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ANÁLISE DA CONFIABILIDADE NO BALANCEAMENTO
DE ROTORES DA WEG MOTORES
Ronny Costa Vitor Marcon Antônio Udo Henning
RES UMO
O processo de balanceamento de rotores é um dos fatores mais importantes para a minimização das vibrações em motores elétricos. Dependendo do nível destas vibrações, pode-se gerar fadiga ou falha prematura no motor ao longo de sua vida útil, assim como comprometer todo ou parte de um instalação onde o motor for instalado. Objetivando garantir a confiabilidade no processo de balanceamento, o presente trabalho descreve sobre a avaliação de todas as máquinas de balanceamento de rotores da WEG Motores utilizando o método estatístico de R& R, através da intercomparação entre as máquinas de balanceamento e através da comparação do desbalanceamento do rotor em função da variação do valor e do posicionamento angular da massa residual.
1. INTRODUÇÃO
Atualmente a WEG Motores dispõe de 11 máquinas de balanceamento de rotores cobrindo uma faixa de rotores cuja a massa pode variar de 1 a 800 kg. A norma interna WEG utilizada para o cálculo do desbalanceamento residual máximo admissível nos rotores é a T BG 116 que estabelece a seqüência para o cálculo do referido desbalanceamento utilizando como base as normas NBR 8008/ (Balanceamento de Corpos Rígidos Rotativos – Qualidade – Procedimento) e norma ISO 1940/ (Balance Quality of Rotanting Rigid Bodies). Estas normas podem ser utilizadas para o cálculo do desbalanceamento residual de qualquer corpo rígido rotativo em um ou dois planos de compensação , desde que seja conhecida a classe de qualidade do balanceamento. Baseado nestas classes de balanceamento, os rotores foram avaliados quanto ao máximo de desbalanceamento residual admissível e foi verificada a confiabilidade dos sistemas atuais de medição do desbalanceamento do rotor.
2. ENS AIOS
1. Ensaio R&R para avaliação das máquinas de balanceamento de rotores
Através de avaliação junto a seção responsável pelo balanceamento de rotores, percebeu-se no
processo de balanceamento de rotores que algumas máquinas de balanceamento quando submetidas a vários ensaios utilizando um mesmo rotor, não reproduziam o mesmo desbalanceamento residual. Objetivando a resolução deste problema, foi desenvolvido um grupo de trabalho para analisar o nível de repetitividade e reprodutibilidade, R&R em todos processos de balanceamento de rotores da WEG Motores. A primeira análise foi feita após o ensaio de todos os balanceadores utilizando o método estatístico R&R em conjunto com a tolerância especificada no processo, haja visto que o valor percentual encontrado no referido ensaio expressa a quantidade percentual do campo de tolerância do processo de balanceamento que é comprometido com a variação nas leituras do equipamento em função da sua repetitividade e reprodutibilidade. Antes, porém de analisarmos os dados obtidos, conceituaremos o ensaio de R&R. O ensaio de R&R consiste na avaliação e quantificação da capacidade de um equipamento ou sistema de medição atender as tolerâncias de um determinado processo de fabricação. O método consiste basicamente na execução de um ensaio e do tratamento matemático (estatístico) dos valores medidos. O resultado expressa a quantidade percentual do campo de tolerância do produto ou processo que é comprometido com a variação nas leituras do equipamento em função de sua repetitividade e reprodutibilidade (R&R). É utilizado na comparação de um ou mais equipamentos ou sistemas de medição do mesmo tipo, para qualificação de equipamentos ou sistemas de medição depois de reparos ou de ajustes, na comparação de equipamentos ou sistemas de medição de fornecedores diferentes e na avaliação da capacidade do equipamento ou sistema de medição executar a medição solicitada. Uma vez conceituado o R&R, podemos analisar os dados obtidos. Dos 11 balanceadores avaliados, 5 encontravam-se em situação de reprovados e 1 em situação regular conforme critério estabelecido pela Sç de Metrologia da WEG para análise dos ensaios de R&R: **>10%: APRO VADO (Muito Bom); 10% à 20%:APRO VADO (Bom); 20% à 30%: APRO VADO CO M RESTRIÇÃO (Regular);
30%: REPRO VADO (Inaceitável).**
Tabela 1 – R&R em Balanceadores – 21/12/
Código –
Massa
Massa Data 21/12/
Avaliação
d (%) e (%) 5606 – 20kg (^) 33 20 Reprov ado 5607 – 20kg (^) 11 13 Bom 2947 – 20kg (^) 27 43 Reprov ado 3344 – 50kg (^) 2 4 Muito Bom 492 – 50kg (^) 16 10 Bom 12191 – 50kg (^) 4 3 Muito Bom 12317 – 100kg (^) 15 21 Regular 13145 – 100kg (^) 55 22 Reprov ado 814 – 100kg (^) 20 14 Bom 3370 – 1000kg (^) 31 17 Reprov ado 12316 – 1000kg (^) 186 241 Reprov ado e – Plano esquerdo do rotor d – Plano direito do rotor Resumindo, 50% dos balanceadores estavam com problemas de R&R, apesar dos mesmos estarem aprovados através da calibração periódica. Após uma análise detalhada, em conjunto com os fabricantes dos equipamentos, foram detectadas as causas do baixo nível de repetitividade em alguns balanceadores. Para o restabelecimento da confiabilidade no processo de balanceamento, foram tomadas ações corretivas tais como troca de roletes, adequação das velocidades dos ensaios (rotação), fixação das bases das máquinas de balanceamento, atualização dos computadores, dentre outras. Após a implementação das ações corretivas, obtivemos os resultados conforme a tabela 2. Apenas os balanceadores de 1000 kg continuavam reprovados. Estes resultados foram discutidos em conjunto com os fabricantes da máquinas de balanceamento que nos informou que a tolerância do processo, em torno de 3g para a massa residual era pequena em relação ao grau de qualidade do balanceador. Os fabricantes foram unânimes em dizer que suas máquinas podem até ter a possibilidade de atenderem esta tolerância de processo, mas não foram fabricadas com estas características.
Tabela 2 – R&R em Balanceadores – 19/03/
Código –
Massa
Massa
Data 19/03/
Avaliação
d (%) e (%) 5606 – 20kg (^) 14 11 Bom 5607 – 20kg (^) 21 18 Regular 2947 – 20kg (^) 2 3 Muito Bom 3344 – 50kg (^) 8 7 Muito Bom 492 – 50kg (^) 6 6 Muito Bom 12191 – 50kg (^) 2 1 Muito Bom 12317 – 100kg (^) 22 21 Regular 13145 – 100kg (^) 15 17 Bom 814 – 100kg (^) 2 2 Muito Bom 3370 – 1000kg (^) 25 75 Reprov ado 12316 – 1000kg (^) 95 55 Reprov ado
e – Plano esquerdo do rotor d – Plano direito do rotor
Após análise da norma NBR 8008/83 – Balanceamento de Corpos Rotativos – Qualidade – Procedimento em conjunto com a engenharia da WEG Motores e com os fabricantes das máquinas de balanceamento, observou-se que algumas tolerâncias estabelecidas para o processo, através das ordens de fabricação (O.F.) estavam divergentes das obtidas através da norma NBR 8003/83, utilizando o grau de qualidade G(2,5) conforme mostrado na tabela 3. Fomos informado, conforme contato com os fabricantes que as máquinas de balanceamento de rotores são fabricadas para atender o melhor grau de qualidade em torno G(2,5). Entretanto, não foi encontrado nenhum documento formalizando esta informação.
Tabela 3 – Comparação Classe de Qualidade e Tolerânci a WEG Massa residual admissível Carcaça (^) RotorPeso W EG – O.F. NBR 8008/ G(2,5) 315 S/M 230 kg 3 g 12,1 g 160 L 35 kg 3 g 6,8 g 100 L 3,5 kg 2,5 g 1,1 g
Conforme observado na tabela 3, nas carcaças 315 S/M e 160 L as tolerâncias de processo da WEG são pequenas em relação a norma NBR 8008/83 e para carcaça 100 L esta tolerância é grande. Cada rotor foi utilizado na montagem de um motor por duas vezes, a primeira vez com balanceamento conforme O.F. WEG e a segunda conforme NBR 8008/83. Após cada montagem, foram feitos os ensaios de vibração nos motores para comparação do valores encontrados com a norma IEC 34-14.(Rotating Eletrical Machines) que estabelece os níveis de vibrações globais (Normal, Reduzido e Especial) adimissíveis.
Tabela 4 – Variação da Vibração Global do Motor após Variação do Desbalanceamento Residual do Rotor. Vibração (mm/s)
Nív eis Admissív eis IEC34- (mm/s) Carcaça (^) WEG O.F.
NBR 8008 G(2,5)
Normal Reduzido Especial 315 S/M 0,62 0,79 3,15 1,80 1, 160 L 1,13 1,78 2,80 1,12 0, 100 L (^) 0,81 0,79 1,80 0,71 0,
Observa-se que para a carcaça 315 S/M a alteração no desbalanceamento residual de 3g para 12,1g não alterou na aprovação do ensaio de vibração global do motor. Entretanto, para as carcaça 160 L a alteração no desbalanceamento de 3g para 6,8g alterou o resultado final de vibração do motor passando do nível próximo ao reduzido para normal e na carcaça 100L a alteração de 2,5 para 1,1g, mais
5. Avaliação da variação da Massa Residual x Desbalanceamento
O ensaio da variação da massa residual versus o desbalanceamento foi feito aumentando-se o valor do desbalanceamento conforme a figura 2. Foi provocado um desbalanceamento de 0,5 a 3,6 g no rotor e avaliado a variação em torno da massa residual requerida. Após o ensaio em vários rotores, conclui-se que não existe uma relação entre o aumento do desbalanceamento e a variação da massa residual.
Fig 2.Gráfico Variação Massa x Desbalanceamento.
A variação do balanceamento 0,5 a 3,6 g e a variação em torno da massa residual pode ser vista na tabela 6. É bastante importante ressaltar que a variação encontrada relativa ao desbalanceamento é percentualmente maior a medida que aumenta o nível de qualidade do balanceamento ou seja a medida que diminui o desbalanceamento residual. Para o exemplo do tabalho, observamos que o nível máximo de balanceamento que podemos conseguir é de aproximadamente 2,4 g de massa residual, pois a variação encontrada nesta faixa ficou em torno de 33% positivo e 4% negativo, ou seja, quando o desbalanceamento residual encontrado for 2,4g, o mesmo poderá ser de 2,3g a 3,2g.
Tabela 6 – Variação da massa residual x desbalanceamento
Desbalanceamento VariaçãoPositiva VariaçãoNegativa Percentagem+ Crítica 0,5 g (^) + 0,6 g - 0,4 g 120% 1,2 g (^) + 1,0 g 0,0 83% 2,4 g (^) + 0,8 g - 0,1g (^) 33% 3,0 g (^) + 0,6 g - 0,2 g (^) 20% 3,6g (^) + 0,8 g - 0,6 g (^) 22%
6. CONCLUS ÕES
O processo de balanceamento da WEG Motores encontra-se em um bom nível de qualidade, havendo necessidade de alguns ajustes no estabelecimento de algumas tolerâncias do processo. Atualmente, o ensaio de R&R é executado periodicamente, de 2 em 2 meses visando a garantia da confiabilidade dos resultados obtidos no processo de balanceamento dos rotores. Para obtenção da aprovação do R&R nos balanceadores de 1000 kg foram feitos investimentos como substituição de roletes, aliamento da base e confecção de polia com diâmetro maior para consequentemente aumentar a velocidade do rotor a ser ensaiado proporcionando um aumento da estabilidade na obtenção das medidas como mostra o último ensaio de R&R realizado em junho de 1999.
Tabela 7 – R&R em Balanceadores – 06/
Código –
Massa
Massa Data 06/
Avaliação
d (%) e (%) 5606 – 20kg (^) 9 14 Bom 5607 – 20kg (^) 9 9 Muito Bom 2947 – 20kg (^) 3 28 Regular 3344 – 50kg (^) 1 3 Muito Bom 492 – 50kg (^) 12 3 Bom 12191 – 50kg (^) 2 2 Muito Bom 12317 – 100kg (^) 18 26 Regular 13145 – 100kg (^) 3 6 Muito Bom 814 – 100kg (^) 7 14 Bom 3370 – 1000kg (^) 9 16 Bom 12316 – 1000kg (^) 9 13 Bom e – Plano esquerdo do rotor d – Plano direito do rotor
7. REFERÊNCIAS
[1] M. T. Almeida, R. D. S. Góz, “Curso de Vibrações em Motores Elétricos”, Fundação de Pesquisa e Acessoramento à Industria , 1996, FUPAI, Itajubá, MG.
[2] Norma NBR 8008/83, “Balanceam ento de Corpos Rígidos Rotativos – Qualidade – Procedimento”, maio de
[3] Norma IEC 34/14, “Rotating Electrical Machines”, International Electrot echnical Commission, 1996.
[4] Norma WEG TBG-116, “Cálculo do Desbalanceamento Residual de Rotores e Ventiladores”, 2a edição, março de 1997, revisão 00.
Variação de M a ss a x D es ba lan ce am en to B alanceado rH ofm ann -có digo 12317 -100kg - Lado D ireito
0
1
2
3
4
5
Desbalanceamento (g)
Variação de massa (g) M á x. v a lo r l id o p e lo b a la n c e a d o r (g )
1 ,1 2 ,2 3 ,2 3 ,6 4 , M ín. va l o r lid ob a la n c e a d o r (g ) p e lo 0 ,1^ 1 ,2^ 2 ,3^ 2 ,8^3 D e s b al a n c ea m e n to p r o v o c a d o (g )
0 ,5 1 ,2 2 ,4 3 3 ,
1 2 3 4 5
12 0%
20 % 33 %
22 %
83 %
