vibrao bem definida tem a forma de vetor, com direo, amplitude, sentido e defasagem bem definidos. A Figura abaixo mostra um espectro caracterstico de desbalanceamento.

    Ilustrao 5.1 Espectro tpico de desbalanceamento.

    Alm do aspecto do espectro, o diagnstico preciso do desbalanceamento precisa de informaes da fase: a fase do desbalanceamento muito estvel.

    Tendo certeza que a vibrao devida ao desbalanceamento, possvel usar a vibrao para a correo do rotor.

    Em qualquer mtodo de balanceamento de campo preciso usar um desbalanceamento conhecido para calibrar a sensibilidade do sistema.

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    Um desbalanceamento conhecido conseguido colocando uma massa conhecida em um raio conhecido. Chamados massa de teste (mT) e raio de teste (rT). Por exemplo: 4.5 g a 122 mm = 549 g.mm. A posio angular deve ser marcada, talvez cham-la de 0. Esse desbalanceamento proposital deve ser suficientemente grande para alterar a vibrao em amplitude e fase e ao mesmo tempo suficientemente pequeno para no colocar a mquina em risco.

    Agora vamos trabalhar com alguns mtodos de balanceamento de campo.

    5.2. Mtodo dos 3 Pontos

    Esse mtodo usado por quem est sem medidas de fase. Ele trabalha s com as amplitudes de vibrao. Simples de entender e de executar tem como grande desvantagem a necessidade de rodar a mquina por 4 vezes. Porm, resolve bem.

    Procedimento:

    Vamos resolv-lo por partes.

    Com a mquina diagnosticada como desbalanceada, coerente afirmar que a vibrao medida como global (sem filtro) seja atribuda ao desbalanceamento

    No rotor a balancear faz-se uma diviso de 3 posies angulares. A forma mais fcil dividi-lo em 120 . Isso define as posies 1,2 e 3. Sero feitas 4 medidas:

    Vibrao sem nenhuma massa de teste. A vibrao original V0;

    Vibrao com a massa de teste na posio 1. Essa a vibrao V1;

    Vibrao com a massa de teste na posio 2. Essa a vibrao V2;

    Vibrao com a massa de teste na posio 3. Essa a vibrao V3.

    A 1 medida a vibrao original e chamada de V0. a ao do desbalanceamento a ser corrigido. A vibrao pode ser medida em qualquer parmetro, ou seja: deslocamento, velocidade ou acelerao. Com qualquer instrumento, em qualquer direo radial. A exigncia manter a forma de medio durante todo o procedimento.

    Para a soluo grfica, desenha-se em um papel um circulo completo com raio correspondente amplitude de V0.

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    Exemplo:

    Se a vibrao original for 8 desenha-se um crculo de raio 8, ou 4 ou 2 ou em qualquer escala conveniente. Nesse crculo desenhado no papel, reproduz-se a mesma diviso angular feita no rotor e marcam-se os pontos 1, 2 e 3 sobre o crculo.

    Com uma massa de teste mT = 4.5 g colocada na posio 1 0, a vibrao passou para V1 = 11.05.

    Retira-se a mT de1 e coloca-se na posio 2 de 120, a vibrao passou para V2 = 3.82.

    Retira-se a mT de 2 e coloca-se na posio 3 de 240, a vibrao passou para V3 = 15.09.

    Com essas medidas, volta-se ao grfico e traa-se 3 arcos de crculo.

    Com centro em 1, um arco de crculo de raio V1,

    Com centro em 2, um arco de circulo de raio V2

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    Com centro em 3, um arco de crculo de raio V3

    Do centro do crculo de V0 at a interseco ou o centro da pequena rea circunscrita, neste sentido, tem-se a direo de colocao da massa de correo e a dimenso deste vetor proporcional ao efeito da massa de teste mT

    Se no ocorrerem erros grosseiros, os 3 crculos determinaro um ponto de interseco, ou uma pequena rea.

    A massa de correo, mc, ser calculada por:

    OPV

    mm 0TC ==== (5.1)

    Visualmente, neste exemplo, o trecho OP ficou menor do que o raio V0. Ento a massa de correo ser maior do que a de teste. Se a pequena rea tivesse ficado fora do crculo V0 a massa de correo seria menor do que a de teste.

    5.3. Mtodo Vetorial de Um Plano

    Esse mtodo precisa medir a vibrao como um vetor, um elemento que tem amplitude e fase.

    A instrumentao deve possuir recurso de medio de fase. Esta fase em relao a qualquer coisa que gire junto com o rotor. Existem vrios tipos de sensores de fase, os ticos, os magnticos ou capacitivos. Muito comum o uso dos sensores ticos por luz ou laser. Uma marca branca em um eixo escuro, ou uma fita refletiva colocado no rotor e o sensor fixado externamente. Alguns podem ser colocados a 1 m de distncia.

    A Ilustrao 5.2 abaixo mostra um esquema comum:

    Mquina;

    Planos de Balanceamento;

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    Acelermetro;

    Sensor de Fase tico;

    Analisador.

    Ilustrao 5.2 Esquema comum de balanceamento

    Com a instrumentao mostrada acima a medida de vibrao fica com o seguinte aspecto:

    40 a mm/s 8V0 ====

    Ento convm usar notao vetorial. Assim:

    40 a s

    mm 8V0 ====

    r

    Procedimento:

    Primeira coisa garantir que a vibrao realmente devida ao desbalanceamento.

    Com o analisador em espectro e com o sensor de fase conectado entrada de trigger, medir a vibrao na freqncia de rotao do rotor a ser balanceado em mdulo e fase. Essa a vibrao original. Sem nenhuma ao no rotor.

    chamada de 0Vr

    .

    A soluo grfica consiste em desenhar um papel um conjunto de eixos cartesianos com a marcao de ngulos no mesmo sentido de rotao como olhando para a mquina.

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    Ilustrao 5.3 Esquema de soluo grfica

    Procedimento:

    1. Desenhar os eixos ortogonais com a numerao de angular no mesmo sentido da rotao do rotor a balancear

    2. Medir a vibrao original, neste exemplo:

    40 a mm/s 8V0 ====

    3. Plotar este vetor com uma escala apropriada;

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    4. Colocar uma massa de teste compatvel com o rotor, em uma posio qualquer (raio e ngulo), e marcar esta posio no rotor;

    5. Medir a vibrao resultante:

    11 a mm/s 54,31V1 ====r

    ;

    6. Plotar no grfico na mesma escala

    de 0Vr

    ;

    7. Fazer a operao vetorial

    01ef VVVrrr

    ====

    efVr

    o efeito da massa de teste na

    mquina;

    8. Medir no grfico, usando a mesma

    escala, o tamanho de efVr

    ;

    9. Medir o ngulo no grfico. Verificar

    o sentido de efVr

    at 0Vr

    .

    Ateno: observar bem o sentido de

    giro de efVr

    at 0Vr

    .

    10. Agora preciso virar efVr

    de para ficar posicionado contra a vibrao

    original 0Vr

    . Para conseguir isso, preciso girar no rotor a massa de teste de no

    mesmo sentido do giro de efVr

    no grfico.

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    No rotor, girar a massa de teste do mesmo ngulo , sobre o rotor na mesma direo do que no grfico.

    Substituir a massa de teste por uma de correo, baseado no tamanho de efVr

    segundo a equao:

    ef

    0TCV

    Vmm r

    r

    ==== (5.2)

    11. Depois de colocada a massa de correo, mede-se a vibrao final e se aceita ou no a qualidade do balanceamento feito. Se estiver nos padres, o

    servio est encerrado, se no com a nova vibrao 1Vr refazer todo o

    procedimento com o 0Vr

    original.

    Diviso da Massa de Correo:

    Em algumas situaes coincide que a massa de correo deve ser colocada em alguma posio angular no disponvel. Hlices, girabrequim, rotores eltricos tm lugares especficos para colocao de massas de balanceamento. Se a indicao cair fora delas, a massa deve ser dividida em duas nas posies mais prximas para ter o efeito esperado.

    As Figuras abaixo mostram alguns exemplos de diviso de massa uma massa de 8 g.

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    Ilustrao 5.4 Exemplos de grficos

    5.4. Balanceamento Vetorial de 2 Planos

    O balanceamento de Campo em 2 Planos semelhante ao de um plano. S que o trabalho manual bem maior, no mais difcil.

    Princpio Bsico do Mtodo Vetorial:

    1. Medir a vibrao original;

    2. Aplicar um desbalanceamento conhecido, massa de teste e raio de teste;

    3. Medir a vibrao resultante;

    4. Determinar o efeito da massa de teste na vibrao da mquina;

    5. Calcular a correo necessria para anular a vibrao original.

    No balanceamento em dois planos o procedimento bsico o mesmo, mas quando a massa de teste colocada em cada um dos planos preciso verificar a sensibilidade da massa nos dois planos.

    ento conveniente usar dois ndices nas notaes da vibrao: o ndice 1 para o plano 1 e o ndice 2 para o plano 2. Assim tem-se;

    V10 a vibrao original no mancal 1 prximo do plano 1;

    V20 a vibrao original no mancal 2 prximo do plano 2;

    V11 a vibrao resultante no plano 1 com a massa de teste no plano 1;

    V12 a vibrao resultante no plano 1 com a massa de teste no plano 2;

    V22 a vibrao resultante no plano 2 com a massa de teste no plano 2;

    V21 a vibrao resultante no plano 2 com a massa de teste no plano 1;

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    Vef11 o efeito no plano 1 com a massa no plano 1;

    Vef12 o efeito no plano 1 com a massa no plano 2;

    Vef21 o efeito no plano 2 com a massa no plano 1;

    Vef22 o efeito no plano 2 com a massa no plano 2.

    Medir e plotar as vibraes originais: V10 e V20;

    Colocar massa de teste no plano 1 e medir V11 e V21.

    Determinar os efeitos das duas massas nos dois planos

    Deixar s os vetores efeito, Vef11 e Vef21

    Colocar massa de teste no plano 2 e medir V12 e V22. Plotar esses vetores.

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    Determinar os efeitos das duas massas nos dois planos

    Deixar no grfico somente os vetores originais e os dois efeitos em cada plano.

    Alterar simultaneamente os tamanhos e posio das duas massas de testes, para que seus efeitos, Veff11 e Vef21 anulem V10, e Vef22 e Vef12 anulem V20.

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    CAPTULO 6. SOFTWARES DE BALANCEAMENTO DE CAMPO

    O balanceamento Vetorial trabalha com Amplitude e fase, isso em matemtica significa nmeros complexos do tipo (a + jb).

    No balanceamento em 1 plano o efeito da massa de teste tem de se transformar em um vetor igual e oposto vibrao original, segundo a expresso:

    0efP VV.O ==== (6.1)

    Como se l: o operador PO atua sobre o efeito efV para transform-lo em 0V em sentido oposto.

    No caso de 1 plano, a soluo grfica para determinar o Operador mais simples do que a soluo matemtica.

    No balanceamento de 2 planos, a lgica a mesma, s que bi-dimensional. Assim tem-se:

    2

    1

    22ef12ef

    21ef11ef

    20

    10

    O

    O.

    VV

    VV

    V

    V

    ==== (6.2)

    Como se l: os operadores 1O e 2O atuam nos 4 efeitos e criam vetores iguais e

    opostos s vibraes originais 10V e 20V . Este procedimento pesado para fazer na

    mo (nossos avs faziam). Para ns muito mais conveniente fazer por software. Existem vrios softwares disponveis. Inclusive com download livre.

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    CAPTULO 7. CARACTERSTICAS DE UNIDADES GERADORAS PARA O BALANCEAMENTO

    7.1. Referncias

    Jens Trampe Broch B & K 1984 Mechanical Vibration and Shock Measurements;

    Willian T. Thompson Intercincia 1978 Teoria da Vibrao;

    Vladislavlev, L. A. Amerind Publishing 1979 Vibration of Hydro Units in Hydroelectric Plants;

    Mrcio T. A., Ricardo D. S. G. FUPAI 1993 Manuteno Preditiva Usando Anlise de Vibraes;

    Ricardo D. S. Gz Fupai 2000 Balanceamento de Rotores;

    SILVA, 1999 apud BRAUN & DATNER, 1975;

    Normas e Recomendaes Tcnicas: VDI 2056/64, 2059/82, 2060/66; ISO 2631/78, 2372/74, 1940/73, 2373/70; DIN 45665/68; BS 4675/71; ANSI 5217/80.

    7.2. Introduo

    As causas mais comuns de vibrao em uma Unidade Geradora so:

    Desbalanceamento Mecnico;

    Desbalanceamento Magntico;

    Excitaes hidrulicas.

    Todas estas causas geram foras dinmicas e podem aparecer isoladamente ou simultaneamente ou ainda combinadas.

    O desbalanceamento mecnico uma causa comum e corrigido com a correo da distribuio de massa do conjunto girante. Nas Unidades Geradoras mais comum corrigir a distribuio de massa, adicionando massas de correo em locais estratgicos. Nas mquinas de Utilidades pode-se optar entre colocar ou retirar massa de correo.

    importante ter certeza que a vibrao a ser corrigida seja mesmo causada por desbalanceamento de massa. perda de tempo e dinheiro tentar corrigir outros problemas com a operao de Balanceamento.

    Para qualquer mquina, deve-se executar o balanceamento com o menor nmero possvel de partidas. Tambm no conveniente colocar muitas massas de correo. Para um novo balanceamento recomendvel retirar as massas colocadas anteriormente.

    Os possveis erros de montagem, tais como: desalinhamento, acoplamentos, desnivelamento, geram vibraes s vezes intensas, mas no podem ser

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    corrigidas pelo balanceamento. Inclusive, o balanceamento s deve ser feito depois da correo dos outros erros.

    Tambm os erros de uso, tais como: roamento e empenamento, devem ser corrigidos antes do balanceamento ser aplicado.

    O desbalanceamento mecnico em um rotor caracterizado por uma excentricidade de massa, a qual faz com que seu centro de gravidade (cg) no coincida com seu Centro geomtrico (Cg) e este no coincida com o Centro de Rotao (CR).

    Em um rotor perfeitamente balanceado, as foras radiais decorrentes de sua rotao e massa se anulam, mantendo o rotor em equilbrio. A Ilustrao 7.1 representa esquematicamente o comportamento de um rotor girando com rotao [rad/s] com as foras de massa geradas pela rotao.

    Ilustrao 7.1 - Representao de um rotor girando com rotao e as foras de massa desenvolvidas.

    Um rotor real constitudo por infinitas massas pontuais. Em um rotor real desbalanceado, a soma de todas as foras de rotao no nula. A resultante aplica esforos na estrutura da mquina e provoca vibrao. As foras so todas vetoriais com mdulo, direo e sentido. So foras centrfugas, com a seguinte equao:

    2i

    n

    1iiC .d.mf ====

    ====

    (7.1)

    Onde:

    Wi ou mi: Massas desbalanceadas;

    di: Distancias ao eixo de rotao;

    : Rotao do rotor em [rad/s].

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    Se o rotor estiver excntrico de [mm] toda a massa do rotor gerar uma fora centrfuga devido excentricidade . Nos casos reais o balanceamento s consegue corrigir se a excentricidade for bem pequena.

    A fora centrfuga tem mdulo constante enquanto a rotao permanecer constante. Mas se algum mede a vibrao provocada em uma determinada direo radial, para este observador, a fora ser senoidal. A vibrao resultante desta fora tambm ser senoidal com a mesma freqncia . Ilustrao 7.2 abaixo.

    Ilustrao 7.2: Movimento peridico de um desbalanceamento

    Disto sa a principal caracterstica de diagnstico do desbalanceamento: Vibrao em 1x.

    Os rotores devem ser balanceados na ltima etapa de fabricao (ou montagem). o caso de rodas, ventiladores, bombas, e muitos outros.

    No caso de mquinas muito grandes, tpicas Unidades Geradoras, no possvel ou vivel ter uma balanceadora. No mximo se faz um equilbrio esttico.

    Ento se aplica o balanceamento de campo no rotor na poca do comissionamento.

    Os fabricantes quando vo montar o rotor procurar colocar em posies opostas, partes com mesma massa, visando com isso minimizar o erro de massa final.

    A fora de desbalanceamento gerada no rotor e ento aplicada no rotor. Ela atua na estrutura do rotor, fora os mancais e flete o eixo. Estas foras de reao equilibram a excitao. A Ilustrao 7.3 mostra as foras atuantes.

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    Ilustrao 7.3: Efeitos da fora desbalanceadora.

    Se as foras, e a vibrao, forem excessivas, todos os elementos da mquina sero esforados, especialmente os mancais de guia que tem pequenas folgas.

    7.3. A Correo

    O conjunto rotativo de uma Unidade Geradora composto do Gerador, eixo, acoplamento, eixo, e rotor da turbina. O elemento mais acessvel o gerador com seus dois mancais, o superior e o inferior. Ele tambm tem a maior inrcia, chamada GD2 [kg.m2]. Ento as adies de massa para balancear so colocadas no rotor do gerador, para que a vibrao atinja nveis aceitveis.

    A Ilustrao 7.4 mostra o fundamental do balanceamento. Determinado onde est o ponto pesado, a posio da resultante do desbalanceamento, a massa de correo colocada em uma posio diametralmente oposta (adio de massa).

    Nas Unidades Geradoras, o eixo fabricado com segundo grande controle de qualidade e o seu dimetro bem menor do que o do gerador.

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    Ilustrao 7.4 - Exemplo de colocao de massa no gerador.

    O rotor da turbina est sujeito a desgastes, se acontecer cavitao, por exemplo, ela deve ser corrigida o mais rpido possvel, em outra atuao de manuteno. Alm disso, existem algumas dificuldades inerentes ao rotor da turbina:

    1. O acesso ao rotor da turbina quase impossvel;

    2. No existem pontos de colocao de massas corretoras;

    3. Colocada uma massa, a alterao de posio para refinamento invivel;

    4. O rotor da turbina balanceado estaticamente na fabrica.

    Com estas observaes o balanceamento de campo aplicado em Unidades Geradoras feito no rotor do gerador, mesmo sabendo que o possvel erro possa estar no rotor da turbina.

    Mas tambm observado que o gerador a principal fonte de desbalanceamento mecnico da Unidade. Ele formado de muitas partes e tem chances de desbalancear e tem muitos locais de colocao de massas de balanceamento, a fixar com solda ou com parafusos.

    O rotor do Gerador pela sua funo tem ainda outro grupo de grandes foras atuantes: as foras magnticas.

    7.4. Desbalanceamento Magntico

    A interao magntica entre os plos do rotor e do estator de um gerador de Usina desenvolve imensas foras radiais e tangenciais no entreferro. Com as associaes de densidade de fluxo, saturao no circuito magntico, valor do entreferro e foras magnticas de atrao e repulso, vem concluso a vibrao do rotor dentro do estator cria foras magnticas que interagem com a vibrao. A Ilustrao 7.5 mostra um exemplo de variao de entreferro e suas conseqncias.

    Ilustrao 7.5 - Desequilbrio magntico

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    Para uma determinada corrente de campo, a densidade de fluxo inversamente proporcional ao tamanho do entreferro. A fora magntica proporcional ao quadrado da densidade de fluxo, ela tambm ser proporcional dimenso do entreferro.

    Em uma condio ideal de entreferro perfeitamente uniforme em toda periferia do rotor, as foras magnticas estaro equilibradas com resultante nula. Se essa perfeio no existir, acontecer o desequilbrio magntico.

    A fora radial do desequilbrio magntico, o empuxo magntico, grande, da ordem de:

    (((( ))))Estator do Interna rea.g

    20.Fempuxo ==== (7.1)

    Onde:

    : a variao do entreferro [mm];

    g: o valor nominal [mm];

    rea Interna do Estator: Permetro x Altura [m2].

    Exemplo: rotor com = 12 m, altura h = 1.5 m, entreferro g = 25 mm, o empuxo magntico ser de 45 toneladas fora por mm de desvio radial no gerador. Esse empuxo aparece com a mquina energizada. A freqncia da fora magntica 2x fgerada, de 120 Hz.

    As causas das foras magnticas podem ser:

    Desbalanceamento mecnico;

    No circularidade do rotor;

    No circularidade do estator;

    Desvio radial do eixo;

    No uniformidades no circuito magntico (curto-circuito).

    Sozinho, o desbalanceamento mecnico pode deslocar o rotor do centro magntico do estator e com isto, gerar foras magnticas no equilibradas. s vezes, o sintoma de erros magnticos causado pelo desbalanceamento mecnico.

    Portanto, s foras desbalanceadoras por excentricidade de massa j citadas, dever ser somado o empuxo magntico quando o gerador for excitado.

    Os efeitos do desbalanceamento magntico aumentam com o aumento da potncia gerada, pois o fluxo magntico proporcional corrente de campo.

    A tentativa de adicionar uma massa de balanceamento em certa condio magntica pode at reduzir a vibrao final, mas se mudar a condio de

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    excitao, a vibrao pode atingir nveis crticos. Se ocorrer uma rejeio de carga, a turbina acelera, e a situao pode ficar muito mais perigosa.

    Curto-circuito nas bobinas de um plo faz reduzir a densidade de fluxo no entreferro, desequilibrando as foras magnticas do rotor. Em mquina com mais de 8 plos, o efeito na vibrao pequeno.

    As Ilustraes 7.6.a, 7.6.b e 7.6.c mostram registros de vibrao nos mancais antes da colocao de massas corretoras (esquerda), efeito da correo das massas (centro) e, corrigida por massa, mas com excitao (direita). Observe que a freqncia da vibrao de origem magntica = o dobro da rede.

    Ilustrao 7.6.a Vibraes oscilografadas nos mancais de uma mquina antes da adio de massas de correo

    Ilustrao 7.6.b Vibraes oscilografadas nos mancais de uma mquina aps a adio de massas de correo sem excitao do gerador

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    Ilustrao 7.6.c - Vibraes oscilografadas nos mancais de uma mquina aps a adio de massas de correo sem excitao do gerador

    Em Unidades Geradoras, a correo de desequilbrios magnticos um trabalho complexo, grande que pe a mquina fora de operao por um longo tempo. Ento, a interveno s deve ser decidida se as vibraes estiverem em nveis perigosos.

    As vibraes mecnicas podem afrouxar as cunhas das bobinas do estator, da fixao dos plos etc.

    7.5. Perturbaes Hidrulicas na Turbina

    O fluxo de gua pelo rotor da turbina gera vibraes em freqncias caractersticas, normalmente maiores que a rotao. O fluxo passando pelo distribuidor e pelo rotor faz aparecer vibraes com freqncia igual rotao vezes nmero de ps do rotor ou do distribuidor ou as duas.

    As vibraes oriundas de perturbaes hidrulicas da turbina podem ser minimizadas pela injeo de ar comprimido. Ser mostrada agora como uma perturbao hidrulica pode influir numa oscilao de eixo.

    Outra caracterstica das Unidades Geradoras o run-out do eixo: um passeio em baixa freqncia que um eixo vertical faz devido s folgas radiais dos mancais. Isto acontece porque falta uma fora radial que segura o eixo em certa posio dentro do mancal. A fora gravitacional de um eixo horizontal, uma correia de transmisso, ou at mesmo um desalinhamento proposital entre os mancais. A Figura 7 mostra a influncia deste passeio na vibrao.

    Ilustrao 7.7 - Vibrao radial de um eixo vertical. Onde P a vibrao total e D a vibrao sem runout.

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    Na Figura acima se percebe a combinao de dois sinais: um com a freqncia de giro do eixo devido talvez ao desbalanceamento e outro com freqncia mal definida ou mais baixa que o passeio do eixo talvez at aleatrio.

    Em um caso de turbina Kaplan, o passeio do eixo era causado por um desajuste dos ngulos das ps, surgiam vrtices abaixo do rotor com freqncia prxima de 0.125 Hz (o caso da trana). Corrigido o problema, a medida de vibrao do eixo mostrou a rotao da mquina. Ilustrao 7.8.

    Ilustrao 7.8 - Vibrao do eixo, com os ngulos das ps corrigidos.

    Outro exemplo, na Ilustrao 7.9 mostra as vibraes radiais do eixo de uma Francis sem aerao natural, durante o aumento de carga. Percebe-se que o eixo passa por regio de instabilidade, nesse caso atribudo ao run-out. isto pode indicar regies crticas de funcionamento.

    Ilustrao 7.9 - Vibraes de uma turbina com o aumento da carga.

    7.6. Limites e Critrios de Vibrao em Turbinas

    Os nveis de vibrao devem ser comparados com referencias para fim de comparao e da decidir a aceitao. A Ilustrao 7.10 mostra a Carta de Rathbone, publicada em 1939.

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    Ilustrao 7.10 - Carta de Severidade de T. C. Rathbone

    Depois foi aceita no mercado outra referncia, a Carta da IRD, a mesma da General Machinery Vibration Severity Chart, mostrada na Ilustrao 7.11.

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    Ilustrao 7.11 - Carta da IRD, ou General Machinery Vibration Severity Chart

    At a dcada de 80, utilizavam-se a carta de Rathbone para a avaliao da vibrao das Unidades Geradoras.

    Atualmente, os limites de vibrao so associados s folgas radiais dos mancais de guia. So porcentagens das folgas.

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    A Norma NEMA LG-3.1959, considera aceitveis, vibraes menores do que 70 a 80 % das folgas dos mancais onde se mede a vibrao. No considerando o run-out. So valores em rotao e carga nominais, com instrumentos montados nos suportes dos mancais.

    Quando a mquina for rodar pela primeira vez, ou aps a manuteno nos mancais, a vibrao do eixo dever ser medida aumentando a rotao at a nominal em degraus de 25% (ou seja, 25%, 50%, 75% e 100%). A cada patamar, a vibrao deve ser avaliada. Se em alguma etapa a vibrao exceder os limites aceitveis, a mquina dever ser balanceada neste ponto, antes de continuar aumentando a rotao.

    Outro fato que deve ser levado em conta o run out do eixo, ou seja, o crculo desenvolvido pelo eixo devido ao seu alinhamento e s condies do acoplamento, sem as influncias do desbalanceamento. O run-out deve ser medido no local de instalao dos sensores de e na poca da montagem do grupo.

    Estes valores devero ser descontados das amplitudes do desbalanceamento captados no instrumento. Se, por exemplo, a amplitude da freqncia de desbalanceamento for de 150 m em um ponto qualquer do eixo e, se neste mesmo ponto, por problemas de desalinhamento ou outros, o eixo apresentar 50 m no sentido de aproximao do instrumento medidor, a amplitude real de desbalanceamento ser igual a:

    m 10050150A amentoDesbalance de Real ======== (7.2)

    Caso contrrio, se o run out apresenta (-50 m), evidenciando um afastamento do instrumento medidor, a amplitude real de desbalanceamento ser:

    m 20050150A amentoDesbalance de Real ====++++==== (7.3)

    importante conhecer o run out, pois permite medir a verdadeira amplitude da vibrao da mquina.

    Ainda sobre particularidades sobre Unidades Geradoras, a Westinghouse orienta que em mquinas de baixa rotao, at 100 RPM, o ngulo de fase da vibrao seria 15. Em mquinas que giram de 120 e 150 RPM, o ngulo de fase de 30 a 35 e em mquinas de alta rotao, 300 RPM, o ngulo de fase ser aproximadamente 50.

    7.7. Prticas de Balanceamento de Unidades Geradoras

    7.7.1. Instrumentao

    Para a execuo do balanceamento, preciso medir a amplitude da vibrao e sua fase.

    A amplitude da vibrao normalmente medida em deslocamento e expressa em [m]. proporcional quantidade de desbalanceamento, aqui considerada a resultante do desbalanceamento. Deve ser bem medida para avaliar a condio atual do rotor e determinar as correes necessrias.

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    A fase o atraso da vibrao em relao excitao, deve ser medida entre um ponto fixo no eixo e outro fixo na estrutura da mquina. A amplitude e a fase definem o vetor vibrao, uma grandeza mecnica com mdulo, direo e sentido.

    O sensor de fase pode ser tico, para perceber uma marca colorida do eixo ou a reflexo de um laser ou infravermelho em um pedao de fita refletiva. Pode ser usado um tacmetro. Outras formas de sensores de fase so os capacitivos ou os indutivos, que percebem a passagem de algo sua frente. O sinal do sensor de fase enviado ao instrumento que o v como uma srie de pulsos positivos ou negativos com o perodo muito bem definido e igual ao ciclo da rotao. Uma lmpada estroboscpica disparada com a prpria vibrao um bom medidor de fase.

    Nas Unidades Geradoras hidrulicas com mancais hidrostticos ou hidrodinmicos tradio usar como medidores sensores de proximidade, presos carcaa dos mancais e direcionados para a superfcie do eixo. So usados 3 proximeters, 1 para cada direo radial e o 3 como sensor de fase, ou trigger, ou keyphasor. Para garantir a qualidade da medida, as regies de medida no eixo devem estar livres de erros, tanto geomtricos como metalrgicos.

    Os sinais dos sensores so convenientemente tratados e a instrumentao fornece as leituras de vibrao e de fase.

    Existem outros tipos de sensores de vibrao, cada um deles com as devidas adequaes, pode ser usado.

    Modernamente os sinais so enviados para sistemas de aquisio de dados, onde so processados e talvez comparados com outras variveis do sistema, permitindo a anlise completa da operao.

    Os sistemas de aquisio oferecem boa qualidade, simultaneidade de medidas e dispensam a permanncia de operadores em locais inspitos. Lgico que necessitam de boa calibrao. A Ilustrao 7.12 mostra o esquema de um sistema de aquisio.

    Ilustrao 7.12 - Esquema de sistema de aquisio de dados.

    A Ilustrao 7.13 mostra um exemplo de medida.

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    Ilustrao 7.13 - Desbalanceamento inicial, da mquina rodando a vazio e sem excitao.

    7.7.2. Tipos de Balanceamentos

    Para qualquer tipo de rotor, sempre existe a questo entre balanceamento esttico e dinmico. O esttico corrige uma fora resultante e o dinmico um momento resultante. Sob todos os aspectos o dinmico melhor do que o esttico. Mas em alguns casos, o esttico suficiente, em outros a estrutura do rotor elimina a ao do momento (ventiladores centrfugos), em outros as rotaes so mais para baixas (roda de carro que vai feira livre no domingo), em outros muito complicado acessar dois planos, em outros s possvel acessar um lado do rotor. Todas estas consideraes so filosficas e cada caso deve ser analisado com cuidado.

    7.7.3. Formas de Balanceamento:

    Os rotores podem ser balanceados em balanceadoras, mquinas de alta preciso calibradas para grande faixa de massa e dimenses, ou balanceados em campo, usando a prpria estrutura de sua mquina. Cada forma tem suas vantagens e desvantagens.

    Quando as dimenses so to... (grandes ou pequenas) a s pode usar esse ou aquele.

    Imagine tirar um rotor de 100 toneladas e transport-lo para uma balanceadora. Existe balanceadora para at 125 toneladas de rotor, melhor balancear em campo. Por outro lado imagine balancear um rotor de 1 grama, nem pensar em balancear em campo. Existe balanceadora para rotores de 1 grama. Imagine balancear em campo um satlite de tele comunicaes (em servio).

    7.7.4. Mtodos de Clculo de Balanceamento de Campo

    O balanceamento de campo exige a medio da vibrao, a aplicao de massas de teste para calibrao, e clculos das correes.

    Os processos de clculo de balanceamento podem ser: grfico, vetorial e analtico. Existem algoritmos grficos para a soluo matemtica do balanceamento, o mais conhecido o mtodo dos 3 pontos. O mtodo vetorial muito intuitivo e d uma boa exatido. E atualmente com computadores at nos celulares, faz-se o analtico.

    As formas e mtodos esto detalhados nos Captulos anteriores desta apostila.

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    A seguir alguns exemplos de balanceamentos de campo em Unidades Geradoras.

    a) Balanceamento Vetorial

    mT = 30 kg, no ponto 5.

    A vibrao passou de R0 = 200 m a 30 para R1 = 100 m a 90.

    Ento o efeito da massa de teste o vetor P na escala = 173 m. Precisando ser girado de 30 para anular R0.

    A massa de teste deve ser substituda por outra de 35 kg colocada 30 para trs, na posio 6.

    b) Balanceamento de 3 Pontos

    Vibrao Original, V0 = 110 m;

    Vibrao com massa de teste de 145 kg no ponto A, VA = 100 m;

    Com a massa no ponto B, VB = 150 m;

    Com a massa no ponto C, VC = 120 m;

    Adota-se uma escala (e.g. 1 cm = 50 kg) para a massa de teste:

    1. Traar um crculo com centro em O e raio = escala da massa de teste;

    2. Traar as retas AB, BC e CA e dividi-los na proporo de VA/ VB, VB/ VC e VC/ VA interna e externamente;

    3. Os pontos de diviso interna e externa definem o raio de um crculo que o lugar geomtrico dos pontos que distam de A e de B na

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    proporo VA/VB;

    4. Repetir para B e C e C e A;

    5. Os 3 crculos gerados definem o ponto P2 que d a posio da massa de correo, e

    6. O tamanho do segmento OP define o tamanho da massa de correo. Nesse exemplo a massa de correo calculada foi de 590 kg.

    Outro exemplo:

    Balanceamento de Unidade Geradora, com as seguintes caractersticas:

    Peso do rotor: 200 ton;

    GD2: 4.500 ton.m2;

    Rotao: 300 RPM;

    Relao L/D: 0,3;

    Sobrevelocidade atingida: 525 RPM;

    Raio de insero das massas: 2 m;

    Potncia: 130 MVA;

    Acionamento: Turbina Francis

    O mtodo a ser utilizado ser o da anlise do diagrama vetorial e as oscilaes medidas simultaneamente nos mancais de guia superior e inferior do gerador, pontos C e B. Foram usados 3 sensores de proximidade, 2 para vibrao e outro para referencia de fase, no ponto A no mancal da turbina. O esquema de medida mostrado na Ilustrao 7.14 abaixo.

    As medidas originais foram:

    VB = 394 m a -270

    VC = 402 m a - 246

    As fases prximas indicam um desbalanceamento quase esttico.

    Com uma massa de teste de 9.33 kg no ponto 2, as medidas passaram para

    VB1 = 378 m a -191

    VC1 = 275 m a - 221

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    Ilustrao 7.14 Posicionamento dos transdutores

    Os oscilogramas de medidas esto mostrados abaixo.

    Ilustrao 7.15 Oscilograma do desbalanceamento inicial

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    Ilustrao 7.16 Oscilograma do desbalanceamento aps a insero da massa de teste

    Registros antes e depois da massa de teste.

    Para anlise do diagrama vetorial (acima), para atenuar VB e VC, a massa dever ser deslocada no sentido anti-horrio para prximo do ponto I de colocao da massa de teste. As massas requeridas para anular VB e VC so, respectivamente, 7,5 e 19,5 kg.

    Depois de colocada a massa de 7.25 kg no ponto I, as vibraes passaram para VB2 = 216 m a - 230 e VC2 = 232 m a -263.

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    Para um refinamento do balanceamento, o diagrama da direita mostra a massa de balanceamento do ponto B pode ainda ser deslocada mais ainda na direo anti-horrio, enquanto para o ponto C pode ficar na mesma posio.

    No refino, as massas de correo de VB e VC so, respectivamente, 10,6 e 15 kg.

    Na tentativa, foi adicionado mais 1,4 kg no ponto VIII, mantendo-se a massa de 7,25 kg no ponto I. Com esta composio, haver uma resultante de 8,3 kg atrasada de 8 da referncia. As novas medidas foram:

    VB3 = 176 m a -201

    VC3 = 158 m a - 248

    Para anlise do diagrama vetorial abaixo, revela que houve uma alterao sensvel do desbalanceamento. Veja que os efeitos esto quase que contrrios s vibraes originais.

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    Depois foi verificada a influncia da potencia gerada. As medies foram repetidas para 25, 50 75 e 100% da potncia nominal. Observou-se que a vibrao no ponto C aumenta com a potncia gerada o no ponto B diminui. Veja grfico abaixo.

    Outro Exemplo:

    Outro exemplo prtico refere-se a dois grupos geradores iguais, com as seguintes caractersticas:

    Peso do gerador: 729 ton.;

    GD2: 70.000 Ton.m2;

    Rotao: 120 rpm;

    Dimetro do rotor: 11,3 m;

    Dimetro do ponto de insero das massas de teste: 9,5 m;

    Relao L/D: 0,2;

    Potncia: 350,5 MVA;

    Acionamento: Turbina Francis.

    Medidas nos pontos S (mancal guia do Gerador) e I (mancal guia da turbina), como podem ser observadas na Ilustrao 7.17 abaixo:

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    Ilustrao 7.17 - Medidas nos pontos S (mancal guia do Gerador) e I (mancal guia da turbina)

    Os valores de amplitude e posio angular dos vetores antes e depois do balanceamento so os seguintes:

    Unidade Geradora 1

    VS0 = 208 m 0 = 0

    VI0 = 208 m I0 = 0

    Massa de teste inserida = 115,6 kg no ponto 6

    VS1 = 100 m 1 = 120 em atraso

    VI1 = 103 m I1 = 30 em atraso

    Os ndices 0 e 1 referem-se situao antes e aps a adio de pesos, respectivamente.

    Unidade Geradora 2 (Ilustrao 7.31)

    VS0 = 274 m 0 = 146 em atraso

    VI0 = 280 m I0 = 190,5 em atraso

    Massa de teste inserida = 124 kg entre os pontos 9 e 10

    VS1 = 76 m 1 = 46 em atraso

    VI1 = 87 m I1 = 273,5 em atraso

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    A sensibilidade massa de teste de uma Unidade Geradora de 4500 ton.m2 e 300 RPM de aproximadamente 36 m/kg. Para mquinas de 70000 ton.m2 e 120 RPM em torno de 2 m/kg.

    Ilustrao 7.18 Diagrama Vetorial da Oscilao da unidade geradora 1

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    Ilustrao 7.19 Diagrama Vetorial da Oscilao da unidade geradora 2

    7.8. Consideraes Finais

    Antes e durante um balanceamento, de uma maneira geral, importante a observao dos seguintes itens:

    Verificar se a mquina j fora balanceada e, em caso afirmativo, procurar reunir todas as informaes do balanceamento, tais como:

    Pesos adicionais (quantidade e posio);

    Valores obtidos;

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    Dificuldades encontradas.

    Levantar as caractersticas da mquina, tais como:

    Tipo, potncia, rotao nominal e crtica, folgas dos mancais;

    Dimenses da mquina, principalmente do rotor do gerador (pontos de colocao de pesos, relao L/D).

    Levantar os dados relativos montagem, tais como:

    Alinhamento do eixo (run out);

    Condies do acoplamento;

    Verificar o acesso aos pontos de medio da oscilao e em funo disto, estabelecer a instrumentao a ser utilizada;

    Antes de partir a mquina, inspecionar o gerador e, se possvel, a turbina, de modo a verificar a existncia de peas soltas, mal fixadas e ou qualquer situao que possa provocar vibraes ou atritos desnecessrios;

    Durante o balanceamento, aumentar a velocidade da mquina gradativamente, observando o comportamento da amplitude do desbalanceamento. Se em alguma velocidade se observarem oscilaes indesejveis, quer seja por desbalanceamento, quer seja por outra causa, procurar corrigir a situao antes de prosseguir no incremento de velocidade;

    Certificar-se de que a oscilao proveniente de um desbalanceamento mecnico, antes de partir para a insero de massas de correo;

    Fixar seguramente as massas de correo;

    Durante a anlise das vibraes, considerar o desalinhamento de eixos. Somente o desbalanceamento por excentricidade de massas poder ser corrigido com a adio de massas de correo;

    Sempre que adicionar uma massa ou tiver uma dvida quanto intensidade de sua massa, proceder ao aumento da velocidade, analisando a oscilao;

    Acompanhar tambm as oscilaes junto aos outros mancais e verificar se a reduo da oscilao em um ponto no provocar o aumento da oscilao em outro ponto;

    Sempre que possvel, medir a oscilao no eixo e no no suporte ou caixa do mancal;

    Antes de medir ou registrar a amplitude e ngulo da oscilao, os quais serviro de base para o balanceamento, observar se no h a alterao dos mesmos com o aumento das temperaturas da mquina (mancais, estator, etc.). Caso houver alguma alterao, aguardar a estabilizao antes de iniciar a medio. Porm, se a amplitude de oscilao for alta, iniciar a correo e, aps reduzir a amplitude, refazer a medio,

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    esperando a estabilizao das temperaturas. Se as alteraes nas amplitudes forem acentuadas durante o tempo necessrio para a mquina atingir o regime, para a mquina e investigar a causa;

    Se, durante o balanceamento, as amplitudes se comportarem de maneira no lgica, verificar a possibilidade de outras causas de oscilao;

    O balanceamento dever seguir as seguintes etapas:

    Mquina a vazio e sem excitao;

    Mquina a vazio excitada;

    Mquina em carga (25, 50, 75 e 100% da potncia nominal);

    As observaes acima descritas so de mbito geral e, sobre elas, imperam o bom senso e a experincia para situaes que no se enquadrem aos casos expostos acima..

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    ANEXO - USO DE BALANCEAMENTO ATIVO NA SOLUO DE PROBLEMAS DE MANUTENO E DE CONFIABILIDADE

    1. Sinopse

    Existem no mercado algumas opes de Balanceamento Ativo para aplicao mais dirigida a grandes ventiladores centrfugos sujeitos incrustao, ou seja, que trabalham em ambientes sujos.

    2. Correo Automtica do Desbalanceamento

    Desde os anos 80 existem sistemas que monitoram a vibrao em 1x e continuamente corrigem o desbalanceamento sem a necessidade de parar o ventilador. Esses sistemas chamados de Balanceamento Ativo ou Balanceamento Automtico so compostos de sensores de vibrao, um sistema de controle, atuadores e anis de correo.

    Os anis de correo contm massas internas que podem ser reposicionadas para compensar o desbalanceamento de massa do rotor. Eles so presos ao eixo a corrigir. A Ilustrao 1 mostra as partes do sistema.

    Ilustrao 1 Partes do sistema de balanceamento automtico.

    3. Operao de um Sistema de Balanceamento Ativo

    O principio simples: sentir e ajustar. O monitoramento contnuo e o usurio estabelece a faixa de tolerncia desejada. Atingido o nvel superior desta faixa, o sistema determina a intensidade e a fase da correo necessria, a informao enviada a um atuador que comunica aos anis que reposicionam as massas mveis. At que a vibrao em 1x volte para a faixa estabelecida. A Ilustrao 2 mostra o esquema funcional.

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    Ilustrao 2 Esquema de Balanceamento Ativo.

    4. Aplicaes do Balanceamento Ativo

    Apesar de ser usado em muitos tipos de mquinas, o principal uso em ventiladores centrfugos, os ID fans (induced draft). Nesta categoria, 3 tipos so destacados:

    1. Em balano com uma entrada;

    2. Bi-apoiado com uma entrada, e

    3. Bi-apoiado com duas entradas dupla aspirao.

    A Ilustrao 3 mostra os croquis e a necessidade de 1 ou 2 planos de correo.

    Este sistema pode ser linkado rede e comandado distncia. Suas informaes podem ser usadas na otimizao do balanceamento de campo, como estimativa da massa de teste e sua posio.

    Tipo 1 Em balano - 1

    Entrada Tipo 2 Bi-apoiado 1 Entrada Tipo 3 Dupla Aspirao

    Ilustrao 3 Configuraes de Ventiladores Centrfugos

    5. Exemplos de Aplicao

    5.1. Fabrica de Cimento

    a) Descrio do Problema

    IDF trabalhando com gs quente com partculas de cimento gerando incrustao. Com mudanas de temperatura o material incrustado quebra e solta criando fortes desbalanceamentos. A vibrao atinge 25 mm/s a 1330

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    RPM. A limpeza feita com jateamento de areia a cada 2 meses com perda de produo de 12 horas.

    Ilustrao 4 - IDF

    b) Soluo:

    Com a instalao do balanceamento ativo, a vibrao se mantm entre 0.6 e 1.3 mm/s e o intervalo entre paradas passou para 6 meses para limpeza. As paradas de emergncia foram eliminadas.

    5.2. Siderrgica (USStell)

    a) Descrio do Problema

    Um exaustor de 3050 mm trabalhando com mistura de ar, gases, cal em um duto de 250 m na coqueria. A vibrao sempre alta aps qualquer parada. O controle desligar quando a vibrao atinge 5.5 mm/s. Para manter o servio o rotor era balanceado 2 vezes por ms a um custo de US$ 1000,00 por vez e um dia de parada. Os rolamentos eram trocados todos os meses.

    Ilustrao 5 - Exaustor

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    b) Soluo

    A instalao do Balanceador Ativo manteve a vibrao em 0.5 mm/s e os rolamentos passaram a suportar mais do que 1 ano de servio. S na troca de rolamentos a USSteel economizou US$80.000,00 em peas e mo de obra. Em horas de manuteno, a empresa estima a reduo de mais de 1000 horas manuteno, equivalente a US$45.000,00.

    6. A Tecnologia SKF

    A proposta da SKF para o Sistema de Balanceamento Ativo est mostrada na Ilustrao 6 abaixo.

    O reposicionamento de elementos faz a compensao de massa para corrigir o desbalanceamento de massa de vrios tipos de rotores. Faz coincidir o Centro de Massa com o Centro Geomtrico.

    Antes do Balanceamento Depois do Balanceamento

    Ilustrao 6 - A proposta da SKF para o Sistema de Balanceamento Ativo.

    medida que o desbalanceamento varia, as esferas se movem continuamente e corrigem o desbalanceamento.

    Um modo de comparar as diversas normas associar a fora dinmica criada pelo desbalanceamento residual como porcentagem da carga esttica aplicada nos mancais.

    Veja a tabela a seguir:

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    Tabela 1 - Fora Centrfuga como porcentagem da fora esttica nos mancais.

    Comparao entre as Normas API, ISO & MIL-STD-167-1 para tolerncias de balanceamento em funo da Mxima Rotao de Operao [RPM]

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    Velo

    cid

    ade

    e

    m m

    m/S

    ec