Entendendo o ângulo de fase na vibração
Ângulo de fase — intimamente ligado à ideia mais ampla de fase — é a posição angular, medida em graus de 0 a 360, do pico vibração em relação a uma marca de referência que aparece uma vez por volta no eixo rotativo. Essa referência provém de um tacômetro ou keyphasor. Noutro sentido, o ângulo de fase expressa a relação temporal entre dois sinais de vibração com a mesma frequência. Seja como for, fornece o «quando» que complementa amplitude — o «quanto» — e, juntos, formam um vetor de vibração completo, com magnitude e direção. O ângulo de fase é indispensável para balanceamento do rotor, onde determina onde colocar os pesos de correção; para velocidade crítica identificação, em que uma rotação de 180° confirma ressonância; e no diagnóstico de falhas, em que padrões de fase distintos permitem distinguir uma falha de outra. Se eliminarmos a fase, grande parte do trabalho de diagnóstico e correção torna-se simplesmente impossível.
1. Medição da fase em relação ao fasor-chave
O sistema de referência
- Marca de referência: uma tira de fita refletora ou uma ranhura no eixo.
- Sensor: um tacómetro ótico ou magnético que deteta a marca sempre que esta passa.
- Impulso por volta: o evento que define o ponto de referência de 0°.
- Intervalo de vibração: A questão que se coloca é: quando ocorre o pico de vibração em relação a essa marca?
- Medida angular: a resposta, expressa em graus, de 0 a 360.
Convenção de sinais
- 0° corresponde à posição da marca de referência.
- Direção normalmente aumenta na direção da rotação.
- Exemplo: Uma fase de 90° significa que o pico de vibração chega um quarto de volta depois de a marca de referência passar pelo sensor.
Uma vez que o analisador mede o atraso entre o impulso do tacómetro e o pico de vibração, a qualidade dessa sequência de impulsos determina tudo o que se segue — um ponto ao qual voltaremos quando abordarmos os desafios de medição.
2. As aplicações críticas
Equilíbrio — a aplicação mais importante
A fase é o que indica o ponto de maior intensidade e, consequentemente, a correção. O procedimento é simples:
- Meça a fase do desequilíbriovibração de 1× induzida.
- A fase indica a posição angular do ponto de maior intensidade.
- O peso de correcção fica situado aproximadamente a 180° do ponto de maior densidade.
- É necessária uma precisão de fase de cerca de ±5–10° para um equilíbrio eficaz.
- Sem fase, o equilíbrio é impossível — não há forma de saber em que direção corrigir.
Identificação da velocidade crítica
Uma mudança de fase, e não apenas um pico de amplitude, é a característica distintiva da ressonância:
- Abaixo da velocidade crítica, a fase permanece relativamente constante.
- Ao ultrapassar a velocidade crítica, verifica-se uma desfasagem característica de 180°.
- Acima desse valor, a fase encontra-se a 180° do seu valor subcrítico.
- Essa mudança de fase num Diagrama de Bode é o indicador fiável.
- Um pico de amplitude, por si só, não é suficiente; tem de ser acompanhado por uma desfasagem.
Diagnóstico de avarias
Desequilíbrio: A fase é estável e repetível, mantém o mesmo valor em todas as velocidades abaixo do ponto crítico e indica a localização do ponto de maior intensidade.
Desalinhamento: mostra as relações de fase características entre os rolamentos — as leituras axiais apresentam frequentemente um desfasamento de 180° entre as extremidades de transmissão e não transmissão, e o padrão de fase radial ajuda a identificar o tipo de desalinhamento.
Rachadura no eixo: A fase dos componentes 1× e 2× altera-se durante o arranque e o desligamento, comportando-se de forma diferente do desequilíbrio simples; essa variação reflete a «respiração» da fissura à medida que o eixo gira.
Frouxidão: produz uma fase irregular e instável que pode variar entre ±30 e 90° entre medições. É precisamente essa falta de repetibilidade que constitui a pista diagnóstica.
3. Fase entre dois pontos de medição
A comparação da fase em dois pontos revela como uma estrutura ou um rotor se move no seu conjunto.
Em fase (diferença de 0°)
- Ambos os pontos movem-se em conjunto, na mesma direção e no mesmo instante.
- Indica uma ligação rígida ou um modo abaixo da ressonância.
- É comum que dois rolamentos no mesmo rotor funcionem abaixo da velocidade crítica.
Desfasado (diferença de 180°)
- Os pontos movem-se em sentido oposto — um sobe enquanto o outro desce.
- Indica um forma de modo nó entre eles, ou funcionamento acima da ressonância.
- Diagnóstico para desequilíbrio do casal e para determinados padrões de desalinhamento.
Diferença de 90° (quadratura)
- Os pontos estão desfasados entre si em um quarto de ciclo — um atinge o pico quando o outro passa pelo ponto zero.
- Pode indicar um movimento circular ou elíptico, visível num eixo órbita.
- É comum em ressonâncias ou em determinadas geometrias de suporte.
4. Desafios de medição
Qual deve ser o grau de precisão da fase?
- Equilíbrio: ±5-10°.
- Trabalho à velocidade crítica: ±10–20° é aceitável.
- Diagnóstico de avarias: ±15–30° é, na maioria das vezes, suficiente.
O que afeta a precisão
- Qualidade do tacómetro: É essencial um impulso limpo por cada volta.
- Posição da marca de referência: A marca deve estar bem fixada e ser claramente visível.
- Qualidade do sinal: Uma boa relação sinal-ruído mantém a fase estável.
- Filtragem: filtros podem introduzir as suas próprias alterações de fase, que devem ser tidas em conta.
- Estabilidade da velocidade: uma variação na velocidade de deslocamento distorce a leitura de fase.
Erros comuns
- Uma marca de referência que se deslocou — fita adesiva a descolar-se ou uma marca que mudou de lugar.
- Um tacómetro desalinhado ou com funcionamento intermitente.
- Baixa amplitude do sinal, em que o ruído domina a estimativa da fase.
- Leitura da fase na componente de frequência errada.
5. Fases na Análise Vetorial
Representação polar
Uma medição de vibração é, naturalmente, um vetor: a magnitude corresponde à amplitude e o ângulo corresponde à fase. Representando-a num diagrama polar é a forma padrão de visualizar e acompanhar a resposta durante o equilíbrio.
Adição vetorial
Adição vetorial — a matemática subjacente a todos os cálculos de peso experimental — requer tanto a amplitude como a fase, porque é a fase que determina a forma como dois vetores se combinam:
- A 0°, somam-se aritmeticamente.
- A 180°, eles subtraem.
- Em qualquer outro ângulo, aplica-se a matemática vetorial completa.
6. O fluxo de trabalho prático no terreno
Numa máquina real, a fase de captura é realizada por um analisador portátil de dois canais que funciona nos próprios rolamentos do equipamento à velocidade de funcionamento. O Balanset-1A lê a amplitude e a fase de 1× em relação ao pulso do seu tacómetro a laser, e o software transforma esse vetor na massa e no ângulo de cada peso de teste e o peso de correção antes de confirmar o desequilíbrio residual. Se pretender combinar ou resolver vetores de vibração manualmente para verificar um resultado, o calculadora do ângulo de fase de vibração executa a mesma aritmética vetorial.
7. Fase de documentação e comunicação
Formato padrão
- Indique como «amplitude @ fase» — por exemplo, «5,2 mm/s @ 47°».
- Indique a frequência, quando for o caso: «5,2 mm/s a 47° a 1×».
- Indique a referência, ou seja, a posição do fasor-chave a partir da qual o ângulo é medido.
Parcelas da fase
- Fase versus velocidade — a curva inferior de um gráfico de Bode.
- Fase versus frequência.
- Gráficos polares para o equilíbrio.
- Mapas de fase para forma de deflexão em funcionamento análise.
O ângulo de fase é a dimensão temporal que transforma uma amplitude bruta num vetor de vibração completo. Dominar a forma como é medido, interpretado e aplicado — no equilíbrio, na identificação de ressonâncias e no diagnóstico de avarias — é fundamental para uma análise avançada da vibração e para qualquer avaliação fiável da dinâmica do rotor e do estado da maquinaria.
