Pé Mancal Frouxo (Soft Foot): Causas, Diagnóstico e Correção
Pé mancal frouxo é uma das causas mais comuns, porém subestimadas, de vibração excessiva em equipamentos rotativos. Na experiência de campo, uma grande parcela das máquinas em plantas industriais operam com soft foot não corrigido. Este artigo oferece uma visão detalhada da física do fenômeno, sua classificação, métodos de detecção — desde paquímetros de lâminas até análise de vibração de fase cruzada — e técnicas práticas de correção.
1. Definição e Natureza Física
Pé mancal frouxo é uma condição na qual um ou mais pés da máquina não têm contato total com a estrutura de fundação (placa de base, placa de apoio) antes que os parafusos de fixação sejam apertados. Quando tal parafuso é apertado, a carcaça da máquina se deforma, a geometria do furo do rolamento é distorcida e o eixo do rotor se desvia de sua posição projetada.
Physically, the following occurs: the tightening force of a bolt on a foot with incomplete contact creates a bending moment in the casing. This deformation is transmitted to the bearing supports, causing:
- Desalinhamento dos anéis internos dos rolamentos de esferas
- Distribuição desigual de carga em mancais de deslizamento
- Desalinhamento angular dos eixos de máquinas acopladas
- Desbalanceamento dinâmico devido à deflexão do rotor
Como resultado, a vibração aumenta na frequência de rotação (1×) e, em casos graves, também em múltiplos harmônicos.
Existem casos documentados em que a correção do soft foot em um único parafuso reduziu a velocidade de vibração (RMS) de 12 mm/s para 2 mm/s — uma redução de seis vezes.
2. Classificação do Soft Foot
A prática internacional distingue quatro tipos de soft foot. Cada um exige uma abordagem diferente para identificação e correção.
Soft Foot Paralelo (Jogo de Ar)
Há um jogo de ar uniforme sob o pé em toda a superfície do mancal. As causas incluem: pé curto, falta de planicidade da placa base ou espessura incorreta das calços.
✓ Calços planos calibradosSoft Foot Angular
O pé entra em contato com a estrutura apenas por uma borda ou canto. Quando o parafuso é apertado, o lado oposto levanta, distorcendo a carcaça. Ocorre quando o pé não é perpendicular ao eixo do parafuso ou quando a superfície tem desgaste em forma de cunha.
✓ Calços cónicos / em degrauSoft Foot Esfregadiço (Elástico)
A superfície entra formalmente em contato com a estrutura, mas há material compressível presente: calços finos excessivos, tinta, sujeira, corrosão ou resíduo de junta. O alinhamento "deriva" com o tempo à medida que se assenta. Identificado por medições repetidas instáveis.
✓ Superfícies limpas, ≤3 calçosSoft Foot Induzido
O pé e a estrutura têm geometria correta, mas forças externas — tensão em tubulações, cargas de bandejas de cabos, forças de proteções, pressão de parafusos de içamento — puxam a carcaça fora do plano de apoio. O mais insidioso: medições estáticas podem não revelá-lo.
✓ Correção de tensão em tubulaçõesFolgaForça externaCorreção Primeiro, determine o tipo de pé mancal frouxo pela natureza do contato e, em seguida, selecione o método de correção (calços, usinagem de superfície, remoção de cargas externas).
3. Impacto na Condição de Vibração da Máquina
O pé mancal frouxo tem um efeito negativo complexo na condição da máquina em vários parâmetros:
| Parâmetro | Mecanismo de Impacto |
|---|---|
| Velocidade de vibração (RMS, mm/s) | Aumento de amplitude na frequência rotacional de 1× devido à deflexão do rotor e ao desalinhamento |
| Fase de vibração | A diferença de ângulo de fase entre os apoios pode chegar a 180° — um sinal característico de pé mancal frouxo |
| Espectro | 1× elevado com possível presença de 2× e frequência da rede (para motores elétricos) |
| Vida útil do rolamento | O desalinhamento do anel causa sobrecarga pontual nos elementos rolantes, reduzindo drasticamente a vida útil |
| Alinhamento de eixos | Alinhamento instável: os valores "derivam" do alvo após o aperto dos parafusos |
| Vedações | A deformação da carcaça prejudica a geometria dos assentos das vedações mecânicas |
Se a vibração permanecer elevada após realizar um alinhamento de eixos de qualidade, a primeira coisa a verificar é o pé mancal frouxo.
4. Métodos de Diagnóstico
4.1. Detecção Estática (Paquímetros de Folga e Relógios Comparadores)
O método mais comum durante trabalhos de alinhamento programados.
- Afrouxe todos os parafusos de fixação da máquina.
- Insira um jogo de paquímetros de folga entre cada pé e a estrutura. Registre as folgas.
- Para cada pé com folga superior a 0,05 mm, selecione calços calibrados.
- Aperte todos os parafusos com uma chave dinamométrica.
- Repita a medição com um relógio comparador: monte a base na estrutura, posicione a ponta do indicador no pé e afrouxe o parafuso. O deslocamento admissível é de no máximo 0,05 mm (50 µm).
Este método não detecta pé mancal frouxo induzido que ocorre sob carga de operação (temperatura, pressão, tensão da tubulação).
4.2. Detecção Dinâmica (Afrouxamento de Parafusos em Máquina em Funcionamento)
Este método detecta o pé mancal frouxo diretamente nas condições de operação — em temperatura, pressão e tensão da tubulação.
- Monte um sensor de vibração (acelerômetro) na carcaça da máquina próximo ao apoio.
- Conecte o instrumento no modo de monitoramento em tempo real da velocidade de vibração RMS. Um vibômetro portátil de dois canais, como o Balanset-1A pode ser usado, permitindo o monitoramento simultâneo do nível de vibração e do ângulo de fase na frequência rotacional.
- Afrouxe sequencialmente cada parafuso de fixação (até o aperto manual), observando a mudança no RMS.
- Reaperte imediatamente o parafuso após a verificação e passe para o próximo.
- O parafuso cujo afrouxamento resulta em uma redução significativa da vibração indica soft foot (pé mancal frouxo) naquele local.
Uma redução na velocidade de vibração RMS de mais de 20% ao afrouxar um único parafuso é evidência conclusiva de soft foot.
Trabalhar com elementos de fixação em equipamentos em operação envolve risco elevado. O cumprimento rigoroso dos requisitos de segurança ocupacional é obrigatório, incluindo o uso de ferramentas anti faíscas em áreas perigosas e a devida autorização para trabalhos em equipamentos energizados.
4.3. Análise de Vibração em Fase Cruzada
O método instrumental mais informativo, permitindo a identificação de soft foot sem afrouxar elementos de fixação em equipamentos em operação.
Equipamento Necessário
- Analisador de vibração de dois canais com função de fase cruzada
- Dois acelerômetros
- Sensor de referência de fase (tacômetro) e um marcador refletivo no rotor
O vibroômetro de dois canais Balanset-1A fornece medição simultânea da amplitude de vibração em 1× e do ângulo de fase em dois canais com precisão de ±2°, tornando-o adequado para análise de fase cruzada em campo. Um sensor de referência de fase fotoelétrico (faixa de 0–360°) está incluído como equipamento padrão.
- Monte os acelerômetros em dois apoios da máquina na mesma direção (por exemplo, vertical).
- Fixe o marcador no rotor e aponte o sensor do tacômetro para o marcador.
- Realize a medição de fase cruzada: o instrumento determina a diferença do ângulo de fase de vibração entre dois pontos na frequência rotacional de 1×.
Se a diferença de fase for aproximadamente 180° com uma diferença de amplitude simultaneamente significativa entre os dois apoios, este é um sinal característico de soft foot. O apoio com a amplitude mais alta indica a localização do problema.
Diagnóstico Diferencial
| Defeito | Diferença de Fase Entre Apoios | Amplitude |
|---|---|---|
| Pé mancal frouxo | ≈ 180° | Diferença significativa entre apoios |
| Desbalanceamento | ≈ 0° (em fase) | Níveis comparáveis |
| Desalinhamento | 0° ou 180° | Depende do tipo de desalinhamento |
CH1 / CH2Δφ ≈ 0°Δφ ≈ 180° Sinais em fase geralmente indicam desbalanceamento; sinais em contrafase apontam para pé mancal frouxo. Para uma conclusão definitiva, verifique as amplitudes, o espectro 1×/2× e o teste de afrouxamento dos parafusos.
A vantagem do método de fase cruzada é que ele funciona durante a operação normal da máquina e não requer o afrouxamento de nenhum elemento de fixação.
5. Pé Mancal Frouxo Induzido por Tubulação
A tensão da tubulação em equipamentos de bombas ou compressores é uma das principais — ainda que mais frequentemente negligenciadas — causas de vibração excessiva e desalinhamento instável.
5.1. Mecanismo de Ocorrência
Se a tubulação estiver conectada a uma flange da máquina sob tensão (sem ajuste livre), a força do tubo é constantemente aplicada ao casco da máquina. Sob pressão e temperatura de operação, essa força aumenta devido à dilatação térmica. O tubo "balança" a máquina, levando a:
- Mudanças periódicas no alinhamento do eixo
- Aumento da vibração na frequência rotacional 1× e 2×
- Desgaste prematuro de rolamentos e vedações mecânicas
- Leituras instáveis ao tentar o alinhamento
Força de tensãoDeformação As setas vermelhas mostram a força de tensão da tubulação que puxa a máquina fora de sua geometria. O círculo 12–3–6–9 mostra a ordem para medir as folgas da flange em quatro pontos antes do alinhamento.
5.2. Inspeção da Condição da Tubulação
Antes do alinhamento do eixo, a inspeção da angularidade e do deslocamento das flanges é obrigatória.
- Desconecte a tubulação da flange da máquina.
- Meça as folgas entre a flange do tubo e a flange da máquina em quatro pontos: 12, 3, 6 e 9 horas.
- Determine a angularidade (diferença de folga nos pontos opostos) e o deslocamento (desalinhamento paralelo das linhas centrais das flanges).
Tolerâncias
- Valor ideal de angularidade e deslocamento: 0 mm
- Praticamente alcançável com montagem cuidadosa: 0,01–0,02 mm
- Valores que excedem 0,05 mm exigem correção obrigatória antes do alinhamento
5.3. Montagem da Tubulação
O objetivo é alcançar uma conexão de flange sem tensão, sem aplicar forças externas. Os métodos incluem:
- Ajuste dos apoios e suspensões da tubulação
- Corte ou extensão de trechos de tubo
- Uso de juntas de expansão
- Correção das posições dos apoios intermediários
Na prática de campo, organizações operacionais frequentemente negligenciam a verificação de tensão nos tubos, continuando a buscar a causa da vibração em outro lugar. Esse trabalho é intensivo em mão de obra, mas sem ele qualquer alinhamento — mesmo alinhamento de precisão — será instável.
6. Requisitos da Área de Contato do Pé
A área mínima de contato do pé da máquina com a placa base (estrutura da fundação) deve ser pelo menos 80% da área da base do pé.
Quando a área de contato for inferior a 80%:
- A carga é distribuída de forma desigual, criando concentrações de tensão local
- As calços deformam-se e são rebaixados nas zonas de contato pontual
- O aperto dos parafusos não fornece fixação estável — o alinhamento "deriva" com o tempo
- O risco de falha por fadiga do pé ou da placa base aumenta
Métodos de Inspeção
- Inspeção visual: marcas de contato, oxidação, riscos nas superfícies do pé e da estrutura
- Azul de Prússia (pasta de marcação): aplicar uma camada fina na placa base, pressionar o pé para baixo, avaliar o padrão de contato
- Jogo de paquímetros de espessura: medir ao redor do perímetro do pé com o parafuso afrouxado
Se o contato for inferior a 80%, a planicidade das superfícies de apoio deve ser restaurada: raspagem, fresamento ou retificação da placa base e/ou da base do pé.
7. Procedimento de Correção de Pé Frouxo (Soft Foot)
Sequência de trabalho recomendada quando o pé frouxo é detectado:
Preparar Superfícies de Apoio
- Limpar as placas base e as superfícies dos pés de sujeira, tinta, ferrugem e material antigo de junta
- Verificar a planicidade com uma régua e um jogo de paquímetros de espessura
- Usinar as superfícies, se necessário (retificação, raspagem)
Verificar a Área de Contato
- Garantir que o contato do pé com a placa base seja de pelo menos 80%
- Eliminar quaisquer materiais compressíveis (elásticos) na zona de contato
Medir Folgas
- Afrouxar todos os parafusos de fixação
- Medir as folgas com paquímetros de espessura ou um indicador de relógio em cada pé
- Selecionar calços de aço inoxidável calibrados. No máximo 3 calços por pé (para evitar o efeito "amassado")
Verificar Tensão nos Tubos
- Desconectar a tubulação
- Medir a angularidade e o deslocamento da flange em quatro pontos
- Se as tolerâncias forem excedidas, corrigir para alcançar uma conexão sem tensão
Aperto Final & Verificação
- Aperte todos os parafusos com uma chave dinamométrica em padrão cruzado
- Verificação com relógio comparador: deslocamento ≤ 0,05 mm ao afrouxar qualquer parafuso
- Teste de funcionamento e verificação dos níveis de vibração
Realizar Alinhamento de Eixos
O alinhamento de eixos deve ser realizado apenas após o soft foot ter sido totalmente corrigido e a tubulação ter sido instalada. Caso contrário, os resultados do alinhamento serão instáveis.
8. Instrumentação
8.1. Ferramentas para Diagnósticos Estáticos
- Jogo de paquímetros de lâminas calibrado (a partir de 0,02 mm)
- Relógio comparador em base magnética (graduação 0,01 mm)
- Régua de precisão
- Pasta de marcação (Azul de Prússia) para avaliação da área de contato
- Chave dinamométrica calibrada
8.2. Ferramentas para Diagnósticos Dinâmicos
A detecção dinâmica de soft foot e a análise de fase cruzada exigem um analisador de vibração portátil com capacidade de medição simultânea em dois canais e análise de fase.
Balanset-1A (fabricado pela VibroMera) é um vibro-balanceador portátil de dois canais adequado para essas tarefas. Principais especificações relevantes para diagnósticos de soft foot:
A arquitetura de dois canais do Balanset-1A permite a medição simultânea de amplitude e fase de vibração em dois mancais, o que é um pré-requisito para diagnósticos de soft foot por fase cruzada. Após a correção do soft foot, o mesmo instrumento é utilizado para o balanceamento do rotor em seus próprios mancais — em um ou dois planos de correção — sem desmontagem do equipamento.
9. Referências Normativas
- GOST R ISO 20816-1-2021 — Vibração. Medição e avaliação da vibração de máquinas. Parte 1. Diretrizes gerais.
- GOST R ISO 18436-2-2005 — Monitoramento de condição e diagnóstico de máquinas. Monitoramento de condição e diagnóstico de vibração. Parte 2. Requisitos para treinamento e certificação de pessoal.
- ISO 1940-1:2003 — Vibração mecânica. Requisitos de qualidade de balanceamento para rotores em estado constante (rígido). Parte 1: Especificação e verificação de tolerâncias de balanceamento.
- ISO 10816 / ISO 20816 — Série de normas para avaliação da condição de vibração de máquinas.
10. Conclusão
Ponto-Chave
O soft foot é um defeito sistêmico de instalação cuja correção é um pré-requisito obrigatório para o alinhamento bem-sucedido de eixos e a redução de vibração em equipamentos rotativos. Ignorar o soft foot torna qualquer trabalho subsequente de comissionamento inútil: o alinhamento será instável, a vibração permanecerá elevada e a vida útil dos mancais e vedações será reduzida.
Vibrômetros portáteis modernos de canal duplo, como o Balanset-1A fornecer um ciclo diagnóstico completo — desde a detecção de soft foot por análise de fase cruzada até o balanceamento subsequente do rotor em campo. O uso de métodos diagnósticos instrumentais em vez de inspeção visual aumenta significativamente a confiabilidade na detecção de defeitos e reduz o tempo de comissionamento.
Fluxo de Trabalho de Comissionamento Recomendado
Lógica de trabalhoRamal "Sim"Verificação final Regra principal: proceda ao alinhamento somente após a correção confirmada do pé mancal frouxo. O critério prático: deslocamento do pé ≤ 0,05 mm durante o afrouxamento do parafuso de controle e ausência de vibração em antifase.
Seguir esta sequência é a base para o operação confiável e de longo prazo de equipamentos rotativos.
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