Apostila - Balanceamento de Rotores.pdf

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    01-Dec-2015

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<ul><li><p> R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p> CURSO </p><p>BALANCEAMENTO DE </p><p>ROTORES </p><p>Eng Ricardo Damio Gz Eng Thadeu Carneiro da Silva</p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 2 de 66 </p><p>SUMRIO </p><p>RESUMO................................................................................................................................ 4 </p><p>CAPTULO 1. NECESSIDADE DE BALANCEAMENTO........................................................... 5 </p><p>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 </p><p>1.5. Efeitos e Tipos de Desbalanceamento ................................................................... 9 1.6. Rotores Rgidos e Rotores Flexveis ....................................................................... 12 </p><p>CAPTULO 2. TCNICAS DE BALANCEAMENTO............................................................... 14 </p><p>2.1. Balanceamento Dinmico .................................................................................... 14 </p><p>CAPTULO 3. QUALIDADE DE BALANCEAMENTO............................................................ 18 </p><p>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 </p><p>CAPTULO 4. BALANCEAMENTO COM BALANCEADORAS............................................. 22 </p><p>4.1. Introduo .............................................................................................................. 22 4.2. Como especificar?................................................................................................. 22 4.3. Comparao entre Balanceadoras Duras e Moles ............................................ 22 </p><p>CAPTULO 5. BALANCEAMENTO DE CAMPO .................................................................. 24 </p><p>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 </p><p>CAPTULO 6. SOFTWARES DE BALANCEAMENTO DE CAMPO......................................... 35 </p><p>CAPTULO 7. CARACTERSTICAS DE UNIDADES GERADORAS PARA O BALANCEAMENTO..................................................................................................................... 36 </p><p>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 </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 3 de 66 </p><p>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 </p><p>7.8. Consideraes Finais ............................................................................................. 58 </p><p>ANEXO - USO DE BALANCEAMENTO ATIVO NA SOLUO DE PROBLEMAS DE MANUTENO E DE CONFIABILIDADE ............................................................................. 61 </p><p>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 </p><p>6. A Tecnologia SKF...................................................................................................... 64 </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 4 de 66 </p><p>RESUMO </p><p>O estudo da vibrao trata das respostas dos sistemas mecnicos s excitaes dinmicas a que submetido. </p><p>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. </p><p>O comportamento vibratrio de uma mquina depende muito de seu projeto e de sua montagem. </p><p>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. </p><p>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. </p><p>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. </p><p>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. </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 5 de 66 </p><p>CAPTULO 1. NECESSIDADE DE BALANCEAMENTO </p><p>1.1. Introduo </p><p>Neste mdulo trata-se do balanceamento de rotores, a tcnica mais importante na linha de fabricao de elementos que giram. </p><p>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. </p><p>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. </p><p>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. </p><p>1.2. Necessidade do Balanceamento </p><p>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. </p><p>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. </p><p>Uma fonte comum de esforos dinmicos em mquinas o desbalanceamento, formado por alguns desequilbrios de massa. </p><p>As foras geradas no desbalanceamento, mesmo sendo pequenas, aumentam o trabalho das partes da mquina ocasionando, no mnimo, uma reduo de sua vida til. </p><p>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... </p><p>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. </p><p>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. </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 6 de 66 </p><p>1.3. Origens do Desbalanceamento </p><p>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. </p><p>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: </p><p> Configurao assimtrica; </p><p> Fundio e ou usinagem excntricas - incluses e ou vazios em peas forjadas ou fundidas; </p><p> Mancais e ou acoplamentos no concntricos; </p><p> Distores permanentes devido a efeitos trmicas ou a esforos; </p><p> Incrustaes, desgaste ou corroso. </p><p>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. </p><p>Ilustrao 1.1 Diferena entre o eixo de rotao e o eixo de inrcia </p><p>1.4. Algumas Causas de Desbalanceamento </p><p>Entender as causas do desbalanceamento importante para poder corrigir o problema. </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 7 de 66 </p><p>Um balanceamento pode ser um esforo perdido se as causas no forem controladas. </p><p>Este texto comenta algumas causas que levam uma mquina ao desbalanceamento. </p><p>1.1.1. Tolerncias de Fabricao </p><p>A construo da mquina no garante o balanceamento de suas partes. </p><p>Rotores fundidos podem ter materiais no uniformes e ou com falhas internas. </p><p>Os processos de usinagem no garantem peas circulares nem furos concntricos. </p><p>Se os desvios no forem grandes, o balanceamento no final da montagem pode corrigir o conjunto dentro das tolerncias exigidas. </p><p>1.1.2. Prticas de Oficina </p><p>Alguns procedimentos do pessoal de manuteno podem comprometer o balanceamento das partes. Falta de cuidados bsicos criam desbalanceamentos s vezes graves. </p><p>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. </p><p>Ilustrao 1.2 - Acoplamento </p><p>O resultado com certeza desbalanceamento com vibrao alta. </p><p>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. </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 8 de 66 </p><p>No existe uma resposta tima para isso, a no ser aquela que a massa no mude com o conjunto montado. </p><p>Ilustrao 1.3 Roda de Balanceamento Definitivo </p><p>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. </p><p>1.1.3. Operao Normal </p><p>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. </p><p>Ilustrao 1.4 - Ventilador axial de 760 mm </p><p>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. </p></li><li><p>R&amp;T Anlise de Vibraes e Balanceamento </p><p>CURSO BALANCEAMENTO DE ROTORES </p><p>Pgina 9 de 66 </p><p>Ilustrao 1.5 Aresta da P do Ventilador </p><p>De vez em quando aparece uma idia criativa. Algum limpou um ventilador de caldeira com cascas de nozes. Outra idia...</p></li></ul>