Compreendendo o deslocamento de vibração
Deslocamento é uma medida da distância total que um objeto em vibração se afasta da sua posição de repouso (equilíbrio). Quantifica how far um componente move-se para a frente e para trás. Sendo a representação mais direta e fisicamente intuitiva do movimento vibratório, o deslocamento é um parâmetro fundamental em análise de vibração — especialmente para trabalhos de baixa frequência e para qualquer questão relacionada com a folga mecânica. É um dos três clássicos amplitude parâmetros, juntamente com velocidade e a aceleração, cada uma delas descrevendo o mesmo movimento visto sob uma perspetiva diferente.
1. Definição: O que é o deslocamento na vibração?
Os três parâmetros de amplitude estão interligados através do cálculo: a velocidade é a taxa de variação do deslocamento, e a aceleração é a taxa de variação da velocidade. Matematicamente, a integração dupla de um sinal de aceleração resulta no deslocamento, enquanto a derivação dupla de um sinal de deslocamento resulta na aceleração. A consequência prática é que a mesma vibração parece muito diferente dependendo do parâmetro que se representa — e o deslocamento é aquele que enfatiza o movimento lento e de grande amplitude. Esse viés é precisamente o que o torna valioso nas situações certas e enganador nas erradas.
2. Porquê e quando medir o deslocamento
Embora a velocidade seja o parâmetro mais comum para a saúde geral da máquina, o deslocamento é a medida preferida em vários cenários específicos e críticos:
- Análise de baixas frequências: para uma determinada energia de vibração, o deslocamento é o fator dominante nas baixas frequências. Em máquinas de baixa velocidade — normalmente abaixo de 600 RPM, ou 10 Hz —, tais como grandes ventiladores, torres de refrigeração e máquinas de fabrico de papel, o deslocamento é o indicador mais sensível e representativo de Intensidade de vibração.
- Avaliação das distâncias de segurança: O deslocamento é uma medida direta do movimento físico. Isto é fundamental para determinar se um eixo rotativo mantém folga para evitar o atrito com componentes fixos, como rolamentos ou vedantes — o que pode conduzir a um atrito do rotor.
- Deformação estrutural: Ao analisar o movimento de bases, estruturas ou tubagens, utiliza-se o deslocamento para compreender as formas modais e para confirmar que as deflexões se mantêm dentro dos limites de projeto.
- Equilíbrio de rotores de baixa velocidade: during the equilíbrio No caso de rotores grandes e de rotação lenta, as medições de deslocamento são frequentemente utilizadas para quantificar o desequilíbrio.
3. Unidades e medidas
Unidades comuns
O deslocamento de vibração é normalmente expresso em uma de duas unidades:
- Mils: o padrão da indústria nos Estados Unidos, onde 1 mil equivale a um milésimo de polegada (0,001″).
- Micrómetros (µm): a unidade do SI, em que 1 µm equivale a um milionésimo de metro. Em termos de conversão, 1 mil ≈ 25,4 µm.
O deslocamento é quase sempre indicado em pico a pico (Pk-Pk), uma vez que este valor representa o total deslocamento do componente — o valor mais importante para a análise da folga. Apresentar o deslocamento como um único pico ou valor RMS, embora seja válido, oculta a amplitude total que realmente interessa ao engenheiro.
Como é medido?
O deslocamento pode ser medido de várias maneiras:
- Sondas de proximidade: o método mais comum para medir a vibração do eixo. Um método sem contacto sonda de correntes de Foucault está montado numa peça fixa e mede a variação da distância entre a sua ponta e o eixo rotativo, fornecendo o relativo deslocamento do eixo no seu rolamento. Este é o sensor central dos sistemas de proteção instalados de forma permanente, regidos por normas como API 670.
- Integração a partir de acelerómetros: a standard acelerômetro mede a aceleração; o seu sinal pode ser integrado eletronicamente uma vez para obter a velocidade e uma segunda vez para obter o deslocamento. Esta é uma característica comum dos coletores de dados modernos, mas a dupla integração é suscetível a ruído e erros em frequências muito baixas — a chamada “curva em forma de pista de esqui” — e normalmente requer filtering para se manter fiável. Note-se que isto resulta em absoluto o deslocamento da carcaça, e não o valor relativo ao eixo fornecido por um sensor de proximidade.
- Sensores de deslocamento a laser: sensores óticos sem contacto que utilizam um feixe de laser para fornecer medições de deslocamento de elevada precisão sem exercer carga sobre a estrutura.
4. Deslocamento no campo e no equilíbrio
Em máquinas rotativas, a questão do deslocamento é frequentemente: “O eixo está a passar sem encostar no rolamento?”, e, em rotores de baixa velocidade, serve também como sinal de equilíbrio. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A captura a amplitude de 1× e fase à velocidade de funcionamento — com referência a uma vez por volta tacômetro pulso — e funciona igualmente em termos de deslocamento, velocidade ou aceleração. No caso de uma ventoinha grande e lenta, em que o movimento de 1× mal se traduz em aceleração, considerar a mesma vibração em termos de deslocamento torna o desequilíbrio evidente e permite que o instrumento calcule o peso de correção adequado e verifique o desequilíbrio residual afterwards.
5. O papel do deslocamento no diagnóstico
Um deslocamento elevado à frequência de rotação do eixo (1× RPM) numa máquina de baixa velocidade indica frequentemente um desequilíbrio, mas o valor diagnóstico mais profundo do deslocamento reside na sua relação com a velocidade e a aceleração. Para uma determinada quantidade de energia de vibração:
- no baixas frequências, o deslocamento apresenta a amplitude mais elevada;
- no frequências médias, a velocidade tem a amplitude mais elevada;
- no altas frequências, a aceleração apresenta a amplitude mais elevada.
Por isso, os analistas recorrem ao deslocamento para se concentrarem em fenómenos de baixa frequência que poderiam passar praticamente despercebidos numa aceleração espectro — o tipo de movimento que, de outra forma, lhes escaparia por completo. Uma máquina pode estar sujeita a movimentos de baixa frequência intensos e prejudiciais que geram muito pouca aceleração — e é precisamente por isso que o deslocamento continua a ser uma parte essencial de um conjunto completo de ferramentas de diagnóstico, e que nenhum parâmetro, por si só, dá uma visão completa da situação.
