62ª Reunião Anual da SBPC
B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica
BALANCEAMENTO DE ROTOR RÍGIDO UTILIZANDO SIMULADOR RDS PARA ANÁLISE DO FENÔMENO DE FRICÇÃO HIDRODINÂMICA EM MANCAIS DESLIZANTES
Júlio Augusto da Silva Aviz 1
Thiago Valente da Costa 1
1. Instituto de Tecnologia, Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Pará/UFPA
INTRODUÇÃO:

A lubrificação consiste na interposição de um fluido entre as superfícies que se encontram em movimento, com o objetivo de reduzir o coeficiente de atrito, desgaste e outros efeitos vibratórios. Apesar da ampla aplicabilidade vibratória na indústria moderna, o desbalanceamento tem se mostrado uma das fontes mais comuns de vibração em máquinas rotativas, pois tal efeito resulta da discrepância entre as simetrias geométrica e de massa ao longo do rotor. A monitoração é essencial para a manutenção e auxilia na redução de custos aumentando a eficiência de processos industriais e equipamentos. Este trabalho objetiva principalmente analisar a teoria de lubrificação a partir da equação de Petroff, estudando o fenômeno de fricção hidrodinâmica em função da pressão de sustentação da carga de um rotor balanceado nos mancais, proporcionando acompanhamento real das condições do equipamento através do monitoramento de parâmetros, possibilitando a programação de intervenção quando algum destes parâmetros indicarem tal necessidade, justificando a relevância deste. Para isso, tornou-se necessário a realização de um estudo vibratório paramétrico para calibração e manutenção da máquina, a fim de prevenir desbalanceamento nos rotores tornando confiáveis os dados obtidos experimentalmente.

METODOLOGIA:
Realizaram-se as etapas de montagem, instalação e calibração do sistema bancada-motor-rotor-mancais-transdutores-central-software para ensaio de balanceamento e estudo do comportamento da camada de lubrificante nos mancais pela teoria de Petroff. O sistema dispõe de um eixo com 50 cm de comprimento com dois rotores e dois mancais, acoplados a um motor tipo VLT® Série 2800. Os sinais de vibração são captados por transdutores e enviados à central coletora que gera o espectro de análise obtido das relações entre os parâmetros de vibração e o desbalanceamento. Realizaram-se dez ensaios para se obter maior grau de confiança dos resultados analisados para o mesmo par rotor. A partir do espectro avaliou-se o nível de vibração qualificando o sistema para tomada de ações que pelo menos minimizem tal efeito. Usou-se a rotação média da máquina de 5000 rpm. O primeiro rotor variou de 10 a 30 cm da esquerda para direita do mancal 1. O segundo rotor ficou disposto a 35 cm do mancal 1 para que o coeficiente de fricção variasse somente em função da carga aplicada. A força cisalhante do filme foi determinada pelo produto da tensão admitida nos mancais pela área, para posterior determinação da pressão de carga e do coeficiente de fricção teórico comparado ao experimental.
RESULTADOS:

Verificou-se inicialmente que o segundo rotor apresentou desbalanceamento caracterizando transmissão de forças destrutivas aos mancais e a outros componentes do sistema aumentando o coeficiente de fricção. Para este caso, quando a correção ou minimização do defeito não é programada e efetuada, parte do sistema tende a aumentar suas folgas radias e axiais, aumentando, por conseguinte o nível de vibração e ruído. Neste contexto, há uma tendência à freqüência natural do material utilizado no equipamento, comprovado estatisticamente nos gráficos obtidos. Posteriormente acrescentou-se massa corretiva ao rotor com intuito de balancear o sistema. Em seguida, analisou-se duas placas paralelas: uma fixa e a outra móvel sob a ação de uma força paralela à placa fixa e separadas por uma película de lubrificante. As partículas do lubrificante aderem às placas fixa e móvel. O movimento foi descrito por um escorregamento linear de cisalhamento das partículas do lubrificante através da altura da película. Considerando a área de contato entre a placa e o fluido, observou-se que a tensão cisalhante é proporcional à carga tensional aplicada ao sistema. O fluido foi submetido ao efeito viscoso newtoniano, além da pressão de carga ter se comportado com variação somente na direção axial.

CONCLUSÃO:
A abordagem estatística possibilitou melhor visualização e análise dos resultados teóricos e experimentais para efeitos de comparação. A velocidade de rotação média da máquina estabelecida foi escolhida após a verificação do comportamento da película de óleo lubrificante, tendo em vista que para velocidades superiores, quanto maior a velocidade de funcionamento do eixo concêntrico melhor o efeito de formação do filme de fluido, portanto, melhor o efeito de lubrificação hidrodinâmica (lubrificação estável). O comportamento do torque e consequentemente da pressão de carga no mancal são alterados de acordo com a distribuição adotada dos rotores ao longo do eixo. Além de ser possível observar que para elaboração do projeto de mancais hidrodinâmicos é necessário balanceamento prévio do par de rotores e conhecimento de algumas variáveis indispensáveis ao estudo da lubrificação hidrodinâmica como viscosidade, carga por unidade de área projetada, velocidade e as dimensões do sistema com intuito de evitar o contato direto metal-metal.
Palavras-chave: Balanceamento, Lubrificação hidrodinâmica, Mancal deslizante.