Frequência de passagem de pás

Frequência de passagem de pás – Introdução

A frequência de passagem de pás é um dos componentes de frequência de vibração mais comuns e facilmente identificados, presentes principalmente em ventiladores e bombas, mas também identificáveis em compressores, turbinas e outros equipamentos rotativos semelhantes.

A frequência de passagem de pás e suas harmónicas estão sempre presentes nos tipos de máquinas acima mencionadas, e geralmente têm sinais de vibração proeminentes no espectro de frequência.

Quando se efetua analise de vibrações em bombas, no âmbito de um programa de manutenção preditiva, com um analisador de vibrações é muito importante avaliar corretamente o seu estado.

O princípio de funcionamento das bombas centrifugas

O líquido é direcionado para a parte central do rotor, entra em movimento de rotação e é impelido para a periferia do rotor pela ação da força centrífuga, adquirindo grande velocidade. A seguir, percorre o contorno da carcaça onde parte dessa energia de velocidade é transformada em energia de pressão e é lançado para fora da bomba pelo bocal de descarga.

A energia transferida pela bomba centrífuga ao fluido é função do diâmetro do rotor, da rotação de acionamento e do projeto do rotor.

Do que foi referido surge que associada a cada pá do rotor existe uma onda de pressão que roda com ela.

Como surge a frequência de passagem de pás

As forças que originam as vibrações, são geradas dentro da máquina por variações de pressão à medida que o topo de cada pá passa por cada uma das volutas do estator, causando turbulência. Isto é inerente ao projeto da máquina e gera vibrações.

A frequência de passagem de pás depende assim da velocidade de rotação da máquina e do número de pás, (palhetas, volutas, pistões ou lóbulos conforme a máquina) presentes na máquina (daqui para a frente referidos como pás). Para a calcular, basta multiplicar a velocidade de rotação pelo número de pás.

A seguir pode-se ver o espetro de frequência numa bomba com dois impulsores. Um com seis pás e outro com sete.

Fatores que influenciam a amplitude da frequência de passagem de pás numa bomba

Existem diferentes fatores a influenciar a amplitude da frequência de passagem de pás:

• A relação entre o número de pás do rotor e das volutas do estator;

Estes dois números devem ser primos. Em caso contrário, em cada instante, existira mais de uma onda de pressão a atingir as volutas do estator e o nível de vibração gerado no funcionamento da máquina, subirá.

• A folga diametral entre o impulsor da bomba e o estator

Quanto menor for esta folga maiores serão as forças geradas pelas ondas de pressão geradas nas pás do rotor, no estator. Por exemplo, para bombas com altura manométrica maior que 500 metros, a folga diametral mínima recomendada é de 4%.

• Características geométricas do rotor/impulsor

Existem múltiplas características geométricas muito importantes para reduzir a amplitude das vibrações da frequência de passagem de pás.

Outras causas menos comuns para amplitudes de frequência de passagem de pás elevadas são a excentricidade do rotor ou a excentricidade da carcaça, pás de altura variáveis não uniformes, parâmetros de desempenho inadequados que podem causar cavitação, falta de rigidez do impulsor no veio. A falta de rigidez do impulsor, especificamente, causará bandas laterais a uma distância de 1X, ou a velocidade de funcionamento de rotação da máquina, que pode ajudar na identificação.

Limites de vibrações

A norma ISO 10816-7 apresenta os limites de vibrações em bombas roto-dinâmicas

Nesta norma pode-se ver a seguinte tabela para limites de vibrações absolutas.

Limite de vibração à velocidade de rotação e à frequência de passagem de pás

A variação na amplitude

Se a amplitude a frequência de passagem de pás aumentar, é um sinal de desgaste da máquina e está mais frequentemente associada a problemas internos como a erosão do impulsor, no caso de bombas centrífugas, problemas relacionados com o fluxo ou potencial desalinhamento. Ou seja, variações de geometria.

Diagnosticar corretamente frequência de passagem de pás e monitorizar regularmente as suas amplitudes de vibração é crucial para manter a qualidade numa aplicação de bomba, ventilador ou compressor. A condição da pá e os parâmetros de desempenho adequados desempenham um papel fundamental na garantia de que o processo funciona sem problemas e é eficiente.