AXILINEVibração total, componente de rotação 1x e fase: o que a equilibragem resolve exatamente
O ventilador começou a zumbir depois da limpeza da roda. Coloca um sensor no apoio do rolamento, e o aparelho indica 9,8 mm/s. Equilibrar ou procurar outra causa? A resposta esconde-se em três números que o aparelho dá ao mesmo tempo.
Três números no ecrã que não se podem confundir
O aparelho mede a vibração de forma contínua, mas apresenta-a em formas diferentes. No Balanset-1A, vê quatro campos por cada canal: a vibração total, a componente de rotação, a sua fase e a rotação. Cada campo responde a uma pergunta diferente.
Vibração total (global), mm/s RMS
Tudo o que faz a máquina abanar na banda medida, num único número (RMS — valor eficaz). Aqui misturam-se o desequilíbrio, o desalinhamento, os rolamentos, as folgas, a ressonância, o escoamento, um equipamento vizinho através da fundação. É por este número que avalia o estado da máquina e o compara com as zonas A/B/C/D. Use sempre a mesma banda, normalmente 10–1000 Hz.
Componente de rotação 1x, mm/s RMS
A parte da vibração exatamente na frequência de rotação, um ciclo por volta. O aparelho isola-a a partir do impulso do tacómetro laser sobre a marca refletora. O desequilíbrio está aqui, e só aqui. Na interface, são os campos V1o e V2o, em contraste com os totais V1s e V2s.
Fase do 1x, graus
O desvio da sinusoide do 1x em relação ao impulso do tacómetro. Campos F1 e F2. O valor em si não diz onde está a massa em excesso. O que importa é a variação da fase e a diferença de fase entre pontos.
Rotação, rpm
Verifique-a primeiro. Se saltar de 1450 para 1490, a marca está suja ou o tacómetro vê dois reflexos por volta. Enquanto a rotação for instável, a amplitude e a fase do 1x não são fiáveis, e a equilibragem não tem sentido.
Sem o sensor de fase, o aparelho só mostra a vibração total. Não é possível isolar nem o 1x nem a fase — não há a partir de quê. Por isso, uma marca refletora limpa no veio não é uma formalidade, é uma condição de trabalho.
Porque é que a equilibragem reduz apenas o 1x
O desequilíbrio é uma massa deslocada do eixo de rotação. Cria uma força centrífuga que roda com o rotor e, por isso, empurra o apoio uma vez por volta. Daqui vem o pico no 1x. A massa de correção cria uma segunda força igual, em oposição de fase, e as duas anulam-se.
Daqui decorre uma limitação simples. A massa atua sobre uma força que se repete uma vez por volta. Sobre uma vibração de natureza e frequência diferentes, não tem qualquer efeito. O desalinhamento carrega os apoios duas vezes por volta, um defeito de rolamento bate na sua própria frequência, um parafuso solto dá impactos e todo um pente de harmónicas. Pode equilibrar o rotor na perfeição e não ver qualquer alteração na vibração total.
É exatamente por isso que o manual do aparelho coloca, antes da equilibragem, uma medição em modo de vibrómetro. Esta medição tem um único objetivo: confirmar que a vibração é composta sobretudo pela componente 1x.
| Fonte de vibração | Como se apresenta | A equilibragem elimina? |
|---|---|---|
| Desequilíbrio do rotor | pico de 1x dominante, fase estável | Sim, é essa a sua função |
| Desalinhamento de eixos | 1x mais 2x percetível, vibração axial elevada, desvio de fase de cerca de 180° ao longo do acoplamento | Não. É necessário o alinhamento de eixos |
| Fixação solta, pé mole | pente 1x, 2x, 3x e seguintes, fundo de ruído elevado, fase salta dezenas de graus | Não. Aperte a fixação, corrija o apoio e os calços |
| Defeitos de rolamentos | picos de alta frequência, não múltiplos da rotação, ruído em torno da ressonância do rolamento | Não. Planeie a substituição |
| Ressonância do apoio ou da estrutura | pico de amplitude acentuado numa faixa estreita de rotação, rotação da fase do 1x de cerca de 180° na desaceleração livre | Não. Altere a rigidez, a massa ou a rotação de trabalho |
| Escoamento, roçamento, aerodinâmica | frequência de passagem de pás (número de pás × frequência de rotação), ruído de banda larga | Não |
Critério prático: calcule a parcela do 1x
Tome dois números do mesmo ponto e calcule a relação entre eles. Primeiro exemplo: total 12,0 mm/s, rotação 11,2 mm/s. A parcela do 1x é de cerca de 93 %, o desequilíbrio cria quase toda a vibração, a equilibragem dá resultado. Segundo exemplo: total nos mesmos 12,0 mm/s, mas rotação 2,8 mm/s. A parcela é de cerca de 23 %. Aqui coloca as massas, reduz o 1x para 0,5 mm/s e obtém um total de 11,7 mm/s. O cliente vai dizer que nada mudou, e tem razão.
Oriente-se pela tabela abaixo. É uma regra prática, não uma norma, mas poupa arranques e reputação.
| Parcela do 1x no total | O que significa | O que fazer |
|---|---|---|
| acima de 80 % | a vibração é criada quase inteiramente pelo desequilíbrio | Equilibre. Vai ver o efeito no arranque de controlo |
| 50–80 % | há desequilíbrio, mas atua também uma segunda fonte | Equilibre, mas avise antecipadamente: parte da vibração vai ficar |
| 30–50 % | o desequilíbrio é secundário | Primeiro o espectro e a mecânica. A equilibragem como segunda etapa |
| abaixo de 30 % | o desequilíbrio quase não tem influência | Não gaste arranques. Procure a causa no espectro e na fixação |
Compare o total e o 1x sempre no mesmo ponto, na mesma direção e à mesma rotação. O total na horizontal e o 1x na vertical dão uma relação sem sentido. Mantenha o sensor na horizontal-radial, no apoio do rolamento, e não o desloque entre medições.
Fase: o que mostra e o que não mostra
O equívoco mais frequente é este: o aparelho indicou 47°, logo o ponto pesado está a 47° da marca. Não é assim. A leitura da fase depende de onde está o sensor, para que lado aponta, em que frente do impulso o tacómetro dispara, da rigidez dos apoios e da proximidade da ressonância. A mesma massa em excesso dá graus diferentes em máquinas diferentes.
A fase funciona como um indicador de variação. O aparelho regista o vetor do 1x antes da massa de prova, regista-o depois e calcula a diferença. Essa diferença é o coeficiente de influência, ou seja, a resposta do sistema concreto «rotor — apoios — base» a uma massa conhecida num ponto conhecido. Depois, o programa resolve o problema inverso e indica a massa e o ângulo de correção. O ângulo é contado a partir do local da massa de prova, não a partir da marca do tacómetro.
A segunda função da fase é o diagnóstico. A diferença de fase entre dois pontos diz mais do que qualquer amplitude.
- Fase do 1x estável, dispersão dentro de ±2–3° — o sistema pode ser equilibrado
- Fase salta ±20–30° com a rotação inalterada — procure folga na fixação, não massas
- Fase roda cerca de 180° na aceleração ou na desaceleração livre, a amplitude dá um pico estreito — está em ressonância, a equilibragem vai dar um resultado instável
- Diferença de fase horizontal–vertical no mesmo apoio de cerca de 90° — quadro típico de desequilíbrio
- Desvio de fase de cerca de 180° ao longo do acoplamento, na direção axial — desalinhamento, precisa de alinhamento de eixos, não de massas
- Depois da massa de prova, a amplitude do 1x mudou menos de 20 % e a fase menos de 20° — a massa é pequena, aumente-a e repita o arranque
Não compare fases obtidas com montagens diferentes do tacómetro ou depois de deslocar a marca. A referência perdeu-se, e todos os graus deslocaram-se por um valor constante. É quase impossível detetar isto só pelos números.
O que fazer quando o 1x é pequeno e a máquina continua a abanar
É uma situação normal, e não significa que a deslocação foi em vão. Significa que a equilibragem não é a ferramenta certa. A partir daqui, trabalha com o espectro.
- 2x forte e vibração axial elevada. Verifique o alinhamento de eixos e o estado do acoplamento. Numa transmissão por correia, observe o paralelismo das polias e a tensão.
- Pente de harmónicas e semi-harmónicas, fundo de ruído elevado. Verifique o aperto dos parafusos, o pé mole, o estado dos calços, fissuras na estrutura e na fixação à fundação. Por vezes, apertar quatro parafusos reduz a vibração mais do que quaisquer massas.
- Picos de alta frequência, não múltiplos da rotação, ruído no envolvente (modo de análise de sinal para diagnóstico de rolamentos). Observe os rolamentos: lubrificação, folga, sinais de desgaste. Calcule a vida útil pela ISO 281, e planeie a substituição pela tendência, não por uma única medição.
- Pico estreito, que desaparece de forma acentuada com uma pequena variação da rotação. É ressonância. Registe a desaceleração livre — a amplitude e a fase enquanto a máquina para livremente depois de cortada a alimentação —, encontre a frequência própria e afaste a rotação de trabalho ou altere a rigidez dos apoios.
- Pico na frequência de passagem de pás, ou seja, o número de pás multiplicado pela frequência de rotação. Verifique as folgas, os roçamentos, o estado da carcaça e o regime de escoamento. A equilibragem não ajuda aqui.
- A vibração apareceu depois de uma limpeza ou reparação, o 1x domina. Este é exatamente o seu caso, equilibre.
Sequência de trabalho no local
- 01
Medição em modo de vibrómetro
Coloca os sensores nos apoios dos rolamentos, o tacómetro na marca refletora. Liga a máquina à rotação de trabalho. Regista o total, o 1x, a fase e a rotação nos dois apoios. Mantém uma única direção, normalmente horizontal-radial.
- 02
Calcula a parcela do 1x
Divide o 1x pelo total em cada ponto. Se obtiver mais de 80 % nos dois apoios, avança. Se obtiver 20–30 %, para e passa ao espectro.
- 03
Observa o espectro
Procura o que domina: 1x, 2x, pente de harmónicas ou frequências altas. Ao mesmo tempo, verifica se a frequência de rotação no espectro coincide com a leitura do tacómetro.
- 04
Verifica a mecânica
Aperto dos parafusos, pé mole, folgas, estado dos apoios e da fundação, tensão das correias. São cinco minutos de trabalho que eliminam metade das equilibragens inúteis.
- 05
Exclui a ressonância
Regista a desaceleração livre e observa se há um pico de amplitude acentuado com rotação de fase perto da rotação de trabalho. Não vale a pena equilibrar em ressonância, o resultado não se mantém.
- 06
Massa de prova
Coloca uma massa pesada a um raio conhecido, introduz a massa e o raio reais. Depois do arranque, verifica: a amplitude do 1x mudou 20–30 % ou a fase 20–30°. Se for menos, aumenta a massa, em vez de tentar calcular a partir do ruído.
- 07
Correção e arranque de controlo
Coloca as massas calculadas, contando o ângulo a partir do local da massa de prova. Se necessário, acrescenta um ajuste fino (trim) — um acerto com massas pequenas, sem nova calibração. Depois, volta a observar as duas grandezas: o 1x mostra a qualidade da equilibragem, o total mostra o estado da máquina.
Resultado típico para um ventilador com desequilíbrio puro: cerca de 12 mm/s antes do trabalho e cerca de 1,5–2 mm/s depois. É uma referência ilustrativa para uma máquina onde o 1x domina e a mecânica está em bom estado, não uma promessa para o seu equipamento.
Três «tolerâncias» diferentes, fáceis de confundir
Quando o programa indica «dentro da tolerância», está a comparar o 1x residual com o valor-alvo que introduziu. Não é uma avaliação do estado da máquina nem uma confirmação da classe de qualidade da equilibragem. Os três critérios existem em separado.
| O que avalia | Por que grandeza | Onde consultar |
|---|---|---|
| Resultado da equilibragem no programa | 1x residual e fase | comparação com o valor-alvo introduzido por si, em mm/s |
| Estado geral da máquina | vibração total, mm/s RMS na banda de 10–1000 Hz | critérios da ISO 20816 para medições em partes fixas, zonas A/B/C/D |
| Qualidade da equilibragem do rotor | desequilíbrio residual, g·mm/kg | classes G segundo a ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1) |
Trate os números de zonas e classes como referência prática. Verifique a parte e a edição aplicável da norma para a máquina em concreto: há limites por potência, rotação, tipo de apoios e exceções por tipo de máquina. Para efeitos de aceitação contratual, registe a parte da norma, os pontos de medição, a banda de frequência, o regime de funcionamento e o tipo de base.
Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · ISO 21940-12:2016 · ISO 281:2007 · ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020 · Manual de operação Balanset-1A
Se precisar do aparelho e de mãos para o trabalho
Tudo o que foi descrito acima faz-se com um único kit de dois canais: dois acelerómetros, um sensor laser de fase, um módulo USB e um software para Windows. O Balanset-1A mostra a vibração total e a de rotação com fase nos dois canais em simultâneo, constrói o espectro, calcula os coeficientes de influência, distribui a massa por posições fixas e guarda os resultados num arquivo para o relatório. A equilibragem é feita nos próprios apoios da máquina, sem desmontar e sem retirar o rotor.
A AXILINE é composta por engenheiros que desenvolvem e fabricam os equipamentos Balanset e que os utilizam pessoalmente para equilibrar no local. Vamos até à máquina com o kit, medimos o total e o 1x, mostramos-lhe a proporção e dizemos com franqueza o que se resolve com massas e o que exige alinhamento de eixos, aperto ou substituição de rolamento. Se já tiver um aparelho e a questão for apenas a interpretação das medições, os nossos engenheiros dão apoio de consultoria.
Escreva-nos a indicar o tipo de máquina, a rotação e o que o aparelho mostra. Com estes três números, a conversa começa mais depressa.
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A
Perguntas frequentes
Em que é que a vibração total difere da componente de rotação 1x?
O total é o valor eficaz de toda a vibração na banda medida, normalmente 10–1000 Hz. Nele somam-se todas as fontes ao mesmo tempo. A componente de rotação 1x é apenas a parte que corresponde exatamente à frequência de rotação. O aparelho isola-a a partir do impulso do tacómetro. O desequilíbrio manifesta-se no 1x, por isso a equilibragem altera o 1x e quase não altera o resto.
O 1x pode ser maior do que a vibração total?
Fisicamente não: o 1x é uma parte do total, por isso é sempre menor ou aproximadamente igual a ele. Se o aparelho mostrar o contrário, procure um erro de medição. O mais frequente é a rotação a saltar, o tacómetro a captar um reflexo a mais, a marca suja ou o sinal em sobrecarga. Resolva isto antes de equilibrar.
A fase indica onde está o ponto pesado do rotor?
Não. A leitura da fase depende do local e da direção de montagem do sensor, da frente de disparo do tacómetro, da rigidez dos apoios e da proximidade da ressonância. O papel da fase é outro: comparando o vetor do 1x antes e depois da massa de prova, o programa determina a resposta do sistema a uma massa conhecida e, a partir dela, calcula a massa e o ângulo de correção. O ângulo é contado a partir do local da massa de prova.
Que parcela do 1x é suficiente para avançar com a equilibragem?
Como regra prática: acima de 80 % do total é um desequilíbrio seguro, 50–80 % é um caso misto com efeito parcial, abaixo de 30 % a equilibragem praticamente não resulta. Calcule a relação no mesmo ponto e na mesma direção, caso contrário o número não tem sentido.
A equilibragem reduziu o 1x, mas a vibração total ficou igual. O que se passa?
Está tudo correto, o desequilíbrio simplesmente não era a causa principal. A vibração vem sobretudo de outra fonte. Observe o espectro: um 2x forte e vibração axial apontam para desalinhamento, um pente de harmónicas com fase instável para fixação solta, picos de alta frequência não múltiplos da rotação para rolamentos, um pico estreito com rotação de fase para ressonância.
É possível medir o 1x e a fase sem sensor de tacómetro?
Não. Sem o impulso de referência, o aparelho só mostra a vibração total, porque não há a partir de que isolar a componente de rotação nem contar a fase. Para equilibrar, é preciso um sensor laser de fase e uma marca refletora limpa no veio, com um único impulso estável por volta.
Conteúdo relacionado
Sensor de fase e marca refletora: como o aparelho mede a fase
O sensor de fase forma um único impulso curto por cada rotação do rotor. A partir do intervalo entre impulsos, o aparelho calcula a frequência de rotação, e a partir do instante do impulso conta a fase da componente de rotação da vibração: o atraso angular entre a marca e o máximo da sinusoide 1x. Sem este ponto de referência, não há a partir de que isolar o 1x nem a partir de que contar graus, por isso resta apenas a vibração total num único número, e não é possível calcular a massa corretiva. Ao mesmo tempo, a marca define o zero para a fase, mas não o zero para o ângulo de correção: o ângulo de instalação da massa conta-se a partir do local da massa de ensaio.
Velocidade crítica e rotores flexíveis: por que motivo a correção feita a uma velocidade não funciona a outra
A velocidade crítica é a rotação na qual a frequência de rotação coincide com a frequência natural de vibração à flexão do próprio rotor: o eixo curva-se, a vibração na componente rotacional 1x dispara, a fase roda cerca de 180°. Abaixo da primeira crítica, o rotor é considerado rígido, e a correção num ou em dois planos funciona a qualquer rotação. Acima dela, comporta-se de forma flexível: a forma da deflexão depende da velocidade, por isso massas encontradas a uma velocidade podem aumentar a vibração a outra. Para estes rotores aplica-se a equilibragem modal e a equilibragem a várias velocidades, e não o esquema habitual de dois planos.
Equilibragem de turbinas, turbo-expansores e veios-árvore de alta velocidade no local de funcionamento
Sim, mas não qualquer rotor. No local, nas suas próprias chumaceiras, equilibramos rotores rígidos de rotação moderada — os que não se fletem à rotação de serviço: veios-árvore de máquinas-ferramenta, rotores de bancos de ensaio, veios de acionamento e rodetes de máquinas de processo, parte dos rotores de pequenas turbinas de acionamento e turbo-expansores, segundo um programa acordado. Rotores flexíveis, que trabalham acima da primeira velocidade crítica, e os pequenos rotores de turbocompressores de sobrealimentação exigem condições especializadas, vários planos e várias velocidades. Nesses casos, medimos a componente síncrona 1× — a vibração na frequência de rotação, que é criada pelo desequilíbrio. Medimos a sua amplitude e fase (o ângulo que mostra onde está o ponto pesado), encontramos as velocidades críticas na rampa de paragem e entregamos um parecer, em vez de massas ao acaso.
Descreva o equipamento e o problema
Respondemos às suas perguntas, esclarecemos os dados iniciais e informamos o que é necessário para o orçamento e a deslocação.