Os efeitos do desbalanceamento e seus riscos para os ativos

A causa do desbalanceamento (desequilíbrio rotativo) se dá pela distribuição desigual de massa em torno de um eixo de rotação. Resultando em um momento que confere ao rotor um movimento oscilante característico de uma vibração nas estruturas rotativas.

Esse problema em máquinas e equipamentos é sério pois causa avarias por fadiga em suas estruturas. Também acarreta carga excessiva nos rolamentos de apoio, transmissão de vibração, ruído excessivo e ainda para piorar, diminui a vida útil de peças e componentes.

Ele pode ser identificado da seguinte maneira: 

• Grandes amplitudes de vibração/trepidação, conforme a velocidade de rotação 
• Notadamente num mesmo sentido de direção da vibração, normalmente radial

Conforme essa percepção, podemos entender que o grande problema causado pelo desbalanceamento é o excesso de vibração em máquinas e equipamentos, resultado de forças desequilibradas. 

Ele juntamente com o desalinhamento são responsáveis por cerca de 90% de todos os problemas/causas das vibrações. Sendo considerado um dos grandes vilões de falhas e quebras de máquinas e equipamentos. 

Uma alternativa para evitar esse problema, é o uso de técnicas preditivas como a análise de vibração, por meio do monitoramento online. 

Tipos de desbalanceamento

Frequentemente ouvimos falar sobre como corrigir em máquinas rotativas, primeiro é necessário diagnosticar o tipo de anomalia que sua máquina está apresentando, para que você possa tomar as medidas adequadas para corrigir o problema.

Os três tipos mais comuns são:

Estático

O estático existe quando o eixo de massa não coincide com o eixo giratório e é paralelo a ele. Isto também pode ser conhecido como desbalanceamento em um plano. Ou seja, o eixo do centro de massa é deslocado paralelamente ao eixo devido à distribuição não uniforme de massa em torno do eixo de rotação.

Dinâmico

É definido como aquela condição onde o eixo de massa não coincide com o eixo giratório, não é paralelo a ele e não o intersecta. Esta condição também é conhecida como desbalanceamento em dois planos, sendo uma combinação entre o estático e dinâmico.

Conjugado

O conjugado está presente quando o eixo de massa não coincide com o eixo de rotação, no centro de gravidade do rotor. Mas os dois se interceptam na diagonal, no centro de gravidade do eixo de rotação.

Fatores que causam o desbalanceamento

Esse tipo de ocorrência em equipamentos industriais pode ter várias causas possíveis. É importante saber identificar a causa raiz de para poder tomar as ações corretas. Vejamos a seguir alguns fatores/causas:

• Erro de montagem: em certos equipamentos como torres de resfriamento por exemplo, montar as pás da hélice em posições erradas, ocasiona um grande desbalanceamento. Falhas na montagem com fixação inadequadas ou estruturas mal niveladas também contribuem para isso.

• Tolerâncias da máquina: todos os itens mecânicos de partes rotativas se não estiverem dentro das tolerâncias permitidas de medidas podem provocar desgastes prematuros.

• Componentes excêntricos: pode acontecer na fabricação de peças e componentes, algum item estar excêntrico /ovalizado, o que vai provocar um desbalanceamento do conjunto ao qual faz parte quando montado.

• Desgaste: desgaste de peças como buchas, rolamentos, mancais e que não sejam percebidos podem provocar essa avaria de um equipamento.

• Corrosão: a corrosão faz com que se perca massa de uma peça ou componente, e isso pode acarretar problemas em conjuntos que precisam estar balanceados.

• Distorção mecânica: processos de fabricação de rotina podem causar estresse em componentes metálicos. Sem alívio de tensão, o rotor irá se distorcer para se ajustar.

• Distorção térmica: a distorção térmica geralmente ocorre com peças expostas a temperaturas elevadas. Os metais são capazes de se expandir quando em contato com o calor, de modo que a exposição a temperaturas mais quentes pode fazer com que toda a máquina se expanda ou apenas algumas partes, causando uma distorção.

• Acumulações e depósitos: peças rotativas envolvidas no manuseio de materiais quase sempre acumulam sujidades, ou seja, uma adição de massa. Além disso, quando expostas ao óleo, essas peças podem ser distorcidas com muita facilidade. 

• Fundição, usinagem e porosidade: em processos de fabricação podem ocorrer falhas na fundição e/ou usinagem da peça, como rotores de bombas centrífugas por exemplo, que vai acarretar uma desigualdade de massa. E falhas com excesso de porosidade do material também vai ocasionar essa alteração de massa.

Efeitos do desbalanceamento

• Vibração;
• Ruído;
• Diminuição da vida útil dos rolamentos;
• Diminuição da vida útil de mancais deslizantes;
• Condições de trabalho inseguras;
• Redução da vida útil da máquina/equipamento;
• Maior incidência de manutenção;
• Aumento dos custos de manutenção.

Equipamentos comuns onde pode ocorrer um desequilíbrio rotativo

Falamos sobre conceitos, tipos e causas mais comuns, mas onde é mais comum de acontecer esse tipo de avaria? 

Esse tipo de falha é uma das causas mais comuns de vibração em equipamentos rotativos, ocorre especialmente em: rotores de motores elétricos, rotores de ventiladores, rotores de sopradores, turbinas, bombas centrífugas, uniões elásticas, rodas veiculares, hélices de torres de resfriamento, etc.

Entenda como se antecipar

Os problemas causados podem ser evidenciados com certa antecedência, antes que causem uma falha e/ou quebra de uma máquina ou equipamento. E baseado nas causas possíveis elencadas anteriormente para esse problema, podemos sugerir as seguintes ações:

Inspeções periódicas: todos os equipamentos que podem eventualmente ser acometidos devem ser inspecionados regularmente. Elaborar um checklist de verificação para uso dos sentidos e identificar potenciais causas como: parafusos de fixação soltos, excesso de sujidade, corrosão, trincas, falta de lubrificação, etc.

Monitoramento online de vibração: como já identificado que 90% dos problemas de vibração estão diretamente ligados ao desbalanceamento e desalinhamento, a melhor alternativa para evitar a ocorrência desses problemas é usar a técnica preditiva da análise de vibração. Fazemos isso identificando os equipamentos suscetíveis a esse problema e que são importantes para os processos da empresa, e implantamos o monitoramento online. 

Desbalanceamento, desalinhamento e folgas mecânicas são condições muito comuns e altamente potenciais na geração de falhas em máquinas e equipamentos. Se olharmos com a atenção devida, são três condições que estão sempre associadas de alguma maneira. E todas essas condições potenciais de falhas são altamente identificáveis quando usamos as técnicas e estratégias adequadas.

Atualmente o uso de sensores IoT, como o Smart Trac, surgem como meio para melhor diagnóstico da condição do ativo. A tecnologia TRACTIAN se baseia nos conceitos de análise de dados, aprendizado de máquina e estatística para possibilitar uma avaliação profunda da saúde e comportamento do ativo. 

Os dados de vibração e temperatura começam a ser adquiridos no momento em que o sensor é colocado na máquina, assim é possível trazer informações sobre o comportamento mecânico e as condições físicas do ativo. Ao menor sinal de falha identificada, insights são gerados para os responsáveis, via app, evitando desta forma o avanço de falhas que levariam a quebras inesperadas, permitindo que o gestor possa investir seu tempo em planejamento e paradas planejadas. Veja abaixo um exemplo identificado pela plataforma. 

Os sensores acoplados em um ativo crítico ao processo, identificaram um desbalanceamento no 1º harmônico (H1), onde o limite estabelecido foi ultrapassado. O valor do H1 é muito elevado quando comparado a média histórica do período. Após o alerta, uma preventiva foi feita e, como mostra a imagem abaixo, os níveis da Velocidade RMS voltaram a ficar abaixo da Zona Crítica ISO limite. Conheça a nova rotina de manutenção da Corteva Agriscience.

Evite que essa anomalia pegue sua equipe de surpresa. Fale com um dos especialistas da TRACTIAN e tire suas dúvidas.