Roçamento e empeno térmico do rotor: porque a equilibragem não converge

Fez tudo conforme as instruções. Arranque inicial, massa de teste, cálculo, correção. E o arranque de controlo mostrou não 0,8 mm/s, como o programa prometia, mas 3,5 mm/s num ângulo completamente diferente. Muitas vezes o problema não está num erro na leitura do ângulo nem nas massas: a máquina muda mesmo durante o funcionamento, e o cálculo das massas perde o sentido. As duas causas mais frequentes desta instabilidade são o roçamento do rotor contra peças fixas e o empeno térmico.

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

Porque a vibração instável estraga o cálculo das massas

A equilibragem pelo método dos coeficientes de influência assenta numa única equação. O vetor de vibração no apoio é a soma da resposta ao desequilíbrio inicial com a resposta à massa acrescentada. O instrumento mede o vetor inicial, coloca-se uma massa de teste de valor conhecido a um raio conhecido, o instrumento mede o novo vetor, e toda a diferença entre os dois é atribuída pelo programa à massa. Dessa diferença resulta o coeficiente de influência, e dele, a massa e o ângulo de correção.

Dentro desta equação escondem-se duas condições em que normalmente não se pensa. A primeira: o sistema é linear, ou seja, uma força duas vezes maior dá uma resposta duas vezes maior, e a rigidez dos apoios não depende da amplitude. A segunda: o sistema não muda entre arranques, ou seja, a geometria do rotor, as folgas e a temperatura mantêm-se iguais. O roçamento quebra a primeira condição. O empeno térmico quebra a segunda.

Veja o que acontece aos números. O exemplo é ilustrativo, para clarificar, não é um relato de um trabalho real. O arranque inicial dá 4,0 mm/s a 30°. O arranque de teste dá 6,0 mm/s a 70°, e o programa assume que toda esta deslocação do vetor foi causada pela massa. Mas, nos doze minutos gastos a parar, colocar a massa e voltar a atingir a velocidade, a máquina aqueceu, e a componente térmica acrescentou os seus próprios 1,2 mm/s a 150°. O coeficiente de influência sai errado tanto em módulo como em fase. O programa promete uma residual de 0,5 mm/s, o arranque de controlo mostra 3,5 mm/s num ângulo que nada tem a ver.

Depois piora. Acrescenta novas massas, mas a deriva continua, e cada nova iteração é calculada com dados já corrompidos. Surge assim o quadro conhecido: três a quatro arranques, a vibração salta ora para cima, ora para baixo, e a máquina não entra na tolerância. O instrumento não tem culpa nenhuma. Está a resolver uma equação cujos coeficientes mudam.

O critério de validade dos dados é simples e verifica-se com um único arranque extra. Pare a máquina e arranque de novo, sem mudar nada. A amplitude da 1x (a componente de rotação — a vibração à frequência de rotação do rotor) deve repetir-se dentro de cerca de 10%, a fase dentro de poucos graus. Se a fase divergir dezenas de graus, não vale a pena obter coeficientes de influência, por mais cuidadoso que seja o resto do trabalho.

Roçamento: um contacto que vive no espectro e no sinal no tempo

O roçamento é o contacto do rotor em rotação com uma peça fixa. Há poucos candidatos, e todos são previsíveis: vedante labiríntico ou de escovas, resguardo do ventilador, cone de entrada, difusor, chapa de proteção, defletor de óleo, tampa do rolamento, um pedaço partido de isolamento. Por vezes, o contacto não é criado pelo próprio rotor, mas por uma camada de produto agarrada ao impulsor que cresceu até preencher a folga.

A mecânica do contacto explica todo o quadro no ecrã. Enquanto o rotor não toca na carcaça, o sistema tem uma única rigidez. No momento do contacto, soma-se a rigidez do encosto, e só numa direção e só numa parte da rotação. A resposta fica assimétrica e cortada, e no espectro surgem harmónicos — componentes múltiplas da frequência de rotação: 2x, 3x, 4x e mais acima, muitas vezes com um piso de ruído elevado.

O roçamento parcial, quando o contacto ocorre uma vez por rotação, dá este espectro em pente e impactos no sinal no tempo com o período da rotação. O roçamento anular, quando o rotor assenta no vedante em toda a circunferência, comporta-se de forma diferente: o atrito desencadeia uma precessão retrógrada — o rotor começa a rolar pelo vedante no sentido oposto ao da rotação —, e no espectro surgem sub-harmónicas estáveis 1/2x, 1/3x, 1/4x. Esta já é uma situação de avaria, não um motivo para continuar a medir.

Há também uma armadilha inversa. O contacto apoia o rotor, aumenta a rigidez efetiva do sistema e por vezes reduz a amplitude da 1x. Olha para a vibração total, vê que ficou «melhor», e não repara que os harmónicos aumentaram e que a fase da 1x deixou de se repetir. É precisamente por isso que vale a pena olhar sempre para o sinal no tempo, não só para o espectro.

• Pente de harmónicos 1x, 2x, 3x e acima, com ruído de fundo elevado
• Sub-harmónicas estáveis 1/2x, 1/3x, 1/4x, se o contacto se tornou anular
• Sinal no tempo cortado de um lado ou claramente assimétrico em relação ao zero
• Impactos no sinal com um período de exatamente uma rotação
• O quadro muda à medida que a máquina aquece: a folga varia, e o contacto ora aparece, ora desaparece
• Aquecimento localizado da carcaça na zona de contacto: câmara termográfica ou simplesmente a mão no resguardo
• Marcas no metal: uma faixa polida e brilhante, cores de revenido, pó metálico, tinta desgastada
• A fase da 1x não se repete de arranque para arranque, a amplitude salta sem motivo aparente
• Som característico: um roçar seco ou um chiado, que muda com a velocidade de rotação

Para ver os harmónicos e sub-harmónicos, a banda usada na avaliação total não chega. Defina o Fmax (o limite superior da gama de frequências do espectro) na ordem de 10–20 vezes a frequência de rotação, para uma máquina a 1450 rpm isso são aproximadamente 250–500 Hz, e no mínimo 1600 linhas. Sobre a escolha do Fmax, do número de linhas e do tempo de registo, temos um artigo à parte sobre as configurações de medição.

Empeno térmico: o rotor muda de geometria com o aquecimento

O empeno térmico é a flexão do rotor causada por um aquecimento ou arrefecimento desigual. Um lado do veio ou do impulsor aquece mais do que o outro, o metal expande-se de forma assimétrica, o eixo curva-se, e o centro de massa afasta-se da linha dos apoios. Obtém-se uma força de rotação real, que não existia com a máquina fria.

Vale a pena manter as causas numa lista, porque têm de se procurar com os olhos, não com o instrumento. Arrefecimento desigual: canais obstruídos, metade da grelha de admissão de ar tapada, um fluxo de ar quente dirigido para um lado da carcaça, recirculação da descarga de volta para a entrada. Aquecimento desigual por dentro: um curto-circuito localizado no enrolamento, barras do rotor danificadas, um fluxo desigual de fluido quente através do impulsor. Empeno residual de paragem: um rotor pesado, parado numa posição durante muitas horas, assenta sob o próprio peso, e nos primeiros minutos do arranque vê-se uma vibração que depois desaparece.

Merece atenção à parte a ligação entre o empeno e o roçamento. O contacto aquece o rotor num ponto, o ponto de aquecimento provoca empeno na direção do contacto, o empeno intensifica o contacto. O sistema entra num processo lento e autossustentado, em que a fase da 1x roda continuamente, e a amplitude sobe e desce com um período de dezenas de minutos. No diagrama polar (o gráfico em que o vetor de vibração é representado por amplitude e ângulo), a ponta do vetor não desenha um ponto, mas uma espiral. É um sintoma clássico: não é «ruído de medição», é física.

Existe também uma variante que vive nas chumaceiras de deslizamento. Num rotor em consola, com grande excentricidade do veio, o óleo na folga aquece de forma desigual ao longo da circunferência, o colo do veio aquece de forma assimétrica, e o veio adquire um empeno térmico originado no próprio rolamento. A conclusão prática é a mesma: enquanto o processo térmico decorre, o vetor 1x não é uma característica do desequilíbrio.

É importante não confundir o empeno térmico com o crescimento térmico das carcaças. O crescimento das carcaças e dos apoios eleva os veios uns em relação aos outros e cria um desalinhamento induzido, que se corrige com o alinhamento de eixos usando deslocamentos a frio predefinidos. O empeno altera a própria geometria do rotor. Os sintomas são parecidos, porque ambos os fenómenos estão ligados ao aquecimento, mas os trabalhos são diferentes.

• A amplitude da 1x aumenta de forma monótona nos primeiros 20–60 minutos, com velocidade constante
• A fase da 1x desloca-se lentamente sempre no mesmo sentido, em vez de oscilar à volta de uma média
• O cenário repete-se de arranque para arranque quase de forma idêntica, seguindo a mesma curva
• Depois de parar e arrefecer, um arranque a frio dá a mesma vibração baixa de antes
• A diferença de temperaturas na carcaça ou nos flanges é visível com a câmara termográfica
• Por vezes, no diagrama polar, o vetor desenha uma espiral em vez de um ponto

Um rotor aquecido e empenado comporta-se como um rotor flexível: o seu desequilíbrio está distribuído ao longo do comprimento e depende da forma da flexão, por isso dois planos de correção podem não descrever todo o quadro. A avaliação e a equilibragem de rotores flexíveis são tratadas pela ISO 21940-12; verifique a parte e a edição aplicáveis à sua máquina.

Fontes: ISO 21940-12:2016

Um único teste de aquecimento: como separar o tempo e a velocidade de rotação

Uma única ideia ajuda a separar as causas. A ressonância é função da velocidade de rotação. O roçamento e o empeno térmico são função do tempo e da temperatura. Logo, é preciso alterar a velocidade uma vez e acompanhar o tempo uma vez. Toda a verificação cabe num único aquecimento e numa única paragem, ou seja, aproximadamente uma hora de funcionamento.

1. Passo 1

   Registe a curva de aquecimento

   Arranque a máquina fria à velocidade de trabalho e mantenha-a constante. A cada 2–3 minutos, registe quatro grandezas: velocidade de rotação, vibração total, amplitude da 1x e fase da 1x. Ao lado, escreva a temperatura dos apoios de rolamento. Não mude o sensor de posição nem a direção de medição, caso contrário a curva deixa de ser comparável consigo mesma.

2. Passo 2

   Aguarde o regime térmico estabilizar

   Considere o regime estabilizado quando a temperatura do apoio muda menos de 1–2 °C em 10 minutos, e a fase da 1x se mantém dentro de poucos graus nesses mesmos 10 minutos. Num ventilador pequeno, isto demora 20–30 minutos; numa máquina de grande porte com fluido quente, uma hora ou mais. Até esse ponto, quaisquer medições só servem para diagnóstico, não para calcular massas.

3. Passo 3

   Verifique a repetibilidade

   Pare a máquina sem mexer em nada, e arranque de novo. Compare o vetor da 1x no mesmo ponto de aquecimento. Se coincidir dentro de 10% em amplitude e poucos graus em fase, os dados são válidos. Se não coincidir, procure a causa, não calcule massas.

4. Passo 4

   Altere a velocidade de rotação

   Numa máquina com variador de frequência, desloque a velocidade em 10–15% e veja o que acontece à amplitude e à fase. Um pico estreito e acentuado, com uma rotação de fase de cerca de 180°, indica ressonância. Se o quadro quase não depender da velocidade, mas depender fortemente do tempo de funcionamento, é um fenómeno térmico. Se a velocidade não for regulável, registe a vibração na paragem por inércia.

5. Passo 5

   Deixe a máquina arrefecer

   Pare a máquina, deixe-a arrefecer e registe um arranque a frio. Se a vibração baixa e a fase anterior voltarem, a natureza térmica está confirmada. Se a vibração se mantiver alta depois de arrefecer, a causa é mecânica: um assento gasto, uma folga, uma massa perdida, uma pá partida, um roçamento que já causou desgaste.

6. Passo 6

   Inspecione a máquina enquanto está quente

   Logo após a paragem, percorra com a câmara termográfica a carcaça, os vedantes, o resguardo e os flanges. Um ponto quente localizado num setor do resguardo denuncia a zona de contacto. Depois retire a tampa ou a portinhola e observe o metal: faixa polida, marcas de gripagem, pó metálico.

Registe tudo numa tabela com marcas de tempo. É a curva «fase em função dos minutos de funcionamento» que estabelece o diagnóstico, não um único espectro bonito. Uma só medição não distingue o empeno térmico de um erro do operador; uma série de medições, sim.

Tabela: como distinguir cinco situações parecidas

As combinações são mais frequentes do que os casos puros. A folga aumenta a mobilidade do rotor e provoca roçamento. O roçamento aquece o rotor e provoca empeno. O empeno aumenta a vibração e consome a folga. Por isso, não pare no primeiro sintoma encontrado: percorra toda a lista, caso contrário elimina o efeito e deixa a causa.

Fontes: ISO 13373-3:2015

Encontrou roçamento: ordem de ação

O roçamento pertence aos defeitos que não podem, em princípio, ser compensados com massas. Enquanto o contacto existir, qualquer correção dura até à próxima alteração da folga, e o desgaste continua a avançar. A sua tarefa é encontrar o ponto de contacto e restabelecer a folga.

• Meça as folgas onde estiverem acessíveis: vedante, resguardo, cone de entrada, difusor, tampas. Compare com o desenho ou com a ficha técnica da máquina
• Lembre-se de que a folga com a máquina fria e com a máquina quente é diferente. Se o contacto só aparece com carga, calcule os deslocamentos térmicos, não apenas as dimensões a frio
• Verifique se o rotor não se aproximou da carcaça por desgaste do rolamento ou do assento. Uma folga radial excessiva no rolamento cria, por si só, roçamento
• Verifique a tensão de uma tubagem ou conduta ligada de forma rígida: ela desloca a carcaça e consome a folga de um lado
• Verifique o aperto dos pés e o pé mole. A folga dá ao sistema do rotor um curso extra e leva ao contacto
• Inspecione o impulsor e a roda: camada de produto agarrada, aresta de uma pá dobrada, uma massa instalada anteriormente que afrouxou ou se deslocou
• Verifique se não é o próprio rotor a roçar, mas um objeto estranho: um pedaço de isolamento, um resto de vedante, um revestimento do resguardo descolado
• Restabeleça a folga e repita a medição antes de equilibrar. Os harmónicos e as sub-harmónicas devem desaparecer, e a fase da 1x deve começar a repetir-se

Colocar massas às cegas com roçamento não é perigoso apenas por perder tempo. O contacto aquece o metal, estraga o vedante e reduz o rendimento, e numa máquina com chumaceiras de deslizamento, o roçamento anular pode, em minutos, tornar o rotor instável. Se as sub-harmónicas 1/2x e 1/3x forem pronunciadas e estiverem a aumentar, a máquina para-se, não se «aguenta até ao fim do turno».

Empeno térmico: o que fazer e como trabalhar com a máquina quente

Aqui a ordem é diferente. O empeno térmico nem sempre é um defeito a eliminar. Por vezes, é uma propriedade normal da máquina em regime de funcionamento, e nesse caso a tarefa não é remover o empeno, mas equilibrar com rigor no estado em que a máquina trabalha.

Primeiro, procure sempre a causa. A simetria do aquecimento é, na maioria das vezes, restabelecida por medidas simples: limpeza dos canais de arrefecimento, grelha totalmente aberta, eliminação da recirculação da descarga quente para a entrada, isolamento ou anteparo contra um fluxo de ar quente dirigido, reparação do enrolamento ou das barras do rotor. Cada um destes pontos reduz o próprio empeno, e nenhuma massa produz esse efeito.

Se a causa foi eliminada, mas o empeno se mantém em regime de trabalho, equilibre com a máquina quente. O objetivo é que todos os arranques decorram no mesmo estado térmico; assim, a condição de invariância do sistema cumpre-se, e os coeficientes de influência tornam-se fiáveis.

Tenha em mente, à parte, um caso especial: um rotor com empeno residual de uma longa paragem. Uma máquina destas não se equilibra pelos primeiros minutos de funcionamento. Deixe-a endireitar à velocidade de trabalho e só depois registe os dados. Se, depois de um aquecimento completo, o empeno não desaparecer, o veio tem uma flexão permanente, e isso já é uma questão de desempeno ou substituição, não de massas.

1. 01

   Atinja o regime térmico estável

   Aqueça a máquina até uma temperatura estável dos apoios e uma fase estável da 1x. Considere inicial apenas esta medição. Tudo o que registou durante o aquecimento, guarde para o diagnóstico.

2. 02

   Reduza as paragens entre arranques

   Cada paragem para colocar uma massa arrefece a máquina. Prepare as massas, a fixação e as ferramentas com antecedência, marque os planos de correção antes do arranque, trabalhe a dois. Quanto mais curta a paragem, menos os estados térmicos dos arranques se afastam entre si.

3. 03

   Deixe a máquina reaquecer antes de cada medição

   Depois de colocar a massa, não meça de imediato. Dê os mesmos minutos de aquecimento que no arranque inicial, e registe o vetor no mesmo ponto da curva. Ainda que demore mais, os dados ficam comparáveis.

4. 04

   Verifique a repetibilidade em cada arranque

   Antes de aceitar uma medição, veja se a fase está estável. Se continuar a variar, significa que o regime ainda não estabilizou ou que o processo térmico não terminou. Espere, não calcule.

5. 05

   Guarde os coeficientes de influência

   Os coeficientes obtidos com a máquina quente servem para trabalhos futuros na mesma máquina, no mesmo regime. Da próxima vez, dispensa arranques de teste, ou seja, dispensa paragens e arrefecimentos desnecessários. Para uma máquina difícil de parar, este é o principal ganho prático.

6. 06

   Registe as condições no relatório

   Anote a velocidade de rotação, a carga, a temperatura dos apoios, o tempo de aquecimento, os pontos e as direções de medição. Sem estas condições, o número «ficou em 1,6 mm/s» não significa nada: noutro estado térmico, a mesma máquina mostra um número diferente.

A avaliação do estado geral pela vibração total, em mm/s RMS, na banda de 10–1000 Hz, é associada pela norma ISO 20816 a condições de funcionamento estabelecidas, ou seja, ao regime e à carga. Para uma máquina com empeno térmico, isto não é uma formalidade: as medições a frio e a quente não podem ser comparadas entre si. A tolerância de desequilíbrio residual pelas classes G é definida pela ISO 21940-11. Verifique as partes e as edições aplicáveis à sua máquina, e, para efeitos de receção contratual, registe-as no documento junto com o regime e os pontos de medição.

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

Conclusão prática: se a fase varia, pare

Reunamos tudo numa única regra, a aplicar antes de pegar na massa de teste. Observe a fase da 1x com velocidade constante. Se estiver estável, o sistema é adequado para o cálculo. Se estiver a variar, nenhum cálculo é válido, e continuar a equilibragem significa mover a vibração ao acaso, para um lado e para o outro.

Esta regra poupa mais tempo do que qualquer outra verificação no local. Três arranques extra com massas e reposicionamento demoram uma hora e meia a duas horas, enquanto o teste de aquecimento com registo da fase decorre em paralelo com o funcionamento da máquina e não exige uma única paragem.

E não se esqueça para que serve tudo isto. A equilibragem serve para eliminar a força de uma massa desequilibrada. O roçamento e o empeno térmico não são desequilíbrio, são outros processos que se manifestam na mesma frequência 1x e, por isso, se disfarçam de desequilíbrio. Só é possível distingui-los pelo comportamento ao longo do tempo. O instrumento mostra esse comportamento de imediato, desde que olhe não para um único número, mas para uma curva.

• A fase da 1x mantém-se dentro de poucos graus ao longo de 10 minutos de funcionamento
• Um novo arranque dá o mesmo vetor: 10% em amplitude, poucos graus em fase
• A 1x representa a maior parte da vibração total, os harmónicos e as sub-harmónicas são pequenos
• O sinal no tempo é simétrico, sem picos cortados nem impactos uma vez por rotação
• As temperaturas dos apoios são estáveis, não há pontos quentes localizados na carcaça
• As folgas estão normais, não há marcas de contacto no metal
• Só agora coloque a massa de teste

Se não lhe apetece investigar sozinho

Somos engenheiros que desenvolvem e fabricam os instrumentos Balanset e também os utilizam para equilibrar no local. Por isso, a primeira coisa que fazemos no local é medir e observar o comportamento da máquina ao longo do tempo, e não soldar massas de imediato. Se a fase da 1x variar durante o aquecimento, ou se houver sinais de roçamento no sinal, sabe-o antes de começar a equilibragem, junto com a indicação exata do que verificar.

O lado técnico aqui é simples. O Balanset-1A regista dois canais em simultâneo e mostra a vibração total, a amplitude e a fase da 1x, a velocidade de rotação, o espectro FFT e o sinal no tempo, ou seja, exatamente o conjunto com que se distinguem os harmónicos do roçamento e a deriva lenta da fase no empeno térmico. O diagrama polar torna a espiral visível a olho nu. O arquivo e os relatórios permitem comparar as medições a frio e a quente, em vez de discutir de memória.

Quando a causa é mesmo desequilíbrio, segue-se o trabalho normal: equilibragem a um ou dois planos pelo método dos coeficientes de influência, distribuição da massa por posições fixas ou cálculo da furação, se não houver onde soldar, cálculo da tolerância pelas classes G, adição de massas se necessário. Os coeficientes de influência obtidos com a máquina quente ficam guardados, e a deslocação seguinte dispensa arranques de teste.

O instrumento também pode ser comprado, incluindo na variante Balanset-1A OEM sem mala, para integração em máquinas e bancadas. Inclui apoio de consultoria, com a análise dos seus espectros, sinais no tempo e curvas de aquecimento.

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

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