Máquinas de balanceamento: tipos, funções e como escolher a máquina certa
A máquina de balanceamento adequada reduz vibrações e desgaste, garante a qualidade do produto e pode ser adaptada ao rotor, ao volume de produção e ao processo de fabricação. Hoje existem soluções de balanceamento personalizadas para praticamente todos os setores, da produção de peças individuais à produção em grande volume totalmente automatizada.
A máquina de balanceamento ideal para você depende de três perguntas-chave: qual é o formato e o projeto do seu rotor? Qual qualidade de balanceamento é exigida? Qual é o seu volume de produção?
- Rotores cilíndricos com munhões de eixo próprios: máquinas de balanceamento horizontais
- Rotores em forma de disco sem eixo: máquinas de balanceamento verticais ou estáticas
- Peças individuais, protótipos e pequenas séries: máquinas de balanceamento universais de operação manual
- Produção em grande volume: sistemas de balanceamento semiautomáticos e totalmente automáticos
- Rotores instalados na máquina: equipamentos portáteis para balanceamento em campo
A seguir, explicamos passo a passo como funciona uma máquina de balanceamento, quais tipos de máquinas de balanceamento existem e como escolher a solução certa para a sua aplicação. Nossa experiência abrange desde rotores de apenas alguns gramas em aplicações de pequena escala até turbinas de várias toneladas, incluindo as usadas na geração de energia. Há mais de um século, ajudamos empresas do mundo inteiro a escolher a solução de balanceamento adequada aos seus requisitos específicos.
O que é uma máquina de balanceamento?
Uma máquina de balanceamento mede o desbalanceamento de um componente rotativo (rotor). O desbalanceamento gera forças centrífugas indesejadas que podem causar vibrações e maior desgaste dos mancais. Uma máquina de balanceamento detecta o desbalanceamento com precisão e permite uma correção direcionada, ajudando a garantir uma operação suave e eficiente e alta confiabilidade.
Como funciona uma máquina de balanceamento?
Uma máquina de balanceamento sustenta o rotor, mede o seu desbalanceamento e calcula a correção necessária para compensá-lo. Dependendo do tipo de máquina e da aplicação, a medição e a avaliação são realizadas de diferentes maneiras, por exemplo, conforme o princípio de medição, o número de planos de correção e o sistema de apoio do rotor. O objetivo é sempre o mesmo: corrigir o desbalanceamento com precisão.
Medição do desbalanceamento: Como uma máquina de balanceamento determina a posição e a magnitude do desbalanceamento?
O rotor é colocado em rotação. Sensores detectam as vibrações causadas pelo desbalanceamento, bem como as forças centrífugas ou o deslocamento vibratório resultantes. Com base nessas medições, o sistema de medição calcula quanta massa deve ser adicionada ou removida em uma posição angular específica de cada plano de correção.
Nas máquinas de balanceamento de operação manual, cada correção é seguida de uma corrida de verificação até que a qualidade de balanceamento exigida seja alcançada. O sistema de medição é o coração desse processo. Na Schenck, isso inclui os sistemas de medição da família CAB e a plataforma de software Schenck ONE. Eles processam digitalmente os valores medidos, exibem uma representação visual do desbalanceamento e orientam o operador pelas etapas do processo necessárias para corrigi-lo.
Balanceamento estático ou dinâmico: Balanceamento em um ou dois planos?
A necessidade de um ou dois planos de correção depende do tipo de desbalanceamento.
- Desbalanceamento estático: O desbalanceamento estático ocorre quando dois desbalanceamentos têm a mesma direção e posição angular. O eixo principal de inércia é paralelo ao eixo de rotação e está deslocado em relação a ele. Mesmo parado, o rotor tende a se acomodar com o seu ponto mais pesado para baixo. A correção é feita em um único plano. Na prática, esse costuma ser o caso de rotores planos ou em forma de disco.
- Desbalanceamento dinâmico: Esse tipo de desbalanceamento é particularmente comum em rotores cilíndricos mais longos. O eixo principal de inércia está inclinado e deslocado em relação ao eixo de rotação. Quando o rotor gira, isso resulta em um movimento oscilante. A correção é feita em pelo menos dois planos.
Medição de força ou de deslocamento: Qual é a diferença entre máquinas de balanceamento de suporte rígido e de suporte flexível?
As máquinas de balanceamento medem o desbalanceamento com base em dois princípios físicos que se diferenciam principalmente pela forma de apoio do rotor.
| Característica | Medição de força (suporte rígido) | Medição de deslocamento (suporte flexível) |
| Suportes | Muito rígidos | Flexíveis |
| Grandeza medida | Força centrífuga | Amplitude de vibração (deslocamento) |
| Velocidade de medição | Abaixo da frequência natural | Acima da frequência natural do sistema de suspensão |
| Calibração | Calibração permanente | Calibrada para o rotor específico |
Correção do desbalanceamento: Como o desbalanceamento é corrigido?
O desbalanceamento é corrigido adicionando ou removendo massa na posição calculada. Os métodos de correção possíveis incluem:
- Furação,
- Fresamento,
- Retificação,
- Soldagem,
- Adição de parafusos ou pesos roscados,
- Colagem.
O método de correção adequado depende do rotor. Acionamentos de eixo, por exemplo, podem ser corrigidos por furação e, opcionalmente, por soldagem nos flanges de acionamento. No caso de virabrequins, o sistema de medição calcula a correção de modo a minimizar o número de furos necessários. Em muitos casos, uma única etapa de correção é suficiente. Nas máquinas de balanceamento manuais, o operador realiza a correção, enquanto nos sistemas de balanceamento automáticos o processo de correção está integrado diretamente ao ciclo da máquina.
Qual qualidade de balanceamento o seu rotor exige?
A qualidade de balanceamento exigida depende do tipo de rotor, da massa do rotor e da velocidade máxima de operação.
Para rotores com comportamento rígido, a norma DIN ISO 21940-11 define os procedimentos e as tolerâncias de desbalanceamento admissíveis.
A norma utiliza graus de qualidade de balanceamento G, expressos em mm/s. Quanto menor o valor de G, menor o desbalanceamento residual admissível e mais estreita a tolerância. O desbalanceamento residual admissível para o seu rotor é determinado com base no grau de qualidade de balanceamento, na massa do rotor e na velocidade de rotação.
Como orientação, a norma fornece valores de referência:
- G 2,5: por exemplo, turbinas a gás e a vapor, acionamentos de máquinas-ferramenta e motores elétricos de médio e grande porte
- G 6,3: por exemplo, ventiladores, bombas, polias e volantes de inércia
Importante: na prática, não é possível atingir desbalanceamento residual zero. Por isso, a tolerância deve ser definida em um nível economicamente razoável, equilibrando os requisitos de qualidade e custo.
Para rotores flexíveis, como grandes turbinas e geradores, essa abordagem por si só não é suficiente. Ao contrário dos rotores rígidos, os rotores flexíveis podem mudar de forma devido à flexão ao longo da faixa de velocidades de operação, o que também pode alterar os valores de desbalanceamento medidos.
Quais tipos de máquinas de balanceamento existem?
Diferentes tipos de máquinas de balanceamento são utilizados conforme a geometria do rotor, o tamanho do rotor e a aplicação. Em geral, faz-se distinção entre máquinas de balanceamento horizontais, verticais, estáticas, de alta velocidade e sistemas portáteis de balanceamento. Dependendo dos requisitos de produção, as máquinas de balanceamento também podem ser projetadas para operação manual, semiautomática ou totalmente automática.
Máquinas de balanceamento horizontais para rotores cilíndricos
As máquinas de balanceamento horizontais são adequadas para rotores cilíndricos com munhões de eixo próprios e para rotores em forma de disco montados em um eixo auxiliar. Os rotores são apoiados em suportes de rolos ajustáveis ou, quando necessário, em mancais de deslizamento. Dependendo da aplicação, o acionamento é feito por correia ou por eixo cardã.
Na Schenck, três famílias de produtos cobrem pesos de rotor de 5 g a 250.000 kg:
- Pasio: para rotores pequenos e médios de até 700 kg, com software Schenck ONE, pouco espaço de instalação e troca sem ferramentas
- HM: para rotores grandes de até 250.000 kg, com projeto modular de HM 4 a HM 80
- HL: para turbinas e compressores de 200 g a 5.000 kg na indústria aeroespacial
Rotores típicos incluem induzidos de motores elétricos, cilindros, eixos de fuso, rotores de bombas, ventiladores, geradores e turbinas.
Máquinas de balanceamento verticais para rotores em forma de disco
As máquinas de balanceamento verticais são projetadas para balancear rotores em forma de disco e de copo sem munhões de apoio próprios. Exemplos típicos incluem discos de freio, rotores de ventiladores e bombas, componentes de embreagens e transmissões, polias e volantes de inércia.
A série Virio de máquinas de balanceamento universais fixa o rotor em um fuso de precisão, dispensando eixos auxiliares. As máquinas têm calibração permanente e podem ser equipadas com sistemas de correção do desbalanceamento. Para a produção em série, a Schenck também oferece máquinas de balanceamento verticais automáticas para rotores em forma de disco de até 300 kg.
Máquinas de balanceamento estáticas: como funciona a medição sem rotação?
As máquinas de balanceamento estáticas medem a distribuição de massa de rotores em forma de disco enquanto eles estão parados. Como o rotor não gira, não há necessidade de tempo de aceleração ou frenagem, nem de cabine de proteção. Um dispositivo de centragem de alta precisão é suficiente.
Os modelos Taro e ESx utilizam três células de carga de alta precisão. Isso permite uma verdadeira calibração permanente, sem necessidade de reajuste, e oferece precisão muito alta em toda a faixa de peso, de aproximadamente 1%. O Taro foi projetado para rotores de 200 a 3.600 kg e determina automaticamente o peso da peça, além do desbalanceamento. Aplicações típicas incluem rebolos, discos de freio, hélices, rodas ferroviárias e rotores de bombas, tanto em processos manuais quanto automatizados.
Sistemas de balanceamento de alta velocidade para rotores flexíveis
Rotores flexíveis se deformam em altas rotações e, por isso, precisam ser balanceados próximo à sua velocidade de operação. Os sistemas de balanceamento de alta velocidade e de ensaio de sobrevelocidade são projetados para essa finalidade.
Há mais de 70 anos, a Schenck RoTec é uma fornecedora líder mundial desses sistemas especializados. Os sistemas DH são usados em turbinas e geradores de usinas de energia, compressores de alta velocidade, turbinas industriais a vapor e a gás, bem como em componentes de motores de aeronaves. Eles permitem o balanceamento de alta velocidade na rotação de operação, o pré-balanceamento em baixa rotação e o ensaio de sobrevelocidade para verificação de resistência.
Sistemas portáteis de balanceamento para balanceamento em campo
Os sistemas portáteis de balanceamento balanceiam os rotores diretamente no estado instalado, sem necessidade de desmontar a máquina ou o sistema. Esse processo é conhecido como balanceamento em campo ou balanceamento in loco.
O SmartBalancer 4 pode ser usado em rotores de todas as classes de peso, em rotações de 120 a 80.000 rpm, e permite o balanceamento em dois planos. Ele trabalha com até seis sensores simultaneamente. Para a análise de vibração e de condição, o Smart VibroAnalyzer 90 e o Smart VibroAnalyzer 95 complementam o portfólio de produtos. Prefere não investir em equipamento próprio? Nossos especialistas em balanceamento podem realizar o balanceamento em campo na sua unidade.
Manual, semiautomática ou totalmente automática: qual nível de automação é o ideal para a sua aplicação?
O nível de automação adequado depende principalmente do volume de produção, do tempo de ciclo e da variedade de produtos. A participação do operador e a integração necessária às linhas de produção existentes também desempenham um papel importante. Nas máquinas de balanceamento manuais, o operador cuida da troca do rotor, da corrida de medição e da correção do desbalanceamento. As máquinas semiautomáticas executam automaticamente etapas individuais do processo, enquanto as totalmente automáticas cuidam de toda a cadeia do processo, desde o carregamento do rotor até a correção do desbalanceamento.
Máquinas de balanceamento universais para pequenas séries e diferentes tipos de rotor
As máquinas de balanceamento universais de operação manual são a escolha certa para peças individuais, protótipos, pequenas séries de produção ou aplicações com diferentes tipos de rotor.
Essas máquinas de balanceamento não são projetadas para um componente específico. Em vez disso, podem ser configuradas para diferentes rotores dentro da faixa de tamanho especificada. O projeto modular torna essa flexibilidade possível: dispositivos de fixação, suportes, sistemas de acionamento, cabines de proteção e software podem ser configurados conforme a sua aplicação de balanceamento. Mecanismos de ajuste de precisão e escalas permitem trocar rapidamente para o próximo tipo de rotor. Aqui você encontra uma visão geral de todas as máquinas de balanceamento de operação manual.
Máquinas de balanceamento semiautomáticas e totalmente automáticas para produção em grande volume
As máquinas de balanceamento automáticas são projetadas para produção em grande volume, com requisitos rigorosos de qualidade de balanceamento, repetibilidade e tempo de ciclo. Elas medem e corrigem o desbalanceamento sem intervenção manual, garantem qualidade consistentemente alta e fornecem documentação completa de tolerâncias estreitas.
Quatro características são fundamentais: tempo de ciclo alcançável, tolerâncias atingíveis, projeto modular e troca confiável entre diferentes tipos de rotor. Interfaces de comunicação permitem que as máquinas de balanceamento troquem dados com os sistemas de controle da linha de produção e com sistemas de execução de manufatura (MES). As máquinas semiautomáticas oferecem uma solução flexível e econômica para volumes de produção menores, enquanto os sistemas totalmente automáticos são projetados para alto rendimento. Saiba mais sobre as máquinas de balanceamento automáticas.
Linhas de produção completas: o balanceamento como parte do processo de fabricação
Em alguns setores, o balanceamento é uma etapa integrada do processo dentro de uma linha de produção completa. Um exemplo clássico é a montagem completa de rodas.
As linhas de montagem de rodas da Schenck combinam montagem, enchimento, balanceamento e teste de rodas e pneus. O portfólio vai de máquinas independentes a linhas de produção totalmente automatizadas e assistidas por robôs, e atende a uma grande variedade de produtos. A Schenck planeja e implementa essas linhas como soluções completas, respaldadas por diversas patentes ativas na área de rodas e pneus.
Qual solução de balanceamento é a ideal para cada rotor?
O ponto de partida costuma ser a tarefa de balanceamento específica. A geometria do rotor, o peso, a velocidade, o volume de produção e o ambiente de fabricação determinam qual solução de balanceamento é a mais adequada. A visão geral a seguir associa os tipos de rotor típicos à solução de balanceamento apropriada.
| Rotor | Solução adequada | Nível de automação |
| Cilindros, eixos, fusos, rotores de bombas | Pasio, HM | Manual |
| Rotores de impulsão, embreagens, polias | Virio, Rotores em forma de disco | De manual a totalmente automático |
| Rebolos, discos de freio, rodas ferroviárias | Taro & ESx | Manual ou automatizado |
| Virabrequins | Virabrequins | De manual a totalmente automático |
| Turbocompressores, compressores de células a combustível | Turbocompressores e componentes | De manual a totalmente automático |
| Induzidos de motores elétricos | Induzidos de motores elétricos | De manual a totalmente automático |
| Rotores de acionamentos elétricos | Acionamentos elétricos (eDrives) | Do desenvolvimento à produção em série |
| Acionamentos de eixo | Acionamentos de eixo | De semiautomático a totalmente automático |
| Conversores de torque | Conversores de torque | De semiautomático a totalmente automático |
| Eixos cardã | Eixos cardã | Automático |
| Ventiladores e sopradores | Ventiladores e sopradores | Automático |
| Rodas completas | Linhas de montagem de rodas | De semiautomático a totalmente automático |
| Componentes de motores de aeronaves, satélites | Aeroespacial | Manual |
| Turbinas, geradores, compressores | Sistemas DH | Sistema |
| Rotores instalados | Equipamentos portáteis de balanceamento | Portátil |
Aplicações aeroespaciais estão sujeitas a requisitos específicos. As máquinas de balanceamento horizontais da Schenck para essas aplicações atendem à norma SAE ARP 4048. Sistemas de pesagem de momento complementam o portfólio e ajudam a otimizar a distribuição das pás no rotor.
Como escolher a máquina de balanceamento certa?
A máquina de balanceamento certa depende das características do seu rotor e dos seus requisitos de produção. Use esta lista de verificação para identificar os critérios principais e se preparar para a escolha da solução adequada:
- Geometria do rotor: cilíndrico com munhões de eixo ou em forma de disco sem eixo?
- Peso e diâmetro do rotor: valores mínimos e máximos da sua gama de peças
- Comportamento do rotor: rígido ou flexível?
- Qualidade de balanceamento: grau de qualidade de balanceamento exigido ou desbalanceamento residual admissível
- Planos de correção: um, dois ou mais?
- Volume de produção e tempo de ciclo: produção unitária, pequenos lotes ou produção em grande volume?
- Variedade de produtos: com que frequência você troca o tipo de rotor?
- Método de correção: furação, fresamento, soldagem, pesos de balanceamento ou outros métodos?
- Integração: máquina independente, integração em linha de produção ou conectividade com MES?
- Segurança: qual tipo de cabine de proteção é necessário e poderiam se soltar peças do rotor durante a corrida de balanceamento?
- Serviço: manutenção, inspeção e treinamento no local
Procurando a máquina de balanceamento certa para a sua aplicação? Nossos especialistas ajudam você a encontrar uma solução que atenda aos requisitos do seu rotor e da sua produção. Se preferir, use o nosso Localizador de Produtos para filtrar soluções de balanceamento por setor e tipo de rotor.
Como a Schenck RoTec apoia você durante todo o ciclo de vida da máquina?
Da ideia inicial até o fim da vida útil da sua máquina, a Schenck está ao seu lado. Cada máquina vem acompanhada de um compromisso de serviço, que inclui consultoria, software e manutenção.
- Consultoria técnica: Apoio desde o planejamento do produto até o projeto do rotor
- Balanceamento por contrato e em campo: Balanceamos os seus rotores em todo o mundo quando você não dispõe da máquina de balanceamento adequada
- Ensaios centrífugos: Serviços de ensaio de protótipos e de sobrevelocidade no Schenck Green Technology Center, com sistemas de ensaio de rotação como o Centrio, para rotores de até 6.300 kg
- Serviço no local: Manutenção e inspeções conforme o método PFA e as normas ISO, verificações de estado e realocação de máquinas
- Atendimento ao cliente: Help desk, serviços de peças de reposição e de equipamentos de empréstimo, centro de reparos, Service+ App e Interactive Support+
- Laboratório de ensaios de tecnologia de balanceamento (PFA): Laboratório de ensaios acreditado para a validação rastreável de máquinas e padrões de referência
- Schenck Academy: Treinamentos em Darmstadt, na sua unidade ou ao vivo on-line, adaptados aos tipos de rotor e a funções como operadores, equipe de manutenção e engenheiros de projeto
- Modernização: O pacote de modernização Schenck ONE atualiza muitas máquinas de balanceamento universais existentes para a tecnologia atual
Tudo de um único fornecedor durante todo o ciclo de vida
Do planejamento de sistemas e da automação à digitalização, ao serviço e à modernização, a Schenck RoTec acompanha você durante todo o ciclo de vida dos seus produtos e máquinas. Conheça o nosso portfólio completo e descubra todas as nossas soluções de relance.
Por que escolher as máquinas de balanceamento da Schenck RoTec?
A Schenck RoTec é líder mundial de mercado em soluções de balanceamento, com ampla experiência em automação e digitalização. Nossas soluções permitem a fabricação segura, de alta precisão e eficiente em recursos de produtos usados por bilhões de pessoas todos os dias.
- Perto de você no mundo todo: 17 subsidiárias e joint ventures, seis unidades de produção e mais de 36 representantes e escritórios nos cinco continentes. As unidades e os serviços da Schenck RoTec estão disponíveis em 54 países.
- Qualidade e precisão “Made in Germany”: da engenharia à fabricação, nossas máquinas de balanceamento são projetadas para atender aos mais altos padrões de qualidade e precisão.
- Atendimento a uma ampla gama de setores: automotivo e fornecedores, engenharia elétrica, aeroespacial, turbomáquinas e engenharia mecânica em geral
- Tecnologia: máquinas de balanceamento com calibração permanente, sistemas modulares e processos de medição e correção digitalizados
- Experiência: mais de um século de experiência e conhecimento adquiridos em inúmeros projetos.
- Parceria: somos seu parceiro de consultoria e tecnologia em soluções de balanceamento durante todo o ciclo de vida do produto, e não apenas um fabricante de máquinas.
Perguntas frequentes sobre máquinas de balanceamento
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“Máquina de balanceamento” e “sistema de balanceamento” são a mesma coisa?
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Não exatamente. Uma máquina de balanceamento é a máquina usada para medir e corrigir o desbalanceamento de rotores. O termo “sistema de balanceamento” é mais abrangente e costuma ser usado para soluções que combinam tecnologia de medição, software e automação.
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Por que o desbalanceamento não pode ser eliminado por completo?
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Na prática, não existe desbalanceamento absolutamente zero. Sempre resta algum desbalanceamento residual após o balanceamento. O importante é que o desbalanceamento residual permaneça dentro da tolerância especificada. Na maioria dos casos, reduzir o desbalanceamento além do nível exigido não é economicamente viável.
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Qual pode ser o tamanho e o peso de um rotor?
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A máquina de balanceamento adequada depende do projeto específico. As máquinas de balanceamento horizontais da Schenck cobrem rotores de 5 g a 250.000 kg. A série Pasio atende rotores de até 700 kg, enquanto a série HM comporta rotores de até 250.000 kg. A máquina de balanceamento estática Taro é projetada para pesos de rotor de 200 a 3.600 kg. Os limites detalhados de peso, diâmetro e dimensões dos munhões de eixo do rotor constam nas fichas técnicas de cada família de produtos. Para aplicações especiais, também é possível usar máquinas de balanceamento sob medida para balancear rotores com mais de 350.000 kg.
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Uma máquina de balanceamento precisa ser calibrada regularmente?
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As máquinas de balanceamento de medição de força têm calibração permanente e não exigem uma corrida de calibração antes de medir um novo rotor. Isso vale, por exemplo, para as máquinas HM, Virio, Taro e ESx. Recomenda-se a realização de inspeções regulares para garantir que os seus resultados de medição permaneçam confiáveis e rastreáveis ao longo do tempo. O Serviço no local da Schenck realiza essas inspeções conforme o método PFA e as normas ISO.
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É possível balancear um rotor instalado?
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Sim, por meio do balanceamento em campo. O rotor é balanceado diretamente na máquina ou no sistema em que está instalado, sem precisar ser removido. Para isso, podem ser usados equipamentos portáteis de balanceamento, como o SmartBalancer 4. Como alternativa, o serviço de balanceamento em campo da Schenck pode realizar o balanceamento diretamente na sua unidade.
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Qual é a diferença entre uma balanceadora de rodas e uma máquina de balanceamento industrial?
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As balanceadoras de rodas de oficina são projetadas especificamente para balancear conjuntos individuais completos de roda e pneu. Já as máquinas de balanceamento industriais são usadas na fabricação para balancear rotores de muitos tipos e tamanhos, da produção unitária à produção em grande volume. Para fabricantes de rodas e pneus, a Schenck oferece soluções que vão de máquinas individuais a linhas de montagem de rodas totalmente automáticas.
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Quais tempos de ciclo as máquinas de balanceamento automáticas conseguem alcançar?
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O tempo de ciclo depende do tipo de rotor, do seu desbalanceamento inicial, da qualidade de balanceamento exigida, do método de correção e da configuração da máquina. Por isso, só é possível determinar um tempo de ciclo confiável para a aplicação específica. Nossos especialistas avaliam quais medidas podem ser adotadas para atingir o tempo de ciclo necessário.
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A Schenck RoTec pode personalizar uma máquina de balanceamento para o meu rotor?
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Sim. Graças ao projeto modular, dispositivos de fixação de peças, suportes do rotor, sistemas de acionamento, cabines de proteção e software podem ser adaptados ao seu rotor específico. Para requisitos especiais, a Schenck desenvolve soluções personalizadas por meio dos seus serviços de consultoria técnica, que vão de máquinas de balanceamento individuais a linhas de produção completas.