Como diagnosticar ruído e vibração no redutor de guindaste

Os critérios de diagnóstico de falhas e de reparação aqui apresentados baseiam-se nos requisitos de capacidade de carga e classe de funcionamento do redutor definidos na norma ISO 4301 / FEM 1.001 — Regras para o projeto de guindastes, bem como nos critérios de aceitação para ensaios de vibração e ensaios de carga da norma ISO 4306 — Regras para ensaios de guindastes, servindo de referência normativa para a resolução de problemas em campo.

Como identificar os 5 tipos de ruído anormal num redutor de guindaste?

O ruído anormal num redutor de guindaste é o sinal de alerta mais facilmente detetado pelas equipas de manutenção. Em condições normais, o som do engrenamento deve ser um zumbido uniforme e suave, com nível de ruído geralmente não superior a 85 dB(A). Quando surge um dos 5 tipos de ruído abaixo, é possível identificar preliminarmente a localização e a gravidade da falha por auscultação:

1.º tipo — Assobio agudo: som estridente e penetrante, com frequência tipicamente entre 1 kHz e 4 kHz, que aumenta com a velocidade de rotação. Indica geralmente lubrificação insuficiente da superfície do dente ou rutura do filme de óleo, com contacto direto metal-metal. Os dados de manutenção da Kelude Indústrias Pesadas indicam que cerca de 35% dos ruídos anormais em redutores são causados por lubrificação deficiente.

2.º tipo — Batida periódica: som de impacto rítmico, cuja frequência é proporcional à velocidade de rotação do eixo. A causa mais comum é picagem, descamação ou fratura de dentes de engrenagem, com um impacto por rotação. Picagem ou descamação nas pistas ou nos elementos rolantes dos rolamentos pode produzir um som semelhante, distinguível por cálculo de frequência (frequência de engrenamento vs. frequência de rolamento).

3.º tipo — Ruído surdo e contínuo: zumbido grave e contínuo, acompanhado de vibração visível da carcaça. Resulta geralmente de folga excessiva no engrenamento ou desgaste severo dos dentes, sendo particularmente notório quando a folga lateral ultrapassa 0,5 mm acima do valor padrão. Redutores de guindastes que operam nas classes de funcionamento A6 a A8 por longos períodos são mais propensos a este problema.

4.º tipo — Rangido intermitente: som de fricção agudo e irregular, semelhante a raspagem de metal. As causas mais comuns são danos na gaiola do rolamento, rolos emperrados ou presença de corpos estranhos no interior da carcaça. Em casos graves, fragmentos do elemento elástico do acoplamento podem ser arrastados para a zona de engrenamento.

5.º tipo — Sussurro contínuo: som de areia fino e persistente, de baixa intensidade mas contínuo. Resulta geralmente de contaminação do óleo lubrificante (teor de água acima do limite ou excesso de partículas metálicas), que acelera o desgaste por micromovimento das superfícies dos dentes. Este som é normalmente audível quando a concentração de partículas na análise ferrospectrométrica excede 500 ppm.

Para a auscultação em campo, podem ser utilizados estetoscópios industriais ou medidores de nível sonoro, complementados por aplicações de análise espetral, comparando a forma de onda captada com as frequências características de falha. A equipa de assistência técnica da Kelude Indústrias Pesadas recomenda: para os três primeiros tipos de ruído, parar imediatamente o equipamento para inspeção; para os dois últimos, pode ser planeada uma intervenção programada, mas nunca superior a 48 horas.

3 padrões de espetro de vibração e critérios de reparação para ruído de engrenamento

O ruído de engrenamento num redutor industrial pode ser localizado com precisão através da análise do espetro de vibração. A frequência de engrenamento (GMF) é calculada pela fórmula: GMF = número de dentes × frequência de rotação (Hz). Tomando como exemplo o redutor de talha elétrica CD1-10t da Kelude Indústrias Pesadas, com motor a 1400 rpm (23,3 Hz) e pinhão de 1.º estágio com 18 dentes, GMF = 18 × 23,3 = 420 Hz. As 3 anomalias espetrais seguintes, quando detetadas nas proximidades desta frequência, indicam falha:

1.º padrão — Amplitude GMF acima do limite. Quando a velocidade de vibração na GMF e nos seus 2.º e 3.º harmónicos excede 7,1 mm/s (limite Zona C/D da ISO 10816-3), tal indica desgaste ou picagem significativos da superfície do dente, exigindo abertura do redutor para inspeção visual.

2.º padrão — Bandas laterais densas em torno da GMF. Aparecimento de conjuntos de bandas laterais equidistantes (espaçamento igual à frequência de rotação da engrenagem defeituosa) em ambos os lados da GMF, com amplitude superior a 30% da amplitude da GMF, indica excentricidade, erro de passo ou eixo empenado. A medição da excentricidade radial da engrenagem com relógio comparador não deve exceder 0,05 mm.

3.º padrão — Impactos em frequências não múltiplas inteiras. Presença de sinais de impacto aleatórios no espetro, não relacionados por múltiplos inteiros com a GMF, com forma de onda temporal claramente impulsiva, indica geralmente fratura de dente ou rutura da gaiola do rolamento. Trata-se de uma falha que exige desligamento de emergência e reparação imediata.

De acordo com a norma ISO 4301 / FEM 1.001, o método de verificação com pasta vermelha (tinta de minio) das engrenagens do redutor sob carga nominal deve ser de pelo menos 45% na direção da altura do dente e 60% na direção do comprimento do dente; a folga lateral padrão é de 0,10–0,20 mm para módulo 3–6 mm e de 0,15–0,30 mm para módulo 6–10 mm. O não cumprimento de qualquer um destes critérios exige ajuste ou substituição imediata do par de engrenagens.

Como diagnosticar batidas e elevação anormal de temperatura causadas por falha de rolamentos?

A falha de rolamentos no redutor é a segunda causa mais comum de ruído anormal, representando 28% das reparações registadas pela Kelude Indústrias Pesadas. O diagnóstico pode ser feito com base em três dimensões: características acústicas, monitoramento de temperatura e parâmetros de vibração.

Características acústicas: quando surgem picagens ou descamação nas pistas do anel interno ou externo de um rolamento, é produzido um som de impacto periódico, cuja frequência característica de falha pode ser calculada. Frequência de falha do anel interno (BPFI) = 0,5 × n × (1 + d/D × cos α) × fr; frequência de falha do anel externo (BPFO) = 0,5 × n × (1 − d/D × cos α) × fr, onde n é o número de elementos rolantes, d o diâmetro dos elementos rolantes, D o diâmetro primitivo e fr a frequência de rotação do eixo. Se o período do som de batida ouvido em campo coincidir com o valor calculado, a localização do rolamento defeituoso fica confirmada.

Monitoramento de temperatura: a elevação de temperatura de um rolamento em funcionamento normal não deve exceder a temperatura ambiente +40 °C, com temperatura máxima de 80 °C (requisito da ISO 4301 / FEM 1.001). Utilizando termómetro de infravermelhos ou câmara termográfica na posição do mancal, se a temperatura exceder o limite acima ou se a diferença de temperatura entre os mancais do mesmo redutor for superior a 15 °C, tal indica lubrificação deficiente ou desgaste acelerado do rolamento em questão.

Parâmetros de vibração: instalar sensores de aceleração nas direções radial e axial do mancal para medir a aceleração vibratória. Para um rolamento novo, o valor normal deve ser inferior a 10 m/s² (RMS); com desgaste ligeiro, entre 10 e 20 m/s²; com desgaste severo ou danos na gaiola, superior a 30 m/s². Deve também ser monitorizado o espetro de envelope de aceleração para verificar o aparecimento das frequências características de falha do rolamento e dos seus harmónicos.

A Kelude Indústrias Pesadas recomenda o registo sistemático das tendências de temperatura e vibração para cada rolamento durante as inspeções de rotina. Quando o valor de vibração apresentar tendência crescente em 3 medições consecutivas ou a taxa de elevação de temperatura exceder 5 °C/semana, deve ser programada a substituição imediata.

Como medir e corrigir a vibração periódica causada por desalinhamento do acoplamento?

O desalinhamento do acoplamento é a terceira causa mais comum de vibração periódica num redutor, especialmente em configurações com acoplamento flexível com pinos ou acoplamento de diafragma entre o motor e o eixo de alta velocidade do redutor. O desalinhamento pode ser paralelo (desvio radial) ou angular (desvio axial), distinguíveis pelas características do espetro de vibração:

Desalinhamento paralelo: o espetro é dominado pela 2.ª harmónica da frequência de rotação (2X), com vibração axial reduzida e vibração radial elevada. A amplitude aumenta significativamente com a carga, podendo ser pouco evidente em vazio. A experiência de campo da Kelude Indústrias Pesadas indica que, quando a amplitude de 2X excede 50% da amplitude de 1X, o alinhamento radial deve ser verificado prioritariamente.

Desalinhamento angular: o espetro é dominado pela 1.ª harmónica (1X), com vibração axial claramente superior à radial. A diferença de fase da vibração axial entre as duas extremidades do acoplamento é de aproximadamente 180°, confirmável por análise de fase em canal duplo. O desalinhamento angular é frequentemente acompanhado por desgaste anormal do elemento elástico do acoplamento e elevação de temperatura.

Critérios de correção: utilizar alinhamento a laser ou relógio comparador. O desvio radial entre os dois eixos não deve exceder 0,05 mm e o desvio angular não deve exceder 0,05 mm/100 mm (equivalente a 0,03°). O procedimento de correção inclui: afrouxar os chumbadores do motor, ajustar a altura com calços sob a base do motor, corrigir o desvio horizontal com parafusos de ajuste, apertar os chumbadores em dois passes em cruz até ao torque especificado e, por fim, verificar novamente para confirmar que os desvios estão dentro dos limites admissíveis.

Os redutores das talhas elétricas das séries CD/MD da Kelude Indústrias Pesadas são fornecidos com precisão de alinhamento do acoplamento inferior a 0,03 mm. Recomenda-se recalibrar e registar os dados de alinhamento após cada revisão geral.

Como detetar assobios por lubrificação deficiente e avaliar a degradação do óleo?

A lubrificação deficiente é a principal causa de assobios agudos num redutor e a origem mais frequente entre os cinco tipos de ruído anormal. A falha de lubrificação pode assumir três formas: nível de óleo insuficiente (abaixo da linha média do visor), degradação do óleo (queda de viscosidade ou contaminação acima dos limites) e tipo de óleo incorreto (grau de viscosidade inadequado).

Verificação do nível de óleo: após 15 minutos de paragem, verificar o visor ou a vareta de óleo; o nível deve situar-se entre 1/2 e 2/3 da altura do visor. Com nível insuficiente, não se forma um filme de óleo completo entre os dentes; a espessura do filme deve ser de pelo menos 1 µm para garantir lubrificação hidrodinâmica. A Kelude Indústrias Pesadas recomenda verificar o nível a cada 500 horas e substituir o óleo lubrificante a cada 2000 horas ou 6 meses, consoante o que ocorrer primeiro.

Avaliação do estado do óleo: colher uma amostra e realizar três testes rápidos. A viscosidade é medida com viscosímetro portátil; a viscosidade cinemática a 40 °C deve estar dentro da gama ISO VG220–VG460 (consoante o modelo do redutor); uma queda de viscosidade superior a 15% exige substituição. O teor de água é determinado pelo método de Karl Fischer ou por teste de crepitação; deve ser inferior a 500 ppm — valores superiores reduzem a resistência do filme de óleo e provocam micropicagem nos dentes. Na análise ferrospectrométrica/espetrométrica, um teor de ferro superior a 200 ppm ou um teor de silício (contaminação por poeiras) superior a 50 ppm exige substituição do óleo e verificação das vedações.

Seleção do tipo de óleo: de acordo com os requisitos de temperatura ambiente da norma ISO 4306, para temperaturas entre −10 °C e 35 °C, utilizar óleo para engrenagens industriais de média carga N320 (L-CKC320); para temperaturas abaixo de −10 °C, utilizar óleo de baixa viscosidade N220; para temperaturas acima de 35 °C ou condições de carga pesada (classes de funcionamento A6 a A8), utilizar óleo de alta viscosidade N460. Os redutores da Kelude Indústrias Pesadas são fornecidos de série com óleo N320; soluções de lubrificação personalizadas estão disponíveis para condições especiais de operação.

Como eliminar a vibração de baixa frequência causada por ressonância da carcaça e folga nos chumbadores?

As vibrações estruturais de baixa frequência, causadas pela ressonância da caixa do redutor e pelo afrouxamento dos chumbadores, situam-se tipicamente na gama de 10 a 50 Hz, distinguindo-se claramente das frequências de engrenamento e das frequências características dos rolamentos. Embora este tipo de vibração não seja tão destrutivo como as falhas de engrenagens ou rolamentos, a sua persistência ao longo do tempo acelera a fadiga e a fratura dos chumbadores, bem como o desgaste da superfície de montagem da caixa.

Diagnóstico de ressonância da caixa: O teste de impacto (método do martelo) é utilizado para determinar as frequências naturais da caixa do redutor. Com o motor desenergizado, percute-se a caixa com um martelo de borracha e recolhe-se o espetro de resposta com um sensor de aceleração, obtendo-se as três primeiras frequências naturais da caixa. Se a diferença entre qualquer uma destas frequências naturais e a frequência de engrenamento (ou o seu segundo harmónico) for inferior a ±10%, existe risco de ressonância. As soluções incluem: adicionar nervuras de reforço à superfície da caixa para alterar a rigidez local, ajustar a rigidez de apoio dos chumbadores para deslocar as frequências naturais para fora da zona de excitação, ou utilizar o inversor de frequência para modificar a velocidade de rotação do motor e, assim, alterar a frequência de excitação.

Deteção de afrouxamento dos chumbadores: Verificar individualmente cada chumbador com uma chave dinamométrica. O binário de aperto padrão para parafusos M16 é de 210 a 250 Nm; para M20, de 410 a 490 Nm; e para M24, de 710 a 860 Nm (classe de resistência 8.8). Se o binário de qualquer parafuso for inferior a 70% do valor padrão, todos os parafusos devem ser totalmente afrouxados e reapertados novamente, em duas passagens, seguindo um padrão cruzado. No espetro de vibração, o afrouxamento dos chumbadores manifesta-se por um aumento súbito e instável da amplitude da componente à frequência de rotação (1X). Após uma paragem e novo arranque, a amplitude da vibração pode regressar temporariamente a valores normais.

Recomendação da Kelude: Durante a instalação do redutor, utilizar calços de ajuste em aço inoxidável com espessura de 0,5 a 2 mm entre o chumbador e a base, garantindo que a área de contacto entre a superfície inferior da caixa e a base não seja inferior a 80%. Após a conclusão da montagem, marcar uma linha de referência entre a cabeça do parafuso, a porca e a superfície do flange. Durante as inspeções de rotina, a verificação visual do desalinhamento desta linha permite detetar rapidamente qualquer afrouxamento dos parafusos.

Tabela comparativa: 5 tipos de ruído anormal em redutores de guindaste e parâmetros de falha

Norma ISO 4301 / FEM 1.001: 7 Indicadores de Vibração para Manutenção de Redutores em Guindastes

Indicadores-chave de manutenção para ruído anormal no redutor de guindaste

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Ruído anormal no redutor de guindaste: 7 problemas frequentes e soluções