Shaft Alignment Tolerances: What They Are, Why They Matter, and How To Achieve Alignment Within Tolerance

O correto alinhamento da máquina é essencial para prolongar a longevidade da mesma, melhorar a fiabilidade e reduzir os custos de manutenção. No entanto, conseguir um alinhamento 100% perfeito é praticamente impossível em algumas configurações, pelo que a maioria das máquinas e dos acoplamentos tem tolerâncias de alinhamento que admitem um pequeno intervalo de alinhamentos permitidos.

Este guia explica exatamente o que são as tolerâncias de alinhamento e porque é que são tão importantes ao realizar alinhamentos. Irá também fornecer orientações práticas sobre como conseguir o alinhamento dentro das tolerâncias e porque é que pode ser importante reduzir as tolerâncias para determinados equipamentos.

O que são tolerâncias de alinhamento dos eixos?

As tolerâncias de alinhamento são a quantidade de desalinhamento permitido, angular ou de desvio, entre os eixos acoplados, que não comprometem a fiabilidade. As tolerâncias admitem um intervalo dentro do qual a máquina pode continuar a funcionar com a máxima eficiência e com o mínimo de danos nos componentes.

As tolerâncias de alinhamento dos eixos são muitas vezes determinadas pela taxa a que a máquina roda. RPM mais elevadas requerem tolerâncias mais apertadas, enquanto as máquinas de movimento mais lento podem ter tolerâncias superiores.

Os padrões de alinhamento do eixo são definidos por organismos como o American National Standards Institute (ANSI) e o American Petroleum Institute (API). Também são especificados pela Organização Internacional de Normalização (International Organization for Standardization, ISO). No entanto, as máquinas individuais podem ter as suas próprias tolerâncias de alinhamento especificadas pelo fabricante de equipamento original (OEM).

Porque é que as tolerâncias de alinhamento dos eixos são importantes

O correto alinhamento dos eixos dentro das tolerâncias é essencial para garantir a longevidade e eficiência das máquinas rotativas. Quando os eixos estão desalinhados para além dos limites aceitáveis, são transmitidas forças excessivas aos rolamentos, vedantes e outros componentes, o que resulta num aumento da vibração, do calor e do desgaste. Isto pode resultar em falhas prematuras do equipamento, tempo de inatividade dispendioso e maiores despesas de manutenção. A aderência a tolerâncias de alinhamento dos eixos rigorosas minimiza estas tensões, prolongando a vida útil da máquina e dos seus componentes.

Além disso, o alinhamento preciso melhora a eficiência operacional. Os eixos desalinhados podem causar perda de energia devido ao aumento da fricção e da vibração, reduzindo o desempenho geral do sistema e aumentando os custos com serviços públicos. Para acoplamentos, o alinhamento adequado dos eixos assegura que os mesmos funcionam dentro dos respetivos limites de conceção, evitando o desgaste excessivo ou falhas.

Além dos danos no equipamento, o desalinhamento em ativos críticos pode representar riscos de segurança, tais como falhas inesperadas em turbinas ou compressores de alta velocidade, o que faz com que o alinhamento preciso seja essencial para a segurança dos trabalhadores.

Finalmente, conseguir um alinhamento dentro da tolerância também melhora os principais indicadores de desempenho, como o tempo médio entre falhas (MTBF) e o tempo médio até à reparação (MTTR), otimizando o desempenho e minimizando os custos operacionais.

Tipos de desalinhamento dos eixos

O desalinhamento ocorre de duas formas: desvio (também conhecido como paralelo, quando os eixos estão afastados) e angular (quando os eixos estão inclinados um em relação ao outro). As tolerâncias de alinhamento permitem o limite máximo para ambos os tipos de desalinhamento.

A tolerância de desalinhamento paralelo ou de desvio é medida em unidades minúsculas, denominadas mils. Um mil é um milésimo (ou 0,001) de uma polegada; aproximadamente a espessura de um cabelo humano. Esta pequena quantidade pode ser impercetível a olho nu, mas apenas alguns mils podem significar a diferença entre uma máquina alinhada dentro da tolerância ou uma máquina desalinhada.

O desalinhamento angular é medido em mils por polegada, o que descreve em que medida os eixos se inclinam um em relação ao outro ao longo de uma determinada distância. Por exemplo, um desalinhamento angular de 1 mil/polegada significa que a folga entre as linhas centrais do eixo aumenta 1 mil por cada polegada de comprimento.

Outros fatores que afetam as tolerâncias

Como mencionámos anteriormente, as tolerâncias de alinhamento dos eixos dependem da rapidez com que a máquina roda e do respetivo comportamento durante o funcionamento. As tabelas de tolerância de alinhamento do eixo com base na velocidade fornecem diretrizes para o desalinhamento aceitável com base na velocidade de rotação da máquina. Estas tabelas, muitas vezes disponibilizadas pelos fabricantes ou pelas normas da indústria, garantem que o alinhamento corresponde às exigências da máquina, reduzindo o desgaste nos rolamentos, vedantes e acoplamentos.

As máquinas também mudam durante o funcionamento devido á expansão térmica e às cargas operacionais. O calor faz com que os componentes metálicos se expandam, mudando o alinhamento do eixo, enquanto forças como o binário ou a tensão das tubagens podem causar movimentos adicionais. Para contrariar isto, os técnicos realizam o alinhamento a frio, ajustando intencionalmente os eixos ligeiramente desalinhados para ter em conta as alterações esperadas, de modo a que fiquem perfeitamente alinhados quando a máquina está em funcionamento. Por exemplo, se um motor subir 4 mils quando está quente, é alinhado 4 mils abaixo quando está frio. As ferramentas de alinhamento a laser modernas simplificam estes ajustes ao considerar os dados da expansão térmica.

Tolerâncias de alinhamento dos eixos vs. tolerâncias de alinhamento dos acoplamentos

É também importante ter em conta que há uma distinção entre tolerâncias de alinhamento dos eixos e tolerâncias de alinhamento dos acoplamentos. As tolerâncias de alinhamento dos eixos protegem a própria máquina, juntamente com componentes como rolamentos e vedantes. As tolerâncias de alinhamento dos acoplamentos protegem o acoplamento, pelo que as tolerâncias de alinhamento dos acoplamentos podem diferir das tolerâncias de alinhamento dos eixos.

Geralmente, as tolerâncias de alinhamento dos acoplamentos são superiores às tolerâncias de alinhamento da máquina, principalmente para acoplamentos flexíveis. No entanto, no caso de determinados tipos de acoplamentos rígidos, o acoplamento pode ter tolerâncias mais apertadas do que o eixo. Geralmente, o alinhamento dos próprios eixos colocará o alinhamento do acoplamento bem dentro das tolerâncias de alinhamento do acoplamento.

O que fazer quando "dentro da tolerância" não é suficiente

Geralmente, as tolerâncias de alinhamento são expressas como um número que representa o desvio máximo que ainda pode ser considerado dentro da tolerância. Por exemplo, a tolerância para uma máquina pode ser de 8 mils de desvio e de 0.5 mils/polegada de tolerância de desalinhamento angular. Isto significa que embora 8 mils e 0,5 mils/pol. estejam dentro da tolerância, qualquer valor inferior também está dentro da tolerância.

Na maioria dos casos, quanto mais reduzido for o desalinhamento, melhor será o funcionamento da máquina. Assim, embora um alinhamento com um desvio de apenas 8 mils possa estar dentro da tolerância, um alinhamento de 6 mils, menos 2 mils do que a tolerância declarada, estaria ainda mais próximo do ideal.

Para muitas máquinas, seguir as tolerâncias publicadas dos fabricantes ou das normas da indústria garante um funcionamento fiável. Estas tolerâncias foram concebidas para aplicações gerais nas quais pequenos desalinhamentos não têm um impacto significativo no desempenho. Equilibram a precisão com considerações práticas, como o tempo e o custo de alinhamento, tornando-os adequados para ativos não críticos ou condições de funcionamento padrão.

No entanto, para ativos críticos, como compressores centrífugos em refinarias, geradores em centrais elétricas ou fusos de alta velocidade na indústria transformadora, as especificações de alinhamento mais apertadas podem melhorar significativamente a longevidade e minimizar o tempo de inatividade. Geralmente, o equipamento crítico funciona com RPM elevadas ou em condições exigentes (tais como funcionamento contínuo, binário elevado ou em ambientes exigentes), onde até os mais pequenos desalinhamentos podem amplificar as vibrações, forçar os rolamentos e os vedantes, ou provocar falhas catastróficas. As tolerâncias de aperto para além dos padrões publicados reduzem estes riscos, melhorando a fiabilidade e a segurança.

Decidir quando reduzir as tolerâncias envolve comparar os benefícios de um alinhamento mais preciso com o esforço de alcançar e manter o alinhamento.

Alinhamento dentro das tolerâncias, da forma fácil

Os técnicos conseguem o alinhamento utilizando ferramentas como comparadores, que medem o desalinhamento à medida que os eixos rodam, ou sistemas avançados de alinhamento a laser, que fornecem dados em tempo real e orientação automática para ajustes precisos.

As ferramentas de alinhamento laser simples Pruftechnik são fornecidas com tabelas de tolerância de alinhamento integradas para o ajudar a cumprir facilmente as tolerâncias de especificação da norma ANSI. Basta selecionar o tipo de acoplamento, o formato do acoplamento, o diâmetro e as RPM da máquina, e o sistema de alinhamento irá apresentar uma tabela com três níveis de alinhamento: mínimo, padrão e precisão. O alinhamento mínimo está simplesmente dentro da tolerância, enquanto o alinhamento de precisão excede os padrões de tolerância e é o alinhamento mais preciso possível.

Em seguida, basta efetuar medições rodando o eixo, obter resultados em tempo real e seguir o fluxo de trabalho automatizado e orientado até alcançar o alinhamento dentro da tolerância.

Para máquinas que requerem tolerâncias mais apertadas do que o padrão, as ferramentas Pruftechnik também permitem que os utilizadores definam as suas próprias tolerâncias, incluindo tolerâncias assimétricas, para obter o alinhamento necessário para a sua aplicação específica. Os técnicos podem utilizar uma etiqueta RFID para etiquetar a máquina e as ferramentas Pruftechnik podem ler a RFID, efetuar ligação à nuvem e recolher dados de alinhamento históricos, incluindo tolerâncias especificadas pelo utilizador, para alinhamentos de precisão mais rápidos.

As tolerâncias de alinhamento indicam aos técnicos o nível de proximidade dos alinhamentos devem ser, mas as ferramentas da Pruftechnik facilitam a obtenção de um alinhamento dentro da tolerância, mesmo para técnicos sem experiência prévia. Saiba mais sobre as ferramentas de alinhamento de eixos a laser Pruftechnik aqui.