Causas elétricas da vibração em motores elétricos: como as separar da mecânica

O motor está a fazer ruído, há no espectro uma linha que não devia estar lá, e sugerem-lhe equilibrar o rotor. Às vezes é a decisão certa. Outras vezes vai gastar um turno e obter o mesmo nível, porque a vibração era causada por um entreferro irregular ou por uma barra fissurada da gaiola. Distinguir uma coisa da outra é possível com uma única paragem combinada. A seguir, os métodos, as frequências e os números com que isto se faz diretamente no local.

Atualizado em 27 de agosto de 2026 · por AXILINE · Vila Nova de Gaia

De onde vem, num motor, uma vibração indiferente à velocidade de rotação

A força com que o estator atrai o rotor é proporcional ao quadrado da indução magnética no entreferro. Eleve ao quadrado uma sinusoide de 50 Hz e obtém uma componente constante mais uma pulsação a 100 Hz. Numa rede de 60 Hz, são 120 Hz. Esta pulsação existe em qualquer motor em bom estado, a única questão é o seu nível.

Numa máquina simétrica, as forças ao longo da circunferência do entreferro equilibram-se entre si, e quase nada se manifesta para fora. Quebre a simetria, e fica uma força não compensada, que puxa o rotor sempre para o mesmo lado cem vezes por segundo. A simetria quebra-se por três grupos de causas: geometria (entreferro irregular, estator deslocado, rotor empenado), circuito magnético (pacote do estator solto, barra da gaiola partida, espiras em curto-circuito) e alimentação (desequilíbrio de fases, contacto queimado, uma fase interrompida).

Memorize a propriedade principal desta vibração: a sua frequência é definida pela rede, não pelo veio. Carregue o motor, a velocidade de rotação desce, e a linha em 100 Hz permanece exatamente no mesmo sítio. É nisto que assenta todo o diagnóstico seguinte.

Daqui resultam duas armadilhas em que se cai regularmente. A primeira: num motor de dois polos, 2960 rpm dão 1x = 49,3 Hz e 2x = 98,7 Hz, e a rede dá 100 Hz. A diferença é 1,3 Hz, e com as configurações habituais de medição estas linhas fundem-se numa só. A segunda: a própria força a 100 Hz pode ser normal, e é a ressonância da estrutura ou de um pé que a torna elevada. Nesse caso, vai andar à procura de um defeito no enrolamento onde, na verdade, é preciso reforçar a estrutura.

• A componente elétrica situa-se numa frequência múltipla da frequência de alimentação: 100 Hz e 50 Hz numa rede de 50 Hz. Não se desloca junto com a velocidade de rotação.
• A componente mecânica está ligada ao veio: 1x, 2x, frequência de passagem das pás, frequências de rolamento. Muda a velocidade de rotação, e todo o quadro se desloca em frequência.
• A componente elétrica normalmente aumenta com a carga, porque aumentam a corrente e o campo.
• Ao desequilíbrio a carga é indiferente: a massa do rotor não muda por causa dela.
• A componente elétrica desaparece no momento em que o contactor abre. A mecânica mantém-se enquanto o veio roda.

Uma linha elevada em 100 Hz não é, por si só, uma condenação do enrolamento. Diz apenas uma coisa: a excitação tem natureza eletromagnética. A resposta da estrutura a essa força pode estar multiplicadamente amplificada por ressonância da estrutura ou por um pé mole, e nesse caso a reparação do motor não resolve nada. Antes de levar a máquina para a oficina elétrica, faça o teste do martelo na estrutura e verifique o aperto dos pés. Sobre ressonância e o bump test, temos um artigo à parte.

Ensaio de paragem por inércia: uma paragem em vez de três hipóteses

É o método de diagnóstico mais barato e mais convincente. Corta-se a alimentação e observa-se o que acontece à componente suspeita nos primeiros segundos. A força eletromagnética desaparece junto com a corrente, em frações de segundo. A componente mecânica desce de forma gradual, porque o veio continua a rodar e vai perdendo velocidade aos poucos.

A condição fundamental: tem de se registar de forma contínua, atravessando o momento do corte. Dois espectros separados, antes e depois, não resolvem a questão, porque não se vê como é que a linha desapareceu.

1. 01

   Combine a paragem

   Uma paragem não programada é um risco tecnológico e um arranque extra para o motor. Obtenha a autorização da operação, combine quem carrega no botão, certifique-se de que a máquina depois arranca. As máquinas de grande porte têm um limite de arranques por hora, e ninguém o suspendeu para o seu ensaio.

2. 02

   Monte a medição e não lhe mexa mais

   Sensor no apoio de rolamento do motor, fixado rigidamente, numa superfície limpa e plana, o mais próximo possível do rolamento. Aponte o sensor laser de fase (a referência angular da vibração à rotação do veio) para a marca refletora, para ver a velocidade de rotação no mesmo instante. Não mude o ponto nem a direção até ao fim do ensaio.

3. 03

   Registe a base em regime de funcionamento

   Velocidade estabilizada, carga de trabalho, máquina quente. Espectro com resolução suficiente para que 100 Hz e 2x fiquem como linhas separadas, mais o registo do sinal no tempo. Registe a velocidade real com o tacómetro, vai precisar dela para calcular o escorregamento.

4. 04

   Corte a alimentação e continue a registar

   Comece o registo alguns segundos antes da paragem e não o interrompa até o veio parar por completo. Se o instrumento gravar espectros em série, defina o tempo de aquisição mínimo, caso contrário o momento do corte fica diluído pela promediação.

5. 05

   Analise o registo

   A componente que desaparece em frações de segundo depois de o contactor abrir é elétrica. A componente que desce lentamente em frequência junto com a velocidade é mecânica. Observe tanto os espectros como a forma do sinal: no osciloscópio, o momento do corte costuma ver-se a olho nu pela mudança brusca no caráter das oscilações.

6. 06

   Se não for possível parar, altere a carga

   Registe espectros em dois ou três regimes de carga, com a mesma velocidade ou velocidades próximas. As componentes eletromagnéticas normalmente aumentam com a corrente, e a carga é indiferente ao desequilíbrio. A conclusão é mais fraca do que a da paragem por inércia, mas não é preciso parar e não há riscos.

Um variador de frequência estraga este ensaio, se não se prestar atenção ao modo de paragem. O comando «stop» na maioria dos variadores significa travagem controlada: o motor continua sob corrente, só a frequência de saída desce. Nesse caso, a componente eletromagnética não desaparece, apenas desce junto com a frequência, e obtém-se a conclusão falsa de «mecânica». Para o ensaio, é preciso o modo de paragem livre (coast to stop) ou a interrupção do circuito à saída do variador.

Bandas laterais e frequência de escorregamento: calcule antes de procurar

O rotor de um motor assíncrono está sempre atrasado em relação ao campo girante do estator. Essa diferença é o escorregamento, e ele gera um segundo conjunto de sintomas, muito mais informativo do que uma única linha em 100 Hz.

Calcule com números concretos. Um motor de quatro polos numa rede de 50 Hz tem uma velocidade síncrona de 1500 rpm. O tacómetro indicou 1480 rpm, logo a frequência de rotação f_r = 24,67 Hz, o escorregamento s = 20/1500 = 0,0133, a frequência de escorregamento f_s = s · 50 = 0,67 Hz. A frequência polar F_p = f_s · P = 0,67 · 4 = 2,67 Hz, em que P é o número de polos. É exatamente com este passo que aparecem as bandas laterais à volta da 1x nos defeitos da gaiola do rotor.

Ou seja, não se deve procurar «algo perto de 24,7 Hz», mas linhas concretas em 22,0 e 27,3 Hz. A diferença entre elas e a 1x é de apenas 2,67 Hz, e é aqui que as configurações habituais de medição falham.

A resolução do espectro é igual ao Fmax (o limite superior do espectro) dividido pelo número de linhas, e o tempo de aquisição de um registo é igual a um dividido pela resolução. Um Fmax de 1000 Hz com 400 linhas dá 2,5 Hz por linha: as bandas não conseguem fisicamente separar-se, vê-se apenas uma elevação larga. Um Fmax de 200 Hz com 1600 linhas dá 0,125 Hz e exige 8 segundos de aquisição. Com estas configurações, as bandas veem-se. Sobre o Fmax, o número de linhas e as janelas, temos um artigo à parte.

O segundo requisito é a gama dinâmica: a capacidade da medição de mostrar linhas fracas junto de linhas fortes. As bandas laterais de uma barra fissurada situam-se 30–50 dB abaixo da 1x, por isso a promediação de vários registos não é um luxo, mas uma condição para as extrair do ruído. Num motor pouco carregado, o escorregamento é pequeno, as bandas encostam-se à 1x, e separá-las torna-se ainda mais difícil. A conclusão é simples: registe o espectro com a carga de trabalho, não em vazio.

• Bandas à volta da 1x com o passo F_p: barra da gaiola partida ou fissurada, defeito no anel de curto-circuito, assento das barras solto.
• Bandas à volta de 100 Hz com o passo F_p: excentricidade dinâmica, ou seja, o entreferro muda à medida que o rotor roda.
• Bandas à volta da frequência de passagem das ranhuras do rotor (número de barras vezes f_r) com o passo 100 Hz: os mesmos defeitos da gaiola, mas o sintoma situa-se na gama dos quilohertz, e uma medição de velocidade de vibração na banda de 10–1000 Hz simplesmente não o vê.
• Bandas à volta da frequência de passagem das ranhuras do estator (número de ranhuras vezes f_r) com o passo 100 Hz: afrouxamento do pacote do estator, entreferro irregular.
• Modulação da própria 1x, que faz a amplitude e a fase variarem com um período 1/F_p (no nosso exemplo, 0,37 s): a mesma gaiola do rotor ou excentricidade dinâmica. Não faz sentido equilibrar neste estado, as leituras não se repetem.

Fontes: ISO 13373-3:2015

Frequência e sintoma, provável causa elétrica, como verificar

A tabela dá hipóteses, não um diagnóstico. Não se pode decidir uma reparação com base numa única linha de 100 Hz: ela tem no mínimo quatro origens diferentes, e cada uma exige a sua confirmação independente. A regra de trabalho é esta: primeiro o ensaio de paragem por inércia, para separar a elétrica da mecânica, depois a corrente e a temperatura, para estreitar o círculo, e só depois a desmontagem.

Seis defeitos elétricos, um a um

Variador de frequência: o que acrescenta e o que estraga no diagnóstico

O variador de frequência muda as regras de cálculo. Para o motor, a frequência de alimentação já não é 50 Hz, mas a frequência de saída do variador, e a pulsação eletromagnética situa-se no seu dobro. Se o variador trabalha a 35 Hz, procure a linha em 70 Hz, não em 100 Hz. Calcule também o escorregamento e a frequência polar a partir da frequência de saída, caso contrário as bandas laterais aparecem onde não as espera.

Ao mesmo tempo, a linha de 100 Hz pode manter-se: a pulsação do barramento CC vem da rede e infiltra-se na tensão de saída. Assim, numa máquina com variador vai ver as duas linhas ao mesmo tempo, e não se pode confundi-las.

A frequência portadora do PWM (modulação por largura de impulso, com que o variador forma a tensão de saída) situa-se normalmente entre 2 e 16 kHz. Provoca ruído de magnetostrição e vibração na própria portadora, nos seus múltiplos e em bandas laterais com o passo da frequência de saída. Uma medição habitual de velocidade de vibração na banda de 10–1000 Hz não chega lá, e isso é normal: vai ouvir a portadora como um assobio característico antes de a ver no espectro. Corrige-se pelos parâmetros do variador e por um filtro de saída, não com massas no rotor.

Um tema à parte são as correntes elétricas nos rolamentos. O variador induz uma tensão no veio, que se descarrega através do rolamento; as descargas por faísca corroem as pistas, e surgem estrias. O cálculo da vida útil do rolamento pela ISO 281 baseia-se na carga, na geometria e na lubrificação, e a eletroerosão não entra de todo nesse modelo. Por isso, um rolamento que, segundo o cálculo, deveria durar anos, numa máquina com variador sem anel de ligação à terra falha numa estação. A proteção é construtiva: rolamento isolado, anel de ligação à terra no veio, cabo blindado com ligação à terra correta.

• Vantagem: com o variador, altera a velocidade de forma gradual e verifica a ressonância com rigor, sem mexer na mecânica.
• Vantagem: leva a máquina à velocidade necessária para a medição e mantém-na estável de arranque para arranque, e uma velocidade estável é condição para uma medição de fase repetível.
• Desvantagem: a gama de valores de referência quase de certeza inclui velocidades em que a frequência de rotação ou a de passagem das pás caem em ressonância. A máquina estará calma a 42 Hz e a vibrar a 47 Hz, e a equilibragem não corrige isso.
• Desvantagem: enquanto não esclarecer o modo de paragem, o ensaio de paragem por inércia não prova nada.
• Desvantagem: sem anel de ligação à terra, obtém um defeito no rolamento que parece desgaste normal, mas que se repete também num rolamento novo.

Fontes: ISO 281:2007

Corrente e temperatura: duas confirmações sem desmontar

A vibração diz que a simetria está quebrada. Onde exatamente está quebrada, a vibração não diz. Duas medições independentes fecham essa lacuna, e ambas se fazem com a máquina a trabalhar.

O espectro de corrente é, no fundo, uma forma barata de diagnóstico do motor pela corrente. Coloque numa das fases uma pinça amperimétrica ligada a um analisador e registe o espectro com a mesma resolução alta que usou para a vibração. Num defeito da gaiola do rotor, surgem à volta da frequência de alimentação bandas em f_rede · (1 ± 2s). No nosso exemplo, com um escorregamento de 0,0133, obtemos 2s · f = 1,33 Hz, logo as bandas ficam em 48,67 e 51,33 Hz. A profundidade das bandas em relação à linha principal avalia-se em dB. Como referência: mais de 50 dB considera-se normal, 40–45 dB é motivo de suspeita, menos de 40 dB é uma provável barra partida. Os limites variam entre metodologias, por isso trate o número como um motivo para verificar, não como uma sentença.

O termograma responde a outras perguntas. Encontra de imediato um contacto fraco na caixa de terminais e nos terminais dos cabos, mostra o desequilíbrio de aquecimento entre as fases do contactor, deteta o sobreaquecimento localizado da carcaça sobre o ponto de um curto-circuito entre espiras e o sobreaquecimento do conjunto do rolamento. A limitação é honesta: a câmara termográfica vê a superfície, e a gaiola do rotor está escondida dentro da máquina e é arrefecida pelo fluxo de ar. Faça o termograma depois de um período de funcionamento com carga, não um minuto depois do arranque, e compare com imagens anteriores do mesmo motor no mesmo regime.

• Tensões e correntes de fase nos terminais, com o desequilíbrio calculado em percentagem, não avaliado a olho.
• Espectro de corrente com resolução de pelo menos 0,1 Hz, bandas f_rede · (1 ± 2s) encontradas ou claramente ausentes.
• Termograma da caixa de terminais, do contactor e dos terminais dos cabos.
• Termograma da carcaça do estator e dos dois conjuntos de rolamento depois de funcionamento com carga.
• Resistência de isolamento e resistência dos enrolamentos por fase, se o 100 Hz aumentou sem uma causa geométrica evidente.
• Velocidade real medida com tacómetro, não retirada da chapa de características. Todo o cálculo do escorregamento assenta neste número, e um erro de 5 rpm desloca as bandas para onde não se encontram.

O Balanset-1A mede vibração, velocidade de rotação e fase, mostra o nível total e a 1x, constrói o espectro e o sinal no tempo em dois canais, mantém um arquivo de medições e relatórios. Não mede corrente, resistência de isolamento nem temperatura, e não deve pretender fazê-lo. A vibração mostra que a causa é elétrica; qual exatamente, determina-se com pinça amperimétrica, câmara termográfica e megaohmímetro, junto com o eletricista.

Fontes: Manual de operação Balanset-1A

Porque a equilibragem não trata a elétrica, e como acaba a tentativa

A equilibragem trabalha apenas com massa e apenas à frequência de rotação. O instrumento coloca uma massa de teste, observa como mudaram a amplitude e a fase da 1x, e obtém o coeficiente de influência, ou seja, a reação do sistema concreto «rotor, apoios, base» a uma massa conhecida adicionada. A seguir, resolve o problema inverso e devolve a massa e o ângulo de correção.

A linha de 100 Hz não encaixa de forma alguma neste esquema. Não está na 1x, não é múltipla da velocidade de rotação, a sua origem não é sequer massa. Por mais massa que coloque, nada muda no entreferro. O instrumento vai reduzir honestamente a 1x até ao valor-alvo definido e escrever «dentro da tolerância», mas o nível total — em mm/s RMS (valor eficaz) na banda de 10–1000 Hz — mantém-se quase igual, porque a maior contribuição vinha da linha de 100 Hz. O cliente vê o mesmo número de antes e pergunta, com razão, pelo que pagou.

Pior é quando a 1x está de facto elevada, mas inflacionada por excentricidade dinâmica ou por um defeito da gaiola. Nesse caso, a amplitude e a fase da 1x variam com um período 1/F_p, no nosso exemplo pouco mais de um terço de segundo, e variam mais lentamente junto com a carga e o aquecimento. A medição não se repete de arranque para arranque. O coeficiente de influência calculado a partir dessa medição não é válido: descreve não o sistema, mas o instante aleatório em que carregou no botão.

• O instrumento vai indicar uma massa que fica, na prática, num ângulo arbitrário. Com uma probabilidade aproximadamente igual, a vibração aumenta em vez de descer.
• Vai acrescentar um desequilíbrio mecânico real para compensar a força eletromagnética. Essa força depende da carga, a massa não. Noutro regime, a máquina vai vibrar mais do que antes de chegar.
• Vai gastar um turno e três a quatro arranques extra num motor que, possivelmente, já tem uma fissura na gaiola. Cada arranque é um choque térmico sobre essa mesma fissura.
• Vai perder tempo. A barra partida e o curto-circuito entre espiras não ficam parados, evoluem, e o custo da reparação aumenta junto com eles.
• Um relatório com a formulação «dentro da tolerância» cria a falsa sensação de que o problema da máquina ficou resolvido, e a próxima pessoa vai começar o diagnóstico do zero um mês depois.

Há também o desvio inverso, que se esquece com frequência. Um defeito elétrico e um desequilíbrio coexistem tranquilamente, sobretudo num motor com metade de acoplamento ou polia. Ao encontrar 100 Hz, não descarte a hipótese de desequilíbrio: primeiro elimine a causa elétrica, depois faça nova medição, e só então decida se é preciso equilibrar. Escolha a norma para o desequilíbrio residual pela classe G da parte aplicável da ISO 21940, e avalie o estado da máquina pela vibração total e pelas zonas da ISO 20816, verificando a parte e a edição aplicáveis à sua máquina.

Fontes: ISO 21940-11:2016 · ISO 20816-1:2016

A quem entregar a tarefa, e com que vimos

Os instrumentos Balanset são desenvolvidos e fabricados por engenheiros que também se deslocam com eles para equilibrar. Daí o enquadramento prático deste artigo: primeiro prove que a vibração vem de um desequilíbrio, e só depois coloque massas. O Balanset-1A dá tudo o que é necessário para essa prova: dois canais nos apoios de rolamento, sensor laser de fase por marca refletora, amplitude e fase da 1x, velocidade de rotação, espectro e sinal no tempo, arquivo de medições e um relatório onde entram os números de antes e depois.

Se a 1x se confirmar, é com o mesmo instrumento que a vai eliminar: equilibragem a um ou dois planos pelo método dos coeficientes de influência, posições fixas em vez de transferidor, cálculo da furação, recálculo das massas para outros planos, coeficientes de influência guardados para uma equilibragem trim rápida na manutenção seguinte. Existe uma variante Balanset-1A OEM sem mala, para integração em máquinas e bancadas. Se a 1x não se confirmar, poupou um turno e vários arranques, e isso também é um resultado.

A AXILINE desloca-se ao local com este equipamento: medição, separação da vibração nas suas componentes, procura da causa, equilibragem no local, nos próprios apoios da máquina, relatório com os números. Se o quadro apontar para a elétrica, dizemo-lo com clareza e entregamos a tarefa ao eletricista, em vez de colocar massas no rotor. Sobre o próprio instrumento, há apoio de consultoria: ajudamos com as configurações de medição e com a interpretação do espectro.

• Ao mecânico: a linha de 100 Hz está amplificada por ressonância da estrutura, há um pé mole ou assente, a bancada empenou, o rolamento está danificado e desregulou o entreferro. É ajuste e aperto, muitas vezes no local e no mesmo dia.
• Ao eletricista no local: desequilíbrio de correntes e tensões de fase, contacto fraco na caixa de terminais ou no contactor, questões sobre os parâmetros do variador, ausência de anel de ligação à terra no veio. O grupo de causas mais barato, faz sentido começar por aqui.
• À oficina eletromecânica: barra da gaiola partida, curto-circuito entre espiras, afrouxamento do pacote do estator, excentricidade estática por assentos gastos. É desmontagem, não ajuste, e resolve-se com a paragem e a substituição ou reparação do motor.
• Ao técnico de vibrodiagnóstico: os sintomas contradizem-se, não é possível combinar uma paragem, é preciso um espectro de alta resolução e um registo correto da paragem por inércia, ou então, depois de eliminada a causa elétrica, resta uma 1x elevada que é preciso eliminar.

Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A

Perguntas frequentes

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