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;
![Desalinhamento de eixos](https://i0.wp.com/content.dynamox.net/wp-content/uploads/2023/09/image-38.png?resize=750%2C272&ssl=1)
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
![Gráfico de falhas recorrentes em máquinas](https://i0.wp.com/content.dynamox.net/wp-content/uploads/2023/09/image-39.png?resize=640%2C434&ssl=1)
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. Situação que pode levar a uma série de problemas de performance da máquina, 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:
![](https://i0.wp.com/content.dynamox.net/wp-content/uploads/2023/09/image-40.png?resize=560%2C90&ssl=1)
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.
![](https://i0.wp.com/content.dynamox.net/wp-content/uploads/2023/09/image-41.png?resize=560%2C90&ssl=1)
Assumindo que o preço do kWh é igual a R$ 0,10, a economia anual gerada pela correção desse desalinhamento é de R$ 1.790,00.
![](https://i0.wp.com/content.dynamox.net/wp-content/uploads/2023/09/image-42.png?resize=560%2C70&ssl=1)
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. Sabe-se 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. 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.
![Representação dos componentes com falhas mais recorrentes em máquinas](https://i0.wp.com/content.dynamox.net/wp-content/uploads/2023/09/image-43.png?resize=750%2C578&ssl=1)
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”).
FONTE 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
Geralmente, opta-se por medir nos mancais próximos ao acoplamento e nas direções radial e axial. A vibração causada pelo desalinhamento apresenta os seguintes sintomas:
- Análise contínua: a velocidade RMS (0-1kHz) tende a subir bastante, sendo um primeiro indício deste tipo de falha.
- Espectro: espera-se ver um pico 1X alto na direção axial devido ao desalinhamento angular (gap) e picos altos em 1X, 2X, 3X e até 4X ou 5X na direção radial devido ao desalinhamento paralelo (offset). Em geral, a velocidade é a melhor grandeza para analisar o desalinhamento.
Assim, os picos podem ser mais altos na vertical em uma extremidade do componente (por exemplo, motor), mas mais altos na horizontal em outra extremidade do mesmo componente.
- Forma de onda: a forma de onda será uma combinação de 1X, 2X e, possivelmente, outras fontes e pode, portanto, incluir uma “oscilação” ou assumir o formato de “M” ou “W”.
- Fase: os componentes (por exemplo, motor e bomba) estarão fora de fase axialmente, devido ao desalinhamento angular. Ao comparar as leituras de fase vertical e horizontal, elas podem estar em fase ou 180° fora de fase. Leituras de fase verticais tomadas nos lados opostos do acoplamento (por exemplo, extremidade motora do motor e extremidade motora da bomba) estarão fora de fase.
O desalinhamento, mesmo com acoplamentos flexíveis, resulta em duas forças, axial e radial e, por consequência, em aumento de vibração nas direções axial e radial.
A vibração axial é geralmente o melhor indicador de eixos desalinhados.
Em geral, sempre que a amplitude axial da vibração for maior que uma metade da vibração radial mais alta (horizontal ou vertical), o desalinhamento deve ser suspeito como sendo a causa da vibração.
No entanto, o efeito do desalinhamento na assinatura de vibração é complexo. Mas, estas quatro regras gerais podem resumir a cumplicidade:
- É impossível concluir que a causa do mau funcionamento do maquinário no mundo real seja o desalinhamento do eixo ao observar apenas um único espectro de vibração em uma condição de operação.
- A análise de vibração não detecta a gravidade do desalinhamento. Em outras palavras, não há relação entre a quantidade de desalinhamento e o nível/amplitude de vibração.
- A assinatura de vibração de máquinas rotativas desalinhadas será diferente com diferentes designs de acoplamento flexível ou rígido.
- As características de vibração desalinhadas dos rotores das máquinas suportadas nos mancais deslizantes são tipicamente diferentes das características de vibração dos rotores das máquinas suportadas nos mancais do tipo anti-fricção.
- Temperatura: o aumento na temperatura próxima ao acoplamento é notória, o qual depende do nível de desalinhamento e o tipo de acoplamento utilizado. Em geral, o perfil temperatura ao longo do eixo acoplado assume um formato de “W”, onde os picos de temperatura ocorrem no acoplamento e nos mancais.
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Desenvolvido por:
Danilo Braga
Engenheiro de Vibração na Dynamox