Compreendendo o gráfico da órbita do eixo na análise de vibração
A órbita do eixo é um gráfico que mostra a trajetória traçada pelo centro geométrico de um eixo em rotação durante uma ou mais voltas. Trata-se de uma representação bidimensional do movimento do eixo no interior do seu folga do rolamento, como se estivesse a olhar diretamente para a extremidade do eixo. Este poderoso método de diagnóstico é obtido através da instalação de um par de sensores sem contacto sondas de proximidade a 90 graus um do outro — normalmente numa configuração X-Y — e representando graficamente os seus sinais de deslocamento simultâneos uns em relação aos outros, em vez de em relação ao tempo.
1. Porque é que o gráfico de órbita é tão útil
Uma forma de onda temporal ou Espetro FFT mostra vibração numa única direção. O gráfico de órbita combina duas direções perpendiculares para fornecer uma visão completa do movimento dinâmico do eixo, permitindo aos analistas visualizar a forma e a direção reais do movimento, em vez de terem de as inferir. Essa dimensão adicional fornece pistas inestimáveis para o diagnóstico de uma vasta gama de avarias, razão pela qual a órbita é um pilar fundamental de rotor-dinâmico análise — especialmente no caso de máquinas críticas de alta velocidade equipadas com chumaceiras de filme fluido mancais de deslizamento, tais como turbinas, compressores e grandes geradores.
Uma vez que as sondas medem o deslocamento diretamente em relação ao rolamento, a órbita revela também a posição do eixo dentro da sua folga, e não apenas a distância que este percorre — informação que um acelerómetro montado na carcaça simplesmente não consegue oferecer. Adicionar um tacómetro ou Keyphasor marca cada volta na órbita, fixando a sua fase e tornando inequívoca a direção da precessão.
2. Como interpretar as formas das órbitas
O formato, o tamanho e a orientação da órbita são indicadores diretos das forças que atuam no rotor. Um analista habilidoso pode diagnosticar a condição de uma máquina simplesmente observando o formato da órbita.
Órbita circular ou elíptica
Uma órbita simples, circular ou elíptica, centrada no rolamento, indica normalmente um rotor com bom comportamento, dominado por uma única frequência — na maioria das vezes desequilíbrio. A órbita será circular se a rigidez do suporte do rolamento for a mesma em ambas as direções (isotrópica) e elíptica se a rigidez for diferente na horizontal e na vertical (anisotrópica), o que é muito comum na prática, uma vez que a maioria das máquinas é mais rígida na vertical do que na horizontal.
Órbita distorcida, em forma de 8 ou em forma de banana
Quando a órbita se desvia de uma elipse simples, várias frequências influenciam o movimento do eixo:
- A órbita em forma de “banana” ou crescente é frequentemente associado a desalinhamento, onde estão presentes tanto a frequência 1× como a 2×.
- A formato de 8 é um sinal clássico de uma forte componente 2×, um indicador típico de desalinhamento do eixo. Um 8 com uma curva interna sugere frequentemente uma situação mais grave ou a presença de atrito.
Órbitas com curvas ou cantos agudos
Mudanças bruscas de direção, pontos planos ou “dobras” na órbita são fortes evidências de uma atrito rotor-estator. Mostram que o movimento do eixo está a ser momentaneamente restringido ao entrar em contacto com um componente fixo, como um rolamento, um vedação, ou a carcaça da máquina.
Órbitas altamente irregulares
Uma órbita irregular, instável ou que pareça estar repleta de «ruído» pode indicar um problema mecânico grave frouxidão, instabilidade induzida por fluidos, tal como redemoinho de óleo ou chicote, ou condições de fluxo turbulento numa bomba ou num compressor.
3. Sentido da precessão: para a frente vs. para trás
A direção em que a órbita é traçada, em relação à direção de rotação do eixo, constitui, por si só, um fator de diagnóstico fundamental:
- Precessão para a frente: A órbita segue na mesma direção que a rotação do eixo. Este é o comportamento normal para forças como o desequilíbrio.
- Precessão inversa: a órbita segue na direção oposta à rotação do eixo. Trata-se de uma situação anómala e pode indicar uma fissura no veio, um atrito intenso ou certos tipos de instabilidade induzida por fluidos.
Para distinguir as duas, é necessária a marca de fase que aparece uma vez por revolução; sem ela, a órbita revela a forma, mas não o sentido em que é percorrida, e a distinção diagnóstica perde-se.
4. A órbita no diagnóstico no terreno
Os sensores de proximidade instalados de forma permanente e ligados a um sistema de monitorização são a forma clássica de monitorizar a órbita em máquinas críticas de grandes dimensões, mas o princípio subjacente — dois sinais de deslocamento perpendiculares representados graficamente um em relação ao outro com uma referência de fase — está igualmente ao alcance do engenheiro de campo. Um instrumento portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede simultaneamente a amplitude e a fase em dois planos, pelo que, assim que uma órbita ou um espetro tiver confirmado que desequilíbrio é a força dominante, e essa mesma configuração mantém-se até equilibragem no local e verificação do estado corrigido. Quando a órbita revela, pelo contrário, um desalinhamento, um atrito ou uma instabilidade, essa constatação redireciona o trabalho para o alinhamento ou uma reparação mecânica, em vez do equilíbrio.
Órbita de Deslocamento versus Órbita de Velocidade
As duas não são a mesma medição, e a diferença determina o que se pode legitimamente concluir da imagem. Um par de sondas de proximidade lê o veio deslocamento relativo ao rolamento, pelo que o gráfico é um verdadeiro mapa de onde o munhão se situa dentro da sua folga, e a componente DC do mesmo sinal fornece a linha central do eixo. Um analisador portátil de dois canais com acelerómetros fixados às caixas dos rolamentos representa dois velocidade canais um em função do outro, em mm/s: o que se vê é o movimento da caixa, não a posição do veio.
O que sobrevive à mudança de transdutor é a geometria. A forma, a orientação e o sentido de precessão são determinados pelo padrão de forças que atua sobre o rotor, e não pelo sensor, pelo que as famílias familiares continuam a aparecer — uma elipse suave quando 1× domina, uma meia-lua ou um oito quando está presente uma componente 2× forte, lados achatados e vincos quando algo roça. O que não sobrevive é a posição absoluta: uma órbita de velocidade não indica quanta folga resta, nem pode ser reescalada para micrómetros de movimento do veio. Utilize-a em campo para identificar a família de avaria; recorra a sondas de proximidade quando a questão é saber onde o veio está realmente a funcionar.
Onde Está a Órbita no Software Balanset
Num Balanset-1A a órbita é um dos separadores da janela do vibrómetro, aberto com a tecla F5 a partir da janela principal; a janela requer firmware do aparelho 5.5.0 ou mais recente. O separador “X-Y Orbit” representa o canal 1 num eixo em função do canal 2 no outro, a uma escala 1:1, pelo que um círculo no ecrã é realmente um círculo e não um artefacto de eixos desiguais. No Balanset-4A de quatro canais, uma segunda órbita, para os canais 3 e 4, é desenhada por baixo da primeira.
Um seletor acima do gráfico decide o que é desenhado:
| Modo | O que é representado | Quando é a vista certa |
|---|---|---|
| Não sincronizado | A trajetória bruta, sem referência de rotação | Não há tacómetro disponível, ou pretende ver tudo o que o sinal contém |
| Sinc. (bruto) | As rotações mais recentes sobrepostas, alinhadas pela marca do tacómetro | Avaliar a repetibilidade — uma figura estável e fechada significa que o movimento se repete volta após volta |
| 1× | Apenas a componente rotacional: uma elipse limpa que corresponde às leituras V·o e F | Confirmar o vetor de desequilíbrio antes da equilibragem |
Sem uma marca de tacómetro, os dois modos sincronizados não têm nada com que sincronizar; o programa indica isso mesmo no título do gráfico, e “Não sincronizado” torna-se a única vista honesta. Esta é a forma prática do ponto referido na secção 3: sem referência por rotação, sem sentido de precessão.
Ler os Números ao Lado da Órbita
Os blocos junto ao gráfico apresentam três valores por plano de medição, e em conjunto são a verificação de sanidade mais rápida disponível antes de começar a interpretar as formas:
- V·s — velocidade RMS de banda larga em toda a banda de trabalho, em mm/s.
- V·o — apenas a componente 1×, à frequência rotacional, em mm/s.
- F - a fase dessa componente 1×, em graus.
A componente rotacional faz parte do total por construção, pelo que V·o nunca pode exceder V·s, e a razão entre ambos prevê a órbita antes mesmo de a observar. Quando V·o se aproxima de V·s, praticamente toda a energia está em 1×, a órbita reduz-se a uma elipse limpa, e o desequilíbrio é a força dominante. Quando V·o é claramente menor, a diferença é constituída por harmónicos e ruído de banda larga — e é precisamente esse resíduo que deforma a elipse nas meias-luas, oitos e vincos descritos na secção 2. Uma órbita gravemente distorcida referida juntamente com V·o ≈ V·s é uma contradição, e a instrumentação é a primeira coisa a verificar.
Sob cada plano encontra-se uma barra de estabilidade: cinzenta enquanto a leitura ainda está a variar, verde assim que o coeficiente de variação ao longo dos últimos doze valores da sequência desce abaixo de 10%, laranja quando a dispersão excede 20%. Uma órbita captada enquanto essa barra está laranja não é um diagnóstico — é uma fotografia de uma máquina que ainda não estabilizou.
Confirmar a Forma em Relação ao Espetro
A órbita diz-lhe que algo está a deformar a elipse; o espetro diz-lhe qual a ordem responsável. O separador “Wave Spectrum” da mesma janela mostra a forma de onda acima e o espetro de velocidade abaixo, com guias tracejadas colocadas em múltiplos exatos da velocidade rotacional medida em vez de na barra alta mais próxima — pelo que um pico que não coincide com a sua marca não é de todo um harmónico da velocidade do veio e pertence antes a rolamentos, engrenagem ou passagem de pás. Uma 2× dominante junto a uma órbita em meia-lua ou em oito aponta para desalinhamento; um pico entre 0,43× e 0,48× sob uma órbita instável e à deriva é a assinatura de redemoinho de óleo; conteúdo de banda larga com os lados da órbita achatados aponta para um roçamento.
O seletor abaixo do gráfico alterna o espetro entre velocidade e aceleração. A velocidade é o eixo a usar ao raciocinar sobre a órbita, porque a própria órbita é desenhada a partir dos canais de velocidade.
Observar a Órbita ao Atravessar uma Ressonância
Uma órbita é uma imagem instantânea a uma única velocidade, e a forma pode mudar completamente algumas centenas de RPM mais além. O separador “Paragem por inércia” regista, em vez disso, toda a desaceleração: a amplitude e a fase 1× são registadas em função da velocidade decrescente, um valor bruto por rotação sem suavização, até um limiar de paragem que pode ser definido entre 100 e 2000 RPM e que por predefinição é 300. Uma ressonância anuncia-se como um pico de amplitude acompanhado de uma rotação de fase de cerca de 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 paragem por inércia mantém a órbita X-Y captada à velocidade de trabalho juntamente com essas curvas, pelo que a forma e o mapa de ressonâncias acabam num único documento.
5. O que um gráfico de órbita mostra
Em resumo, um gráfico de órbita única fornece uma grande quantidade de informações num só olhar:
- A amplitude geral da vibração do eixo.
- – A forma do movimento do eixo, que ajuda a identificar o tipo de falha.
- A direção da precessão, para a frente ou para trás.
- A posição média do eixo dentro da folga do rolamento — a sua linha central do eixo.
Quando analisada em conjunto com o espetro FFT e a forma de onda temporal, a órbita permite ao analista chegar a uma conclusão altamente fiável e detalhada diagnóstico do comportamento dinâmico de uma máquina — combinando o «quanto», a «forma» e a «direção» numa imagem decisiva.
