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Vida útil dos rolamentos e vibração

Vida útil dos rolamentos, vibração e carga: o que a equilibragem realmente traz

Já trocou o rolamento do exaustor de fumos pela terceira vez em dois anos, e o fornecedor diz sempre que o rolamento é bom. A vibração, entretanto, está em 6 mm/s, e todos já se habituaram a ela. É assim que o desequilíbrio funciona: não destrói o conjunto de imediato, mas acrescenta silenciosamente à carga de trabalho uma força rotativa, que percorre o rolamento em círculo a cada rotação. A seguir, analisamos a mecânica desta relação, porque a vida útil calculada reage de forma tão acentuada à carga e como calcular o ganho para a sua máquina sem números tirados do nada.

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

Em resumo: O desequilíbrio cria uma força centrífuga que se soma ao peso do rotor, à tensão da correia e à carga do processo, roda junto com o rotor e acrescenta ao rolamento um ciclo de carregamento a cada rotação. A vida útil calculada pela ISO 281 depende da carga dinâmica equivalente elevada à potência 3 para rolamentos de esferas e 10/3 para rolamentos de rolos, por isso mesmo uma redução moderada da carga aumenta de forma percetível a durabilidade calculada. Quanto exatamente, sem a capacidade de carga do rolamento em concreto, a carga real, a velocidade de rotação e as condições de lubrificação, ninguém consegue dizer. O caminho honesto é este: medir a vibração antes e depois, registar a massa de correção instalada e, um ano depois, comparar o tempo de funcionamento entre substituições de rolamentos.

O que o desequilíbrio faz dentro do rolamento

Um rotor desequilibrado puxa-se a si próprio para o lado. O centro de massa não está sobre o eixo de rotação, por isso, ao rodar, surge uma força centrífuga, dirigida do eixo para o ponto pesado. Calcula-se de forma simples: a força é igual ao produto do desequilíbrio em kg·m pelo quadrado da velocidade angular em rad/s. O desequilíbrio, aqui, é a massa multiplicada pelo raio, ou seja, exatamente os g·mm do relatório de equilibragem.

Tomemos um exemplo típico, para sentir a escala. No impulsor de um ventilador acumularam-se 50 g a um raio de 400 mm. São 20 000 g·mm, ou 0,02 kg·m. A 1500 rpm, a velocidade angular é 157 rad/s, e o seu quadrado é cerca de 24 700. A força sai em torno de 490 N. É o mesmo que pesa uma massa de 50 kg pendurada no impulsor. A diferença é que essa massa percorre continuamente a carcaça em círculo, 25 vezes por segundo. O exemplo é ilustrativo; para a sua máquina, os números serão outros.

A seguir, a força reparte-se pelos dois apoios de rolamento proporcionalmente aos braços, tal como num problema de viga. Num rotor simétrico entre apoios, isso reparte-se aproximadamente a meio. Num impulsor em consola, o apoio mais próximo recebe substancialmente mais, e o mais afastado trabalha muitas vezes à tração.

E aqui está o essencial. O vetor roda junto com o rotor. Meia rotação aponta para baixo e soma-se ao peso, meia rotação aponta para cima e subtrai-se dele. A carga constante do peso do rotor e da tensão da correia mantém-se fixa, e a carga rotativa vem baloiçá-la: numa única rotação, o rolamento passa pelo máximo e pelo mínimo de carga. É esta oscilação que determina a fadiga, não o valor médio.

O desequilíbrio não é a única força rotativa na máquina. O desalinhamento, a flexão do veio, o empeno térmico e a irregularidade do escoamento na parte hidráulica também criam carga variável. A equilibragem elimina apenas a parte que se situa na frequência de rotação 1x e é causada pela distribuição de massa do rotor.

Uma rotação, um ciclo: a aritmética da fadiga

A fadiga conta-se em ciclos, não em horas. Por isso, a velocidade de rotação é, nesta história, mais importante do que o calendário.

Uma máquina a 1500 rpm faz 90 000 rotações por hora, cerca de 2,2 milhões por dia e cerca de 650 milhões por ano de funcionamento quase sem paragens. Cada rotação é um ciclo de carregamento do desequilíbrio. Um ponto na pista exterior recebe, entretanto, um impacto de cada elemento rolante que passa, e por rotação passam vários.

Daqui resultam duas coisas práticas. A primeira: o mesmo desequilíbrio a 3000 rpm é mais perigoso do que a 750, e duplamente. A força cresce com o quadrado da velocidade, e o número de ciclos cresce de forma linear. A segunda: a frase «vai funcionar assim até à reparação programada» não significa um adiamento de meses, significa centenas de milhões de ciclos que o conjunto vai gastar de forma irreversível.

A vida à fadiga já consumida não se recupera. Ao equilibrar a máquina, deixa de a gastar depressa, mas não recupera o que já foi gasto. Por isso, equilibrar logo depois da reparação, e não só quando começar a vibrar, não é pedantismo, é economia.

Porque a vida útil calculada reage de forma tão acentuada à carga

A vida nominal básica de um rolamento calcula-se segundo a ISO 281. A fórmula é curta: a vida útil, em milhões de rotações, é igual à razão entre a capacidade de carga dinâmica C e a carga dinâmica equivalente P, elevada a uma potência. A potência é 3 para rolamentos de esferas e 10/3 para rolamentos de rolos.

A seguir, entra em jogo a aritmética do expoente, e é ela que explica todo o interesse na equilibragem. Reduziu a carga equivalente em 10% — a vida útil calculada de um rolamento de esferas aumenta cerca de 37%. Reduziu em 20% — aumenta quase para o dobro. Reduziu para metade — aumenta 8 vezes, e num rolamento de rolos, cerca de 10 vezes. A vida útil não muda pouco, muda em múltiplos.

Agora a parte honesta. Estes multiplicadores referem-se à carga dinâmica equivalente P, não à vibração em mm/s nem à força do desequilíbrio isoladamente. Em P já estão incluídos o peso do rotor, a tensão da correia, as cargas axiais e radiais do processo. Se a força do desequilíbrio representar um quinto de P, eliminá-la por completo reduz P em cerca de 20%, não para metade. Se representar a maior parte, o efeito será drástico. A proporção é própria de cada máquina, e só se conhece calculando para o conjunto em concreto.

Três ressalvas, sem as quais o cálculo se transforma em autoengano:

Vale a pena calcular o benefício por esta fórmula quando tem em mãos o C do catálogo, uma estimativa da P real, a velocidade de rotação e a classe de limpeza da lubrificação. Sem isso, qualquer frase do tipo «a equilibragem duplica a vida útil do rolamento» é uma bonita frase de venda, não um cálculo. Nós não damos esses números.

Fontes: ISO 281:2007

Porque não se pode converter mm/s em carga sobre o rolamento

A tentação é compreensível: a vibração baixou de 7,2 para 1,8 mm/s, logo a carga sobre o rolamento caiu para um quarto. Não é assim que funciona.

A vibração em mm/s é a resposta do sistema «rotor, apoios, estrutura, fundação» a uma força. A resposta depende da rigidez, da massa e do amortecimento. O mesmo desequilíbrio, numa bancada rígida, dá mm/s modestos, porque a estrutura quase não se move, e a força transmite-se por inteiro ao rolamento. Numa estrutura flexível, a mesma força dá mm/s elevados, mas parte dela é absorvida no deslocamento do rotor, não no apoio. Acima da primeira velocidade crítica (a velocidade a que o rotor atravessa a sua própria ressonância), o rotor chega a passar a rodar em torno do seu próprio centro de massa, e a força transmitida aos apoios cai, apesar de o desequilíbrio continuar lá.

O que resulta disto na prática:

Daqui resulta uma conclusão desagradável para máquinas rígidas. Uma bomba pesada sobre uma fundação maciça pode indicar 2 mm/s e, mesmo assim, estar a fazer passar pelos rolamentos uma força rotativa considerável. Um mm/s baixo não prova que o rotor esteja equilibrado. A prova é o desequilíbrio residual em g·mm/kg em relação à classe de precisão G escolhida.

Fontes: ISO 20816-1:2016

O que ganha junto com os rolamentos

O rolamento é o conjunto mais sensível à carga, mas não é o único. A força rotativa não para nele: passa para a carcaça, para os pés, para a estrutura, para a fundação, e volta. Por isso, a equilibragem entra nas ordens de reparação por mais do que uma única linha «substituição do rolamento».

ConjuntoO que a carga rotativa lhe fazO que se ganha depois da equilibragem
Impulsor e as suas soldadurasCartelas, pás e discos trabalham em flexão alternada, as fissuras crescem a partir de concentradores junto às soldadurasAs fissuras deixam de crescer depressa, a inspeção das soldaduras encontra menos problemas
Veio e assento do impulsorFlexão cíclica do veio, fretting (desgaste por micromovimentos relativos entre peças) nas superfícies de assento e no rasgo de chaveta, assento gastoO assento dura mais tempo, o impulsor não desaperta no veio entre reparações
Fixações e pésOs parafusos desapertam-se, os furos desgastam-se, o pé mole aparece por si sóO aperto mantém-se, são precisos menos reapertos
Estrutura, ancoragens, argamassa de nivelamentoO betão sob a base desgasta-se, a argamassa de nivelamento é lavada, as ancoragens perdem o apertoA base não «respira», e o resultado dos trabalhos nela mantém-se
Coaxialidade dos veiosPés gastos e uma estrutura assente desviam a coaxialidade, o desalinhamento volta depois de cada alinhamento de eixosO alinhamento mantém-se entre reparações, não só até ao fim da semana
Vedantes e acoplamentoBatimentos maiores aceleram o desgaste dos retentores e dos elementos elásticos, o vedante mecânico começa a verterMenos fugas e menos pó de borracha sob o acoplamento
Correias e poliasPulsação da tensão, deslizamento, desgaste localizado das ranhurasAs correias duram mais, a tensão fica mais estável
Precisão de maquinaçãoA vibração do fuso transmite-se à peça: facetamento (falta de circularidade), ondulação, desgaste acelerado da ferramentaRugosidade estável e menos rejeições por geometria
Ruído e condições de trabalhoA componente de rotação gera um zumbido que se propaga pelas tubagens e pela estrutura do edifícioMais silêncio no posto de trabalho, menos vibração secundária em conjuntos e instrumentos vizinhos

Estes ganhos são mais difíceis de quantificar do que a vida útil do rolamento, mas veem-se no diário de trabalhos. Veja o histórico dessa posição ao longo de dois anos. Se aparecem regularmente reapertos de parafusos, novos alinhamentos de eixos, substituição de correias e retentores, a carga rotativa está quase de certeza entre as causas.

Como calcular com honestidade o benefício para a sua máquina

Não existe um multiplicador universal, mas é possível obter uma resposta mensurável para a sua posição. Exige disciplina nos registos, não matemática complexa.

  1. 01

    Registe a linha de base antes dos trabalhos

    Vibração total em mm/s RMS mais amplitude e fase da 1x nos dois apoios de rolamento, nos mesmos pontos, na mesma direção, com a mesma fixação do sensor. Mais a velocidade de rotação, o regime e a carga da máquina. Sem este registo, não haverá depois nada com que comparar.

  2. 02

    Registe quanto desequilíbrio eliminou

    Retire do relatório a massa das massas de correção instaladas e o raio de instalação. O produto em g·mm é precisamente o desequilíbrio eliminado. Multiplique-o pelo quadrado da velocidade angular e obtém a força rotativa eliminada, em newtons. Este é o seu único número honesto de carga.

  3. 03

    Reúna o histórico de substituições de rolamentos

    Para esta posição em concreto: datas das substituições, horas de funcionamento entre elas, o que se observou nos rolamentos retirados. Lascamento da pista, desgaste da gaiola, marcas de sobreaquecimento e marcas de abrasivo apontam para causas diferentes, e nem todas se corrigem com a equilibragem.

  4. 04

    Calcule a paragem não programada com os seus próprios números

    Horas de paragem, custo do rolamento e da mão de obra, perdas de produção, horas extra. Os nossos números não servem aqui, mas os seus já estão nos relatórios da empresa. Esta é a base para comparar com o custo de uma deslocação ou de um instrumento.

  5. 05

    Repita a medição no mesmo regime

    Um mês depois, três meses depois, seis meses depois. Uma única medição mostra o estado, a decisão toma-se pela tendência. Um aumento para o dobro em relação à linha de base é motivo para investigar, mesmo dentro da zona admissível em mm/s.

  6. 06

    Um ano depois, compare o tempo de funcionamento entre substituições

    Antes e depois. É a única resposta que diz respeito exatamente à sua máquina. Uma única posição não é estatística, por isso, se tiver um parque de máquinas do mesmo tipo, compare grupos: as equilibradas contra as restantes.

Se a vibração baixou depois da equilibragem, mas os rolamentos continuam a falhar com a mesma periodicidade, isso é um resultado valioso, não um fracasso. Significa que o desequilíbrio não era a principal carga nesse conjunto, e é preciso procurar na lubrificação, na montagem, na coaxialidade ou na seleção. Aí sim, vai conseguir salvar de verdade o próximo rolamento.

Fontes: ISO 20816-1:2016

O que a equilibragem não corrige

A equilibragem reduz uma única força: a força centrífuga rotativa da massa desequilibrada, a que se situa na frequência de rotação. O resto, no conjunto do rolamento, não é afetado. A seguir, as causas pelas quais os rolamentos morrem prematuramente em máquinas já equilibradas.

Lubrificação

Tipo errado, intervalo errado, excesso de lubrificante, formação de espuma, lavagem por água, perda de viscosidade por sobreaquecimento. O regime de lubrificação entra diretamente no cálculo corrigido de durabilidade: com um filme deficiente, nem um rotor perfeitamente equilibrado salva a pista.

Contaminação

Abrasivo, água, produtos de desgaste, aparas. Uma partícula dura, esmagada por um elemento rolante, deixa uma marca, e essa marca torna-se num concentrador de tensões e num ponto de início de lascamento. Os vedantes e a limpeza na montagem são, aqui, mais importantes do que as massas.

Montagem

Assento fora da tolerância, montagem forçada através dos elementos rolantes, aquecimento com maçarico, pancadas no anel com martelo, pista danificada durante a montagem. Uma parte significativa das falhas prematuras nasce na bancada, dez minutos antes da instalação.

Desalinhamento dos anéis

O anel exterior está inclinado na carcaça, as superfícies de assento não são coaxiais, o veio está fletido, a tampa foi apertada de forma desigual. Os elementos rolantes percorrem a pista num ângulo incorreto, a zona de carga desloca-se para o bordo da pista. As massas não alteram esta geometria.

Seleção incorreta

Um rolamento não adequado à carga, à velocidade ou à temperatura. Dois rolamentos fixados rigidamente, sem apoio livre, ficam bloqueados pela dilatação térmica do veio e recebem uma carga axial que não constava do cálculo.

Desalinhamento e tensão da transmissão

Uma correia demasiado tensa e a falta de coaxialidade das metades do acoplamento geram uma componente de carga constante. Esta entra por inteiro na carga dinâmica equivalente, e só se elimina com o alinhamento de eixos e a tensão correta, não com uma massa de correção.

Correntes elétricas nos rolamentos

Um variador de frequência sem rolamento isolado ou anel de ligação à terra queima a pista com descargas elétricas. Aparenta ser um defeito de rolamento, mas corrige-se pela via elétrica.

Ressonância

Em ressonância, a vibração está inflacionada pela resposta da estrutura, não pela força. A equilibragem, nesse caso, dá um resultado instável, e o rolamento continua a receber carga de uma estrutura em vibração amplificada. Sobre os sintomas e a forma de desafinar a ressonância, temos um artigo à parte.

Verifique se a fase da 1x se repete de arranque para arranque. Um rolamento desgastado, com folga grande, comporta-se como uma folga na fixação: a fase varia, o coeficiente de influência sai pouco fiável, e a equilibragem não converge. Uma fase instável é um sinal para resolver primeiro a mecânica, não para aumentar a massa de teste.

Por onde começar e como a AXILINE pode ajudar

A ordem de trabalho é simples e não exige heroísmo. Primeiro, uma medição em que se possa confiar: sensores nos apoios de rolamento, o mais perto possível do rolamento, fixação rígida por espárrago ou íman numa superfície limpa, a mesma direção radial de arranque para arranque, tacómetro laser sobre a marca refletora. Depois, avaliar se é mesmo desequilíbrio: a fração da 1x na vibração total, o espectro, a repetibilidade em três arranques. Só depois disso, as massas.

O Balanset-1A foi concebido para esta tarefa. Dois acelerómetros, sensor laser de fase, módulo USB de dois canais com pré-amplificadores, integradores e conversor A/D, software para Windows. Mede a vibração total e a 1x com fase nos dois apoios em simultâneo, mostra a velocidade de rotação, constrói o espectro FFT e o sinal no tempo, equilibra a um e dois planos pelo método dos coeficientes de influência, calcula a tolerância pelas classes G, distribui a massa por posições fixas e calcula a furação, trabalha com coeficientes de influência guardados e reúne os resultados num arquivo para o relatório. Existe uma variante sem mala, para integração em máquinas e bancadas.

O relatório aqui não é uma formalidade, é uma ferramenta de registo. Nele ficam a linha de base anterior aos trabalhos, a massa e o raio instalados, a 1x residual e a velocidade de rotação. Um ano depois, são exatamente estes registos que vão permitir comparar o tempo de funcionamento dos rolamentos antes e depois, em vez de adivinhar.

Se equilibra com regularidade, sai mais barato ter o instrumento em casa. Se o caso é pontual ou pouco claro, os engenheiros da AXILINE deslocam-se e fazem o trabalho no local, sem desmontagem e sem retirar o rotor: 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 montagem dos sensores e na análise de um arranque falhado, tem apoio de consultoria.

Perguntas frequentes

Em quanto é que a equilibragem vai prolongar a vida útil dos rolamentos na minha máquina?

Sem um cálculo, não sabemos dizer, e esta é uma resposta honesta. São necessárias a capacidade de carga dinâmica C do rolamento em concreto, do catálogo, uma estimativa da carga dinâmica equivalente P real, a velocidade de rotação e as condições de lubrificação. A ordem de grandeza do efeito é dada pela ISO 281: a vida útil depende de P elevado à potência 3 para rolamentos de esferas e 10/3 para rolamentos de rolos, por isso uma redução de carga de 20% quase duplica a durabilidade calculada. Mas a proporção da força do desequilíbrio na carga total é própria de cada conjunto, e um número pronto do tipo «o dobro», sem os seus dados, é marketing, não um cálculo.

É possível converter mm/s em força sobre o rolamento?

Não. O valor em mm/s é a resposta do sistema à força, e depende da rigidez, da massa e do amortecimento dos apoios e da estrutura. A mesma força dá mm/s diferentes numa bancada rígida e numa flexível. A força avalia-se através do desequilíbrio: a massa da massa de correção, multiplicada pelo raio de instalação, dá o desequilíbrio eliminado em g·mm, e a multiplicação pelo quadrado da velocidade angular dá a força em newtons.

A vibração está na zona A. Faz sentido equilibrar com mais precisão por causa dos rolamentos?

A zona A da parte aplicável da ISO 20816 responde à pergunta se o estado da máquina é aceitável, não se o rotor está equilibrado. Numa fundação rígida, mm/s baixos combinam-se tranquilamente com uma força rotativa considerável. Se o rotor for leve e de alta velocidade, faz sentido, e deve avaliar-se o desequilíbrio residual em g·mm/kg em relação à classe de precisão G escolhida. Se o conjunto for sobretudo carregado pela carga do processo, dê prioridade à lubrificação, à montagem e ao alinhamento de eixos.

A equilibragem substitui a troca do rolamento?

Não. Não alisa uma lasca na pista nem restaura a folga. A lógica é a inversa: o rolamento substitui-se, e a equilibragem elimina a causa que o levou a falhar prematuramente, para que o novo não repita o mesmo destino. Se trocar o rolamento sem eliminar a carga, o próximo dura aproximadamente o mesmo tempo.

Com que frequência repetir a equilibragem para manter a vida útil?

Pela tendência, não pelo calendário. Registe a linha de base logo depois da equilibragem e repita a medição no mesmo regime e nos mesmos pontos. Um aumento para o dobro da linha de base é motivo para voltar com o instrumento. Ventiladores com acumulação de depósitos e desgaste das pás afastam-se da norma em semanas, enquanto um motor elétrico, depois de uma boa equilibragem, pode manter-se estável durante anos.

O instrumento calcula a vida útil do rolamento?

Não, e nenhum analisador de vibração faz isso. O instrumento mede a vibração, extrai a 1x com fase, calcula as massas de correção e a tolerância pelas classes G. A vida útil calculada obtém-se pela ISO 281, com dados do fabricante do rolamento e as cargas reais. A vibração responde à pergunta sobre o que está a acontecer e quão urgente é, não a quantas horas faltam.

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