Desalinhamento de eixos e sua contribuição nas falhas mecânicas

Desalinhamento de eixos e sua contribuição nas falhas mecânicas

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, embreagens, eixos, polias e etc. De maneira mais técnica o desalinhamento de eixos e acoplamentos podem ser definidos como a condição na qual 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;
Ilustração dos três tipos mais comuns de desvios de alinhamento de eixos

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, é 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 os acoplamentos flexíveis sejam preferíveis por compensarem parte do desalinhamento, existem padrões geralmente aceitos para o desalinhamento do eixo com vários tipos de acoplamentos.

Sintomas Típicos do desalinhamento:

  • 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”);

Alinhamento de eixos e sua importância

Segundo pesquisa realizada com participantes (em sua maioria profissionais de manutenção e confiabilidade) da International Maintenance Conference IMC-2012 sobre falhas mais recorrentes em máquinas, o desalinhamento se destaca em primeiro lugar.

Falhas em Máquinas

Gráfico sobre as falhas mais recorrentes em máquinas industriais

Enquanto isso, alguns estudos apontam que as paradas de máquinas nas indústrias brasileiras causadas por problemas relacionados ao alinhamento inadequado dos eixos chegam a mais de 50%. Além disso, acredita-se que 90% das máquinas funcionam fora das tolerâncias recomendadas de alinhamento, o que pode levar a uma série de problemas de performance da máquina, custo e degradação de outros componentes.

Problemas ocasionados pelo desalinhamento

  • Com relação a performance:

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

  • Com relação ao custo:

Existe um custo para produzir tal energia dissipada, que impacta diretamente na energia consumida por um motor elétrico, por exemplo. Durante a sua partida, o motor elétrico consome mais energia (devido seu estado de inércia) e o desalinhamento dificulta a entrada em regime de operação, aumentando o consumo de corrente e gerando 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. O correto alinhamento pode reduzir o consumo de energia em até 15% (talvez até mais). Numa estimativa rápida, considerando que consumo de potência de um motor elétrico AC trifásico é dado por:

equação de potência
Representação da equação

Considerando agora um motor de 25 HP nas 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.

equação do consumo de energia no alinhamento
Representação da equação

Assumindo o preço do kWh igual a R$ 0,10, a economia anual gerada pela correção deste desalinhamento é de R$ 1.790,00.

equação da economia gerada com o alinhamento dos eixos
Representação da equação
  • Com relação a degradação de outros componentes:

Infelizmente, os custos não são restritivo 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, qual recebe um esforço muito acima para o qual foi projetado. Além do surgimento de cargas axiais que danificam, por exemplo, rolamentos de esferas, os quais normalmente não são projetado para receber cargas axiais.

– Vedações: os elementos vedantes não conseguem o contato ideal com o eixo levando a vazamentos e contaminações. Isto é causado por um desgaste excessivo à uma determinada parte do elemento vedante o que faz com que ele deixe de exercer sua função. É observado que um eixo desalinhado pode causar uma redução de até 70% da vida útil de um retentor, por exemplo.

– Acoplamentos: o desalinhamento pode causar superaquecimento nos acoplamentos, levando ao ressecamento das partes de borracha (comumente utilizadas nestes elementos).

A  figura abaixo representa uma distribuição qualitativa das consequências mais recorrentes em componentes mecânicos devido a condição de desalinhamento de máquinas.

Gráfico da distribuição quantitativa das consequências mais recorrentes em componentes mecânicos

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