Balanceamento Dinâmico
Balanceamento Dinâmico
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<strong>Balanceamento</strong><br />
<strong>Dinâmico</strong><br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 1
BALANCEAMENTO DE ROTORES RÍGIDOS<br />
Um rotor é dito rígido quando ele não se<br />
deforma na velocidade de operação. Quando sobre a<br />
superfície deste rotor existe um desequilíbrio de<br />
massa, durante a rotação do mesmo aparecerá uma<br />
força centrífuga de valor:<br />
F = m ω r<br />
2<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 2
Esta força gira com o eixo, provocando<br />
reações alternadas nos apoios que se<br />
traduzem em vibrações nos mancais. O<br />
processo de controle destas forças centrífugas<br />
é conhecido como balanceamento de massa.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 3
BALANCEAMENTO ESTÁTICO<br />
Se o rotor se apoia sobre mancais sem atrito, ou uma<br />
base lisa e nivelada, agirá sobre a massa M<br />
desequilibrante um momento estático Mr, que fará<br />
com que o rotor gire até que esta venha para a<br />
vertical,<br />
CG<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 4<br />
M
Para balancearmos tal rotor, basta que façamos com<br />
que o CG volte a coincidir com o eixo de rotação.<br />
Para tal, colocaremos uma massa corretiva M’ a<br />
uma distância r’ do centro e a 180° do<br />
desbalanceamento original tal que:<br />
M’r’ = Mr<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 5
M 2<br />
BALANCEAMENTO DINÂMICO<br />
M 1<br />
O rotor ao lado está dinamicamente<br />
desbalanceado, apesar<br />
de estar estaticamente<br />
balanceado. As massas iguais<br />
M1 e M2 colocadas a 180°,<br />
num mesmo raio, garantem<br />
o balanceamento estático.<br />
O rotor está dinamicamente desbalanceado<br />
porque se for colocado em rotação apareceram<br />
duas forças centrífugas<br />
F1 = m1 ω<br />
2<br />
r<br />
F2 = m2 ω<br />
2<br />
r<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 6<br />
e
Estas duas forças formarão um binário<br />
desequilibrante, responsável por reações de apoio<br />
alternadas ou vibrações, conforme mostra a figura<br />
abaixo:<br />
R1<br />
FC1<br />
FC2<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 7<br />
R2
O desequilíbrio dinâmico existe, porque o rotor tem<br />
mais de um plano de desequilíbrio. De um modo<br />
geral, discos finos (onde a espessura é 20 vezes<br />
menor que o diâmetro) tais como rebolos, discos de<br />
serra, polias de um gorne, são considerados como<br />
rotores de um só plano de desequilíbrio. Os rotores<br />
com mais de um plano de desequilíbrio só giram<br />
isentos de vibrações, se balanceados dinamicamente.<br />
O balanceamento dinâmico é conseguido com a<br />
colocação de massas apropriadas em dois ou mais<br />
planos de correção.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 8
I<br />
O rotor da figura abaixo tem duas massas (M1 e M2),<br />
dispostas a 90° e em planos diferentes. Os planos I e<br />
II serão selecionados como planos de equilíbrio. No<br />
balanceamento dinâmico de rotores industriais<br />
geralmente os planos de equilíbrio são os externos,<br />
por facilidade de acesso.<br />
L/4<br />
M1<br />
L/4<br />
M2<br />
L/2<br />
II<br />
M2<br />
M1<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 9
EQUILÍBRIO DA MASSA M2<br />
Para equilíbrio da massa M2, colocaremos a 180°<br />
desta duas massas de igual valor, M’2 = 0,5 M2, uma<br />
em cada plano de equilíbrio. Nesta condição os<br />
momentos estáticos e dinâmicos são nulos.<br />
M2<br />
I L/2 II<br />
L/2<br />
M’2 = 0,5 M2 M’2 = 0,5 M2<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 10
EQUILÍBRIO DA MASSA M1<br />
Para obtermos momento dinâmico nulo,<br />
colocaremos nos planos I e II as massas M1’ e M1’’,<br />
de tal modo que:<br />
M1’ = 3M1/4 e M1’’ = M1/4<br />
L/4 3L/4<br />
I II<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 11
Uma vez que as correções são feitas no raio externo,<br />
a velocidade angular e o raio são os mesmos para as<br />
massas corretivas e, deste modo, as forças<br />
centrífugas são proporcionais às massas, o que nos<br />
permite somá-las vetorialmente, o que torna possível<br />
a correção do desbalanceamento original com<br />
apenas uma massa em cada plano.<br />
V 2 2<br />
Plano I Mc = (0,5M2) + (0,75M1)<br />
V<br />
2 2<br />
Plano II Mc = (0,5M2) + (0,25M1)<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 12
Consideremos um rotor qualquer,<br />
concêntrico a um eixo de acionamento que<br />
gira a uma velocidade de 1800 rpm.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 13
135°<br />
180°<br />
225°<br />
90°<br />
270°<br />
45°<br />
315°<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 14<br />
0°
Um peso qualquer colocado sobre a superfície deste<br />
rotor causa um desequilíbrio de massa no mesmo.<br />
Quando o rotor gira, este desequilíbrio acompanha o<br />
movimento de giro, causando uma vibração no<br />
sentido radial na mesma freqüência em que acontece<br />
o giro. É o que acontece com as rodas<br />
desbalanceadas de um carro. A vibração pode ser<br />
sentida pelo motorista no volante do mesmo.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 15
01/19/11 Oiti G. Paiva 16<br />
0°
F<br />
F<br />
F<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 17<br />
F<br />
F<br />
F<br />
F<br />
F
Balancear um rotor, é descobrirmos o local exato<br />
onde se encontra esta massa de desequilíbrio e qual o<br />
seu valor. De posse destes dados, colocamos uma<br />
massa de igual valor a um ângulo de 180° da massa<br />
de desequilíbrio, restabelecendo a condição de<br />
equilíbrio ou repouso do rotor.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 18
O desbalanceamento de massa é uma das<br />
causas mais freqüentes de vibração em<br />
ventiladores, devido ao acúmulo irregular de<br />
material sobre sua superfície.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 19
O desbalanceamento de um rotor ocorre<br />
quando a resultante das forças radiais<br />
atuantes no mesmo é diferente de zero.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 20
A conseqüência mais imediata do<br />
desbalanceamento de massa sobre um rotor é<br />
o aumento da vibração na freqüência de<br />
rotação do mesmo, com predominância nas<br />
direções radiais.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 21
De uma maneira simples, o coletor de dados<br />
2115, da CSI pode nos ajudar a fazer o<br />
balanceamento de rotores, através do<br />
programa FASTBALL. Em seguida<br />
falaremos da aplicação deste programa passo<br />
a passo.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 22
Utility Keypad Off<br />
Route<br />
Analyse Notes<br />
Enter Reset<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 23<br />
Csi 2115<br />
Print<br />
Ins<br />
Dele<br />
Page<br />
ABC<br />
7<br />
DEF GHI<br />
8 9<br />
Clr<br />
MNO PQR /#&<br />
5 6 Exp<br />
VWX YZ* -+<br />
2 3 Dec<br />
Space .,<br />
0 Mark<br />
JKL<br />
4<br />
STU<br />
1<br />
ON<br />
OFF
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE<br />
REFERÊNCIA<br />
A determinação do ponto de referência é<br />
feita com a colocação da fita reflexiva no eixo<br />
do rotor. Todas as medidas e ações<br />
posteriores devem ser tomadas tendo este<br />
ponto como ponto zero (0).<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 24
ÂNGULO DO PESO DE TESTE<br />
Para facilitar o nosso trabalho devemos<br />
colocar o peso de prova em fase com a<br />
fita reflexiva, ou seja, a zero grau de<br />
nossa referência.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 25
Csi 2115<br />
Utility Keypad<br />
Off<br />
Route<br />
Analyse Notes<br />
UTILITY FUNCTIONS<br />
(1) COMMUNICATION<br />
(2) SELECT ROUTE<br />
(3) CHANGE SETUP<br />
(4) CLEAR MEMORY<br />
(5) CHECK BATTERY<br />
(6) SPECIAL FUNCTIONS<br />
Enter Reset<br />
Print<br />
Ins<br />
Dele<br />
Page<br />
ABC<br />
7<br />
JKL<br />
4<br />
STU<br />
1<br />
DEF<br />
8<br />
MNO<br />
5<br />
VWX<br />
2<br />
Space<br />
0<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 26<br />
GHI<br />
9<br />
PQR<br />
6<br />
YZ*<br />
3<br />
Clr<br />
/#&<br />
Exp<br />
-+<br />
Dec<br />
.,<br />
Mark<br />
ON<br />
OFF
Csi 2115<br />
Utility Keypad<br />
Off<br />
Route<br />
Analyse Notes<br />
SPECIAL FUNCTIONS<br />
(1) GENERATE REPORT<br />
(2) ENTER DWNLD PROG<br />
(3) EXIT DWNLD PROG<br />
(4) REMOV DWNLD PROG<br />
(5) SET CALIBRATION<br />
(6) METER TEST<br />
Enter Reset<br />
Print<br />
Ins<br />
Dele<br />
Page<br />
ABC<br />
7<br />
JKL<br />
4<br />
STU<br />
1<br />
DEF<br />
8<br />
MNO<br />
5<br />
VWX<br />
2<br />
Space<br />
0<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 27<br />
GHI<br />
9<br />
PQR<br />
6<br />
YZ*<br />
3<br />
Clr<br />
/#&<br />
Exp<br />
-+<br />
Dec<br />
.,<br />
Mark<br />
ON<br />
OFF
Csi 2115<br />
Utility Keypad<br />
Off<br />
Route<br />
Analyse Notes<br />
DOWNLOADABLE PROGS<br />
6.14 FASTBAL 1 MAIN<br />
Enter Reset<br />
Print<br />
Ins<br />
Dele<br />
Page<br />
ABC<br />
7<br />
JKL<br />
4<br />
STU<br />
1<br />
DEF<br />
8<br />
MNO<br />
5<br />
VWX<br />
2<br />
Space<br />
0<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 28<br />
GHI<br />
9<br />
PQR<br />
6<br />
YZ*<br />
3<br />
Clr<br />
/#&<br />
Exp<br />
-+<br />
Dec<br />
.,<br />
Mark<br />
ON<br />
OFF
MENU PRINCIPAL<br />
BALANCE FUNCTIONS<br />
BALANCE FUNCTIONS<br />
(1) JOB DEFINITION<br />
(2) MAKE MEASUREMENT<br />
(3) CORRECTION WEIGHTS<br />
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM<br />
(5) OPTIONS<br />
(1) JOB DEFINITION ( Definição do trabalho) - Permite ao usuário definir o trabalho<br />
e o tipo de máquina a ser balanceada, bem como as tolerâncias a serem empregadas.<br />
(2) MAKE MEASUREMENT (Medições) - Campo para leitura do nível inicial de vibração<br />
e valores pós colocação do peso de teste.<br />
(3) CORRECTION WEIGHTS (Pesos de correção) - Calcula os pesos a serem aplicados<br />
para balanceamento do equipamento.<br />
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM (Refino) - Permite refinar o balanceamento com a<br />
colocação ou retirada de peso do rotor.<br />
(5) OPTIOS (Opções) - Permite o armazenamento dos trabalhos na memória do aparelho<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 29<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
( )
EXPLORANDO O MENU<br />
JOB DEFINITION<br />
JOB DEFINITION<br />
CLEAR JOB: Yes/No USER<br />
JOB#:<br />
MACH ID:<br />
MACH DESC:<br />
STATION:<br />
SHAFT#: SPEC:<br />
CLEAR JOB - Apaga ou não o trabalho atual apresentado no display do instrumento.<br />
USER - Iniciais do executor do balanceamento.<br />
JOB# - Número a ser dado ao trabalho.<br />
MACH ID - TAG da máquina.<br />
MACH DESC - Nome da máquina.<br />
STATION - Área da fábrica.<br />
SHAFT# - Número de eixos aos quais o rotor está diretamente ligado.<br />
SPEC - Nível de vibração admitido após balanceamento.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 30
EXPLORANDO O MENU<br />
DEFINE BALANCE JOB<br />
DEFINE BALANCE JOB<br />
WEIGHTS PLANES:<br />
MEASUREMENT PLANES<br />
MEASUREMENT POINTS.<br />
MEASUREMENT SPEEDS:<br />
DISCRETE WEIGHT POSITIONS: Yes/No<br />
SUBTRACT RUNOUT: Yes/No<br />
WEIGHT PLANES - Número de planos onde serão colocados pesos de balanceamento.<br />
MEASUREMENT PLANES - Número de mancais onde serão feitas medidas de vibração.<br />
MEASUREMENT POINTS - Número total de pontos de medição.<br />
MEASUREMENT SPEEDS - Número de velocidades do equipamento.<br />
DISCRETE WEIGHT POSITIONS - Pesos podem ser colocados em qualquer local ao<br />
longo do rotor ou somente nas pás do mesmo? Sim ou não?<br />
SUBTRACT RUNOUT - Subtrair runout do eixo? Sim ou não?<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 31
EXPLORANDO O MENU<br />
DEFINE TACH OPTIONS<br />
DEFINE TACH OPTIONS<br />
ANGLE (DEG TDC): 0<br />
DIR OF ROTATION: CCW/CW<br />
DELTA RPM: 1 A 500<br />
1ST BALANCE SPEED: 0<br />
ANGLE (DEG TDC) - Posição do foto-tacômetro. Quando zero (0), é automaticamente<br />
ajustada.<br />
DIR OF ROTATION - CW (sentido horário) / CCW (sentido anti-horário)<br />
DELTA RPM - Variação da rotação em RPM (máximo 500 rpm). Quando zero (0) é<br />
automaticamente ajustada.<br />
1ST BALANCE SPEED - Velocidade de rotação do rotor. Serve para validar ou não o<br />
“DELTA RPM” inserido acima. Quando zero (0), o critério anterior é desabilitado.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 32
EXPLORANDO O MENU<br />
DEFINE BALANCE SENSOR<br />
DEFINE BALANCE SENSOR<br />
Sensor Type: Accel/Vel/Prox<br />
Sensitivity:<br />
Convert to:<br />
Data Units: Standard<br />
Sensor Power: ON/OFF<br />
Mux Enabled: ON/OFF<br />
SENSOR TYPE: Alterna entre os sensores usados para balanceamento<br />
SENSITIVITY: Campo para entrada da sensibilidade do sensor.<br />
CONVERT TO: Converte o sinal do sensor para outras unidades.<br />
DATA UNITS: Deixando como standard, este campo apresentará as ordens de<br />
grandeza Gs, mm/s e microns para sinais convertidos para aceleração, velocidade<br />
ou deslocamento, respectivamente.<br />
SENSOR POWER: ON caso a alimentação do sensor venha do próprio coletor.<br />
MUX ENABLE: OFF (só habilitado no caso de uso de mais de um sensor).<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 33
EXPLORANDO O MENU<br />
MEASUREMENT POINTS<br />
MEASUREMENT POINTS<br />
POINT<br />
ID<br />
01H<br />
01V<br />
02H<br />
02V<br />
MEAS<br />
PLANE<br />
1<br />
1<br />
2<br />
2<br />
ANGLE<br />
TDC<br />
270<br />
0<br />
270<br />
0<br />
INPUT<br />
CHANNEL<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
POINT ID: Nomenclatura dos pontos de leitura de vibração para o balanceamento.<br />
MEAS PLANE: Plano de medição para tomada das leituras.<br />
ANGLE TDC: Distância, em graus, entre pontos de leitura em cada plano.<br />
INPUT CHANNEL: Canais de leitura, variando de acordo com o número de pontos<br />
escolhidos.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 34
APÓS ESPECIFICARMOS OS PONTOS DE<br />
MEDIÇÃO, TERMINAMOS A DEFINIÇÃO DE<br />
NOSSO TRABALHO, JOB DEFINITION. AO<br />
TECLARMOS ENTER O DISPLAY DO<br />
COLETOR RETORNA À TELA BALANCE<br />
FUNCTIONS E VAMOS ENTÃO PROCEDER AO<br />
SEGUNDO PASSO PARA O BALANCEAMENTO,<br />
MAKE MEASUREMENT, OU SEJA, VAMOS<br />
INICIAR O BALANCEAMENTO DE NOSSA<br />
MÁQUINA.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 35
MENU PRINCIPAL<br />
BALANCE FUNCTIONS<br />
BALANCE FUNCTIONS<br />
(1) JOB DEFINITION<br />
(2) MAKE MEASUREMENT<br />
(3) CORRECTION WEIGHTS<br />
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM<br />
(5) OPTIONS<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
Ao teclar ENTER nesta tela o usuário estará<br />
selecionando a opção FAZER MEDIÇÕES, e<br />
o coletor mostrará a tela seguinte:<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 36<br />
X
SELECT MEASUREMENT<br />
(1) REFERENCE RUN<br />
(2) TRIAL RUN<br />
( )<br />
( )<br />
REFERENCE RUN: Corrida para coletar dados de<br />
vibração originais, antes do balanceamento.<br />
TRIAL RUN: Corrida de teste, que permite coletar<br />
dados após colocação do peso de teste.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 37
MPT<br />
01H<br />
REFERENCE RUN<br />
SELECT MEAS POINT<br />
CH<br />
1<br />
SPEED<br />
0<br />
MAG<br />
0<br />
PHASE<br />
0<br />
Nesta tela selecionamos o ponto de medição e<br />
teclamos ENTER para adquirir dados de referência.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 38
SELECT MEASUREMENT<br />
(1) REFERENCE RUN<br />
(2) TRIAL RUN<br />
( )<br />
( )<br />
X<br />
Após a coleta de dados da corrida de referência<br />
o passo seguinte é a corrida de teste, na qual é<br />
pedido o peso de prova. Entrando neste modo<br />
tem-se a seguinte tela:<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 39
PLANE<br />
P1(C)<br />
TRIAL RUN - WEIGHTS<br />
WT<br />
10<br />
LOC<br />
0<br />
WT<br />
0<br />
LOC<br />
0<br />
WT: Peso da massa de teste (em qualquer unidade)<br />
LOC: Posição em graus da massa de teste.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 40
Após a colocação SELECT do MEAS peso de POINT teste , segue-se,<br />
como na rodada de referência, uma nova<br />
MPT CH SPEED MAG PHASE<br />
tela para leitura dos novos valores de vibração.<br />
01H<br />
1<br />
0<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 41<br />
0<br />
0
Após a coleta dos dados na corrida de teste<br />
indicada como TRIAL RUN, o software<br />
apresentará, no campo CORRECTION<br />
WEIGHTS (pesos de correção), o peso da<br />
massa de correção a ser colocada/retirada<br />
do rotor para efetuar o balanceamento do<br />
mesmo.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 42
BALANCE FUNCTIONS<br />
(1) JOB DEFINITION<br />
(2) MAKE MEASUREMENT<br />
(3) CORRECTION WEIGHTS<br />
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM<br />
(5) OPTIONS<br />
( )<br />
( X<br />
)<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 43<br />
X
PLANE<br />
P1(C)<br />
TRIAL RUN - WEIGHTS<br />
WT<br />
55<br />
LOC<br />
33<br />
WT<br />
0<br />
LOC<br />
0<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 44
No nosso exemplo, a massa de correção<br />
é de 55 gramas colocada a 33 graus do<br />
ponto de referência (contrário ao sentido<br />
de rotação do rotor).<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 45
Após colocarmos o peso de correção na<br />
posição especificada entramos no campo<br />
TOLERANCE CHECK/TRIM, onde<br />
fazemos uma nova medição e verificamos<br />
o resultado do balanceamento.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 46
BALANCE FUNCTIONS<br />
(1) JOB DEFINITION<br />
(2) MAKE MEASUREMENT<br />
(3) CORRECTION WEIGHTS<br />
(4) TOLERANCE CHECK/TRIM<br />
(5) OPTIONS<br />
( )<br />
( X)<br />
( X)<br />
( )<br />
( )<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 47<br />
X
TOLERANCE CHECK/TRIM<br />
CHECK RUN # 1<br />
(1) APPLIED WEIGHT<br />
(2) CHECK RESULT<br />
(3) TRIM CORRECTION<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 48
APPLIED WEIGHTS: Peso e local da massa de<br />
correção a ser colocada no rotor.<br />
CHECK RESULT: Após discriminação do peso e<br />
local de aplicação da massa de balanceamento no<br />
rotor, acessamos o CHECK RESULT (verificação<br />
de resultado), onde dá-se início à nova etapa de<br />
leituras para verificação do nível de vibração<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 49
TRIM CORRECTION: Essa função permite um<br />
refino do balanceamento realizado na etapa anterior.<br />
Uma vez acessada, essa função levará o usuário a<br />
uma nova rodada (CHECK RUN # 2), na qual será<br />
definido um novo peso de correção a ser afixado no<br />
rotor. As etapas de refino do balanceamento (TRIM<br />
CORRECTION) podem ser tantas quanto o usuário<br />
desejar, ou seja, até quando os índices de vibração<br />
atingirem níveis satisfatórios.<br />
01/19/11 Oiti G. Paiva 50