Compreendendo o diagrama de Bode na análise de vibração
A Diagrama de Bode (pronuncia-se «bo-dee», em homenagem ao engenheiro Hendrik Bode) é um gráfico especializado que mostra como uma máquina vibração A resposta varia com a velocidade de rotação. Apresenta dois gráficos num eixo comum de velocidade (RPM) — uma curva de amplitude sobre uma curva de fase — e constitui a principal ferramenta para determinar a velocidades críticas. Uma vez que os dados mais reveladores surgem quando a velocidade está a variar, o gráfico de Bode é quase sempre construído a partir de um aceleração ou descida da costa.
1. Definição: O que é um gráfico de Bode?
O gráfico é composto por duas curvas que partilham o mesmo eixo horizontal de velocidade:
- Um gráfico de amplitude (em cima), mostrando a amplitude da vibração 1X — síncrona — à medida que a velocidade varia.
- A gráfico de fases (em baixo), mostrando o fase desfasamento dessa vibração de 1X em relação a uma referência de sincronização de uma vez por volta no eixo.
Quando analisadas em conjunto, as duas curvas fornecem uma visão completa do comportamento dinâmico de um rotor. É fundamental referir que os dados são filtrados apenas para a componente 1X — isto isola a resposta síncrona (dominada por desequilíbrio) de tudo o resto no espectro, o que torna a assinatura de ressonância tão nítida.
2. Por que é que o gráfico de Bode é importante
O gráfico de Bode é o método definitivo para identificar velocidades críticas. Uma velocidade crítica é uma velocidade de rotação que coincide com uma das frequências naturais do rotor, levando a máquina a ressonância e amplificando consideravelmente a sua vibração. Dois indicadores clássicos assinalam uma velocidade crítica:
- Um pico bem definido no gráfico de amplitude. À medida que a frequência varia ao longo da frequência natural, a amplitude atinge o seu máximo e depois volta a diminuir.
- Uma rotação de 180 graus no gráfico de fases. Ao passar pela ressonância, o desfasamento oscila num total de 180 graus. A velocidade crítica situa-se precisamente no ponto em que a fase se deslocou 90 graus — um indicador mais fiável do que apenas o pico de amplitude, uma vez que a transição de fase é nítida mesmo quando o amortecimento distorce o pico.
Saber exatamente onde se situam os pontos críticos permite aos engenheiros manter as velocidades de funcionamento contínuo afastadas desses pontos, evitando a vibração elevada, o desgaste acelerado e o risco de falhas catastróficas que o funcionamento num ponto crítico acarretaria. A localização desses pontos pode ser prevista antecipadamente com um calculadora da velocidade crítica do rotor e visualizados em toda a faixa de funcionamento num Diagrama de Campbell, tendo sido posteriormente confirmados através do gráfico de Bode medido.
3. Interpretação de um gráfico de Bode
Para além de identificar os pontos críticos, o enredo revela muito mais sobre o sistema de rotores:
- Fator de amplificação (FA): a nitidez do pico de ressonância reflete o quanto amortecimento que o sistema apresenta. Um pico alto e estreito significa um baixo amortecimento e um elevado fator de amplificação — o que pode ser perigoso —, enquanto um pico largo e plano indica um rotor bem amortecido e mais tolerante.
- Críticas divididas: Se um rotor apresentar rigidez desigual nas direções horizontal e vertical (apoio anisotrópico), pode apresentar dois picos de ressonância muito próximos um do outro, em vez de um único, o que se designa por «ponto crítico dividido».
- Alterações do sistema: A comparação dos gráficos de Bode registados ao longo do tempo revela alterações estruturais. Um processo em desenvolvimento rachadura no eixo ou o afrouxamento dos parafusos de fixação altera a localização e a forma dos picos de velocidade crítica, muitas vezes antes de se manifestar qualquer outro sintoma.
- Informações sobre o balanço: Este gráfico é essencial para o equilíbrio em várias velocidades e planos de rotores flexíveis, pois mostra a resposta do rotor em cada velocidade e indica onde devem ser colocados os pesos de correção para eliminar um ponto crítico específico.
4. Recolha de dados e instrumentação
Para gerar um gráfico de Bode, é necessário que três elementos funcionem em conjunto:
- Um transdutor de vibração — na maioria das vezes um sonda de proximidade medindo diretamente o deslocamento do eixo, embora também sejam utilizados sensores montados na carcaça em muitas máquinas.
- Um sensor de referência de fase — um tacómetro ou Keyphasor emitindo um impulso único por cada volta do eixo.
- Um sistema de aquisição de dados capaz de monitorizar continuamente a amplitude e a fase do sinal filtrado a 1X à medida que a velocidade varia.
Os dados são recolhidos durante um arranque ou uma desaceleração controlados, de modo a que a máquina percorra toda a sua gama de velocidades e todos os pontos críticos dentro dessa gama. Em máquinas de uso geral que não possuem sensores de proximidade permanentes, um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A desempenha a mesma função no terreno: acionado pelo seu tacómetro a laser, regista a amplitude e a fase sincronizadas de 1X durante uma aceleração ou desaceleração, para que o analista possa traçar a resposta e identificar ressonâncias no local, sem necessidade de instalar instrumentos permanentes na máquina.
5. O gráfico de Bode e os gráficos adjacentes
O gráfico de Bode faz parte de um conjunto de representações de dados transitórios e revela todo o seu potencial quando analisado em conjunto com os seus equivalentes. O Diagrama de Nyquist apresenta a mesma informação de amplitude e fase que uma única curva polar, na qual uma ressonância forma um laço bem definido. A gráfico em cascata compara os espectros completos com a velocidade, pelo que os componentes não síncronos — que o gráfico de Bode apenas para 1X ignora deliberadamente — também se tornam visíveis. A escolha da combinação certa destas visualizações transforma um registo de aceleração numa imagem completa de dinâmica do rotor.
