Compreendendo o Gráfico de Nyquist (Gráfico Polar)
A Gráfico de Nyquist — amplamente chamado de gráfico polar no trabalho de vibração — é um gráfico que exibe um vetor de vibração variável em um sistema de coordenadas polares. Diferente de um Gráfico de Bode, que espalha amplitude e fase em dois gráficos cartesianos separados, o gráfico de Nyquist dobra ambos em uma única imagem. A distância da origem é a amplitude da vibração, e o ângulo ao redor do gráfico é seu ângulo de fase, então cada ponto na curva é um vetor de vibração completo.
1. Definição: Amplitude e Fase em Um Único Diagrama
O gráfico traça o caminho varrido pela ponta do vetor de vibração 1× (síncrono) à medida que a velocidade da máquina muda, tipicamente durante uma partida ou parada. A velocidade é marcada ao longo da curva com cores ou símbolos variáveis, para que o analista possa ler não apenas a magnitude e a direção do vetor, mas também o RPM em que cada ponto foi capturado.
- O distância da origem (centro) representa a amplitude da vibração — quanto mais para fora, maior a resposta.
- O ângulo ao redor do gráfico representa a ângulo de fase da vibração em relação à tacômetro referência.
Como ambos os eixos descrevem um único componente rotativo, o gráfico de Nyquist é lido como o lugar geométrico de um vetor, em vez de um par de linhas de tendência, e essa compactação é exatamente o que o torna tão revelador perto de uma ressonância.
2. Por que o Gráfico de Nyquist é Importante?
O gráfico de Nyquist oferece uma visão única e compacta da resposta dinâmica de uma máquina. Seu propósito principal, assim como o do gráfico de Bode, é identificar e analisar velocidades críticas — o ressonâncias do sistema rotor-rolamento.
O indicador clássico de uma velocidade crítica em um gráfico de Nyquist é um laço. À medida que a velocidade se aproxima de uma frequência natural, a amplitude aumenta e a curva se afasta da origem. Quando a velocidade passa pela velocidade crítica, a fase sofre uma mudança de 180 graus, varrendo a ponta do vetor para formar um círculo ou laço. O ponto de amplitude máxima é o topo do laço, e a própria velocidade crítica fica no ponto de mudança de fase de 90 graus no laço — um marco muito mais óbvio do que a rampa gradual de fase em um gráfico de Bode.
3. Interpretando um Gráfico de Nyquist
A forma, o tamanho e a orientação do laço carregam uma grande quantidade de informações diagnósticas sobre a saúde e as propriedades dinâmicas do rotor.
- Amortecimento: o diâmetro do laço é inversamente relacionado ao amortecimento do sistema amortecimento. Um círculo grande e bem formado indica baixo amortecimento e alta amplificação; um laço pequeno e apertado indica um sistema bem amortecido.
- Anisotropia (velocidades críticas divididas): se um sistema de rotor tiver rigidez diferente nas direções horizontal e vertical, o gráfico pode mostrar dois laços distintos e sobrepostos — uma clara “velocidade crítica dividida” causada por rigidez.
- Localização do ponto pesado: a orientação do laço ajuda a localizar o ponto pesado do rotor — o desbalanceamento — em relação à marca de referência de fase no eixo, que indica onde uma massa de correção deve ser colocada.
- Mudanças no sistema: comparar gráficos de Nyquist ao longo do tempo revela mudanças na condição da máquina. Uma mudança no tamanho ou forma do laço sinaliza uma mudança no amortecimento ou na rigidez, o que pode indicar um rotor trincado, uma folga mecânica fundação, ou características de rolamento em evolução.
- Balanceamento: o gráfico é usado em rotores flexíveis avançados de balanceamento. Ao observar como o laço se move após uma massa de teste ser adicionada, um analista deriva o coeficientes de influência necessário para calcular a solução de balanceamento.
4. Capturando os Dados em Campo
Um gráfico de Nyquist é tão bom quanto os dados sincronizados de amplitude e fase por trás dele, e esses dados dependem de uma referência de fase limpa, uma vez por rotação, obtida durante uma varredura de velocidade. Em campo, um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude e a fase 1× em relação ao pulso do seu tacômetro óptico durante uma partida ou parada por inércia, fornecendo o registro de vetor versus velocidade a partir do qual um gráfico polar é desenhado. A mesma medição de amplitude e fase sustenta balanceamento em campo, então um único instrumento tanto caracteriza uma ressonância quanto corrige o desbalanceamento que a excita. Para verificar se uma linha de ordem realmente cruzará uma frequência natural dentro da faixa de operação, um analista pode esboçar a interferência primeiro com o calculadora de diagrama de Campbell.
5. Gráfico de Nyquist vs Gráfico de Bode
Os gráficos de Nyquist e Bode exibem exatamente os mesmos dados — amplitude e fase 1× versus velocidade — em formatos diferentes, e a escolha entre eles muitas vezes depende da preferência do analista e do recurso que está sendo enfatizado.
- Gráfico de Bode: melhor para ler o RPM preciso da amplitude de pico e o início e fim exatos da mudança de fase de 180 graus, porque seu eixo de velocidade é linear e fácil de dimensionar.
- Gráfico de Nyquist: melhor para visualizar toda a resposta dinâmica de uma só vez. Ele se destaca ao mostrar o grau de amortecimento por meio do tamanho do laço e ao expor velocidades críticas divididas como laços sobrepostos, ambos de forma mais intuitiva do que um gráfico de Bode consegue.
Um display intimamente relacionado é o órbitas do eixo, que traça o movimento no plano do mancal em vez de um único vetor em função da velocidade. A maioria dos analisadores de vibração pode desenhar os três, e analistas experientes os usam juntos para uma análise abrangente dinâmica de rotores diagnóstico.
