Balanceamento de Rotores

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Balanceamento 
Dinâmico
Oiti G. Paiva
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BALANCEAMENTO DE ROTORES RÍGIDOS
	Um rotor é dito rígido quando ele não se deforma na velocidade de operação. Quando sobre a superfície deste rotor existe um desequilíbrio de massa, durante a rotação do mesmo aparecerá uma força centrífuga de valor:
			
F = m w r
2
Oiti G. Paiva
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Esta força gira com o eixo, provocando reações alternadas nos apoios que se traduzem em vibrações nos mancais. O processo de controle destas forças centrífugas é conhecido como balanceamento de massa.
Oiti G. Paiva
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BALANCEAMENTO ESTÁTICO
Se o rotor se apoia sobre mancais sem atrito, ou uma base lisa e nivelada, agirá sobre a massa M desequilibrante um momento estático Mr, que fará com que o rotor gire até que esta venha para a vertical,
M
CG
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Para balancearmos tal rotor, basta que façamos com que o CG volte a coincidir com o eixo de rotação. Para tal, colocaremos uma massa corretiva M’ a uma distância r’ do centro e a 180° do desbalanceamento original tal que:
			M’r’ = Mr
Oiti G. Paiva
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BALANCEAMENTO DINÂMICO
O rotor ao lado está dinami-
camente desbalanceado, ape-
sar de estar estaticamente
balanceado. As massas iguais
M1 e M2 colocadas a 180°,
num mesmo raio, garantem
o balanceamento estático. 
M 2
M 1
O rotor está dinamicamente desbalanceado
porque se for colocado em rotação aparece-
ram duas forças centrífugas
e
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Estas duas forças formarão um binário desequilibrante, responsável por reações de apoio alternadas ou vibrações, conforme mostra a figura abaixo:
R1
R2
FC1
FC2
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O desequilíbrio dinâmico existe, porque o rotor tem mais de um plano de desequilíbrio. De um modo geral, discos finos (onde a espessura é 20 vezes menor que o diâmetro) tais como rebolos, discos de serra, polias de um gorne, são considerados como rotores de um só plano de desequilíbrio. Os rotores com mais de um plano de desequilíbrio só giram isentos de vibrações, se balanceados dinamicamente.
O balanceamento dinâmico é conseguido com a colocação de massas apropriadas em dois ou mais planos de correção.
Oiti G. Paiva
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M1
M2
I
II
L/2
L/4
L/4
M2
M1
O rotor da figura abaixo tem duas massas (M1 e M2), dispostas a 90° e em planos diferentes. Os planos I e II serão selecionados como planos de equilíbrio. No balanceamento dinâmico de rotores industriais geralmente os planos de equilíbrio são os externos, por facilidade de acesso.
Oiti G. Paiva
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EQUILÍBRIO DA MASSA M2
Para equilíbrio da massa M2, colocaremos a 180° desta duas massas de igual valor, M’2 = 0,5 M2, uma em cada plano de equilíbrio. Nesta condição os momentos estáticos e dinâmicos são nulos.
M2
L/2
L/2
M’2 = 0,5 M2
M’2 = 0,5 M2
I
II
Oiti G. Paiva
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EQUILÍBRIO DA MASSA M1
Para obtermos momento dinâmico nulo, colocaremos nos planos I e II as massas M1’ e M1’’, de tal modo que:
	M1’ = 3M1/4 e M1’’ = M1/4
I
II
L/4
3L/4
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Uma vez que as correções são feitas no raio externo, a velocidade angular e o raio são os mesmos para as massas corretivas e, deste modo, as forças centrífugas são proporcionais às massas, o que nos permite somá-las vetorialmente, o que torna possível a correção do desbalanceamento original com apenas uma massa em cada plano.
Plano I Mc = (0,5M2) + (0,75M1)
2
2
V
Plano II Mc = (0,5M2) + (0,25M1)
2
2
V
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Consideremos um rotor qualquer, concêntrico a um eixo de acionamento que gira a uma velocidade de 1800 rpm.
Oiti G. Paiva
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45°
90°
135°
180°
270°
315°
225°
0°
Oiti G. Paiva
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Um peso qualquer colocado sobre a superfície deste rotor causa um desequilíbrio de massa no mesmo. Quando o rotor gira, este desequilíbrio acompanha o movimento de giro, causando uma vibração no sentido radial na mesma freqüência em que acontece o giro. É o que acontece com as rodas desbalanceadas de um carro. A vibração pode ser sentida pelo motorista no volante do mesmo.
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0°
Oiti G. Paiva
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Oiti G. Paiva
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Balancear um rotor, é descobrirmos o local exato onde se encontra esta massa de desequilíbrio e qual o seu valor. De posse destes dados, colocamos uma massa de igual valor a um ângulo de 180° da massa de desequilíbrio, restabelecendo a condição de equilíbrio ou repouso do rotor.
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O desbalanceamento de massa é uma das causas mais freqüentes de vibração em ventiladores, devido ao acúmulo irregular de material sobre sua superfície.
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O desbalanceamento de um rotor ocorre quando a resultante das forças radiais atuantes no mesmo é diferente de zero.
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A conseqüência mais imediata do desbalanceamento de massa sobre um rotor é o aumento da vibração na freqüência de rotação do mesmo, com predominância nas direções radiais.
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De uma maneira simples, o coletor de dados 2115, da CSI pode nos ajudar a fazer o balanceamento de rotores, através do programa FASTBALL. Em seguida falaremos da aplicação deste programa passo a passo.
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Oiti G. Paiva
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DETERMINAÇÃO DO PONTO DE REFERÊNCIA
A determinação do ponto de referência é feita com a colocação da fita reflexiva no eixo do rotor. Todas as medidas e ações posteriores devem ser tomadas tendo este ponto como ponto zero (0).
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ÂNGULO DO PESO DE TESTE
Para facilitar o nosso trabalho devemos colocar o peso de prova em fase com a fita reflexiva, ou seja, a zero grau de nossa referência.
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Oiti G. Paiva
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Oiti G. Paiva
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Oiti G. Paiva
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MENU PRINCIPAL
BALANCE FUNCTIONS
(1) JOB DEFINITION ( Definição do trabalho) - Permite ao usuário definir o trabalho
 e o tipo de máquina a ser balanceada, bem como as tolerâncias a serem empregadas.
(2) MAKE MEASUREMENT (Medições) - Campo para leitura do nível inicial de vibração
 e valores pós colocação do peso de teste.
(3) CORRECTION WEIGHTS (Pesos de correção) - Calcula os pesos a serem aplicados
 para balanceamento do equipamento.
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM (Refino) - Permite refinar o balanceamento com a
 colocação ou retirada de peso do rotor.
(5) OPTIOS (Opções) - Permite o armazenamento dos trabalhos na memória do aparelho
 
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EXPLORANDO O MENU
 JOB DEFINITION
JOB DEFINITION
CLEAR JOB: Yes/No USER
JOB#:
MACH ID:
MACH DESC:
STATION:
SHAFT#: SPEC:
CLEAR JOB - Apaga ou não o trabalho atual apresentado no display do instrumento.
USER - Iniciais do executor do balanceamento.
JOB# - Número a ser dado ao trabalho.
MACH ID - TAG da máquina.
MACH DESC - Nome da máquina.
STATION - Área da fábrica.
SHAFT# - Número de eixos aos quais o rotor está diretamente ligado.
SPEC - Nível de vibração admitido após balanceamento.
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EXPLORANDO O MENU 
DEFINE BALANCE JOB
DEFINE BALANCE JOB
WEIGHTS PLANES:
MEASUREMENT PLANES
MEASUREMENT POINTS.
MEASUREMENT SPEEDS:
DISCRETE WEIGHT POSITIONS: Yes/No
SUBTRACT RUNOUT: Yes/No
WEIGHT PLANES - Número de planos onde serão colocados pesos de balanceamento.
MEASUREMENT PLANES - Número de mancais onde serão feitas medidas de vibração.
MEASUREMENT POINTS - Número total de pontos de medição.
MEASUREMENT SPEEDS - Número de velocidades do equipamento.
DISCRETE WEIGHT POSITIONS - Pesos podem ser colocados em qualquer local ao
longo do rotor ou somente nas pás do mesmo? Sim ou não? 
SUBTRACT RUNOUT - Subtrair runout do eixo? Sim ou não?
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EXPLORANDO O MENU
 DEFINE TACH OPTIONS
DEFINE TACH OPTIONS
ANGLE (DEG TDC): 0
DIR OF ROTATION: CCW/CW
DELTA RPM:1 A 500
1ST BALANCE SPEED: 0
ANGLE (DEG TDC) - Posição do foto-tacômetro. Quando zero (0), é automaticamente
ajustada. 
DIR OF ROTATION - CW (sentido horário) / CCW (sentido anti-horário)
DELTA RPM - Variação da rotação em RPM (máximo 500 rpm). Quando zero (0) é
automaticamente ajustada. 
1ST BALANCE SPEED - Velocidade de rotação do rotor. Serve para validar ou não o
“DELTA RPM” inserido acima. Quando zero (0), o critério anterior é desabilitado. 
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EXPLORANDO O MENU
 DEFINE BALANCE SENSOR
DEFINE BALANCE SENSOR
Sensor Type: Accel/Vel/Prox
Sensitivity:
Convert to:
Data Units: Standard
Sensor Power: ON/OFF
Mux Enabled: ON/OFF
SENSOR TYPE: Alterna entre os sensores usados para balanceamento
SENSITIVITY: Campo para entrada da sensibilidade do sensor.
CONVERT TO: Converte o sinal do sensor para outras unidades.
DATA UNITS: Deixando como standard, este campo apresentará as ordens de 
grandeza Gs, mm/s e microns para sinais convertidos para aceleração, velocidade
ou deslocamento, respectivamente.
SENSOR POWER: ON caso a alimentação do sensor venha do próprio coletor.
MUX ENABLE: OFF (só habilitado no caso de uso de mais de um sensor).
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EXPLORANDO O MENU
 MEASUREMENT POINTS
MEASUREMENT POINTS
POINT
ID
01H
01V
02H
02V
MEAS
PLANE
1
1
2
2
ANGLE
TDC
270
0
270
0
INPUT
CHANNEL
1
2
3
4
POINT ID: Nomenclatura dos pontos de leitura de vibração para o balanceamento.
MEAS PLANE: Plano de medição para tomada das leituras.
ANGLE TDC: Distância, em graus, entre pontos de leitura em cada plano.
INPUT CHANNEL: Canais de leitura, variando de acordo com o número de pontos
escolhidos. 
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APÓS ESPECIFICARMOS OS PONTOS DE MEDIÇÃO, TERMINAMOS A DEFINIÇÃO DE NOSSO TRABALHO, JOB DEFINITION. AO TECLARMOS ENTER O DISPLAY DO COLETOR RETORNA À TELA BALANCE FUNCTIONS E VAMOS ENTÃO PROCEDER AO SEGUNDO PASSO PARA O BALANCEAMENTO, MAKE MEASUREMENT, OU SEJA, VAMOS INICIAR O BALANCEAMENTO DE NOSSA MÁQUINA. 
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MENU PRINCIPAL
BALANCE FUNCTIONS
BALANCE FUNCTIONS
(1) JOB DEFINITION 
(2) MAKE MEASUREMENT 
(3) CORRECTION WEIGHTS
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM
(5) OPTIONS 
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
X
Ao teclar ENTER nesta tela o usuário estará 
selecionando a opção FAZER MEDIÇÕES, e 
 o coletor mostrará a tela seguinte:
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SELECT MEASUREMENT
REFERENCE RUN: Corrida para coletar dados de 
vibração originais, antes do balanceamento.
TRIAL RUN: Corrida de teste, que permite coletar
dados após colocação do peso de teste. 
(1) REFERENCE RUN 
(2) TRIAL RUN 
( ) ( )
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SELECT MEAS POINT
MPT
01H
CH
1
SPEED
0
MAG
0
PHASE
0
REFERENCE RUN
Nesta tela selecionamos o ponto de medição e
teclamos ENTER para adquirir dados de referência.
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SELECT MEASUREMENT
(1) REFERENCE RUN 
(2) TRIAL RUN 
( ) ( )
X
Após a coleta de dados da corrida de referência
o passo seguinte é a corrida de teste, na qual é
pedido o peso de prova. Entrando neste modo
tem-se a seguinte tela:
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TRIAL RUN - WEIGHTS
PLANE
P1(C)
WT
10
LOC
0
WT
0
LOC
0
WT: Peso da massa de teste (em qualquer unidade)
LOC: Posição em graus da massa de teste.
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Após a colocação do peso de teste , segue-se,
como na rodada de referência, uma nova
tela para leitura dos novos valores de vibração. 
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Após a coleta dos dados na corrida de teste
indicada como TRIAL RUN, o software
apresentará, no campo CORRECTION
WEIGHTS (pesos de correção), o peso da
massa de correção a ser colocada/retirada
do rotor para efetuar o balanceamento do
mesmo. 
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BALANCE FUNCTIONS
(1) JOB DEFINITION 
(2) MAKE MEASUREMENT 
(3) CORRECTION WEIGHTS
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM
(5) OPTIONS 
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
X
X
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TRIAL RUN - WEIGHTS
PLANE
P1(C)
WT
55
LOC
33
WT
0
LOC
0
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No nosso exemplo, a massa de correção
é de 55 gramas colocada a 33 graus do
ponto de referência (contrário ao sentido
de rotação do rotor).
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Após colocarmos o peso de correção na
posição especificada entramos no campo
TOLERANCE CHECK/TRIM, onde
fazemos uma nova medição e verificamos
 o resultado do balanceamento.
Oiti G. Paiva
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BALANCE FUNCTIONS
(1) JOB DEFINITION 
(2) MAKE MEASUREMENT 
(3) CORRECTION WEIGHTS
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM
(5) OPTIONS 
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
X
X
X
Oiti G. Paiva
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TOLERANCE CHECK/TRIM
(1) APPLIED WEIGHT 
(2) CHECK RESULT 
(3) TRIM CORRECTION
( ) ( ) ( ) 
CHECK RUN # 1
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APPLIED WEIGHTS: Peso e local da massa de
correção a ser colocada no rotor.
CHECK RESULT: Após discriminação do peso e 
local de aplicação da massa de balanceamento no
rotor, acessamos o CHECK RESULT (verificação
de resultado), onde dá-se início à nova etapa de
leituras para verificação do nível de vibração
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TRIM CORRECTION: Essa função permite um refino do balanceamento realizado na etapa anterior. Uma vez acessada, essa função levará o usuário a uma nova rodada (CHECK RUN # 2), na qual será definido um novo peso de correção a ser afixado no rotor. As etapas de refino do balanceamento (TRIM CORRECTION) podem ser tantas quanto o usuário desejar, ou seja, até quando os índices de vibração atingirem níveis satisfatórios.
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