Eixos desalinhados: principais causas e perigos

O desalinhamento de eixos é considerado a segunda fonte de vibração mais prevalente após o desbalanceamento. O qual ocorre devido ao mau alinhamento entre peças correspondentes, como metades de acoplamento, eixos, polias, etc.

De maneira mais técnica, o desalinhamento pode ser definido como a condição quando a linha central geométrica de dois eixos acoplados não coincidem ao longo do eixo de rotação.

Esses desvios podem apresentar-se de três forma distintas:

• Desalinhamento paralelo ou radial;
• Desalinhamento angular ou axial;
• Desalinhamento combinado;

O desalinhamento paralelo ou radial acontece quando as linhas de centro dos eixos estão paralelamente afastadas.

Por outro lado, no caso de desalinhamentos angulares ou axiais, esse desvio é observado pelo ângulo formado entre as linhas de centro em um plano no espaço.

E o desalinhamento combinado, a mais comum das situações, ocorre justamente quando existem desvios paralelos e angulares em um mesmo conjunto de linhas de centro.

No caso de alinhamento de eixo, em geral, acoplamentos rígidos e flexíveis podem ser empregados.

Embora se prefira os acoplamentos flexíveis, por compensarem parte do desalinhamento, existem padrões geralmente aceitos para o desalinhamento do eixo com vários tipos de acoplamentos. Dessa forma, é de extrema importância ter as linhas de eixo alinhadas o mais próximo possível.

Alinhamento de eixos e sua importância

Segundo pesquisa realizada com os participantes (em sua maioria profissionais de manutenção e confiabilidade) da International Maintenance Conference IMC-2012 sobre falhas mais recorrentes em máquinas, o problema de eixos desalinhados se destaca em primeiro lugar ou, dentro da margem de incerteza da pesquisa, está no top 3.

Falhas em Máquinas

Esse resultado acompanha a experiência de campo: o desalinhamento aparece com frequência entre as causas de paradas não programadas, e muitas máquinas operam fora das tolerâncias de alinhamento sem que a equipe perceba.

Essa situação pode levar a problemas de performance da máquina, aumento de custo e degradação de outros componentes.

Problemas ocasionados pelos eixos desalinhados

• Com relação à performance:

Na condição de desalinhamento, o aumento de temperatura, ruído e vibração dissipam parte da energia que deveria ser convertida em trabalho. Assim, provoca uma redução direta da eficiência da máquina desalinhada.

• Com relação ao custo:

Existe um custo para produzir tal energia dissipada, o que pode impactar diretamente na energia consumida por um motor elétrico, por exemplo.

Durante a partida, o motor elétrico consome mais energia (devido seu estado de inércia) e o desalinhamento dificulta a entrada em regime de operação. Dessa forma, aumenta-se o consumo de corrente, o que gera problemas no dimensionamento dos dispositivos de proteção.

Além disso, o motor passa a consumir mais energia para realizar seu trabalho, gerando um gasto maior na conta de energia elétrica.

Correção dos eixos desalinhados: o correto alinhamento pode reduzir o consumo de energia em até 15%, talvez até mais.

Considerando que consumo de potência de um motor elétrico AC trifásico é dado por:

E, agora, um motor de 25 HP nas seguintes condições: volts= 380 V, efi=90% e PF=0.9, com consumo de corrente antes do alinhamento de 36 A. E, após o alinhamento, de 32 A operando 350 dias/ano (o que representa 8400 h), logo, 2.13 kW são consumidos devido ao desalinhamento.

Essa diferença representa cerca de 17,9 mil kWh por ano (2,13 kW × 8.400 h). O valor economizado depende da tarifa paga pela planta:

E isso vale para um único motor. Em plantas com dezenas de conjuntos acionados, o impacto do alinhamento na conta de energia se multiplica.

Com relação à degradação de outros componentes:

Infelizmente, os custos não estão restritos somente ao consumo de energia, a degradação em outros componentes gerada pelo desalinhamento pode levar a uma troca prematura de componentes:

• Rolamentos: elemento da máquina que mais sofre com o desalinhamento de um eixo, uma vez que recebe um esforço muito acima daquele para o qual foi projetado. Além disso, há o surgimento de cargas axiais que danificam, por exemplo, rolamentos de esferas, que, normalmente, não são projetados para receber cargas axiais.

• Vedações: os elementos vedantes não conseguem o contato ideal com o eixo, levando a vazamentos e contaminações. Assim, isso causa um desgaste excessivo a uma determinada parte do elemento vedante, o que faz com que ele deixe de exercer sua função. Com o desgaste irregular, retentores e selos precisam ser trocados bem antes do previsto.

• Acoplamentos: o desalinhamento pode causar superaquecimento nos acoplamentos. O que leva ao ressecamento das partes de borracha (comumente utilizadas nesses elementos).

Na figura abaixo, temos a representação dos componentes com falhas mais recorrentes em máquinas.

Sintomas típicos de eixos desalinhados

• Falha prematura de rolamento, vedação, eixo ou acoplamento;
• Vibração radial e axial excessiva;
• Alta temperatura da carcaça próxima aos rolamentos ou alta temperatura do óleo de descarga;
• Quantidade excessiva de vazamento de óleo nas vedações do mancal;
• Parafusos da fundação soltos (“falso apoio”).

Fontes de desalinhamento

A causa de uma condição de desalinhamento nem sempre é óbvia. A análise de vibração pode revelar um problema de desalinhamento, mas não identifica necessariamente o motivo.

Assim, capturar dados de alinhamento antes da remoção ou do desmonte pode, com o tempo, revelar causas ocultas de desalinhamento. Até mesmo quando a manutenção não teve como causa o alinhamento.

Verificar e registrar periodicamente as condições de alinhamento gera informações úteis sobre condições corrigíveis que, se abordadas, reduzirão falhas, aumentarão a produtividade e economizarão dinheiro.

Isto é, alguns especialistas também apontam para outros fatores (com relatos reais), como problemas de fundação (isto é, na interface entre os apoios da máquina e a base ou a fundação “flexível”) e problemas climáticos.

Vibração e temperatura a partir dos eixos desalinhados

O desalinhamento gera forças axiais e radiais e, por isso, aumenta a vibração nas duas direções. As medições costumam ser feitas nos mancais mais próximos do acoplamento.

A vibração axial costuma ser o melhor indicador: quando a amplitude axial passa da metade da maior vibração radial, o desalinhamento vira um suspeito forte. Na temperatura, o aquecimento se concentra perto do acoplamento.

Para ver como o desalinhamento aparece no espectro, na forma de onda e na fase, e como confirmar o diagnóstico, leia o guia como identificar desalinhamento por vibração.

Conheça a abordagem da Dynamox para os eixos desalinhados

Sensores de vibração e temperatura ajudam a identificar alterações no funcionamento da máquina e a acompanhar a evolução do desalinhamento.

Os sensores sem fio DynaLoggers monitoram vibração triaxial e temperatura de forma contínua. Na Dynamox Platform, os dados viram espectros, tendências e alertas, e o DynaDetect aponta automaticamente padrões de falhas como desalinhamento.

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Desenvolvido por:

Danilo Braga
Engenheiro de Vibração na Dynamox