Balanceamento Dinâmico

Balanceamento
Dinâmico
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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=mωr
2
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Oiti G. Paiva
2
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.
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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,
CG
M
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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
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BALANCEAMENTO DINÂMICO
O rotor ao lado está dinamicamente desbalanceado, apesar de estar estaticamente
balanceado. As massas iguais
M1 e M2 colocadas a 180°,
num mesmo raio, garantem
o balanceamento estático.
M1
O rotor está dinamicamente desbalanceado
porque se for colocado em rotação apareceram duas forças centrífugas
M2
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F1 = m1 ω r
2
Oiti G. Paiva
e
F2 = m2 ω r
2
6
Estas duas forças formarão um binário
desequilibrante, responsável por reações de apoio
alternadas ou vibrações, conforme mostra a figura
abaixo:
R1
FC1
FC2
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R2
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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.
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II
I
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.
M2
M2
M1
L/4
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L/4
M1
L/2
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
I
L/2
L/2
M’2 = 0,5 M2
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II
M’2 = 0,5 M2
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
L/4
3L/4
I
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II
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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
Plano II
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V(0,5M2)
Mc =V(0,5M2)
Mc =
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2
2
+ (0,75M1)
2
2
+ (0,25M1)
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Consideremos
um
rotor
qualquer,
concêntrico a um eixo de acionamento que
gira a uma velocidade de 1800 rpm.
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13
90°
135°
45°
180°
0°
315°
225°
270°
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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°
01/19/11
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16
F
F
F
F
F
F
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F
F
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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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20
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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ON
OFF
Csi 2115
Utility Keypad
Enter
Off
Analyse Notes
Route
Reset
ABC DEF GHI
Print
Clr
7
8
9
JKL MNO PQR /#&
Ins
4
5
6
Exp
STU VWX YZ* -+
Dele
1
2
3
Dec
Space
.,
Page
0
Mark
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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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25
Csi 2115
Utility
Keypad
Off
Route
ON
OFF
Analyse
Notes
UTILITY FUNCTIONS
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
COMMUNICATION
SELECT ROUTE
CHANGE SETUP
CLEAR MEMORY
CHECK BATTERY
SPECIAL FUNCTIONS
Enter
Print
ABC
7
DEF
8
GHI
9
Clr
Ins
JKL
4
MNO
5
PQR
6
/#&
Exp
Dele
STU
1
VWX
2
YZ*
3
-+
Dec
Page
01/19/11
Reset
Space
0
Oiti G. Paiva
.,
Mark
26
Csi 2115
Utility
Keypad
Off
Route
ON
OFF
Analyse
Notes
SPECIAL FUNCTIONS
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
GENERATE REPORT
ENTER DWNLD PROG
EXIT DWNLD PROG
REMOV DWNLD PROG
SET CALIBRATION
METER TEST
Enter
Print
ABC
7
DEF
8
GHI
9
Clr
Ins
JKL
4
MNO
5
PQR
6
/#&
Exp
Dele
STU
1
VWX
2
YZ*
3
-+
Dec
Page
01/19/11
Reset
Space
0
Oiti G. Paiva
.,
Mark
27
Csi 2115
Utility
Keypad
Off
Route
ON
OFF
Analyse
Notes
DOWNLOADABLE PROGS
6.14 FASTBAL 1 MAIN
Enter
Print
ABC
7
DEF
8
GHI
9
Clr
Ins
JKL
4
MNO
5
PQR
6
/#&
Exp
Dele
STU
1
VWX
2
YZ*
3
-+
Dec
Page
01/19/11
Reset
Space
0
Oiti G. Paiva
.,
Mark
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MENU PRINCIPAL
BALANCE FUNCTIONS
BALANCE FUNCTIONS
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
JOB DEFINITION
MAKE MEASUREMENT
CORRECTION WEIGHTS
TOLERANCE CHECK/TRIM
OPTIONS
(
(
(
(
(
)
)
)
)
)
(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
JOB#:
MACH ID:
MACH DESC:
STATION:
SHAFT#:
USER
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
INPUT
TDC CHANNEL
270
1
0
2
270
3
0
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)
(2)
(3)
(4)
(5)
JOB DEFINITION
MAKE MEASUREMENT
CORRECTION WEIGHTS
TOLERANCE CHECK/TRIM
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
(1) REFERENCE RUN
(2) TRIAL RUN
(
(
)
)
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.
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REFERENCE RUN
SELECT MEAS POINT
MPT CH
01H
1
SPEED
0
MAG
0
PHASE
0
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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SELECT
POINT
Após a colocação
doMEAS
peso de
teste , segue-se,
como na rodada de referência, uma nova
MPT CH
SPEED
MAG
PHASE
tela para01H
leitura
valores
de 0vibração.
1 dos novos
0
0
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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)
(2)
(3)
(4)
(5)
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JOB DEFINITION
MAKE MEASUREMENT
CORRECTION WEIGHTS
TOLERANCE CHECK/TRIM
OPTIONS
Oiti G. Paiva
( X)
(X)
( )
( )
( )
43
TRIAL RUN - WEIGHTS
PLANE
P1(C)
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WT
55
LOC
33
Oiti G. Paiva
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.
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BALANCE FUNCTIONS
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
01/19/11
JOB DEFINITION
MAKE MEASUREMENT
CORRECTION WEIGHTS
TOLERANCE CHECK/TRIM
OPTIONS
Oiti G. Paiva
( X)
( X)
( X)
( )
( )
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TOLERANCE CHECK/TRIM
CHECK RUN # 1
(1) APPLIED WEIGHT
(2) CHECK RESULT
(3) TRIM CORRECTION
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Oiti G. Paiva
(
(
(
)
)
)
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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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