Compreendendo a vibração transitória
Vibração transitória é uma vibração temporária, de curta duração, que ocorre enquanto o estado de funcionamento de uma máquina está a mudar — um evento em regime não estacionário. Os exemplos clássicos são a arranques e paragens (paragens por inércia). Ao contrário da vibração em regime estacionário, que é medida a velocidade e carga constantes, a análise de vibração consiste em capturar a resposta dinâmica da máquina enquanto percorre uma gama de velocidades ou condições — e essa varredura expõe propriedades do sistema rotor-mancal que uma marcha a velocidade constante nunca consegue revelar.
1. Definição: O que é a Vibração Transitória?
Durante o funcionamento em regime estacionário, o veio gira a uma única velocidade, pelo que o espectro de vibração é essencialmente estacionário e uma única FFT descreve-o bem. Num evento transitório, a velocidade é um alvo em movimento: cada frequência relacionada com a velocidade desliza para cima ou para baixo com o veio, enquanto as frequências naturais permanecem fixas. O interesse reside precisamente no que acontece quando essas frequências móveis e fixas coincidem. Isto torna as arranque e desaceleração execuções numa categoria distinta e rica em informação de medição.
2. Por que é Importante a Análise de Vibração Transitória?
A análise da vibração transitória é a principal forma de compreender as propriedades dinâmicas fundamentais de um rotor e dos seus suportes — acima de tudo, para identificar as velocidades críticas.
Durante um arranque ou paragem, a velocidade percorre uma banda larga. À medida que a velocidade de rotação (1X) passa por qualquer uma das frequências naturais da máquina, forma-se uma ressonância condição de ressonância e a amplitude de vibração é amplificada de forma acentuada. Ao registar os dados ao longo desta varredura, os engenheiros conseguem identificar com precisão as frequências em que essas ressonâncias ocorrem — algo que é invisível se a máquina for apenas observada à sua velocidade normal de funcionamento.
Esta informação é vital para:
- Conceção de Máquina e Teste de Aceitação: Confirmar que as velocidades críticas mantêm uma margem de segurança em relação à velocidade normal de funcionamento, frequentemente como parte de um critério de aceitação ao abrigo de normas como ISO 20816-1 (o sucessor moderno da ISO 10816) ou, para sistemas de proteção, API 670.
- Diagnóstico: Uma alteração na localização de uma velocidade crítica ao longo do tempo aponta para um problema estrutural em desenvolvimento — uma rotor trincado, um afrouxamento da fundação, ou variação da rigidez de apoio. A comparação de paragens sucessivas é uma técnica de tendência muito eficaz.
- Rotor Flexível Equilíbrio: O equilíbrio de um rotor flexível requer o conhecimento da sua resposta às velocidades críticas, e esses dados são adquiridos durante arranques transitórios — a base de equilíbrio modal.
3. Gráficos de Análise Especializados
Como a velocidade está em constante variação, um espectro FFT estático simples não consegue representar um evento transitório. Os dados são apresentados em gráficos que acompanham a variação da vibração em função da velocidade (RPM):
- Diagrama de Bode: O gráfico transitório mais comum. Apresenta a amplitude filtrada em 1X e a fase em dois gráficos, ambos em função da velocidade. Uma ressonância manifesta-se como um pico de amplitude acompanhado por uma mudança de fase característica de aproximadamente 180° ao atravessar a velocidade crítica — em máquinas reais, o comportamento exato da fase é influenciado pelo amortecimento, pela anisotropia dos apoios e pelos modos vizinhos, pelo que a curva de fase é interpretada juntamente com o pico de amplitude e não como um marcador isolado.
- Diagrama de Nyquist (Polar): Combina a amplitude e a fase em 1X num único traçado polar. Uma ressonância aparece como um ciclo distinto, e o diâmetro desse ciclo está relacionado com o grau de amortecimento do modo.
- Diagrama em Cascata (Waterfall): Uma representação 3D que sobrepõe espectros FFT sucessivos à medida que a velocidade varia, criando um efeito de “cascata”. É ideal para observar como todos as componentes de frequência — não apenas a 1X — evoluem ao longo do transitório, que é a forma como se identificam comportamentos não síncronos e harmónicos são detetados. Uma vista relacionada, o Diagrama de Campbell, mapeia estas travessias de ressonância em função da velocidade.
4. Requisitos de Aquisição de Dados
A captura de dados transitórios exige instrumentação e configuração específicas:
- Analisador multicanal: Um sistema capaz de amostrar vários canais de vibração e o canal de velocidade em simultâneo, de modo a que a amplitude e a fase dos diferentes rolamentos permaneçam alinhadas no tempo.
- Tacómetro / Keyphasor: Uma referência de velocidade e fase de uma vez por revolução é absolutamente obrigatória. O analisador utiliza-a para acompanhar a velocidade de forma contínua e para permitir as medições de fase exigidas pelos gráficos de Bode e de Nyquist — sem ela, nenhum dos gráficos pode ser produzido.
- Memória e velocidade de processamento suficientes: O instrumento deve registar um fluxo de dados contínuo durante toda a duração do arranque ou paragem, o que em máquinas de grande porte pode demorar vários minutos.
5. Transitório vs. Estado Estacionário e Prática em Campo
É útil comparar os dois modos lado a lado. A medição em estado estacionário responde a “como se está a comportar a máquina agora?”; a medição transitória responde a “quais são as dinâmicas intrínsecas desta máquina e estão a mudar?” Ambas fazem parte de um programa completo — uma linha de base a desaceleração registada quando uma máquina está em bom estado torna-se uma referência com a qual as medições posteriores são comparadas. Para trabalho de campo de rotina, o transitório de maior utilidade prática é a aceleração até à velocidade de operação durante equilibragem no local. Um instrumento portátil de dois canais, como o Balanset-1A, com a sua referência tacométrica de uma pulsação por revolução, acompanha a amplitude e a fase 1× à medida que o rotor acelera — confirmando que a máquina supera as suas velocidades críticas e funciona de forma estável antes de qualquer leitura de balanceamento ser considerada fiável, e alertando caso uma ressonância se situe demasiado próximo da velocidade de funcionamento.
