UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO COORDENAÇÃO DO COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA. Walter dos Santos Sousa /

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO COORDENAÇÃO DO COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA Walter dos Santos Sousa / DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA APLICATIVO EM LABVIEW PARA O MONITORAMENTO DE MÁQUINAS ROTATIVAS COM UM MÓDULO DE BALANCEAMENTO DE ROTORES 2º Semestre/2005

2 ii UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO COORDENAÇÃO DO COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA Walter dos Santos Sousa / DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA APLICATIVO EM LABVIEW PARA O MONITORAMENTO DE MÁQUINAS ROTATIVAS COM UM MÓDULO DE BALANCEAMENTO DE ROTORES Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Mecânica para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. Orientador (a): Prof. Dr. Newton Sure Soeiro 2º Semestre/2005

3 iii Walter dos Santos Sousa / DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA APLICATIVO EM LABVIEW PARA O MONITORAMENTO DE MÁQUINAS ROTATIVAS COM UM MÓDULO DE BALANCEAMENTO DE ROTORES Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal do Pará. Submetido à banca examinadora do Colegiado constituída pelos MEMBROS: Prof. Dr. Newton Sure Soeiro (Orientador) Prof. Dr. Alexandre Luiz Amarante Mesquita (Membro) Prof. M. Eng. Mauro José Guerreiro Veloso (Membro) Eng. Paulo Thadeo Andrade Silva (Convidado Externo) Julgado em: / / Conceito:

4 iv AGRADECIMENTOS Primeiramente, agradeço a Deus por todas as oportunidades que são colocadas em minha vida, sendo que esta, de estar me formando, é apenas mais uma de muitas outras bênçãos recebidas por ele. A meus pais, Deuzarina dos Santos Sousa e Raimundo Lúcio Silva Sousa, que sempre me deram apoio em meus estudos e a toda a minha família que estiveram ao meu lado nos momentos mais difíceis. Ao Prof. Dr. Newton Sure Soeiro, que me deu toda a orientação necessária para o desenvolvimento deste trabalho com bastante atenção e paciência, procurando sempre esclarecer todas as minhas dúvidas. Aos engenheiros Paulo Thadeo Andrade Silva, Norberto Bramatti, Antenor Neves dos Santos Filho, Anderson José Costa Sena, José Marcelo Araújo do Vale e aos demais colaboradores da Eletronorte que facilitaram a o desenvolvimento deste trabalho viabilizando os equipamentos da referida empresa para todos os testes experimentais. Aos companheiros do Grupo de Vibrações e Acústica (GVA) e do Programa de Educação Tutorial (PET) do curso de Engenharia Mecânica pela amizade e pelo auxílio prestado sempre que precisei. Ao Prof. Dr. Antonio Luciano Seabra Moreira, Tutor do Grupo PET de Engenharia Mecânica, pela orientação acadêmica em minhas atividades desde o início de minha graduação. À banca examinadora, pelo convite aceito na apreciação deste trabalho. Finalmente, a todos aqueles que ajudaram de alguma forma no desenvolvimento deste trabalho e que, infelizmente, eu não escrevi seus nomes.

5 v SUMÁRIO SIMBOLOGIA...viii LISTA DE FIGURAS...ix LISTA DE TABELAS...xi RESUMO...xii CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO APRESENTAÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos METODOLOGIA UTILIZADA ESTRUTURA DO TRABALHO...4 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA INTRODUÇÃO TÉCNICAS DE IDENTIFICAÇÃO DE DEFEITOS EM MÁQUINAS ROTATIVAS E BALANCEAMENTO INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL E LABVIEW ADMINISTRAÇÃO DE BANCO DE DADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS...10 CAPÍTULO 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA SOBRE A TÉCNICA DE BALANCEAMENTO ROTATIVO INTRODUÇÃO DEFINIÇÃO DE DESBALANCEAMENTO TIPOS DE DESBALANCEAMENTO Desbalanceamento Estático (Static Unbalance) Binário de Desbalanceamento (Couple Unbalance) Desbalanceamento Quase-Estático (Quasi-Static Unbalance) Desbalanceamento Dinâmico (Dynamic Unbalance) VIBRAÇÃO EM ROTORES DESBALANCEADOS CAUSAS DO DESBALANCEAMENTO ROTORES RÍGIDOS E ROTORES FLEXÍVEIS TIPOS DE BALANCEAMENTO Balanceamento em um Plano ou Balanceamento Estático Determinação dos Coeficientes de Influência Balanceamento Estático Utilizando os Coeficientes de Influência Método Analítico Balanceamento Estático Método Gráfico Balanceamento Simultâneo em dois Planos ou Balanceamento Dinâmico Balanceamento em Vários Planos Balanceamento Considerando o Número de Planos Igual ao de Mancais Balanceamento Considerando o Número de Planos Maior que o de Mancais Balanceamento Considerando o Número de Planos Menor que o de Mancais...38

6 vi 3.8 ESTIMATIVA DE MASSA DE TESTE CONSIDERAÇÕES FINAIS...40 CAPÍTULO 4 INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DE UM INSTRUMENTO VIRTUAL COMPOSIÇÃO DE UM INSTRUMENTO VIRTUAL COMPARACÃO ENTRE INTRUMENTOS VIRTUAIS E INSTRUMENTOS REAIS INTERFACES DE INSTRUMENTAÇÃO A Interface GPIB (IEEE-488) Interfaceamento de Sensores e Atuadores Analógicos Componentes de Interfaceamento de Instrumentos (Instrument Drivers) INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL COM LABVIEW CONSIDERAÇÕES FINAIS...51 CAPÍTULO 5 DESCRIÇÃO DOS PROCEDIMENTOS IMPLEMENTADOS PARA A ELABORAÇÃO DO SISTEMA APLICATIVO INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DOS SOFTWARES UTILIZADOS DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DESENVOLVIMENTO DOS VIs DE COLETA E DE BALANCEAMENTO DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS ADICIONAIS PARA O PROCESSO DE BALANCEAMENTO ROTATIVO Divisão de Massa de Teste Soma de Massas Estimativa de Massa de Teste DESENVOLVIMENTO DE UM VI PARA O CÁLCULO DO NÚMERO DE AMOSTRAS DESENVOLVIMENTO DE UMA CARTA DE SEVERIDADE E NÍVEIS DE ALARME VISUAIS DESENVOLVIMENTO DOS VIs GERADORES DE RELATÓRIOS DESENVOLVIMENTO DA INTERFACE COM O USUÁRIO DISPOSIÇÃO DAS FERRAMENTAS ADICIONAIS NA BARRA DE MENU REALIZAÇÃO DE TESTES EM BANCADA DE VIBRAÇÕES Teste do Sistema de Aquisição de Dados Ensaios de Balanceamento Rotativo Utilizando o Sistema Aplicativo Proposto CRIAÇÃO DO EXECUTÁVEL DO SISTEMA APLICATIVO CONSIDERAÇÕES FINAIS...80 CAPÍTULO 6 UTILIZAÇÃO DO SISTEMA APLICATIVO E RECOMENDAÇÕES PARA O BALANCEAMENTO ROTATIVO INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO GERAL DO SISTEMA APLICATIVO PROCEDIMENTO PARA O BALANCEAMENTO ROTATIVO COM O SISTEMA APLICATIVO Balanceamento Estático Balanceamento Dinâmico Balanceamento em Vários Planos...89

7 vii 6.4 RECOMENDAÇÕES PARA BALANCEAMENTO ROTATIVO COM O SISTEMA APLICATIVO Realização de Balanceamento Onde o Número de Planos é Diferente ao de Mancais Adição de Massas no Rotor Configuração do Filtro Coleta de Dados de Amplitude de Vibração e Fase Refino de Balanceamento CONSIDERAÇÕES FINAIS...95 CAPÍTULO 7 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS RESULTADOS E CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...98 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO 1 RESUMO SOBRE A TEORIA DE TECNOLOGIA DE FILTROS DIGITAIS ANEXO 2 CÁLCULO PARA A DIVISÃO DE MASSA NO PLANO DE BALANCEAMENTO ROTATIVO...114

8 viii SIMBOLOGIA F cent Força centrífuga m e ω Um U r l V V ij F ij Massa Excentricidade Velocidade angular em radianos por segundo Desbalanceamento médio Desbalanceamento complexo Raio do rotor Distância entre planos Vibração complexa Amplitude de vibração Ângulo de fase α Coeficiente de influência Mc Massa de correção R Raio de posição de massa no rotor mt Massa de teste P Peso do rotor em kg rpm Rotação do rotor em ciclos por minuto U r Desbalanceamento residual permissível em μ m (ISO 1940)

9 ix LISTA DE FIGURAS Figura 1: Efeito da força centrífuga no rotor...12 Figura 2: Exemplo de desbalanceamento estático...14 Figura 3: a) Binário de desbalanceamento; b) Binário de desbalanceamento causado por componente externo...15 Figura 4: Binário de desbalanceamento...16 Figura 5: a) Desbalanceamento quase-estático; b) Binário de desbalanceamento combinado com balanceamento estático; c) Desb. quase-estático causado por componente externo acoplado...17 Figura 6: a) Desbalanceamento dinâmico; b) Binário de desbalanceamento combinado com balanceamento estático deslocados de ângulo diferente de 180º...18 Figura 7: a) Vibração causada por um desbalanceamento estático; b) Vibração de um rotor com um binário de desbalanceamento (desbalanceamento dinâmico)...19 Figura 8: Representação coreográfica do efeito da flexibilidade do rotor...20 Figura 9: Representação gráfica dos sinais de vibração e fase...22 Figura 10: Representação do rotor e dos mancais...23 Figura 11: Representação das amplitudes de vibração balanceamento estático...25 Figura 12: Representação gráfica do balanceamento estático...27 Figura 13: Representação das amplitudes de vibração Balanceamento dinâmico...29 Figura 14: Representação das amplitudes de vibração em um balanceamento com 4 planos e 4 mancais...33 Figura 15: Representação das amplitudes de vibração em um balanceamento com 3 planos e 2 mancais...36 Figura 16: Representação das amplitudes de vibração em um balanceamento com 2 planos e 3 mancais...38 Figura 17: Interface conceitual do instrumento virtual - (a) Painel frontal e (b) Diagrama de blocos...43 Figura 18: Modelo de instrumentos de (a) medida e (b) comando...44 Figura 19: Estrutura de um instrumento virtual...45 Figura 20: Conector GPIB e sinais correspondentes...47 Figura 21: Configuração de redes de instrumentos com GPIB...48 Figura 22: Tela de abertura do LabVIEW 7 Express Figura 23: Visualização dos VIs de aquisição e dos canais...53 Figura 24: Visualização do sistema completo de aquisição de dados Figura 25: Localização do banco de dados no sistema...55 Figura 26: Visualização dos VIs de armazenamento em banco de dados...56 Figura 27: Esquema para a visualização dos valores gravados no banco de dados...57 Figura 28: Diagrama para o cálculo dos coeficientes de influência...58 Figura 29: Diagrama para o cálculo das massas de correção...58 Figura 30: VI de divisão de massa...59 Figura 31: VI de soma de massas...60 Figura 32: VI de estimativa de massa de teste em função da vibração inicial...61 Figura 33: VI de estimativa de massa de teste em função da rotação...61 Figura 34: VI de estimativa de massa de teste em função do desbalanceamento residual...61 Figura 35: VI de cálculo de número de amostras...62 Figura 36: Visualização dos indicadores de severidade e dos alertas visuais...63 Figura 37: Visualização da legenda de severidade...63 Figura 38: Visualização da carta de severidade proposta pela IRD...64

10 Figura 39: Modelo do relatório gráfico de sinais gerado pelo sistema aplicativo em Microsoft Word...66 Figura 40: Modelo do relatório de balanceamento gerado pelo sistema aplicativo em Microsoft Word...67 Figura 41: Tela inicial do sistema...68 Figura 42: Tela mostrando a guia Controles e Indicadores do sistema aplicativo...69 Figura 43: Tela mostrando a guia Gráficos (Amplitude x Tempo) do sistema aplicativo...70 Figura 44: Tela mostrando a guia Gráficos (Amplitude x Freqüência) do sistema aplicativo e o filtro...71 Figura 45: Tela mostrando a guia Visualização de Dados Para Correção do sistema aplicativo...72 Figura 46: Tela mostrando o VI de refino de balanceamento...73 Figura 47: Visualização da disposição das ferramentas adicionais na barra de menu...73 Figura 48: Montagem dos acessórios para a aquisição de dados...74 Figura 49: Gerador de sinais utilizado para comparação de valores com o sistema aplicativo75 Figura 50: Rotor Kit utilizado para o ensaio de vibrações com o sistema aplicativo...76 Figura 51: Posição dos sensores no Rotor Kit...76 Figura 52: Visualização dos canais utilizados para o ensaio de balanceamento...76 Figura 53: Visualização completa dos instrumentos utilizados e montados para a realização dos testes do sistema aplicativo...77 Figura 54: Criação do executável do sistema aplicativo...78 Figura 55: Localização do arquivo de instalação do sistema aplicativo no Windows Explorer...78 Figura 56: Procedimento de instalação do sistema aplicativo...79 figura 57: Localização do sistema aplicativo dentro do diretório Programas no menu Iniciar...79 Figura 58: Campo Coleta de Dados ao salvar os dados da volta original...83 Figura 59: Campo Coleta de Dados ao mudar o mostrador para 1ª Parada para salvar os dados depois da adição da massa de teste...83 Figura 60: Visualização dos dados para correção em um plano no sistema aplicativo...84 Figura 61: Divisão de massa no balanceamento estático...84 Figura 62: Relatório gráfico após o balanceamento estático...85 Figura 63: Visualização dos dados para correção em dois planos no sistema aplicativo...87 Figura 64: Divisão de massa de correção no Plano Figura 65: Divisão de massa de correção no Plano Figura 66: Relatórios gráficos dos respectivos mancais após o balanceamento dinâmico...89 Figura 67: Exemplo da relação entre o número de mancais e dados aquisitados (em vermelho) e entre o número de planos e o número de etapas de coleta de dados (em azul)...90 Figura 68: Mensagem exibida quando o número de mancais for superior ao de planos de balanceamento...92 Figura 69: Tela de aviso quando os valores salvos forem próximos aos da volta original...93 Figura A1: A resposta em freqüência de um filtro Butterworth passa-baixa de primeira ordem Figura A2: Filtros passa-baixas Butterworth de ordens 1 a Figura A3: Exemplo de um filtro passa-baixas Butterworth de segunda ordem Figura A4: A resposta em frequência de um filtro Chebyshev passa-baixas do tipo I de quarta ordem Figura A5: A resposta em freqüência de um filtro passa-baixa elíptico de quarta ordem Figura A6: Comparação gráfica entre filtros Figura A7: Representação em coordenadas polares dos vetores de massa x

11 xi LISTA DE TABELAS Tabela 1: Tabela representativa de coleta de dados para balanceamento estático...25 Tabela 2: Tabela representativa de coleta de dados para balanceamento dinâmico...29 Tabela 3: Tabela representativa de coleta de dados para um balanceamento com 4 planos e 4 mancais Tabela 4: Tabela representativa de coleta de dados para um balanceamento com 3 planos e 2 mancais Tabela 5: Tabela representativa de coleta de dados para um balanceamento com 2 planos e 3 mancais....39

12 xii RESUMO Considerando o contexto atual no que tange procedimentos de monitoramento e diagnóstico de máquinas, existe uma grande tendência na utilização de técnicas que substituem os métodos tradicionais de coleta e análise de vários parâmetros, dando lugar ao desenvolvimento de sistemas baseados em linguagens de programação com conceitos de instrumentação virtual. No que diz respeito a máquinas rotativas, também é possível desenvolver um leque de programas que possam vir a auxiliar na manutenção desses equipamentos, tendo em vista que nestes são encontrados diversos defeitos como: desbalanceamento, defeitos em rolamentos, acoplamentos desalinhados, defeitos em engrenagens, etc. Por isso, considerando o exposto, o presente trabalho é uma proposta de desenvolvimento de um sistema aplicativo para a análise contínua de sinais de vibração em máquinas rotativas com um módulo de balanceamento de rotores em até quatro planos, podendo este substituir os métodos tradicionais de análise, monitoramento e diagnóstico de máquinas que apresentem defeito causado por desbalanceamento rotativo. A metodologia aplicada é baseada em conhecimentos de programação em linguagem G e instrumentação virtual. O software utilizado para o desenvolvimento do sistema principal de aquisição de dados e para o cálculo dos valores de correção é o LabVIEW em conjunto com o gerenciador de banco de dados SQL Server. Considerando algumas dificuldades apresentadas no que tange a correção de tais equipamentos rotativos, este trabalho também aborda algumas recomendações para o balanceamento rotativo com o sistema aplicativo proposto, para garantir a efetiva redução das amplitudes de vibração causadas por erros de distribuição de massa ao longo do eixo de rotação. Com o intuito de auxiliar na manutenção de tais equipamentos, também foram adicionadas diversas ferramentas que dão suporte ao procedimento de balanceamento e, também, de monitoramento de máquinas rotativas, inclusive com módulos de geração de relatórios gráficos e de balanceamento. Palavras Chave: Balanceamento, Máquinas Rotativas, Instrumentação Virtual, LabVIEW, Monitoramento

13 Capítulo 1 Introdução 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 APRESENTAÇÃO O estudo de defeitos em máquinas rotativas ocupa uma posição destacada no contexto de máquinas e estruturas, tendo em vista a grande quantidade de fenômenos típicos na operação desses equipamentos. A existência de um componente rotativo apoiado em mancais e transmitindo potência cria uma família de problemas que são encontrados nas mais diversas máquinas: sejam compressores, turbinas, bombas, centrífugas, motores, máquinas de grande porte como em uma usina hidroelétrica, etc. Um desses problemas é o desbalanceamento rotativo em função de erros de distribuição de massa ao longo do eixo. No mercado existem diversos instrumentos que realizam o balanceamento de rotores. No entanto, muitas vezes se torna inviável a aquisição de tais equipamentos devido o alto custo dos mesmos. Por isso, é possível se fazer um estudo no sentido de verificar a viabilidade da implementação de sistemas que poderiam substituir tais equipamentos. Atualmente, o uso de computadores com softwares especializados está cada vez mais presente em processos laboratoriais e industriais, em virtude da sua relativa facilidade de programação, operação e da excelente precisão fornecida por resultados oriundos de cálculos que seriam muito demorados de serem feitos manualmente ou seriam praticamente impossíveis de serem resolvidos pelo homem. Com o advento do aumento da tecnologia dos computadores pessoais (processamento mais rápido, maior memória, definições gráficas, etc.), a expansão da Internet e avanços em tecnologia de redes, houve também um aumento na utilização de sistemas programáveis que tendem substituir parcialmente os métodos convencionais de análise de dados em equipamentos. Neste sentido, a instrumentação virtual vem crescendo bastante. A utilização de sistemas aplicativos para a realização de determinadas tarefas de monitoramento e controle de equipamentos está cada vez mais presente no cotidiano.

14 Capítulo 1 Introdução JUSTIFICATIVA Considerando o exposto, o que se pode notar é que atualmente, para o monitoramento de equipamentos, não é necessário utilizar métodos tradicionais de coleta e análise de dados. Há pouco tempo atrás, para se fazer uma análise de vibração em uma determinada máquina, primeiramente, coletava-se os valores de vibração em um ponto com um analisador de vibrações, em seguida tratava-se o sinal e, depois de visualizar os resultados, procurava-se o diagnóstico. Do ponto de vista empresarial isso não era viável, pois caso houvesse muitos pontos a serem coletados poderia requerer muito tempo para a tomada de decisões. A preocupação com a manutenção de máquinas rotativas está cada vez mais presente em trabalhos publicados e teses apresentadas atualmente sobre o assunto. Isso pode significar que esta área realmente tem destaque no setor industrial e empresarial. A substituição dos métodos tradicionais de análise e coleta de sinais pela instrumentação virtual é a principal característica disso. Com a utilização da instrumentação virtual é possível o usuário desenvolver sistemas aplicativos para a execução de determinadas tarefas, visando facilitar, automatizar e acelerar processos que geralmente seriam muito demorados e muito caros do ponto de vista econômico. O desenvolvimento deste trabalho tem o intuito de dar continuidade nesse processo de melhoramento das atividades de manutenção, com o enfoque principal em falhas em máquinas rotativas causadas por desbalanceamento rotativo. Essa proposta é o início para o desenvolvimento de outros trabalhos que abrangem instrumentação virtual, visando melhorar processos de manutenção e facilitar a análise de vibrações e outros parâmetros em equipamentos. 1.3 OBJETIVOS Objetivo Geral O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema aplicativo programado em LabVIEW e Microsoft SQL Server para o balanceamento de rotores com a aquisição direta de dados, dispensando a utilização de inúmeros equipamentos de coleta e análise de sinais de vibração, utilizando somente um computador (ou laptop) com uma placa de

15 Capítulo 1 Introdução 3 aquisição de sinais que coletará, analisará e tratará os sinais provenientes dos sensores, fornecendo dados necessários para a redução do problema de vibração em máquinas rotativas Objetivos Específicos Os objetivos específicos são: Estudar o efeito do desbalanceamento rotativo em rotores e analisar o efeito da vibração nos mesmos; Estudar a teoria sobre instrumentação virtual e verificar as tendências de crescimento da utilização desta ferramenta na atualidade; Comparar os métodos tradicionais de coleta e tratamento de dados com a instrumentação virtual; Desenvolver um sistema aplicativo analisador em LabVIEW para a visualização gráfica e numérica de sinais de vibração juntamente com um módulo de geração de relatórios para o auxílio na manutenção de máquinas rotativas; Junto com o analisador, desenvolver em LabVIEW um módulo de balanceamento de rotores rígidos e flexíveis com no máximo 4 (quatro) planos de balanceamento e 4 (quatro) mancais; Desenvolver ferramentas em LabVIEW para o auxílio no procedimento de balanceamento e na coleta de sinais no sistema proposto. 1.4 METODOLOGIA UTILIZADA Para a realização deste trabalho primeiramente foi necessário se estudar as técnicas para a realização de balanceamento rotativo. Após isso foi possível dar início à programação do sistema em LabVIEW. Em seguida, foi necessário estudar o software LabVIEW para desenvolver o módulo de análise gráfica dos sinais de vibração. O estudo deste software foi acompanhado com a leitura de diversos artigos técnicos, trabalhos de conclusão de curso, dissertações de mestrado e teses de doutorado, sobre assuntos que envolviam instrumentação virtual.

16 Capítulo 1 Introdução 4 Logo em seguida, foi necessário utilizar um software gerenciador de banco de dados para se realizar o armazenamento dos dados necessários para se efetuar o balanceamento. Nesse sentido, foi necessário estudar o software Microsoft SQL Server 2000, o qual foi escolhido devido a sua excelente interface com o LabVIEW. Depois de construído o sistema em plataforma LabVIEW com o gerenciador de banco de dados SQL Server 2000, foram desenvolvidas outras ferramentas para o auxílio ao balanceamento. Por exemplo, programas para a estimativa de massa de teste, divisão e soma de massas, geração de relatórios, etc. Por último, foi necessário realizar alguns testes para a validação do sistema. Estes testes foram realizados em uma bancada de vibrações a qual se comunicava via sensores de proximidade para um computador equipado com uma placa de aquisição de sinais que pertence a Eletronorte. Então, foi possível comparar os valores de vibração após a realização do procedimento de balanceamento com o sistema aplicativo e tirar algumas conclusões, as quais estão apresentadas no último capítulo deste trabalho. 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO O capítulo 2 aborda de maneira geral todo o conteúdo que serviu como referência para a elaboração deste trabalho. Neste capítulo de revisão bibliográfica é possível se ter uma visão ampla sobre os diversos trabalhos que abordam temas como balanceamento rotativo, instrumentação virtual e gerenciamento de banco de dados. No capítulo 3 é tratado de forma bem estrita os diversos conceitos e técnicas sobre balanceamento rotativo. São abordadas técnicas de balanceamento estático, balanceamento dinâmico e balanceamento em vários planos. Este último com variação do número de planos em relação ao número de mancais. O capítulo 4 aborda a questão da instrumentação virtual, bem como as tendências de crescimento dessa nova metodologia de programação visual aplicada a equipamentos industriais e laboratoriais. A descrição dos procedimentos é abordada no capítulo 5. Neste capítulo é feita uma abordagem detalhada da metodologia aplicada neste trabalho, descrevendo o que foi utilizado e feito para o desenvolvimento do sistema proposto.

17 Capítulo 1 Introdução 5 O procedimento da utilização do sistema para a realização de balanceamento de rotores está descrito no capítulo 6, onde são detalhados os procedimentos a serem seguidos pelo usuário para realizar o balanceamento em rotores rígidos e flexíveis. Neste mesmo capítulo, também, são fornecidas algumas recomendações para a utilização do sistema aplicativo e para o balanceamento rotativo com o mesmo. Finalmente, no capítulo 7 é feita a conclusão do trabalho juntamente com algumas recomendações para trabalhos futuros.

18 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 6 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 INTRODUÇÃO Atualmente, existe um grande investimento por parte das empresas no setor de monitoramento de equipamentos. Isso pode ser facilmente demonstrado com os diversos trabalhos desenvolvidos recentemente nas áreas de manutenção. Com o advento da expansão da Internet, das tecnologias de informação e da potencialização dos computadores, tornou-se muito mais fácil o desenvolvimento de sistemas especialistas que facilitam as atividades de manutenção. No que diz respeito às técnicas de balanceamento, o que se pode notar é que existe uma grande preocupação em se realizar essa prática com precisão máxima, pois qualquer erro de aquisição de dados no processo pode até mesmo agravar o efeito da vibração do equipamento, quando este for colocado em operação. 2.2 TÉCNICAS DE IDENTIFICAÇÃO DE DEFEITOS EM MÁQUINAS ROTATIVAS E BALANCEAMENTO Wowk (1995) primeiramente explica por que existe a necessidade de se descobrir diversas falhas em equipamentos, enfatizando, principalmente, a questão do desbalanceamento. Em seguida, fala sobre a história do balanceamento, sempre contextualizando a situação industrial do passado. Depois disso, trata em termos gerais da necessidade de se realizar o balanceamento para aumentar a vida útil e a eficiência de equipamentos de caráter rotativo, abordando as diversas técnicas de balanceamento de rotores rígidos e flexíveis, sempre disponibilizando ferramentas adicionais que possam vir a auxiliar no procedimento de balanceamento. Da mesma maneira, Almeida e Góz (2003) e Soeiro (1994) abordam as técnicas de balanceamento rotativo em campo e em laboratório. São feitas demonstrações gráficas e analíticas para o melhor entendimento desse processo. Os autores também tratam, de forma

19 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 7 geral, um pouco sobre a ocorrência de vibração causada por desbalanceamento em rotores flexíveis. Ribas (1985) descreve o procedimento de balanceamento de rotores com a utilização de ferramentas como uma calculadora programável e um computador pessoal. Ele aborda o principal ponto proposto neste trabalho que é a utilização de programas para o auxílio em cálculos no que tange técnicas de balanceamento rotativo. O autor enfatiza que com a utilização de tais ferramentas é possível realizar uma redução do efeito vibratório nos equipamentos rotativos de maneira mais refinada, devido o grande grau de precisão de tais equipamentos. Em virtude da facilidade que tais ferramentas proporcionam, o autor aborda inclusive a utilidade dessas ferramentas na realização do balanceamento de rotores em diversos planos. A proposta de Eduardo (2003) é de realizar um estudo em falhas em equipamentos rotativos utilizando redes neurais. O trabalho proposto pelo autor é interessante no sentido de desenvolver uma metodologia que engloba procedimentos de diagnóstico em máquinas rotativas utilizando inteligência artificial, baseado em monitoramento via computador pessoal. Idehara (2003) procura em seu trabalho estudar ferramentas para análise de sinais de vibração e ruído provenientes de componentes rotativos operando em condições estacionárias ou não. Estas técnicas são classificadas como Métodos Seguidores de Ordem, ou Order Tracking. Analisam-se, comparativamente, três métodos: o Order Tracking Computacional, a Reamostragem Digital e a TVDFT, bem como a técnica da Matriz de Ortogonalidade, utilizada para corrigir a amplitude das ordens obtidas por este último método. Todos os procedimentos são analisados através de simulações numéricas em computador e dados experimentais. Mühle (2000) trata da tendência de novas máquinas de mandrilamento sendo que os diversos fabricantes de ferramentas desenvolveram cabeçotes de mandrilar munidos de sistemas de balanceamento e de regulagem de excentricidade. O autor aborda a influência do sistema de balanceamento sobre o processo mandrilamento, realizando diversos ensaios visando avaliar as condições e características dinâmicas da máquina-ferramenta a ser utilizada. Mais especificamente falando, são monitorados os níveis de vibração causados pelo desbalanceamento do fuso. Em sua tese, Santiago (2004) realizou um estudo baseado em uma metodologia para classificação de falhas em máquinas rotativas, chamada Wavelet Packet Neural Network (WPNN), a qual é fundamentada na teoria de transformada de Wavelet em conjunção com redes neurais artificiais. Neste estudo, os resultados obtidos mostram que a WPNN pode ser

20 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 8 utilizada satisfatoriamente como técnica alternativa de classificação e diagnóstico de falhas introduzidas em máquinas rotativas com alta eficiência. Tadeo (2003) desenvolveu um modelo através do método de elementos finitos do sistema rotor-acoplamento-mancal, considerando-se as modelagens simplificadas dos acoplamentos existentes. Foram feitas as funções de resposta de freqüência devido ao desbalanceamento residual experimentais dos sistemas para que finalmente fosse possível realizar ajustamentos entre as curvas experimentais, utilizando os modelos implementados através do método de Mínimos Quadrados Amortecido Não Linear. Na apostila elaborada por Ferreira (2003a) é abordado balanceamento de rotores rígidos em máquina de balancear de mancais flexíveis. Ele descreve sucintamente o balanceamento em dois planos de correção pelo método dos coeficientes de influência. Ferreira (2003b), em sua apostila que trata de Série de Fourier, faz uma breve revisão sobre séries de Fourier e sua aplicação em sistemas lineares. O autor relata em termos gerais que a Série de Fourier é apresentada em termos de parcelas em seno e cosseno e em termos de amplitude e fase. Dessa forma, é apresentada a expressão da Transformada Discreta de Fourier e são sugeridas as estratégias que levam a Transformada Rápida de Fourier (FFT), as quais são muito úteis para a análise de sistemas rotativos, para a análise de desbalanceamento e na detecção de outros defeitos. O trabalho desenvolvido por C. Matos, Rocha, W. Matos e Zindeluk (1997) diz respeito a um problema real surgido em uma planta industrial, onde uma folga mecânica no mancal superior de um motor de eixo vertical gerou uma instabilidade dinâmica excitando freqüências naturais do sistema de ordem subsíncrona. Este trabalho se divide em duas partes distintas, consistindo em uma parte prática realizada em um modelo experimental que tenta se aproximar da máquina real e outra de modelagem e simulação computacional do modelo experimental utilizando programas baseados no Método de Elementos Finitos. Crede e Harris (1991) abordam em termos gerais sobre técnicas de impactos e vibrações causados por defeitos inerentes dos projetos de máquinas, em virtude dos inevitáveis erros de construção de equipamentos mecânicos. O catálogo KARL SCHENCK AG (1993) trata em linhas gerais sobre a instrumentação para medição de vibração e o procedimento para a realização de balanceamento em equipamentos de caráter rotativo. As normas ISO 1940 (1973) e NBR 8008 (1983) tratam das exigências no que tange o procedimento de balanceamento de corpos rígidos rotativos e do desbalanceamento residual permissível. Essas normas também classificam os vários tipos de rotores representativos, os

21 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 9 quais são identificados e recomendados aos tipos de balanceamento, se em um plano ou em dois planos. 2.3 INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL E LABVIEW Os manuais LabVIEW Basics I (1998) e LabVIEW Basics II (1998) são apostilas que descrevem detalhadamente como o usuário do software pode proceder para o desenvolvimento de instrumentos virtuais utilizando a linguagem LabVIEW. São abordados desde a criação de simples programas até sistemas de aquisição de dados Borges (2002), em sua dissertação, elaborou um sistema desenvolvido em LabVIEW que tem como objetivo acessar a distância um laboratório virtual, que permite acesso, controle e a monitoração de experimentos em tempo real de forma remota através da Internet. Prado (2004) trata desde o conceito até o procedimento de sistemas especialistas. Em sua publicação aborda os principais aspectos a serem seguidos para que um sistema (ou programa) desenvolvido em qualquer linguagem de programação possa ser classificado como um sistema especialista. Bramatti, Sena, Lima e Silva (2001) apresentam algumas soluções para o apoio na manutenção preditiva contínua e remota de equipamentos utilizando basicamente microcomputadores, placa de aquisição de sinais, condicionadores de sinais, sensores, programas aplicativos e da rede de computadores. Eles abordam de maneira geral toda a teoria de instrumentação virtual aplicada para o monitoramento de máquinas. 2.4 ADMINISTRAÇÃO DE BANCO DE DADOS As apostilas da ANSI (2001) e TEKNO Software (2001) tratam sobre a programação de banco de dados utilizando o software SQL Server As apostilas ensinam detalhadamente a utilizar uma ferramenta de administração para inicializar e encerrar um banco de dados, bem como criá-lo, gerenciar seu armazenamento de arquivos e de dados, gerenciando também seus usuários e seus privilégios. Em termos gerais, com toda a teoria o programador poderá organizar o banco de dados, movimentando dados para dentro e entre bancos de dados em diferentes ambientes. Também é possível aprender como fazer backup e recuperação de um banco de dados.

22 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica CONSIDERAÇÕES FINAIS Para o desenvolvimento de um determinado sistema especialista é necessário se ter três conhecimentos básicos, ou seja: Conhecer a fundo a metodologia para a qual se estará aplicando o sistema e o procedimento de coleta dos diversos parâmetros, objetivando uma maior confiabilidade e reduzindo ao máximo a possibilidade de erros de medição. No que diz respeito ao presente trabalho, deve-se conhecer todo o processo de balanceamento de rotores e a situação dos instrumentos de medição de vibração e fase. Isso para que os possíveis erros não sejam refletidos nos resultados para a correção do desbalanceamento. Conhecer com o máximo de profundidade as ferramentas utilizadas. No caso, é necessário que haja o máximo de compreensão na operação dos softwares LabVIEW e SQL Server, a fim de que o sistema seja desenvolvido de acordo com as necessidades pretendidas. E por fim, deve-se desenvolver o sistema pretendido com uma linguagem simplificada, para que haja a fácil compreensão de operação desse sistema por parte dos usuários.

23 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 11 CAPÍTULO 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA SOBRE A TÉCNICA DE BALANCEAMENTO ROTATIVO 3.1 INTRODUÇÃO Em virtude dos inevitáveis erros de projeto de máquinas é possível encontrar defeitos que podem originar vibrações e ruídos indesejáveis em equipamentos assim que estes entrarem em operação. Esses erros, muitas vezes, podem estar relacionados a concentrações de massa (pontos pesados) ao longo do eixo. Cada erro de massa que ocorre em um rotor provoca mudança de posição do centro de gravidade da secção transversal que contém o erro. A somatória destes desvios é o afastamento do eixo principal de inércia do eixo de rotação, ou seja, a massa do rotor não estará perfeitamente distribuída ao redor do eixo de rotação provocando o efeito conhecido como desbalanceamento. O desbalanceamento, especificamente falando, é o primeiro defeito que deve ser identificado em uma máquina rotativa, pois este é influenciado diretamente em função da rotação do eixo, ou seja, o desbalanceamento estará sempre na freqüência de rotação da máquina. O desbalanceamento em uma determinada máquina rotativa deve ser imediatamente identificado, no sentido de aplicar técnicas para reduzir este efeito, tendo em vista que as vibrações causadas por esses pontos pesados podem danificar os componentes do equipamento como mancais, rolamentos, o eixo, etc. Considerando o exposto, é possível aplicar técnicas de balanceamento de rotores, no sentido de diminuir o efeito da vibração causada pelo desbalanceamento, objetivando uma maior autonomia e vida útil do equipamento. 3.2 DEFINIÇÃO DE DESBALANCEAMENTO Um rotor perfeitamente balanceado é aquele cuja massa se distribui uniformemente em torno do seu eixo de rotação. Isto equivale dizer que existe a coincidência entre o eixo de

24 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 12 rotação e o eixo principal de inércia do rotor. Desconsiderando-se as forças que causam a rotação e que sustentam este rotor, nenhuma outra força age sobre os seus mancais quando se encontra em movimento giratório. Assim, nenhum tipo de vibração pode ser detectado. Este rotor, entretanto, é meramente teórico, uma vez que por menores que sejam as tolerâncias de fabricação de um componente e por mais homogêneos que sejam os materiais utilizados em sua fabricação, sempre haverá uma distribuição não uniforme de massa, causando um desbalanceamento. Havendo um excesso de massa de um lado do rotor, a força centrífuga atuante sobre este lado mais pesado supera a força centrífuga atuante sobre o lado oposto, forçando então o lado mais leve na direção do lado mais pesado, sendo a força resultante a causadora da vibração. A força centrífuga causadora da vibração é, em suma, gerada pela excentricidade do centro de gravidade do rotor e pela sua rotação. Tal força é dada pela equação 1: 2 F cent = m e ω (1) sendo que m é a massa do rotor, e é a excentricidade ou a distância do centro de gravidade ao eixo de giro do rotor e ω é a velocidade angular em radianos por segundo. Esta força é contrabalançada pela soma das reações que surgem nos mancais do rotor. A magnitude das mesmas depende da posição relativa entre centro de gravidade e mancais. O efeito da força centrífuga pode ser melhor visualizada conforme a figura 1. F cent m ω Figura 1: Efeito da força centrífuga no rotor

25 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo TIPOS DE DESBALANCEAMENTO Wowk (1995) cita quatro tipos de desbalanceamento. A fim de facilitar a definição de cada um dos quatro tipos de desbalanceamento, parte-se de um rotor perfeitamente balanceado, onde se supõe a adição de massas de desbalanceamento Desbalanceamento Estático (Static Unbalance) O desbalanceamento estático surge quando o eixo principal de inércia de um rotor encontra-se deslocado, no entanto paralelo em relação ao eixo de rotação do mesmo, como mostrado na figura 2. A distância entre o centro de gravidade (CG) e o eixo de rotação a excentricidade e origina a força centrífuga quando da rotação do rotor. No caso do desbalanceamento estático a massa de desbalanceamento e o CG encontram-se no mesmo plano normal ao eixo de rotação, conforme figura 2a. Um rotor com duas massas de desbalanceamento iguais e eqüidistantes com relação ao CG (figura 2b) caracteriza também um desbalanceamento estático, uma vez que o efeito de ambas é equivalente ao efeito de uma massa localizada no plano do CG. A eliminação do desbalanceamento estático é obtida movendo-se o centro de gravidade em direção ao eixo de rotação do rotor. Isto é feito através da adição ou retirada de massa do rotor, de forma que a força radial causada por esta adição ou retirada seja igual em módulo à força causada pela excentricidade do CG, mas com direção oposta. Rotores desbalanceados estaticamente podem ser submetidos a um balanceamento em um plano, a ser explicado mais detalhadamente no item

26 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 14 a) b) Figura 2: Exemplo de desbalanceamento estático Binário de Desbalanceamento (Couple Unbalance) O binário de desbalanceamento ocorre quando o eixo principal de inércia corta o eixo de rotação, sendo o CG o ponto comum entre eles. Neste caso a presença das massas de desbalanceamento não desloca o CG com relação ao eixo de rotação do rotor, no entanto causa a inclinação do eixo principal de inércia. As massas de desbalanceamento causam as forças centrífugas Fcent1 e Fcent2 mostradas na figura 3. Estas forças centrífugas se anulam por serem opostas uma a outra, porém geram um momento, já que não estão contidas no mesmo eixo. O exemplo mais simples de binário de desbalanceamento é o de massas de desbalanceamento iguais posicionadas nos extremos opostos de um rotor e deslocadas de 180º uma da outra, como mostra a figura 3a. Este tipo de desbalanceamento é quantificado através da multiplicação do desbalanceamento u r pela distância l entre os planos onde se encontram as massas de desbalanceamento, sendo a unidade g mm². Um = u r l (2)

27 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 15 Para valores iguais de Um não importa se os planos de atuação dos desbalanceamentos são simétricos ao CG ou não. Em um binário de desbalanceamento, o CG pode estar inclusive fora do espaço compreendido entre tais planos, como mostra o exemplo da figura 3b, onde o binário de desbalanceamento é causado por um componente externo ao rotor. a) b) Figura 3: a) Binário de desbalanceamento; b) Binário de desbalanceamento causado por componente externo Quando à rotação de um rotor com desbalanceamento binário, cada uma das extremidades vibra em direções opostas. Este tipo de desbalanceamento não pode ser corrigido com apenas uma massa. Neste caso são necessárias duas massas, cada uma devendo anular o efeito de uma das massas de desbalanceamento. Faz-se, portanto, necessário um outro binário com massas opostas de 180º, possibilitando o giro do eixo principal de inércia sobre o CG, fazendo com que aquele coincida com o eixo de rotação. O balanceamento deste tipo de rotor é chamado de balanceamento em dois planos ou balanceamento dinâmico. Maiores explicações sobre este tipo de balanceamento são apresentadas no item A diferença entre o desbalanceamento estático e o binário de desbalanceamento pode ser claramente ilustrada na figura 4. Quando o rotor está parado as massas nas extremidades do eixo são contrabalançadas, de forma que o torque resultante é nulo, o que equivale a dizer que o centro de gravidade se encontra sobre o eixo de rotação (ausência de desbalanceamento estático). No entanto, quando girando, uma forte vibração pode ser notada devido à nãocoincidência dos eixos de inércia e de rotação.

28 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 16 Figura 4: Binário de desbalanceamento (BRÜEL & KJÆR, Catálogo de Fabricante) Desbalanceamento Quase-Estático (Quasi-Static Unbalance) O desbalanceamento quase-estático se dá quando o eixo principal de inércia corta o eixo de rotação do rotor em um ponto, que não passa pelo CG, como mostrado na figura 5a. Este tipo de desbalanceamento pode também ser causado pela combinação dos desbalanceamentos estático e binário, conforme mostrado na figura 5b. A figura 5c mostra o desbalanceamento quase estático causado por um componente externo acoplado. O balanceamento de um rotor deste tipo só é possível se realizado em dois planos.

29 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 17 Figura 5: a) Desbalanceamento quase-estático; b) Binário de desbalanceamento combinado com balanceamento estático; c) Desb. quase-estático causado por componente externo acoplado Desbalanceamento Dinâmico (Dynamic Unbalance) O desbalanceamento dinâmico ocorre quando o eixo principal de inércia não encontra o eixo de rotação. Este é o tipo de desbalanceamento mais freqüente. As massas de desbalanceamento, neste caso, encontram-se deslocadas de um ângulo diferente de 180º, como mostrado na figura 6a e 6b. A figura 6b mostra um binário de desbalanceamento

30 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 18 combinado com um desbalanceamento estático deslocados de um ângulo diferente de 180º, o que resulta em um desbalanceamento dinâmico. Como nos dois tipos anteriores de desbalanceamentos, o desbalanceamento dinâmico também só pode ser corrigido com massas de correção em pelo menos dois planos perpendiculares ao eixo de rotação. a) b) Figura 6: a) Desbalanceamento dinâmico; b) Binário de desbalanceamento combinado com balanceamento estático deslocados de ângulo diferente de 180º 3.4 VIBRAÇÃO EM ROTORES DESBALANCEADOS A Figura 7a ilustra a vibração causada por um desbalanceamento estático. Neste caso a linha de centro do rotor descreve uma superfície cilíndrica. A Figura 7b mostra como se comporta a vibração de um rotor com um binário de desbalanceamento. A linha de centro descreve dois cones com vértices coincidindo com o CG do rotor.

31 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 19 Figura 7: a) Vibração causada por um desbalanceamento estático; b) Vibração de um rotor com um binário de desbalanceamento (desbalanceamento dinâmico) 3.5 CAUSAS DO DESBALANCEAMENTO Apesar de todas as precauções, existirá sempre algum desbalanceamento que provocará vibrações que tendem deteriorar as estruturas de suporte, rotores, mancais, qualidade de processamento, etc. As fontes mais comuns de desbalanceamento são: - Fundição e/ou configuração assimétricas; - Inclusões ou vazios em peças laminadas, forjadas ou fundidas; - Furação e/ou usinagem excêntricas; - Mancais e/ou acoplamentos não concêntricos; - Distorções permanentes; - Incrustações; - Corrosão;

32 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo 20 - Erosão de material; - Cavitação em rotores de bombas e/ou turbinas hidráulicas. 3.6 ROTORES RÍGIDOS E ROTORES FLEXÍVEIS Como foi dito anteriormente, os pontos pesados geram forças centrífugas em função da rotação do rotor e que estas forças se somam vetorialmente produzindo esforços, R 1 e R 2, que são transmitidos, neste caso, para os mancais da máquina. Um rotor é considerado rígido quando o mesmo é suficientemente resistente para não apresentar deformações ao longo do eixo. Neste caso, o balanceamento satisfatório é alcançado com a utilização de no máximo dois planos de balanceamento para a adição das massas de correção. O Rotor é considerado flexível quando opera a uma velocidade de rotação maior ou igual a 70% da primeira crítica (freqüência de ressonância). Próximo a uma velocidade crítica o rotor tende a se deformar de forma similar ao modo de vibração correspondente a esta freqüência de ressonância. A figura 8 mostra em escala exagerada as deformações de um rotor e a sua transformação de rotor rígido em rotor flexível com o aumento da freqüência de rotação. Figura 8: Representação coreográfica do efeito da flexibilidade do rotor Para o balanceamento de rotores flexíveis são necessários N+2 planos de correção, sendo que N é o número de velocidades críticas pelas quais o rotor passa até atingir a sua velocidade de trabalho.

33 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo TIPOS DE BALANCEAMENTO Segundo a norma ISO 1940, balanceamento é o processo de aprimoramento da distribuição de massa de um corpo que gira em seus mancais, sem os efeitos desbalanceadores de serviço. Segundo a norma ABNT 8007, balanceamento é o processo pelo qual a distribuição de massa de um rotor é verificada e, se necessário, corrigida, a fim de assegurar que as vibrações dos munhões e/ou força sobre os mancais estejam dentro de limites especificados, numa freqüência correspondente à velocidade de operação. Dois são os tipos de balanceamento mais usados, já comentados anteriormente: balanceamento em um plano (ou balanceamento estático) e balanceamento em dois planos (ou balanceamento dinâmico). Balanceamento em um plano é o tipo de balanceamento em que é necessária a adição de somente uma massa de balanceamento no plano perpendicular ao eixo de rotação e que contém o CG. Este procedimento é adequado somente à compensação de um desbalanceamento estático, uma vez que, neste caso, os eixos principal de inércia e de rotação já se encontram paralelos. O balanceamento em um plano tem a capacidade de deslocar o eixo de inércia em direção ao eixo de rotação, no entanto, sem ter a capacidade de rotacionar um com relação ao outro. O balanceamento em dois planos é o procedimento necessário para a compensação de desbalanceamentos do tipo quase-estático, binário e dinâmico. No balanceamento em dois planos, ou balanceamento dinâmico, como também é chamado, é necessário a adição de massas de balanceamento em dois planos diferentes. Tal procedimento permite que, com as devidas massas de balanceamento, o eixo principal de inércia sofra uma rotação com relação ao eixo de rotação e que o CG seja deslocado de encontro ao eixo de rotação. Neste capítulo também serão abordados métodos de balanceamento em que o número de planos é diferente do número de mancais. Dessa maneira, podemos realizar um balanceamento mais refinado, podendo até mesmo realizar balanceamento em rotores flexíveis segundo esta metodologia.

34 Capítulo 3 Fundamentação Teórica Sobre a Técnica de Balanceamento Rotativo Balanceamento em um Plano ou Balanceamento Estático Para este tipo de balanceamento será adotada uma metodologia de balanceamento puramente estático utilizando os coeficientes de influência. Este método também é conhecido pelo método das duas rotações e objetiva a correção de rotores curtos considerando-se apenas um plano de colocação de massas onde existe somente a componente estática do desbalanceamento. Para tal, é necessário conhecer a amplitude de vibração e respectivo ângulo de fase com relação a uma referência adotada na parte girante. O ângulo de fase nada mais é do que uma referência a ser indicada no rotor, que é denotada por pulsos na freqüência de rotação da máquina. Cada pulso representa um giro no rotor, os quais são relacionados com a amplitude de vibração na mesma freqüência. Considerando que cada giro no rotor representa uma angulação de 360º, a diferença entre o pico que representa a fase e o pico da onda de vibração representa o valor da fase em graus (figura 9). Esse valor indica a posição do ponto pesado no rotor em relação a essa referência. Sinal de referência F = 176,4º Sinal de vibração Figura 9: Representação gráfica dos sinais de vibração e fase Como estamos tratando de balanceamento puramente estático, as amplitudes de vibração nos dois mancais, conforme a figura 10 abaixo, apresentam-se perfeitamente em fase e possuem intensidades iguais. Neste caso é suficiente tomarmos as informações correspondentes a um dos mancais.