Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Mecânica Professor: Ednelson
BALANCEAMENTO BALANCEAMENTO DINÂMICO ALUNOS: Bruno Gonçalves Rodrigues Alex de Sousa Borges Emanuel Lima Marcio Rodrigues Rodrigo Maués Fabio Douro
João Neves Thiago Costa
SUMÁRIO
1. Introdução 1.1. O que é o Balanceamento? 1.2. Necessidade de Balancear 1.3. Origens do Desbalanceamento 1.4. Causas de Desbalanceamento 1.5 Rotor Rígido e Rotor Flexível 1.6 Tipos de Desbalanceamento 2. Técnicas de Balanceamento 2.1. Balanceamento Dinâmico 3. Qualidade de Balanceamento 3.1. Introdução 3.2. Quantificação de desbalanceamento 3.3. Exemplo do uso da norma ISO 1940/1 3.4. Avaliação do Desbalanceamento pela Vibração 4. Softwares de Balanceamento de Campo 5. Conclusão
SUMÁRIO
1. Introdução 1.1. O que é o Balanceamento? 1.2. Necessidade de Balancear 1.3. Origens do Desbalanceamento 1.4. Causas de Desbalanceamento 1.5 Rotor Rígido e Rotor Flexível 1.6 Tipos de Desbalanceamento 2. Técnicas de Balanceamento 2.1. Balanceamento Dinâmico 3. Qualidade de Balanceamento 3.1. Introdução 3.2. Quantificação de desbalanceamento 3.3. Exemplo do uso da norma ISO 1940/1 3.4. Avaliação do Desbalanceamento pela Vibração 4. Softwares de Balanceamento de Campo 5. Conclusão
1.1 O que é o Balanceamento?
Balancear é um procedimento durante o qual a distribuição de massa é verificada, e se necessário corrigida, para assegurar que os desbalanceamentos residuais, relacionados às vibrações dos munhões ou das forças dos mancais, mantenham os níveis dentro dos limites de segurança. Definição conforme ISO (DIN ISSO
1925)
1.2 NECESSIDADE DE BALANCEAR
Um rotor em rotação gera esforços dinâmicos que se propagam às partes da máquina que o suportam. Quando uma máquina é projetada, prevê-se os esforços que atuarão em seus componentes, quais sejam: blocos, eixos, suportes, parafusos, etc. Estes esforços podem ser estáticos ou dinâmicos, ambos respeitáveis e perigosos.
1.2 Necessidade de Balancear
Uma fonte comum de esforços dinâmicos em máquinas é o desbalanceamento, formado por desequilíbrios de massa.
1.2 Necessidade de Balancear
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7.
Consequências do Desbalanceamento Aumenta os esforços na máquina, diminuindo sua vida útil. Perda de Qualidade Aumento de Refugos Vibração, ruído, desconforto Parada de Produção Acidentes Aumento dos Custos
1.3 Origens do Desbalanceamento
1. 2. 3. 4. 5.
Mesmo com todos os parâmetros de projeto sendo devidamente aplicados na concepção da máquina, as assimetrias do componente são inevitáveis. As fontes mais comuns de desbalanceamento são: Configuração assimétrica Fundição ou usinagem excêntricas – inclusões e ou vazios em peças forjadas Mancais ou acoplamentos não excêntricos Distorções permanentes devido a efeitos térmicos ou esforços Incrustações, desgaste, ou corrosão.
1.3 Origens do Desbalanceamento
Cada erro de massa que ocorre no rotor ocasiona a mudança de posição do centro de gravidade da seção transversal. O somatório dos desvios é o eixo principal do momento de inércia – EPI, do eixo de rotação – ER, ou seja, a massa do rotor não estará perfeitamente distribuída ao redor do eixo de rotação.
1.3 Origens do Desbalanceamento
1.4 Causas do Desbalanceamento
Entender as causas de desbalanceamentos é importante para corrigir o problema, já que o desbalanceamento pode ser um esforço perdido se as causas não forem controladas.
1.4 Causas do Desbalanceamento Operação Normal Durante o uso normal, é comum a incrustação de ´pó ou detritos nos rotores de ventiladores ou bombas. A figura a seguir mostra um ventilador axial de diâmetro 760 mm. A inspeção das pás mostra as arestas rugosas.
1.4 Causas do Desbalanceamento
1.4 Causas do Desbalanceamento Desgaste e Erosão Desgaste e erosão danificam e provocam o desbalanceamento do rotor, de acordo com as propriedades do material, principalmente em ambientes corrosivos ou sujeitos à cavitação.
1.4 Causas do Desbalanceamento
1.5 Rotor Rígido e Rotor Flexível
O Rotor é considerado Rígido quando as deformações elásticas que ocorrem em serviço não influenciam significativamente as resultantes R1 e R2 do desbalanceamento. No Rotor Rígido o balanceamento é alcançado com a utilização de no máximo dois planos.
1.5 Rotor Rígido e Rotor Flexível
O Rotor é considerado Flexível quando opera a uma velocidade de rotação maior ou igual a 70% da primeira velocidade crítica (frequência de ressonância). Para balancear rotores flexíveis são necessários N + 2 planos de correção. Onde N é o número de velocidades críticas pelas quais o rotor passa até atingir sua rotação de trabalho. Rotores Flexíveis
1.6 Tipos de Desbalanceamento
O Desbalanceamento pode se apresentar de duas maneiras distintas, que são:
Desbalanceamento Estático
Desbalanceamento Dinâmico
Desbalanceamento Estático
O Desbalanceamento Estático caracteriza-se por apresentar os pontos pesados distribuídos uniformemente em uma linha paralela ao eixo de rotação. O EPI estará paralelo ao ER e as duas resultantes serão iguais em módulo e direção.
Desbalanceamento Estático
Desbalanceamento Dinâmico
No Desbalanceamento Dinâmico os pontos pesados estão distribuídos igualmente, parte em uma extremidade e parte na outra extremidade do eixo de rotação no lado diretamente oposto.
Desbalanceamento Dinâmico
Desbalanceamento Dinâmico
Desbalanceamento Estático e Dinâmico
Desbalanceamento Dinâmico
Desbalanceamento Dinâmico Puro e Real
2 Técnicas de Balanceamento
A operação de balanceamento de um rotor pode ser executada em uma máquina própria para tal, a Máquina de Balancear, ou pode ser efetuado no próprio local de trabalho da máquina, processo esse conhecido como balanceamento de campo.
2 Técnicas de Balanceamento
Máquinas de Balancear
2 Técnicas de Balanceamento
Balanceamento de Campo
2 Técnicas de Balanceamento Seleção do Tipo de Balanceamento no Rotor Rígido CONFIGURAÇÃO DO ROTOR
RELAÇÃO L/D
BALANCEAMENTO ESTÁTICO
DINÂMICO
< 0,5
Até 1000 rpm
Acima de 1000 rpm
> 0,5
Até 150 rpm
Acima de 150 rpm
2 Técnicas de Balanceamento
2 Técnicas de Balanceamento 100
1
10
100
1000 1
E
S M R ] S / M M [ E D A D I C O L E V O Ç A R B I V E D L E V N
D 10
1 C
B 1
1
A
A- MÁQUINAS NOVAS - SEM DEFEITO B - MÁQUINAS COM PEQUENOS PROBLEMAS
0,1
1
C - MÁQUINAS COM DEFEITO – CORRIGIR D - A FALHA ESTÁ PRÓXIMA - CORRIGIR COM URGÊNCIA E - PERIGO - PARADA IMEDIATA
10
100
FREQUÊNCIA DEVIBRAÇÃO EM[ HZ ]
0, 1000
Balanceamento Dinâmico
Qualquer rotor possui força e momento resultante de desbalanceamento. O balanceamento dinâmico consiste em medir essas duas forças resultantes, nos dois planos de balanceamento e proceder sua anulação pela colocação de massas corretoras.
Balanceamento Dinâmico
Balanceamento Dinâmico
1. 2.
3.
4.
Qualquer rotor possui força e momento resultante de desbalanceamento. O balanceamento dinâmico consiste em medir essas duas forças resultantes, nos dois planos de balanceamento e proceder sua anulação pela colocação de massas corretoras. Com técnicas eletrônicas e analógicas, as balanceadoras podem: Balancear em qualquer rotação Corrigir as leituras de forças de planos dos mancais para os planos de balanceamento Apresentar o resultado em gramas para as massas balanceadoras Catalogar os rotores balanceados para montagem de
Balanceamento Dinâmico
Atualmente, dispõe-se de balanceadoras para rotores de 1 grama até muitas toneladas, com excelentes níveis de qualidade.
Balanceamento Dinâmico
Exemplo de balanceadora Dinâmica
Balanceamento Dinâmico
Exemplo de Balanceadora dinâmica de grande porte
Balanceamento Dinâmico de Campo
Semelhantemente ao Balanceamento Estático, o Balanceamento Dinâmico é obtido por meio da adição de massas de teste. Entretanto, sua influência deve ser medida em dois planos devido ao efeito cruzado. A medição da fase é feita de maneira análoga ao Balanceamento Estático.
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico
Rotor a ser Balanceado Dinamicamente
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico
1 Medem-se a vibração devido ao desbalanceamento
original para os dois planos, obtendo-se: Plano 1 - , : Vibração no plano 1 devido o desbalanceamento original Plano 2 - , : Vibração no plano 2 devido o desbalanceamento original
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico
2 Medem-se as vibrações com a massa de teste
colocada no plano 1, obtendo-se: Plano 1 - , : Vibração no plano 1 devido a massa de teste no plano 1 Plano 2 - , : Vibração no plano 2 devido a massa de teste no plano 1
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico
3 Medem-se as vibrações com a massa de teste 2
colocada no plano 2, obtendo-se: Plano 1 - , : Vibração no plano 1 devido a massa de teste no plano 2 Plano 2 - , : Vibração no plano 2 devido a massa de teste no plano 2
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico A figura abaixo mostra o plano 1 com a vibração correspondente ao desbalanceamento original juntamente com os efeitos das massas de teste e sobre esse plano.
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico Para que o equilíbrio ocorra é necessário mudar os valores de e , assim como suas respectivas posições. Para impor essa condição utilizam-se dois operadores vetoriais e , de maneira que: 1 (1,1 1,0 ) + 2 (1,2 1,0 ) = 1,0 (Eq. 1)
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico A figura abaixo mostra o plano 2 com a vibração correspondente ao desbalanceamento original juntamente com os efeitos das massas de teste e sobre esse plano.
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico Para que o equilíbrio ocorra é necessário mudar os valores de e , assim como suas respectivas posições. Para impor essa condição utilizam-se dois operadores vetoriais e , de maneira que: 1 (2,1 2,0 ) + 2 (2,2 2,0 ) = 2,0 (Eq. 2)
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico Note-se que os valores de e nas Eq. 1 e 2 são os mesmo. Assim, tem-se um sistema de equações vetoriais com duas incógnitas, que podem ser resolvidas obedecendo-se as regras de operações com números complexos para e .
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico
Resolvendo para , tem-se: 2 =
, , −, −, , −, , −,
, −, − , −,
, −,
Resolvendo para , tem-se: 1 =
−, − , −, , −,
(Eq. 4)
(Eq. 3)
Balanceamento Dinâmico de Campo
Procedimento de Balanceamento Dinâmico Uma vez obtidos (1 , γ1 ) e (2 , γ2 ), as massas de correção são calculadas por:
= colocada a γ1 graus da posição de 1 no
sentido de rotação = colocada a γ2 graus da posição de 2 no
sentido de rotação
Balanceamento Dinâmico de Campo
Exemplo de Balanceamento Dinâmico com Efeito Cruzado: As medidas de vibração
obtidas num procedimento de balanceamento dinâmico com efeito cruzado são:
3 Qualidade de Balanceamento
3.1 INTRODUÇAO Para o balanceamento de um rotor por qualquer processo, é preciso saber avaliar e julgar sua qualidade; É importante saber especificar o grau de balanceamento ideal para cada máquina; Não é possível eliminar totalmente o desbalanceamento, sempre ficará resíduo
3 Qualidade de Balanceamento
Saber até que ponto um desbalanceamento é prejudicial; É preciso estabelecer critérios de balanceamento; A seguir serão apresentadas as forma de quantificação do desbalanceamento
3 Qualidade de Balanceamento
3.2 QUANTIFICAÇÃO DO DESBALANCEAMENTO O desbalanceamento pode ser quantificado por massa x distância com unidade [g.mm] O desbalanceamento deverá ser balanceado até chegar a um mínimo aceitável; Este mínimo admissível é chamado nas normas desbalanceamento residual permissível;
[U = massa x distancia (g.mm)]
3 Qualidade de Balanceamento
O desbalanceamento residual depende da massa do rotor, quanto mais pesado o rotor maior poderá ser o residual Definiu-se o Desbalanceamento Residual Permissível como:
3 Qualidade de Balanceamento
Quanto maior a rotação do rotor, menor deve ser o desbalanceamento residual, Desbalanceamento residual específico deve ser constante - para aumentar a rotação tem que diminuir o resíduo especifico: G: Qualidade de Balanceamento.
3 Qualidade de Balanceamento 3.3 EXEMPLO DE USO DA NORMA ISSO 1940/1 Rotor com Grau de Qualidade 5.2, massa 40 kg e rotação máxima 3550 RPM. Solução: 2π 2 π 3550 Rotação: ω = 60 = 60 = 371.75 (rad/s) Com G = 5.2, o Desbalanceamento Residual Permissível, será:
5.2
1000 [40 ]
U= = 560 (g mm) 371.75 (/) Se o rotor for simétrico em termos de massa, cada plano de balanceamento terá metade de U, ou seja: U (por plano) = 280 (g mm)
3 Qualidade de Balanceamento
3.4 Avaliação do Desbalanceamento pela Vibração
3 Qualidade de Balanceamento
3.4 Avaliação do Desbalanceamento pela Vibração
4 Software para Balanceamento NK 780 Dados do Programa
4 Software para Balanceamento Executando um Balanceamento
4 Software para Balanceamento Resultados Apresentados pelo Programa
5 Conclusão
Neste trabalho apresentamos o que é o desbalanceamento suas causas e consequências e definimos as técnicas de balanceamento utilizadas e o modo de como podem ser realizadas. Vimos que o desbalanceamento não pode ser totalmente eliminado por isso utilizamos faixas de tolerância especificadas em normas técnicas para que as maquinas possam executar suas atividades de forma eficiente e adequada, qualificando assim o balaceamento de
