AULAS DA PÓS-GRADUAÇÃO

Quando o catálogo do fabricante de bomba menciona “grau de balanceamento G 6,3 conforme ISO 21940”, boa parte do leitor desliza o olho como se fosse texto decorativo.

Não é. Esse número de duas casas decimais define o tempo médio entre quebras do mancal, a vida útil do selo mecânico, a fadiga das soldas da tubulação e o consumo de energia da máquina. Em equipamento crítico, separa uma operação confiável de uma planta que vive em parada não programada.
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CENTRO GEOMÉTRICO E CENTRO DE MASSA NÃO SÃO A MESMA COISA

Desbalanceamento é a condição em que o centro de massa do rotor não coincide com o eixo geométrico de rotação. Uma analogia simples: imagine um disco com mais material concentrado de um lado. Ao girar, o centro do disco continua sendo o ponto geométrico no meio, mas a massa “vive” deslocada. À medida que o eixo gira, essa massa desbalanceada tende a fugir do centro por efeito centrífugo. O resultado é uma força radial que oscila com a rotação.

Note que rotor de alta precisão também tem desbalanceamento residual. Sempre tem. A medição usa instrumento, e instrumento tem erro. Por mais perfeito que o componente seja, fica algo a corrigir. A função da norma é definir o quanto de desbalanceamento é tolerável para cada classe de aplicação.
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A FÓRMULA QUE EXPLICA TUDO

A força gerada pelo desbalanceamento é proporcional a três variáveis:
• A massa desbalanceada
• A excentricidade, ou seja, a distância dessa massa ao centro de massa do conjunto
• O quadrado da velocidade angular do eixo

Esse “ao quadrado” não é detalhe matemático. É a razão pela qual equipamento de alta rotação exige balanceamento mais fino. Quando a rotação dobra, a força de desbalanceamento quadruplica. Em turbinas e turbocompressores que operam acima de oito mil rotações por minuto, a tolerância que serve para bomba centrífuga padrão simplesmente arrebenta o mancal.

Na prática, o balanceamento entra na assinatura espectral da vibração. Aplicada a transformada rápida de Laplace, ou FFT, sobre o sinal de vibração, a frequência associada ao desbalanceamento aparece exatamente em “uma vez a rotação”.

Em rotação de 3600 rpm, o pico de desbalanceamento aparece em 60 Hz. Esse é o sinal que o analista de vibração procura para diagnosticar problema de balanceamento, separado de problema de mancal, de cavitação ou de folga estrutural.
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AS CONSEQUÊNCIAS QUE A NORMA QUER EVITAR

A força cíclica gerada pelo desbalanceamento não some no ar. Ela é absorvida pelos mancais, pelo selo mecânico, pela carcaça e pela tubulação ligada à máquina. Em ordem de aparição:

• Redução de vida útil dos mancais por fadiga, abertura prematura do “bico” da pista
• Desgaste acelerado das faces do selo mecânico, com vazamento e troca não programada
• Transmissão de vibração para a tubulação, com risco de fadiga em soldas e flanges
• Aumento do consumo de energia por atrito interno

Cada um desses itens isolado já justifica balancear corretamente. O conjunto explica por que a norma trata o assunto com tanto rigor.
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G 6,3 VS G 2,5 VS G 1,0

A ISO 21940, versão anterior numerada ISO 1940, designa o grau de balanceamento pela letra G seguida de um número. Esse número representa a velocidade máxima admissível do centro de massa, em milímetros por segundo. Quanto maior o número, mais grosseiro pode ser o balanceamento. Quanto menor, mais fino.

Para o engenheiro industrial, três faixas concentram a maior parte das aplicações:

• G 6,3 é o padrão de rotor para bomba centrífuga padrão, ventiladores e volantes. Coberto pela maioria dos fabricantes sem custo adicional.
• G 2,5 é o exigido por bombas de processo crítico, em especial as bombas API atendendo a norma do American Petroleum Institute para óleo e gás. Equipamento que precisa durar cinco anos sem manutenção em plataforma offshore não admite G 6,3.
• G 1,0 e G 0,4 aparecem em turbocompressores, turbinas a vapor, turbinas a gás, máquinas giroscópicas. Bomba não chega tipicamente nesses valores, com exceção de modelos de altíssima rotação como algumas Sundyne.

Isso depende, naturalmente, da criticidade do processo. Em planta crítica, o custo de balanceamento mais fino é desprezível frente ao custo de uma parada não programada.
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INTRINSECAMENTE BALANCEADO É CONFIÁVEL?

Acoplamentos costumam ser vendidos com a etiqueta “intrinsecamente balanceado”. O significado técnico é que o componente não foi efetivamente balanceado numa balanceadora, mas o controle dimensional rigoroso das peças e o procedimento de montagem garantem que o conjunto monta dentro de uma faixa aceitável de desbalanceamento residual.

A pergunta correta é: aceitável para qual aplicação? Para acoplamento de bomba comum em planta de processo padrão, sim, em geral resolve. Para acoplamento de equipamento crítico, com certificado obrigatório de balanceamento, não basta a declaração “intrinsecamente”. É preciso o procedimento completo na balanceadora e o relatório técnico assinado.

Quando o fabricante oferece a opção “balancear de fato e emitir certificado”, o custo aumenta. O preço cobre o tempo de balanceadora, o operador, o instrumento calibrado e a emissão do relatório. Em equipamento crítico, esse custo é parte do projeto. Não é gasto evitável.
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COMO A BALANCEADORA TRABALHA

A balanceadora apoia o conjunto rotativo em duas ou mais colunas instrumentadas com sensores de vibração. Um acionamento externo, em geral por correia, gira o conjunto numa rotação de teste. O painel da máquina recebe os dados de massa do rotor, diâmetro, distância entre apoios e o grau desejado (G 6,3, G 2,5, G 1,0 e assim por diante). A partir do espectro de vibração, calcula onde está a massa desbalanceada e indica a correção: ou remover material por furo em ponto específico, ou adicionar massa no ponto oposto.

O balanceamento descrito é o “em um plano”, aplicado a rotor estreito. Para rotor largo, como pás de ventilador, é necessário balancear em dois planos, com correção independente em duas posições axiais. Quanto mais largo o componente, maior a chance de aparecer momento de desbalanceamento que o procedimento em plano único não corrige.
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O QUE LEVAR PARA A PLANTA

A especificação do grau de balanceamento entra na ficha técnica, não em rodapé. Plantas críticas têm o hábito de exigir G 2,5 mesmo para bomba “comum”, quando o custo de parada justifica. Em manutenção, o teste de vibração com FFT identifica o pico em “uma vez a rotação” e separa desbalanceamento de outras causas. Em substituição de peça rotativa, aceitar a etiqueta “intrinsecamente balanceado” sem certificado é decisão que precisa estar consciente.

Esse artigo foi inspirado em um trecho de uma das nossas aulas da pós-graduação em Engenharia de Movimentação de Fluidos e Equipamentos Industriais.