Guia de diagnóstico de análise de vibração em equipamentos

A análise de vibração é a técnica central da manutenção preditiva. Compreender as assinaturas espectrais permite identificar defeitos em equipamentos industriais antes que ocorra a falha funcional. Este guia apresenta os diagnósticos direcionados aos principais tipos de desbalanceamento e outras anomalias mecânicas.

1. Desbalanceamento

O desbalanceamento ocorre quando o centro de massa do rotor não coincide com o seu centro de rotação. Ele é responsável pela grande maioria dos altos níveis de vibração em máquinas rotativas. Dependendo da distribuição da massa, ele se divide em três tipos principais:

1.1 Desbalanceamento Estático

Figura 1: Representação e espectro do Desbalanceamento Estático.

O desbalanceamento estático as forças estarão em fase e será permanente. A amplitude devida ao desbalanceamento crescerá com o quadrado da velocidade (3X de aumento da velocidade = 9X de aumento na vibração). 1X RPM sempre está presente e normalmente domina o espectro. Pode ser corrigida pela colocação, simplesmente, de um peso de balanceamento em um plano no centro de gravidade do Rotor (CG). Na imagem temos o espectro representativo juntamente com os dois mancais em fase 0° em ambos.

• Sintoma no Espectro: Alta amplitude de vibração estritamente na frequência de rotação (1x RPM).
• Fase: As leituras de fase nos mancais de apoio estão "em fase" (mesmo ângulo).
• Comportamento: A vibração radial (horizontal e vertical) domina, com vibração axial quase nula.

1.2 Desbalanceamento Conjugado

Figura 2: Forças atuantes no Desbalanceamento Conjugado.

O desbalanceamento conjugado o ângulo de fase tende a ficar 180° fora de fase no mesmo eixo. 1X RPM está sempre presente e normalmente domina o espectro. A amplitude varia com o quadrado do crescimento da velocidade. Pode provocar vibrações axiais e radiais elevadas. A correção exige a colocação de pesos de balanceamento em pelo menos 2 planos. Observe que pode existir aproximadamente 180° de diferença de fase entre as horizontais mancal LA e LOA, bem como entre as verticais LA e LOA.

• Sintoma no Espectro: Assim como o estático, apresenta forte pico em 1x RPM, podendo também excitar o sentido axial do equipamento.
• Fase Conjugada: A diferença de fase entre os dois mancais costuma ser de aproximadamente 180°.
• Correção: Para corrigir o desbalanceamento dinâmico, é mandatório realizar o balanceamento em no mínimo dois planos distintos.

1.3 Desbalanceamento de Rotor em Balanço

Figura 3: Desbalanceamento típico em rotores montados em balanço.

O desbalanceamento do rotor em balanço causa elevado 1X RPM tanto na direção axial como na direção radial. Leituras axiais tendem a estar em fase, enquanto leituras de fase radiais podem ser instáveis. Rotores em balanço comumente têm desbalanceamento de força e de acoplamento, cada um dos quais exigirá igualmente que se faça a correção.

• Sintoma no Espectro: Altos picos em 1x RPM em direções radiais, mas com uma forte presença de vibração na direção axial em 1x RPM.
• Fase: As leituras axiais nos mancais costumam estar "em fase".
• Confusão Comum: Pode ser facilmente confundido com desalinhamento angular devido à alta amplitude axial. A verificação da fase é crucial para o diagnóstico exato.

2. Desalinhamento (Eixos e Polias)

O desalinhamento introduz forças excessivas nos acoplamentos e mancais, reduzindo drasticamente a vida útil. Pode ser angular, paralelo ou combinado. O espectro exibe picos proeminentes em 1x, 2x e por vezes 3x RPM, sendo comum a vibração em 2x RPM ser superior a 1x RPM em casos de desalinhamento severo. A defasagem através do acoplamento é de 180°.

3. Folgas Mecânicas

A folga amplifica outras forças de excitação (como pé manco, desgaste na carcaça ou folga no rolamento). É diagnosticada no espectro por apresentar múltiplos harmônicos exatos da rotação (1x, 2x, 3x... até 10x RPM), e ocasionalmente sub-harmônicos (0.5x RPM).

4. Defeitos em Rolamentos

A evolução dos defeitos em rolamentos é rastreada pelas frequências de falha específicas (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Recomenda-se a utilização do método de demodulação de alta frequência (PeakVue/Envelope) para identificar o desgaste muito antes de ele aparecer nas baixas frequências (FFT convencional).