Configurações de medição de vibração: Fmax, número de linhas, janela e média

O mesmo conjunto de rolamento vai ser medido de forma diferente por duas pessoas. Uma vê no espectro um único pico largo; a outra, no mesmo lugar, três linhas distintas. O equipamento é o mesmo, a máquina é a mesma, a diferença está só nas configurações. A seguir, analisamos que números se definem antes da medição e o que cada um deles faz à imagem no ecrã.

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

Três configurações ligadas por uma única fórmula

O equipamento não «vê» a vibração na íntegra. Regista um segmento do sinal de duração finita e decompõe-no num número finito de linhas de frequência. Tudo o que não entrar nesse segmento e nessa grelha de linhas, para si, não existe.

Guarde a relação de onde nasce todo o resto deste artigo: Δf = Fmax / N, e ao mesmo tempo Δf = 1 / T. Aqui, Fmax é o limite superior do espectro, N é o número de linhas, Δf é a distância entre linhas vizinhas, e T é a duração do registo. Daqui resulta T = N / Fmax.

Lê-se assim. O Fmax responde à pergunta «o que vou ver»: acima desta frequência, está tudo vazio para si. O número de linhas responde à pergunta «com que finura»: dois picos que caiam na mesma linha fundem-se num só. E o tempo de registo não se escolhe de todo, calcula-se sozinho, e é precisamente ele que determina quantos segundos a máquina tem de se manter no mesmo regime.

Um exemplo de cálculo numa linha. Fmax = 1000 Hz, N = 1600 linhas. Logo, Δf = 0,625 Hz, e o registo dura 1,6 s. Quer uma resolução duas vezes mais fina? O registo passa a 3,2 s. Quer subir o Fmax para 10 kHz e manter as mesmas 1600 linhas? A resolução piora dez vezes, para 6,25 Hz, e as linhas próximas fundem-se.

A média não participa nesta fórmula. Estabiliza a amplitude e reduz o ruído aleatório, mas não melhora a resolução em frequência nem um único hertz. É a confusão mais comum entre quem começa a fazer as suas próprias medições.

Fmax: o limite superior adequado à tarefa

Defina o Fmax com base na frequência mais alta que realmente procura, e acrescente uma margem de três vezes. Não «por precaução, dez vezes mais»: uma visão mais larga paga-se em resolução e em ruído de alta frequência a mais na medição.

Para o nível global e para a decisão «equilibrar ou não», não é preciso uma banda larga. Precisa da componente de rotação 1x — a vibração à frequência de rotação — e das primeiras harmónicas (frequências múltiplas dela). Um ventilador a 1450 RPM dá 1x = 24,2 Hz; Fmax = 250–500 Hz cobre 1x…20x com margem, e a resolução a 1600 linhas sai muito fina. Verifique em separado em que banda está definida a sua norma: a vibração total, segundo a ISO 20816, avalia-se em mm/s RMS (valor eficaz) na banda de 10–1000 Hz, e a banda do equipamento tem de cobrir esta norma, caso contrário os números não são comparáveis.

Os rolamentos e as engrenagens vivem mais acima. Os defeitos precoces de rolamentos excitam ressonâncias de alta frequência, aproximadamente na gama de 2–10 kHz, e manifestam-se na aceleração, não na velocidade. Referência típica: um redutor com uma frequência de engrenamento de 3,2 kHz exige um Fmax de cerca de 10 kHz em aceleração.

E aqui entra uma limitação que não se contorna com configurações. O que corta a frequência superior é a fixação do sensor, não o menu do equipamento.

• Perno: até 10 kHz e acima. A única opção se estiver mesmo a investigar rolamentos e engrenamento.
• Base colada: aproximadamente até 5–7 kHz.
• Íman de dois polos: aproximadamente até 5 kHz.
• Íman sobre uma superfície plana retificada: aproximadamente 1,5–2 kHz. Cumpre a norma da ISO 20816 na banda até 1000 Hz, mas já não chega para o espectro de envolvente do rolamento — o processamento que extrai o ritmo dos impactos da banda de alta frequência.
• Sonda manual: 300–500 Hz e baixa repetibilidade. Não serve para tendências.
• Sensor sobre tinta ou sobre uma superfície irregular: a ressonância da fixação cai para 1 kHz, e obtém um «defeito» que não existe.

Uma armadilha típica: mede-se a envolvente do rolamento com um íman e encontra-se um pico de 1,8 kHz. Muda-se a fixação para um perno — o pico desaparece. Era a ressonância do íman, que caiu dentro da banda de desmodulação — precisamente a banda de alta frequência a partir da qual se constrói a envolvente. Outro caso: uma linha de 412 Hz que não coincide com nenhuma frequência calculada da máquina. Com uma frequência de amostragem (número de amostras por segundo) de 5120 Hz e Fmax de 2000 Hz, através de um filtro anti-aliasing não ideal — que devia cortar tudo o que está acima da banda de trabalho —, «dobrou-se» uma componente de 4708 Hz proveniente da ressonância de um suporte. Regra: a frequência de amostragem deve ser, no mínimo, 2,56·Fmax, e um pico suspeito deve ser verificado repetindo a medição com outro Fmax.

Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 13373-3:2015

Número de linhas: como separar dois picos próximos

O número de linhas determina se vai conseguir distinguir duas frequências vizinhas, ou se vai ver apenas uma corcova larga. Limiar prático: para separar com confiança dois picos, use um Δf não superior a um terço da distância entre eles. Se os picos estiverem separados por 0,9 Hz, uma resolução de 1 Hz não lhe vai dar nada.

A partir daí é só aritmética, e é sempre a mesma. Calcule as frequências-alvo. Encontre o menor intervalo entre elas. Divida-o por três — obtém o Δf necessário. A partir do Δf e do Fmax, obtém o número de linhas; a partir do Δf, a duração do registo. Só depois disto vá ao equipamento.

Um exemplo típico de cálculo. Um motor assíncrono a 1480 RPM, 1x = 24,67 Hz. Suspeita de uma barra do rotor partida, que dá bandas laterais — linhas satélite dos dois lados da principal — em torno do 1x, com um passo de 2·s·P, onde s é o escorregamento e P é o número de pares de polos. Com um escorregamento de 1,3 % e dois pares de polos, o passo é 1,3 Hz, ou seja, é preciso separar as linhas de 24,67 e 23,37 Hz. É necessário um Δf de cerca de 0,3 Hz e um registo não inferior a 3,3 s. A configuração N = 6400 com Fmax = 2000 Hz dá Δf = 0,3125 Hz e T = 3,2 s. Vai ver as bandas.

Um segundo exemplo de cálculo, mais próximo da fábrica. Dois ventiladores trabalham numa conduta comum a 24,5 e 24,9 Hz, ouve-se uma pulsação, e não se sabe de quem é a vibração. O intervalo é de 0,4 Hz, logo o Δf não pode ser superior a 0,13 Hz, e o registo não pode ser inferior a 7,5 s. A mesma história com a frequência de rotação de um motor perto da linha de rede: 4x a 1486 RPM cai em 99,07 Hz, e a frequência dupla da rede está em 100 Hz. Intervalo de 0,93 Hz, é preciso um Δf da ordem de 0,2–0,3 Hz e um registo de 4–5 s.

É possível aumentar a resolução de duas formas: baixar o Fmax ou aumentar o N. Ambas alongam o registo, porque T = N / Fmax. Isto não se contorna, é uma propriedade da transformada de Fourier, não ganância do fabricante do equipamento. Um compromisso sem perder o alcance é dado pela função zoom: calcula um espectro fino numa banda estreita em torno da frequência de interesse, sem aumentar o número total de linhas. É útil em torno da frequência de engrenamento de um redutor, onde é preciso separar bandas laterais, mas não se quer perder o Fmax em todo o espectro.

• O mínimo que se encontra nos equipamentos: 400 linhas. Só serve para o nível global.
• Configuração de trabalho para um percurso de ronda: 1600 linhas. Cobre desequilíbrio, desalinhamento, folgas, frequências de pás.
• Análise fina: 6400–12 800 linhas. Bandas laterais, barras do rotor, frequências próximas, zona de engrenamento.
• Não vale a pena colocar 6400 em toda a parte «por precaução»: o tempo de aquisição quadruplica, e o percurso de ronda não cabe no turno.

Tabela: tarefa, Fmax, resolução, o que observar

A tabela dá ordens de grandeza, não uma receita para a sua máquina. Calcule a cinemática: a velocidade de cada veio, o número de pás, o número de dentes, as razões de transmissão. As configurações escolhem-se depois de calcular as frequências-alvo, não antes.

Tempo de registo e velocidade estável

A resolução compra-se com segundos, e a taxa de câmbio é fixa: Δf = 1 / T. Quer 1 Hz? Registe um segundo. Quer 0,1 Hz? Registe dez segundos. Nenhum processamento contorna isto.

Daqui decorre a exigência que mais se esquece. Durante todos os dez segundos, a máquina tem de se manter no mesmo regime. Critério de trabalho: o desvio da velocidade de rotação durante o registo não deve ultrapassar um quarto do Δf. Caso contrário, a linha espalha-se por dois ou mais bins vizinhos (um bin é uma linha da grelha de frequências), a sua amplitude cai, e conclui-se erradamente que o defeito desapareceu.

Vamos traduzir para números compreensíveis. Uma máquina a 1500 RPM, quer Δf = 0,125 Hz, registo de 8 s. Um quarto do Δf são 0,03 Hz, ou seja, cerca de 0,13 % da frequência de rotação, à volta de 2 RPM. Em oito segundos, a velocidade não deve variar mais do que isso. Num motor com carga constante, isto é exequível; num acionamento com variador de frequência e carga instável, normalmente não.

Há também um sinal inverso, útil no local. Se a amplitude e a fase do 1x oscilarem mais de 10–15 % durante a medição, uma resolução fina não vai ajudar: o mais provável é que a máquina esteja a trabalhar perto da ressonância. Nesse caso, mude a velocidade, e se não for possível, mude as condições de instalação na fundação. Equilibrar neste estado não faz sentido, o coeficiente de influência sai pouco fiável.

• Calculou as frequências-alvo e o Δf necessário antes da medição, não depois.
• Verificou que a velocidade se mantém durante o registo: observe as leituras do tacómetro do início ao fim, não uma única vez.
• Registou o regime: carga, velocidade, temperatura. Uma medição sem regime registado não pode ser comparada com a anterior.
• Num acionamento com variador de frequência, não persiga um Δf fino. Aí trabalha-se com análise de ordens, filtro de seguimento ou média síncrona no tempo pela marca do tacómetro — métodos que associam a medição à velocidade real, não a uma escala absoluta de frequências.
• Num conjunto de baixa velocidade, resigne-se com antecedência a um registo longo. Um rolo a 60 RPM dá 1x = 1 Hz, e separar o 1x, o 2x e as linhas próximas em um segundo é fisicamente impossível.

Média: quanto usar e quando prejudica

A média de espectros serve para combater o ruído aleatório. Cada média baixa o piso de ruído proporcionalmente à raiz quadrada do número de médias: quatro médias dão um ganho de cerca de duas vezes, dezasseis dão quatro vezes. A partir daí, o retorno cai mais depressa do que cresce o tempo de medição.

Configuração de trabalho para um percurso de ronda: 4 médias. Se o ruído de fundo na oficina for elevado ou a medição saltar, use 8–10. Uma sobreposição de 50 % poupa tempo: os registos vizinhos usam parcialmente as mesmas amostras.

É útil saber o que a média não faz, antes de gastar meia hora nela. Não melhora a resolução em frequência. Não remove uma interferência estável de 50 Hz: a interferência é coerente e não se anula com a média; combate-se com ligação à terra, blindagem e separação dos cabos. Não salva do clipping: um sinal cortado continua cortado.

Agora sobre os prejuízos. A média pressupõe que, durante todos os registos, o processo é o mesmo. Assim que isto deixa de ser verdade, a média destrói precisamente aquilo que estava a procurar.

Onde não se pode usar média: um impacto, um bump test (a procura da frequência própria de uma estrutura através de um impacto nela), aceleração e paragem por inércia, qualquer processo não estacionário. No bump test, não se faz média contínua de espectros, mas sim das respostas a 3–10 impactos isolados, disparados por trigger. A média contínua vai espalhar a resposta impulsiva em ruído, e a frequência própria vai desaparecer do espectro. E tenha em mente a aritmética do tempo: a medição dura T multiplicado pelo número de médias. 6400 linhas e 4 médias em cinquenta pontos de um percurso de ronda não cabem num turno, por isso usa-se 1600 na ronda, e 6400 só nos pontos suspeitos.

Janelas: Hanning, Flat top, retangular

A FFT (Transformada Rápida de Fourier) parte do princípio de que no seu registo cabe um número inteiro de períodos do sinal. Na prática, isto quase nunca acontece: o registo é interrompido a meio de uma oscilação, e nas extremidades surge um salto. Devido a esse salto, a energia de uma linha exata espalha-se pelas vizinhas. Chama-se a isto fuga espectral, e manifesta-se como bases difusas em torno de cada pico.

A janela é uma função de ponderação que leva suavemente o início e o fim do registo a zero, para que não haja salto. Isto paga-se ou em resolução, ou em precisão de amplitude. Não existe uma janela universal, há três opções de trabalho.

Espectros obtidos com janelas diferentes não se comparam diretamente em amplitude. A janela fixa-se no procedimento do ponto, juntamente com o Fmax, o número de linhas e o número de médias, e não se muda entre rondas. Caso contrário, a tendência que acumulou ao longo de meio ano é anulada, e é quase impossível reparar nisso a posteriori.

Sinal no domínio do tempo: veja-o sempre

O espectro, pela sua própria natureza, faz uma média. Responde honestamente a que frequências estão presentes em média, e esconde eventos isolados. Um rolamento em fase inicial dá um impacto raro, uma vez a cada várias voltas do veio. No espectro, este impacto dilui-se no piso de ruído, mas no sinal no domínio do tempo vê impulsos isolados e nítidos. Por isso, a regra é simples: abra o registo no domínio do tempo antes de começar a interpretar o espectro.

O que procurar a olho: impulsos isolados, séries repetitivas, corte de picos, assimetria entre a semi-onda positiva e a negativa, modulação da envolvente, um ruído que só aparece numa das semi-ondas. Calcule o fator de crista — a razão entre o pico e o RMS. Numa sinusoide pura, é 1,41; valores de 4–5 ou superiores indicam um caráter impulsivo do sinal.

Para que os impactos não sejam cortados, são precisas configurações concretas, não basta a vontade de os ver.

• Observe a aceleração, não a velocidade. A integração, na prática, funciona como um filtro passa-baixo e suaviza impulsos curtos.
• Mantenha o limite superior em aceleração elevado: um impacto com largura de uma fração de milissegundo exige uma frequência de amostragem de dezenas de quilohertz. Com Fmax de 500 Hz, não vai ver fisicamente a forma do impacto.
• Registe pelo menos 4–6 voltas do veio. A 1500 RPM, são 0,25 s; na prática, usam-se 1–2 s; num rolo a 60 RPM são precisos cerca de 6 s.
• Verifique se a entrada satura. Topos planos significam clipping: o RMS sai subestimado, e no espectro aparecem harmónicas falsas que não existem na máquina.
• Fixe o sensor de forma rígida e sempre da mesma maneira. Um pico de alta frequência instável costuma ser a ressonância da fixação, não um defeito da máquina.
• Associe o registo à velocidade de rotação. As marcas de início de volta no gráfico mostram de imediato quantos impactos correspondem a uma volta, o que distingue um rolamento de um roçamento.

Unidades e integração: onde observar o quê

O mesmo movimento descreve-se com três parâmetros, ligados entre si pela frequência: v = ω·d, a = ω·v. Daqui decorre qual o parâmetro informativo em cada parte do espectro.

Deslocamento em μm — frequências baixas, aproximadamente até 10 Hz: conjuntos de baixa velocidade, folgas, deslocamento relativo do veio numa chumaceira de deslizamento. Velocidade de vibração em mm/s — a grandeza de trabalho principal na banda de 10–1000 Hz: desequilíbrio, desalinhamento, folgas, roçamentos, e é nela que se definem as normas da ISO 20816. Aceleração em g ou m/s² — tudo o que está acima de um quilohertz: rolamentos, engrenamento, espectro de envolvente.

A integração dentro do equipamento não é gratuita. Realça as frequências baixas, por isso o ruído do sensor e uma deriva lenta a 0,5–2 Hz transformam-se numa «colina» característica no extremo esquerdo do espectro e sobrestimam o RMS. Trata-se com um filtro passa-alto, mas com cautela: um corte a 10 Hz vai eliminar a subarmónica (uma componente abaixo da frequência de rotação) de uma máquina lenta, juntamente com o ruído. A diferenciação atua ao contrário e amplia o ruído de alta frequência.

E uma última nota sobre unidades, sobre a qual dois engenheiros com dois equipamentos costumam discutir. Não converta RMS para pico «por conveniência»: 4,5 mm/s RMS correspondem a 6,4 mm/s de pico e 12,8 mm/s de pico a pico apenas para uma sinusoide pura. Se a norma estiver definida em RMS, registe em RMS. A diferença entre um true RMS e um detetor analógico, num sinal não sinusoidal, chega a 20–30 %, e ambos os equipamentos estão corretos.

A banda de medição tem obrigatoriamente de coincidir com a banda em que a norma está definida. O Balanset-1A mede o valor eficaz da velocidade de vibração na banda de 5–200 Hz. Para defeitos de rotação e para a equilibragem, isto é mais do que suficiente. Mas se a aceitação for feita com base num número na banda de 10–1000 Hz, registe no relatório em que banda mediu, e não apresente um número como se fosse o outro.

Configurações para equilibragem e configurações para diagnóstico

Separemos dois assuntos diferentes que muitas vezes se confundem. A equilibragem não precisa de resolução fina. Precisa de repetibilidade. Trabalha-se com uma única linha, a de rotação, e o que importa é a sua amplitude e fase relativamente à marca do tacómetro. Conjunto de trabalho: Fmax da ordem de dez vezes a frequência de rotação, 400–1600 linhas, janela Hanning, velocidade estável, a mesma fixação e a mesma direção em todos os arranques. Se a fase do 1x, entre dois arranques idênticos, oscilar mais de 10–15°, o coeficiente de influência sai inútil, e nenhum aumento do número de linhas resolve isso.

O diagnóstico precisa de outra coisa: banda larga em aceleração, fixação por perno, espectro de envolvente, resolução fina apenas de forma pontual, e só onde tiver calculado com antecedência quais as duas linhas a separar. É mais demorado, exige outra fixação e outra qualificação.

Digamos com clareza onde está o limite do nosso equipamento. O Balanset-1A dá o valor eficaz da velocidade de vibração de 0,02–80 mm/s na banda de 5–200 Hz, velocidade de 100 a 100 000 RPM, fase com um erro de ±1°, aquisição simultânea em dois canais, espectro FFT, sinal no domínio do tempo com marcas de rotação e duração de registo de 1, 5, 10, 15 ou 20 s, análise harmónica pela marca do tacómetro e registo da paragem por inércia. Isto é suficiente para decidir «equilibrar ou não», comparar dois apoios de rolamento, encontrar a ressonância pela paragem por inércia, equilibrar em um ou dois planos e controlar o resultado. Para caçar pitting (desagregação do metal) na pista de um rolamento, é preciso um analisador com um percurso de alta frequência e envolvente, e não vamos afirmar o contrário.

Os engenheiros da AXILINE desenvolvem e fabricam os equipamentos Balanset e são eles próprios que os usam para equilibrar no local. Se não tiver tempo para tratar das configurações, deslocamo-nos com o nosso equipamento, colocamos os sensores nos seus apoios, medimos o espectro e o vetor 1x, e dizemos diretamente se é desequilíbrio ou não. Se quiser fazer as suas próprias medições, pode adquirir o equipamento: dois acelerómetros, um sensor laser de fase e de velocidade, um módulo USB de dois canais com pré-amplificadores, integradores e conversor A/D, software para Windows com diagrama polar, repartição da massa por posições fixas, cálculo da furação, coeficientes de influência guardados, equilibragem trim, cálculo da tolerância pelas classes G segundo a ISO 21940-11, e arquivo para os relatórios. O apoio de consultoria está incluído.

• O Fmax foi definido «com margem» dez vezes maior: a resolução piorou dez vezes, as linhas próximas fundiram-se num único pico.
• O Fmax foi alterado, o número de linhas ficou o padrão: o Δf mudou, e o novo espectro não é comparável com o antigo.
• As configurações mudam entre rondas: a tendência dos espectros fica anulada, e detetar isto a posteriori é quase impossível.
• Foi definido um Δf fino numa máquina com variador de frequência: a velocidade varia durante o registo, as linhas ficam difusas, as amplitudes caem.
• A janela Flat top ficou definida no espectro de rotina: as linhas próximas colam-se, as bandas laterais não se leem.
• A janela Hanning foi aplicada a um bump test: a resposta impulsiva ficou suprimida, a frequência própria não é visível.
• A média foi ativada durante a paragem por inércia ou num teste de impacto: o evento procurado foi diluído em ruído.
• Íman em vez de perno com Fmax de 10 kHz: na banda de desmodulação está a ressonância da fixação, e parece um defeito.
• A entrada não foi verificada quanto à saturação: os topos estão cortados, o RMS sai subestimado, o espectro tem harmónicas falsas.
• Só o espectro foi aberto, o sinal no domínio do tempo não foi observado: impactos raros do rolamento passaram despercebidos.
• O regime não foi registado: a carga, a velocidade e a temperatura são desconhecidas, a medição não pode ser comparada com a anterior.
• A banda de medição não coincide com a banda em que a norma está definida.

Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · ISO 13373-3:2015 · Manual de operação Balanset-1A · Especificações do fabricante Balanset-1A

Perguntas frequentes

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