Compreendendo o desvio do eixo na análise de vibração
Batimento é o termo genérico para designar imperfeições num rotor que produzem um sinal de uma vez por volta (1×), mesmo quando o eixo gira tão lentamente que forças dinâmicas como desequilíbrio são insignificantes. Estritamente falando, trata-se da variação total de uma superfície rotativa em relação a um círculo perfeito, medida em relação ao eixo verdadeiro linha central. O problema que confunde tantos analistas é que o desvio parece exatamente como um desequilíbrio no vibração dados — no entanto, não se trata de um problema relacionado com a massa e não pode ser resolvido por equilibragem.
Porque ambos os fenómenos ocorrem a 1× velocidade de funcionamento, distinguir entre eles é uma das competências mais importantes no diagnóstico de rotores. Errar nesta distinção faz com que se perca tempo a tentar alcançar um equilíbrio que nunca será alcançado; acertar significa corrigir o defeito real — ou compensá-lo de forma adequada antes de se tentar o equilíbrio. As secções abaixo definem os dois tipos distintos de excentricidade, explicam por que razão estes prejudicam o diagnóstico e apresentam a técnica padrão para eliminar a sua influência.
1. Tipos de excentricidade: uma distinção fundamental
Tudo começa por distinguir os dois significados fundamentalmente diferentes que a palavra “runout” pode ter.
Desvio mecânico
O desvio mecânico é um verdadeiro imperfeição física ou geométrica do eixo: a superfície não é perfeitamente redonda ou não está perfeitamente centrada no eixo de rotação. As causas mais comuns incluem:
- Desvio de circularidade: o munhão está ligeiramente oval ou de outra forma deformado devido à maquinagem.
- Excentricidade: um componente, como uma polia, um acoplamento ou uma engrenagem, é usinado ou montado de forma descentrada em relação à linha central do eixo.
- Eixo torto ou curvado: permanente dobrar varre a superfície para dentro e para fora, passando por um ponto fixo a cada volta. Uma versão transiente relacionada, arco térmico, surge à medida que a máquina aquece e desaparece quando esta se estabiliza.
Por se tratar de uma característica geométrica real, o desvio mecânico pode ser medido diretamente com um comparador enquanto o eixo é rodado lentamente à mão. O valor total indicado no comparador é o valor indicado nos relatórios de inspeção, e o nosso Calculadora do desvio radial do eixo (TIR) ajuda a relacionar essa leitura com uma tolerância admissível.
Desvio elétrico
O desvio elétrico não é, de forma alguma, um defeito da forma do eixo, mas sim um artefacto de medição próprio da tecnologia sem contacto sondas de proximidade por correntes de Foucault. Estas sondas criam um campo magnético de alta frequência e determinam a distância com base na forma como a superfície do eixo o excita. Se essa superfície apresentar variações localizadas nas suas propriedades magnéticas ou elétricas, a sonda indica uma distância variável, mesmo quando a distância real entre o eixo e a sonda é perfeitamente constante. As causas são de natureza metalúrgica e relacionadas com a superfície, e não geométricas:
- Variações na permeabilidade do material: um ponto magnetizado localizado — muitas vezes resultante do facto de se ter apoiado um indicador de quadrante com base magnética no munhão — produz um sinal 1× forte e persistente.
- Alterações no acabamento da superfície: arranhões, amolgadelas ou marcas de ferramentas na área de visualização da sonda.
- Composição inconsistente do material: variações na composição da liga ou na estrutura metalúrgica do próprio eixo.
É importante referir que o desvio elétrico não é detetável por um comparador — a geometria está correta — mas constitui uma importante fonte de erro em turbomáquinas monitorizadas de acordo com normas como API 670, onde os sensores de proximidade são os principais sensores.
2. Por que é que o desvio de rotação prejudica os diagnósticos e o equilíbrio
O sinal proveniente de qualquer um dos tipos de desvio de rotação tem uma frequência igual a 1× a velocidade de funcionamento — a mesma frequência do desequilíbrio —, o que cria dois problemas distintos para o analista.
- Apresenta-se como um desequilíbrio: um pico alto de 1× no espetro leva a um diagnóstico de desequilíbrio, confiante mas errado, que dá origem a tentativas de reequilíbrio que são desnecessárias e estão condenadas ao fracasso, uma vez que não existe qualquer excesso de massa a corrigir.
- Isso prejudica o equilíbrio real: quando existe um desequilíbrio real é o vetor de excentricidade soma-se a ele. Qualquer tentativa séria de equilibrar o rotor deve, em primeiro lugar, isolar a verdadeira resposta dinâmica, o que implica medir a componente de excentricidade e subtraindo vetorialmente a partir do sinal total de 1×.
É por isso que um pico de 1×, por si só, nunca é suficiente para confirmar o diagnóstico — é necessário confirmar um desequilíbrio real, distinguindo-o de fenómenos semelhantes, como o desvio, desalinhamento, a rotor trincado, ou ressonância é o cerne da vibração competente diagnóstico.
3. Compensação do desvio: o vetor de rotação lenta
A solução aceitável é compensação de excentricidade, um passo essencial na análise de qualquer máquina equipada com sensores de proximidade. O processo decorre em três fases:
- Rotação lenta: A máquina funciona a uma velocidade deliberadamente baixa — normalmente entre 200 e 500 rpm —, na qual as forças centrífugas resultantes do desequilíbrio são insignificantes, pelo que quase todo o sinal de 1× é devido ao desvio radial.
- Medir o vetor de rotação lenta: o vetor de vibração 1× (amplitude e fase) captado a esta velocidade é registado como o vetor de “rotação lenta” ou “excentricidade”.
- Subtraia o vetor: esse vetor de rotação lenta armazenado é então subtraído vetorialmente do vetor de vibração 1× medido à velocidade máxima de funcionamento.
O que resta é o vetor 1× com compensação de excentricidade, representando o movimento dinâmico real do eixo resultante do desequilíbrio e de outras forças rotodinâmicas. É este valor compensado — e não a leitura bruta — que deve servir de base para o diagnóstico e o cálculo de pesos de correção.
4. Medição e compensação no terreno
O mesmo princípio aplica-se ao trabalho em dispositivos portáteis, mesmo em máquinas que utilizam acelerómetros em vez de sondas instaladas de forma permanente. Boas práticas antes de uma equilíbrio no terreno consiste em verificar a excentricidade mecânica com um comparador e verificar se o eixo apresenta magnetismo residual, descartando os fenómenos semelhantes antes de adicionar qualquer massa de teste. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A mede a amplitude e a fase de 1× das quais depende o equilíbrio e, ao capturar uma referência de rotação lenta sempre que a máquina o permitir, permite ao analista confirmar que a resposta de 1× aumenta efetivamente com a velocidade — a marca distintiva de um desequilíbrio real — em vez de permanecer constante, o que indicaria diretamente uma excentricidade.
