Compreendendo Subharmônicos
A subharmónico é um componente de frequência em um vibração espectro que ocorre a uma fração inteira da frequência de excitação fundamental. Na análise de máquinas, essa frequência fundamental é quase sempre a velocidade de rotação (1X), pelo que surgem sub-harmónicas em ordens como 1/2X, 1/3X ou 1/4X. Uma vez que se situam abaixo o principal componente síncrono; também são chamados de subsíncrono vibrações, e são alguns dos picos mais valiosos do ponto de vista diagnóstico que um analista pode encontrar — raramente surgem sem uma causa física clara.
1. Definição: O que é um subharmônico?
Onde é que o normal harmônicos são múltiplos inteiros da velocidade de rotação (2X, 3X, 4X), enquanto os sub-harmónicos são o recíproco: divisões inteiras dessa velocidade. Um pico exatamente a metade da velocidade do eixo é o exemplo clássico, frequentemente escrito como 1/2X ou 0,5X. Na prática, o padrão mais informativo não é uma única linha subsíncrona, mas sim um família deles — picos a 1/2X, 3/2X (1,5X) e 5/2X (2,5X), todos separados por meio de ordem. O aparecimento de um pente deste tipo é uma característica clássica de falhas mecânicas específicas, em vez de ruído aleatório.
Vale a pena distinguir um verdadeiro sub-harmónico de uma componente sub-síncrona não inteira. Um pico fixado precisamente em 0,50X é um verdadeiro sub-harmónico da velocidade de funcionamento; um pico em, digamos, 0,43X é sub-síncrono, mas não uma fração exata, e essa distinção reduz imediatamente a lista de possíveis causas. Os sub-harmónicos não são tão comuns como os harmónicos, mas quando surgem, apontam quase sempre para uma das causas abaixo.
2. Folga mecânica — a causa mais comum
A principal fonte de um sub-harmónico de 1/2X é frouxidão mecânica. Quando um componente está solto — seja um rolamento com folga na sua caixa, um encaixe desgastado ou um parafuso de fixação solto —, isso provoca uma resposta fortemente não linear, caracterizada por «saltos» ou «batidas». A folga permite que a peça bata contra o seu assento e, como esse impacto tende a repetir-se efetivamente a cada outros revolução, o sistema responde a metade da frequência de excitação.
O espectro resultante mostra o pico de 1X acompanhado por uma série de sub-harmónicas em 1/2X, 3/2X, 5/2X e assim por diante. Essa família de meia ordem é uma das assinaturas mais fiáveis no diagnóstico de vibrações: indica, de forma quase inequívoca, uma folga estrutural grave, e o seu aumento ao longo do tempo acompanha o agravamento do assentamento. Quanto mais pronunciados e numerosos forem os picos de meia ordem, mais folga a junta terá adquirido.
3. Instabilidade do mancal liso
Em máquinas que funcionam com película de fluido ou mancais de deslizamento, a vibração subsíncrona é um sinal de alerta crítico da instabilidade da película de óleo. Estas são vibrações autoexcitadas — a energia proveniente da rotação constante alimenta diretamente a vibração, pelo que podem crescer sem qualquer impulso externo.
- Redemoinho de óleo: Ocorre normalmente entre 0,42X e 0,48X da velocidade de funcionamento, apresentando-se como um pico forte e distinto logo abaixo da meia ordem. Surge quando a camada de óleo que suporta o eixo começa a circular (girar) dentro da folga do rolamento, arrastando o eixo em torno do seu munhão. Como se situa ligeiramente abaixo de 0,5X, em vez de exatamente nesse valor, a frequência exata é o indicador que distingue a rotação da folga.
- Chicote de óleo: Uma forma de instabilidade muito mais grave e destrutiva. Ocorre quando a frequência do redemoinho coincide com a primeira frequência natural do rotor, ou velocidade crítica. A vibração «fixa-se» então nessa frequência natural e mantém-se assim mesmo quando a velocidade da máquina aumenta — uma característica distintiva que diferencia o efeito chicote de um giro que acompanha a velocidade. As amplitudes podem tornar-se suficientemente violentas para danificar o rolamento ou o eixo.
As frequências dos mancais deslizantes que delimitam estas instabilidades podem ser estimadas antecipadamente com um Calculadora da frequência de defeitos nos rolamentos de mancal, o que ajuda a confirmar se um pico subsíncrono se insere na faixa de turbulência.
4. Outras fontes de picos subsíncronos
- Problemas com a transmissão por correia: Uma correia desgastada ou danificada pode gerar componentes subsíncronos ligados à própria velocidade de rotação da correia, que é inferior à velocidade de qualquer uma das polias. Suspeita-se que defeitos na transmissão por correia — e, sobretudo, Falhas na correia trapezoidal — pode ser verificado em relação à frequência calculada da correia utilizando um calculadora da frequência de avarias na correia.
- Efeitos relacionados com o fluxo: Em bombas e ventiladores, a energia subsíncrona pode provir de turbulência do fluxo ou perda de sustentação por rotação. Estes componentes são normalmente não frações exatas de 1X, o que por si só constitui uma pista útil de que a origem é hidráulica ou aerodinâmica, e não mecânica. Nos compressores, o fenómeno relacionado de crescente também pode aumentar o limite mínimo abaixo da velocidade de corrida.
5. Análise e confirmação
Uma vez que o diagnóstico depende de pequenas diferenças de frequência, a primeira tarefa consiste em determinar com precisão a frequência de pico exata. Uma linha exatamente a 0,50X aponta fortemente para uma folga; uma a 0,47X é quase certamente um redemoinho de óleo; uma série completa de 1/2X, 3/2X e 5/2X confirma a existência de folga com elevado grau de confiança. Uma alta resolução espectral e uma referência de velocidade precisa são, portanto, essenciais, uma vez que 0,48X e 0,50X podem parecer idênticos com uma resolução baixa.
O forma de onda temporal fornece uma valiosa confirmação. A perda de estanqueidade revela normalmente um impacto ou um corte evidentes — picos achatados ou cortados no ponto em que a parte solta atinge o fundo —, enquanto o redemoinho de óleo se apresenta como um sinal mais suave e modulado, sem impactos bruscos. No terreno, um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A permite que um engenheiro registe tanto o espectro como a forma de onda de tempo sincronizado à velocidade de funcionamento, para que a frequência subsíncrona exata e as características da sua forma de onda possam ser avaliadas em conjunto antes de se agendar qualquer desmontagem.
