Compreendendo o Gráfico de Órbita do Eixo na Análise de Vibração
A órbita do eixo é um gráfico que mostra o caminho traçado pelo centro geométrico de um eixo rotativo durante uma ou mais revoluções. É uma visão bidimensional do movimento do eixo dentro do seu folga do rolamento, como se você estivesse olhando diretamente para a extremidade do eixo. Este poderoso diagnóstico é criado montando um par de sondas de proximidade sem contato sondas de proximidade a 90 graus de distância — tipicamente em uma configuração X-Y — e plotando seus sinais de deslocamento simultâneos um contra o outro, em vez de contra o tempo.
1. Por que o Gráfico de Órbita é Tão Útil
Um gráfico de vibração padrão forma de onda no tempo ou espectro FFT mostra vibração em uma única direção. O gráfico de órbita combina duas direções perpendiculares para fornecer uma visão completa do movimento dinâmico do eixo, permitindo que os analistas visualizem a forma e a direção reais do movimento, em vez de inferi-las. Essa dimensão extra fornece pistas inestimáveis para diagnosticar uma ampla gama de falhas, é por isso que a órbita é uma pedra angular da dinâmica do rotor análise — especialmente para máquinas críticas de alta velocidade equipadas com mancais de filme fluido mancais de deslizamento, como turbinas, compressores e grandes geradores.
Como as sondas medem o deslocamento diretamente em relação ao mancal, a órbita também revela onde o eixo está posicionado dentro de sua folga, não apenas o quanto ele se move — informação que um acelerômetro montado na carcaça acelerômetro simplesmente não pode fornecer. Adicionar uma marca de tacômetro ou Keyphasor marca cada revolução na órbita, fixando sua fase e tornando a direção de precessão inequívoca.
2. Como Interpretar as Formas da Órbita
A forma, o tamanho e a orientação da órbita são indicadores diretos das forças atuando no rotor. Um analista habilidoso pode frequentemente diagnosticar a condição de uma máquina simplesmente olhando para a forma da órbita.
Órbita Circular ou Elíptica
Uma órbita circular ou elíptica simples, centrada no mancal, geralmente indica um rotor bem comportado dominado por uma única frequência — mais frequentemente desbalanceamento. A órbita será circular se a rigidez do suporte do mancal for a mesma em ambas as direções (isotrópica) e elíptica se a rigidez diferir horizontal e verticalmente (anisotrópica), o que é muito comum na prática porque a maioria das máquinas é mais rígida verticalmente do que horizontalmente.
Órbita Distorcida, em Forma de 8 ou Banana
Quando a órbita é distorcida de uma elipse simples, múltiplas frequências estão influenciando o movimento do eixo:
- A órbita em forma de “banana” ou crescente é frequentemente associada ao desalinhamento, onde tanto as frequências 1× quanto 2× estão presentes.
- A forma de 8 é um sinal clássico de um forte componente 2×, um indicador de livro didático de desalinhamento do eixo. Um oito de figura com um laço interno frequentemente sugere uma condição mais grave ou a presença de um atrito.
Órbitas com Dobras ou Cantos Afiados
Mudanças bruscas de direção, pontos planos ou “dobras” na órbita são fortes evidências de um atrito rotor-estator. Eles mostram que o movimento do eixo está sendo momentaneamente restringido à medida que faz contato com um componente estacionário, como um mancal, uma vedação, ou a carcaça da máquina.
Órbitas Altamente Irregulares
Uma órbita que é errática, instável ou parece preenchida com “ruído” pode sinalizar severa folga mecânica, instabilidade induzida por fluido, como oil whirl ou oil whip, ou condições de fluxo turbulento em uma bomba ou compressor.
3. Direção de Precessão: Direta vs Reversa
A direção em que a órbita é traçada, em relação à direção de rotação do eixo, é em si um fator diagnóstico chave:
- Precessão: a órbita traça na mesma direção da rotação do eixo. Este é o comportamento normal para forças como o desbalanceamento.
- Precessão reversa: a órbita traça oposta à rotação do eixo. Esta é uma condição anormal e pode indicar um trincas no eixo, um atrito severo ou certos tipos de instabilidade induzida por fluido.
Distinguir os dois requer a marca de fase uma vez por revolução; sem ela, a órbita mostra a forma, mas não o sentido em que é percorrida, e a distinção diagnóstica é perdida.
4. A Órbita no Diagnóstico em Campo
Sondas de proximidade instaladas permanentemente alimentando um sistema de monitoramento são a maneira clássica de capturar uma órbita em grandes máquinas críticas, mas o princípio subjacente — dois sinais de deslocamento perpendiculares plotados um contra o outro com uma referência de fase — está igualmente disponível para o engenheiro de campo. Um instrumento portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede amplitude e fase síncronas em dois planos ao mesmo tempo, então, uma vez que uma órbita ou espectro tenha confirmado que desbalanceamento é a força dominante, a mesma configuração leva diretamente ao balanceamento em campo e verificação do estado corrigido. Quando a órbita revela, em vez disso, desalinhamento, atrito ou instabilidade, essa descoberta redireciona o trabalho para o alinhamento ou uma correção mecânica, em vez de balanceamento.
Órbita de deslocamento versus órbita de velocidade
Os dois não são a mesma medição, e a diferença determina o que você tem o direito de concluir a partir da imagem. Um par de sensores de proximidade lê o eixo deslocamento em relação ao mancal, de modo que o gráfico é um mapa fiel de onde o journal se encontra dentro de sua folga, e a parte DC do mesmo sinal fornece o linha central do eixo. Um analisador portátil de dois canais, com acelerômetros fixados nas carcaças dos mancais, plota dois velocidade canais um contra o outro, em mm/s: o que você vê é o movimento da carcaça, não a posição do eixo.
O que sobrevive à troca de transdutor é a geometria. A forma, a orientação e a direção de precessão são determinadas pelo padrão de forças que atuam sobre o rotor, e não pelo sensor, de modo que as famílias conhecidas continuam aparecendo — uma elipse suave quando 1× domina, um crescente ou uma forma de oito quando há um componente 2× forte, lados achatados e dobras quando algo está roçando. O que não sobrevive é a posição absoluta: uma órbita de velocidade não pode dizer quanta folga resta, nem pode ser reescalada em micrômetros de movimento do eixo. Use-a em campo para identificar a família da falha; recorra a sensores de proximidade quando a questão for onde o eixo está realmente girando.
Onde a órbita vive no software Balanset
No Balanset-1A, a órbita é uma das abas da janela do medidor de vibração, aberta com a tecla F5 a partir da janela principal; a janela exige firmware do dispositivo na versão 5.5.0 ou mais recente. A aba “X-Y Orbit” plota o canal 1 em um eixo contra o canal 2 no outro, em escala 1:1, de modo que um círculo na tela é realmente um círculo, e não um artefato de eixos desiguais. No Balanset-4A, de quatro canais, uma segunda órbita, para os canais 3 e 4, é desenhada abaixo da primeira.
Um seletor acima do gráfico decide o que é desenhado:
| Modo | O que é plotado | Quando essa é a visão certa |
|---|---|---|
| Unsynced | A trajetória bruta, sem referência de revolução | Nenhum tacômetro está disponível, ou você quer ver tudo o que o sinal contém |
| Sincronizado (bruto) | As revoluções mais recentes sobrepostas, alinhadas à marca do tacômetro | Avaliar a repetibilidade — uma figura estável e fechada significa que o movimento se repete volta após volta |
| 1× | Apenas o componente rotacional: uma elipse limpa que corresponde às leituras de V·o e F | Confirmando o vetor de desbalanceamento antes do balanceamento |
Sem uma marca de tacômetro, os dois modos sincronizados não têm com que se sincronizar, o programa indica isso no título do gráfico, e “Unsynced” passa a ser a única visão honesta. Esta é a forma prática do ponto levantado na seção 3: sem referência de uma vez por revolução, sem direção de precessão.
Lendo os números ao lado da órbita
Os blocos ao lado do gráfico trazem três valores por plano de medição, e juntos formam a verificação mais rápida disponível antes de você começar a interpretar as formas:
- V·s — velocidade RMS de banda larga em toda a faixa de trabalho, em mm/s.
- V·o — apenas o componente 1×, na frequência rotacional, em mm/s.
- F — o fase desse componente 1×, em graus.
O componente rotacional faz parte do total por construção, portanto V·o nunca pode superar V·s, e a razão entre eles prevê a órbita antes mesmo de você olhá-la. Quando V·o está próximo de V·s, quase toda a energia está em 1×, a órbita se reduz a uma elipse limpa, e desbalanceamento é a força dominante. Quando V·o é marcadamente menor, a diferença corresponde a harmônicos e ruído de banda larga — e é exatamente esse resíduo que curva a elipse nos crescentes, formas de oito e dobras descritos na seção 2. Uma órbita gravemente distorcida relatada junto com V·o ≈ V·s é uma contradição, e a instrumentação é a primeira coisa a verificar.
Abaixo de cada plano há uma barra de estabilidade: cinza enquanto a leitura ainda está variando, verde quando o coeficiente de variação dos últimos doze valores do fluxo cai abaixo de 10 %, laranja quando a dispersão ultrapassa 20 %. Uma órbita capturada enquanto essa barra está laranja não é um diagnóstico — é a fotografia de uma máquina que ainda não se estabilizou.
Confirmando a forma em relação ao espectro
A órbita mostra que algo está distorcendo a elipse; o espectro mostra qual ordem é responsável. A aba “Wave Spectrum” da mesma janela exibe a forma de onda acima e o espectro de velocidade abaixo, com guias tracejadas posicionadas em múltiplos exatos da velocidade rotacional medida, e não na barra mais alta mais próxima — assim, um pico que não coincide com seu marcador não é, de forma alguma, um harmônico da velocidade do eixo, e sim pertence a mancais, engrenamento de dentes ou passagem de pás. Um 2× dominante ao lado de uma órbita em crescente ou em forma de oito aponta para desalinhamento; um pico entre 0,43× e 0,48× sob uma órbita instável e à deriva é a assinatura de oil whirl; conteúdo de banda larga com os lados da órbita achatados aponta para um atrito mecânico.
O seletor abaixo do gráfico alterna o espectro entre velocidade e aceleração. A velocidade é o eixo a ser usado ao raciocinar sobre a órbita, porque a própria órbita é traçada a partir dos canais de velocidade.
Observando a órbita através de uma ressonância
Uma órbita é uma fotografia instantânea a uma única velocidade, e a forma pode mudar completamente a algumas centenas de RPM de distância. A aba “Run-down”, por sua vez, registra toda a desaceleração livre: a amplitude e a fase de 1× são gravadas em função da queda de velocidade, um valor bruto por revolução, sem suavização, até um limiar de parada que pode ser ajustado entre 100 e 2000 RPM e cujo padrão é 300. Uma ressonância se anuncia como um pico de amplitude acompanhado de uma rotação de fase de aproximadamente 180° — a mesma velocidade crítica que um Diagrama de Campbell prevê onde uma linha de excitação cruza uma curva de frequência natural. O relatório completo de run-down mantém a órbita X-Y capturada na velocidade de trabalho ao lado dessas curvas, de modo que a forma e o mapa de ressonância acabam em um único documento.
5. O que um Gráfico de Órbita Mostra
Em resumo, um único gráfico de órbita fornece uma riqueza de informações de relance:
- A amplitude geral da vibração do eixo.
- A forma do movimento do eixo, que ajuda a identificar o tipo de falha.
- A direção de precessão, direta ou reversa.
- A posição média do eixo dentro da folga do mancal — sua linha central do eixo.
Analisada em conjunto com o espectro FFT e a forma de onda no tempo, a órbita permite que um analista alcance uma diagnóstico altamente confiante e detalhada do comportamento dinâmico de uma máquina — combinando o “quanto,” o “que forma,” e o “para onde” em uma única imagem decisiva.
