Desequilíbrio do rotor: o que é e porque é perigoso

O ventilador começou a fazer barulho depois da limpeza do rotor, o exaustor de fumos começou a aquecer o rolamento, o fuso começou a deixar ondulação na peça. Nos três casos, o primeiro suspeito é o mesmo: o desequilíbrio do rotor. A seguir explicamos o que é este fenómeno em termos físicos, porque é que duplicar a rotação quadruplica a força, que tipos de desequilíbrio existem, de onde surge numa máquina em funcionamento e o que é que ele destrói exatamente.

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

O desequilíbrio é a falta de coincidência entre o eixo de massas e o eixo de rotação

O rotor é um corpo que gira em apoios de rolamentos e lhes transmite forças através dos seus munhões de apoio. Num rotor perfeitamente equilibrado, a massa está distribuída de forma simétrica em relação ao eixo de rotação: para cada elemento de massa existe um par, situado exatamente do lado oposto. Ao girar, cada elemento sofre uma força centrífuga dirigida radialmente, ou seja, perpendicular ao eixo. As forças em par são iguais em valor e opostas em direção, por isso anulam-se mutuamente. A resultante é nula, e o rotor está equilibrado.

Agora quebre a simetria. Suponha que, a um raio de 200 mm, aparecem 10 g extra: soldou-se uma cantoneira, aderiu sujidade, arrancou-se um pedaço de uma pá. Estes 10 g não têm par. A sua força centrífuga permanece não compensada e gira junto com o rotor, percorrendo o apoio em círculo a cada rotação. É precisamente ela que sobrecarrega os rolamentos e deforma ciclicamente os apoios juntamente com a fundação. Aquilo a que chama vibração é a resposta da estrutura a esta força rotativa.

A formulação rigorosa faz-se através dos eixos. Qualquer corpo tem um eixo principal central de inércia, em torno do qual a massa está equilibrada. O desequilíbrio é a falta de coincidência entre este eixo e o eixo de rotação definido pelos rolamentos. A equilibragem faz coincidir os dois eixos. Na prática, isto consegue-se acrescentando ou retirando massa nos planos de correção: soldam-se massas, fixam-se com parafusos, fura-se ou fresa-se o metal. Existe também uma segunda via, a maquinagem dos munhões do eixo segundo o eixo de inércia real, mas na prática de exploração quase não se utiliza.

Daqui resulta uma consequência que evita muitas discussões no local. O desequilíbrio é uma propriedade do rotor: mede-se em g·mm e não depende daquilo sobre o que o rotor está montado. A vibração é a resposta do sistema «rotor — apoios dos rolamentos — estrutura — fundação»: mede-se em mm/s e depende da rigidez, da massa e do amortecimento. O mesmo desequilíbrio, numa fundação rígida, dá valores modestos em mm/s com uma carga considerável sobre os rolamentos; numa estrutura flexível, é o contrário: os números no ecrã assustam, mas a carga sobre o rolamento é moderada.

Por isso, «dentro da norma em mm/s» e «dentro da tolerância em g·mm» são duas afirmações diferentes, e uma não substitui a outra. Analisámos as três tolerâncias diferentes em equilibragem num artigo separado.

A força centrífuga cresce com o quadrado da rotação

O valor do desequilíbrio U é o produto da massa não equilibrada m pelo raio r em que essa massa se encontra. A força centrífuga calcula-se de forma direta: F = U·ω², em que ω é a velocidade angular em rad/s, ou seja, 2π·n/60 para n rotações por minuto.

O quadrado na fórmula significa isto. A rotação duplicou, a força quadruplicou. Triplicou, a força multiplica-se por nove. Esta é a ideia mais prática de todo o artigo, e é ela que explica a maioria dos problemas súbitos de vibração.

Vamos usar os mesmos 10 g a um raio de 200 mm. Desequilíbrio de 2000 g·mm. Vejamos a força em diferentes rotações.

• A 500 rpm, ninguém vai notar os 10 g extra: meio quilograma de força perde-se no peso do próprio rotor.
• A 3000 rpm, a mesma sujidade transforma-se em 20 kgf, que percorrem continuamente um círculo em torno do eixo.
• A 6000 rpm, isto já são cerca de 80 kgf, ou seja, o peso de um adulto pendurado no munhão do eixo e a girar junto com o rotor.
• Além disso, a força não é constante, mas rotativa. O anel exterior do rolamento recebe um ciclo completo de carga a cada rotação. A 3000 rpm, isto são 50 ciclos por segundo, 180 000 ciclos por hora, cerca de 1,4 milhões num turno de oito horas. A fadiga do metal conta ciclos, não horas de funcionamento.

Duas conclusões práticas. A primeira: numa máquina de rotação rápida, a massa não equilibrada admissível é muitas vezes menor do que numa máquina lenta, e já não é possível avaliá-la a olho. A segunda: se, durante a aceleração, a vibração cresce mais rápido do que o quadrado da rotação, ou apresenta um pico estreito numa gama específica, não está a olhar para um desequilíbrio puro, mas para uma ressonância — a coincidência da rotação com uma frequência natural da estrutura. Como identificá-la e desviá-la, explicamos em separado.

Três tipos de desequilíbrio: estático, de momento, dinâmico

Os tipos de desequilíbrio distinguem-se pela forma como a massa não equilibrada se distribui ao longo do comprimento do rotor. A forma mais prática de os analisar é observar a posição relativa de dois eixos: o eixo principal central de inércia e o eixo de rotação. Esta não é uma distinção académica. Dela depende se vai colocar uma massa de correção ou duas. Na tabela abaixo vai encontrar a designação 1x — assim se chama a componente da vibração na frequência de rotação do rotor, e a sua fase é o ângulo que indica em que momento da rotação chega o impulso; ambos os valores são fornecidos pelo equipamento de medição.

Desequilíbrio estático. O eixo de inércia está deslocado paralelamente ao eixo de rotação. O centro de massa deslocou-se para o lado, e isto é detetável com a máquina parada: um rotor colocado sobre prismas ou apoios de rolos gira por si só até o ponto mais pesado ficar em baixo. Ao girar, surge uma única força não compensada. Uma massa de correção, num único plano, elimina-a. É assim que se comportam os rotores estreitos em forma de disco: rebolo, serra circular, polia fina, volante, disco de travão.

Desequilíbrio de momento (par). O eixo de inércia está inclinado e cruza o eixo de rotação no centro de massa. Imagine duas massas iguais em planos diferentes ao longo do rotor, situadas em lados opostos do eixo. Em repouso, a gravidade equilibra-as, o rotor sobre os prismas fica quieto, e nenhuma verificação estática o deteta. Ponha o rotor a girar, e as forças centrífugas destas massas revelam-se iguais e opostas, mas aplicadas em pontos diferentes ao longo do eixo. Não estão na mesma linha, por isso não se anulam. Formam um par de forças, ou seja, um momento, que faz balançar o rotor em torno do centro de massa: um apoio do rolamento sobe, e o outro, no mesmo instante, desce.

Uma única massa de correção não tem qualquer efeito aqui, porque cria uma força, não um par de forças. Se a colocar de forma a acalmar o primeiro apoio, o segundo piora: está simplesmente a transferir a vibração de uma extremidade do rotor para a outra. Um momento só se compensa com outro momento, o que significa que são necessárias duas massas em dois planos separados, orientadas em direções opostas.

Desequilíbrio dinâmico. As duas massas não equilibradas quase nunca são iguais, por isso, na prática, tem uma mistura de estática e de momento. Os eixos, nesse caso, cruzam-se no espaço: não são paralelos nem se intersectam. Este é o caso real habitual, e é exatamente este que se elimina no local. Para um rotor que se mantém rígido na rotação de trabalho, está demonstrado que duas massas de correção, separadas ao longo do comprimento do rotor, são suficientes para eliminar completamente o desequilíbrio, e que, em geral, não é possível fazê-lo com menos. As massas de correção não têm de ficar do lado oposto às massas originais nem coincidir com elas em valor. O que importa é apenas que compensem tanto a força como o momento.

Vale a pena distinguir, em separado, a diferença entre rotor rígido e rotor flexível. O mesmo rotor comporta-se como rígido a baixas rotações e como flexível a rotações elevadas: dobra-se de forma percetível sob as suas próprias forças centrífugas, o raio do ponto pesado aumenta com a massa, e o modelo linear deixa de funcionar. Um rotor flexível precisa de uma equilibragem modal para vários modos de vibração e de um sistema de medição diferente. Como escolher o número de planos de correção a partir da relação L/D, explicamos num artigo separado.

Fontes: ISO 21940-11:2016 · ISO 21940-12:2016

Em que se mede o desequilíbrio: g·mm, g·mm/kg e micrómetros

Três grandezas cobrem quase todas as conversas sobre desequilíbrio, e são constantemente confundidas.

Desequilíbrio U em g·mm. O produto da massa não equilibrada pelo raio. 10 g a um raio de 200 mm e 20 g a um raio de 100 mm dão os mesmos 2000 g·mm e a mesma força. Por isso, a massa da correção sem o raio não significa nada: registe sempre o raio de instalação, e, sempre que possível, coloque a massa de correção no mesmo raio da massa de prova.

Desequilíbrio específico em g·mm/kg. É o U dividido pela massa do rotor. Esta grandeza é necessária porque uma única tolerância não pode servir tanto para uma roda de 3 kg como para um tambor de 300 kg. Uma particularidade interessante: g·mm/kg é numericamente igual à excentricidade do centro de massa em micrómetros. 40 g·mm/kg é um deslocamento do centro de massa em relação ao eixo de rotação de 40 μm, ou seja, quatro centésimos de milímetro. É com estas grandezas que realmente trabalha quando coloca massas de correção num rotor.

Classe de qualidade G. O número da classe é o desequilíbrio específico multiplicado pela velocidade angular, ou seja, o produto e·ω em mm/s. Isto revela o essencial: a mesma classe, em rotações diferentes, exige uma precisão de fabrico diferente. Tome como exemplo G 6,3. A 1500 rpm, a excentricidade admissível é de cerca de 40 μm; a 3000 rpm, cerca de 20 μm. Para um rotor com 50 kg de massa, isto corresponde aproximadamente a 2000 e 1000 g·mm no total, e esse valor ainda tem de ser repartido entre os dois planos de correção.

As classes G e o desequilíbrio residual admissível são definidos pela ISO 21940-11. Os números acima servem como referência de trabalho para a ordem de grandeza: verifique a parte e a edição aplicável da norma para a máquina em concreto, e, para efeitos de aceitação contratual, registe a classe, a massa do rotor, a rotação, os raios e o número de planos. E recorde a distinção: a classe G descreve o desequilíbrio residual do rotor, não a velocidade de vibração admissível da carcaça. São tolerâncias diferentes e normas diferentes.

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

De onde surge o desequilíbrio numa máquina em funcionamento

Um rotor novo nunca é perfeito, e um rotor em funcionamento está constantemente a mudar. Vale a pena ter esta lista de causas em mente: quase sempre indica o que procurar em primeiro lugar.

• O que se fez à máquina pouco antes de a vibração aparecer: limpeza, substituição da roda, reparação de um rolamento, rebobinagem, trabalhos na fundação?
• A vibração aumentou de forma súbita ou gradual? Um salto súbito significa um pedaço desprendido, uma pá partida ou uma massa perdida. Um aumento gradual significa desgaste, acumulação de material, afrouxamento da fixação.
• A vibração muda à medida que a máquina aquece, e desaparece depois de arrefecer?
• Há, no rotor, vestígios de massas de correção instaladas anteriormente, e estão todas no lugar?
• Os valores repetem-se depois de parar e de um novo arranque? Valores instáveis significam muitas vezes uma massa que se desloca, ou um roçamento.

Verifique, em separado, se a rotação de trabalho não foi alterada. A conversão da máquina para um variador de frequência e o funcionamento a novas rotações podem levá-la à ressonância, e o desequilíbrio não tem nada a ver com isso. Nesse caso, as massas de correção não vão ajudar, por mais que as coloque.

Porque é perigoso o desequilíbrio: o que é destruído exatamente

O desequilíbrio raramente avaria a máquina de imediato. Funciona de outra forma: cada rotação acrescenta um ciclo de carga a todas as uniões, e as peças acabam por falhar por um mecanismo de fadiga. Por isso, «vibra, mas funciona» não é um argumento, é apenas um adiamento.

Os rolamentos são os primeiros a sofrer o impacto. A sua vida útil calculada é extremamente sensível à carga. Segundo a ISO 281, depende da relação entre a capacidade de carga dinâmica e a carga dinâmica equivalente, elevada à potência de 3 para rolamentos de esferas e 10/3 para rolamentos de rolos. Na prática, isto significa: duplicar a carga dinâmica equivalente reduz a vida útil calculada cerca de 8 a 10 vezes. Numa máquina real, a queda será mais suave, porque a carga dinâmica equivalente inclui também uma componente constante, proveniente do peso do rotor e da tensão da correia, e não apenas a força do desequilíbrio. Mas a ordem de grandeza do efeito é exatamente esta: não «um pouco menos», mas «várias vezes menos».

Depois disso, a carga propaga-se por toda a estrutura.

• Vale também a pena ter em mente o caso extremo, porque este evolui de forma acelerada. O aumento da vibração afrouxa a fixação, e a fixação afrouxada aumenta a vibração. Depois, solta-se uma pá ou uma massa de correção, o desequilíbrio aumenta instantaneamente várias vezes, e o rotor entra em contacto com a carcaça. Numa máquina de rotação rápida, isto é um acidente com projeção de peças, e não apenas uma reparação.

Observe não só o valor absoluto, mas também a tendência. Um aumento do nível para o dobro do valor de referência, registado numa máquina saudável, já é motivo para investigar, mesmo dentro da zona admissível em mm/s. A norma responde à pergunta «é admissível?». A tendência responde à pergunta «o que está a acontecer?».

Fontes: ISO 281:2007 · ISO 20816-1:2016

Como confirmar que se trata de desequilíbrio, e não de outra causa

O desequilíbrio é a causa mais frequente do aumento de vibração, mas está longe de ser a única. Colocar massas de correção sem antes confirmar custa caro: vai gastar um turno de trabalho e, no pior caso, agravar o problema. Existe um pequeno conjunto de sinais pelos quais o desequilíbrio se revela. Vai precisar do espectro — a decomposição da vibração por frequências, que o equipamento de medição constrói.

• Um 2x percetível e um aumento da vibração axial. Na maioria dos casos, é desalinhamento, e corrige-se com o alinhamento dos eixos, não com massas de correção.
• Um pente de harmónicas 1x, 2x, 3x (picos em frequências múltiplas da rotação), sub-harmónicas como 0,5x, piso de ruído elevado. Verifique a fixação, o pé mole, fissuras, roçamentos.
• Picos de alta frequência, não múltiplos da rotação, ruído na envolvente — a análise que realça as frequências dos rolamentos. São rolamentos, e a equilibragem não substitui a sua substituição.
• Um pico estreito e acentuado numa gama específica de rotações, com uma rotação de fase de cerca de 180° junto a ele. Isto é ressonância: o resultado da equilibragem não se mantém nesse ponto.
• A vibração total é várias vezes maior do que o 1x. A parte principal vem de outra coisa, e as massas de correção não a eliminam.

• No espectro, domina o pico na frequência de rotação, o 1x. A vibração total em mm/s RMS está próxima da componente de rotação. Referência prática para saber se as massas de correção vão funcionar: a proporção do 1x acima de cerca de 70–80 % do total.
• A vibração é predominantemente radial. A componente axial é claramente inferior à radial.
• A amplitude cresce com a rotação aproximadamente como o quadrado, de forma suave, sem picos estreitos nem quedas depois deles.
• A fase do 1x é estável e repete-se de arranque para arranque: a amplitude dentro de cerca de ±5 %, a fase dentro de cerca de ±5°. Uma fase instável significa que ainda não é possível equilibrar.
• O padrão nos dois apoios é coerente: fases próximas indicam desequilíbrio estático, uma divergência de cerca de 180° indica desequilíbrio de momento.

Publicámos uma análise detalhada de cada caso em artigos separados: como ler o espectro em múltiplos da rotação, em que diferem a vibração total, o 1x e a fase, como identificar e desviar uma ressonância, e sete situações em que a equilibragem não resolve. Aqui basta a regra: primeiro a medição, depois a decisão.

Fontes: ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020 · ISO 20816-1:2016

O que fazer a seguir e como pode ajudar a AXILINE

A equilibragem nos apoios próprios da máquina faz-se no local de exploração, sem desmontagem e sem retirar o rotor. A máquina não vai para uma máquina de equilibragem, a roda não é extraída, e a vibração é medida na rotação de trabalho, ou seja, exatamente no estado em que a máquina funciona. Para ventiladores, exaustores de fumos, trituradores, mulchers, fusos e bombas, esta é geralmente a única opção prática.

O Balanset-1A foi concebido exatamente para esta tarefa. Na mala vêm dois sensores de vibração, um sensor laser de fase, um módulo USB de dois canais com pré-amplificadores, integradores e conversor A/D, e software para Windows. Equilibra num e em dois planos, mede a rotação, a amplitude e a fase da velocidade de vibração (total e 1x), traça o espectro FFT e o sinal no domínio do tempo, regista os dois canais simultaneamente, indica por si só se a massa de prova foi adequada, calcula a tolerância pelas classes G, distribui a massa de correção por posições fixas e calcula a furação, calcula a excentricidade do mandril, recalcula as massas de correção para outros planos, trabalha com coeficientes de influência guardados e reúne os resultados num arquivo para o relatório.

Se equilibra regularmente, é mais económico ter o equipamento consigo. Se o caso é único ou complicado, os engenheiros da AXILINE vão até ao local e fazem o trabalho eles próprios: medem, avaliam a causa, equilibram e deixam o relatório. O Balanset é desenvolvido e fabricado pelos mesmos engenheiros que o utilizam para equilibrar no local, por isso, na escolha dos planos, na instalação dos sensores e na análise de um arranque falhado, terá o nosso apoio de consultoria.

• Tipo de máquina, rotação de trabalho, potência do acionamento, massa do rotor, se for conhecida.
• Fotografias do rotor de dois lados e fotografias dos locais onde é possível colocar os sensores.
• O que se fez à máquina antes de a vibração aparecer, e como esta cresceu: de forma súbita ou gradual.
• Se já existirem medições: vibração total, amplitude e fase do 1x nos dois apoios, espectro.

1. 01

   Faça uma medição fiável

   Sensores de vibração nos apoios dos rolamentos, o mais próximo possível do rolamento, com fixação rígida: espigão roscado ou íman sobre uma superfície limpa e plana. Direção radial, normalmente horizontal, e sempre a mesma de arranque para arranque. Tacómetro laser apontado a uma marca refletora no eixo. Registe a rotação, a vibração total, a amplitude e a fase do 1x nos dois apoios, e o espectro.

2. 02

   Avalie se é desequilíbrio

   Compare a proporção do 1x na vibração total, observe o espectro, verifique a repetibilidade em três arranques. Se a fase for instável, ou se o total for várias vezes superior ao 1x, pare e procure outra causa. Uma hora de verificação é mais barata do que um turno de equilibragem inútil.

3. 03

   Verifique a mecânica antes das massas de correção

   Aperto dos parafusos de fundação, pé mole, folgas, estado da argamassa de assentamento e da estrutura, folgas nos rolamentos, tensão e paralelismo na transmissão por correia. Equilibra-se uma máquina tecnicamente em bom estado, fixada de forma segura à fundação, sem ressonância na rotação de trabalho. Uma máquina com avarias repara-se primeiro: a equilibragem não substitui a reparação.

4. 04

   Equilibre e confirme o resultado

   Arranque inicial, massa de prova, cálculo, instalação das massas de correção, arranque de controlo e, se necessário, massas de ajuste fino (trim) a acrescentar às já instaladas. Registe o resultado logo em três aspetos: o 1x residual, a vibração total nos dois apoios e, se a aceitação o exigir, também o desequilíbrio residual em g·mm/kg.

Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A

Perguntas frequentes

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