Compreendendo o diagrama de Nyquist (diagrama polar)
A Diagrama de Nyquist — amplamente denominado diagrama polar em análise de vibrações — é um gráfico que representa um vetor de vibração variável num sistema de coordenadas polares. Ao contrário de um Diagrama de Bode, que se propaga amplitude e fase em dois gráficos cartesianos separados, o diagrama de Nyquist combina ambos numa única imagem. A distância à origem corresponde à amplitude da vibração e o ângulo em torno do gráfico corresponde ao ângulo de fase, pelo que cada ponto da curva representa um vetor de vibração completo.
1. Definição: Amplitude e Fase num Único Diagrama
O gráfico traça o percurso descrito pela extremidade do vetor de vibração 1× (síncrono) à medida que a velocidade da máquina varia, tipicamente durante um arranque ou paragem. A velocidade é marcada ao longo da curva com cores ou símbolos variáveis, para que o analista possa ler não só a magnitude e a direção do vetor, mas também as RPM a que cada ponto foi capturado.
- O distância à origem (centro) representa a amplitude da vibração — quanto mais afastado, maior a resposta.
- O ângulo ao redor do enredo represents the ângulo de fase da vibração em relação ao tacômetro reference.
Como ambos os eixos descrevem um único componente rotativo, o diagrama de Nyquist é lido como o lugar geométrico de um vetor e não como um par de linhas de tendência, e essa compacidade é precisamente o que o torna tão revelador na proximidade de uma ressonância.
2. Por que é importante o diagrama de Nyquist?
O diagrama de Nyquist oferece uma visão compacta e singular da resposta dinâmica de uma máquina. O seu objetivo principal, tal como o diagrama de Bode, é identificar e analisar velocidades críticas - a 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 frequência natural, a amplitude aumenta e a curva afasta-se da origem. À medida que a velocidade atravessa a velocidade crítica, a fase sofre uma variação de 180 graus, fazendo a ponta do vetor descrever um arco até formar um círculo ou laço. O ponto de amplitude máxima corresponde ao topo do laço, e a própria velocidade crítica situa-se no ponto de desfasagem de 90 graus no laço — um referencial muito mais evidente do que a rampa de fase gradual num diagrama de Bode.
3. Interpretação de um Diagrama de Nyquist
A forma, dimensão e orientação do laço contêm informação de diagnóstico muito valiosa sobre a condição e as propriedades dinâmicas do rotor’s.
- Amortecimento: o diâmetro do laço está inversamente relacionado com o amortecimento. Um círculo grande e bem definido indica baixo amortecimento e elevada amplificação; um laço pequeno e compacto indica um sistema bem amortecido.
- Anisotropia (velocidades críticas separadas): se um sistema de rotor apresenta rigidez diferente nas direções horizontal e vertical, o diagrama pode mostrar dois laços distintos sobrepostos — um claro “split critical” causado pela rigidez.
- Localização do ponto pesado: a orientação do laço ajuda a localizar o ponto pesado do rotor’s — o desequilíbrio — relativamente à marca de referência de fase no veio, o que indica onde deve ser colocado um peso de correcção should go.
- Alterações do sistema: a comparação de diagramas de Nyquist ao longo do tempo revela alterações na condição da máquina. Uma variação no tamanho ou na forma do laço sinaliza uma mudança no amortecimento ou na rigidez, o que pode indicar um rotor rachado, a loose fundação, ou características evolutivas dos rolamentos.
- Equilíbrio: o diagrama é utilizado em flexible-rotor balanceamento. Ao observar como o laço se desloca após a adição de uma peso de teste é adicionada, um analista obtém o coeficientes de influência necessário para calcular a solução de balanceamento.
4. Recolha de dados em campo
Um diagrama de Nyquist é tão fiável quanto os dados de amplitude e fase sincronizados que o sustentam, e esses dados dependem de uma referência de fase limpa, uma vez por revolução, 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 impulso do tacómetro ótico durante uma aceleração ou descida da costa, fornecendo o registo vetor-versus-velocidade a partir do qual se traça um diagrama polar. A mesma medição de amplitude e fase fundamenta equilibragem no local, pelo que um único instrumento tanto caracteriza uma ressonância como corrige o desequilíbrio que a excita. Para verificar se uma linha de ordem irá efetivamente cruzar uma frequência natural dentro da gama operacional, um analista pode esboçar primeiro a interferência com o Calculadora do diagrama de Campbell.
5. Diagrama de Nyquist vs. Diagrama de Bode
Os diagramas de Nyquist e de Bode apresentam exatamente os mesmos dados — amplitude e fase 1× em função da velocidade — em formatos diferentes, e a escolha entre eles depende frequentemente da preferência do analista e da característica que se pretende realçar.
- Bode plot: mais adequado para ler a RPM exata do pico de amplitude e o início e o fim exatos da variação de fase de 180 graus, uma vez que o seu eixo de velocidade é linear e de fácil escalonamento.
- Nyquist plot: mais adequado para apreender toda a resposta dinâmica de uma só vez. Destaca-se na visualização do amortecimento através do tamanho do laço e na identificação de frequências críticas partidas como laços sobrepostos, ambos de forma mais intuitiva do que um diagrama de Bode consegue.
Uma representação intimamente relacionada é o órbita do eixo, que representa o movimento no plano do rolamento em vez de um único vetor em função da velocidade. A maioria dos analisadores de vibração modernos consegue desenhar os três, e os analistas experientes utilizam-nos em conjunto para uma análise abrangente dinâmica do rotor diagnosis.
