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 chave fasor. Em outras palavras, o ângulo de fase expressa a relação temporal entre dois sinais de vibração na mesma frequência. De qualquer forma, ele fornece o “quando” que complementa amplitude — o “quanto” — e, juntos, os dois 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 para o diagnóstico de falhas, onde padrões de fase distintos permitem diferenciar uma falha de outra. Se eliminarmos a fase, grande parte do trabalho de diagnóstico e correção simplesmente se torna impossível.
1. Medição da fase em relação ao fasor-chave
O sistema de referência
- Reference mark: a strip of fita refletora ou uma ranhura no eixo.
- Sensor: um tacômetro óptico ou magnético que detecta a marca sempre que ela 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.
Sign convention
- 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 que a marca de referência passa pelo sensor.
Como o analisador mede o intervalo entre o pulso do tacômetro e o pico de vibração, a qualidade dessa sequência de pulsos determina tudo o que se segue — um ponto ao qual voltaremos ao abordarmos os desafios de medição.
2. As aplicações críticas
Equilíbrio — a aplicação mais importante
A fase é o que indica o ponto crítico e, portanto, a correção. O procedimento é direto:
- Meça a fase do desequilíbriovibração de 1× induzida.
- A fase indica a posição angular do ponto de maior intensidade.
- O peso de correção fica posicionado aproximadamente a 180° do ponto de maior densidade.
- É necessária uma precisão de fase de aproximadamente ±5–10° para um balanceamento eficaz.
- Sem fase, o equilíbrio é impossível — não há como saber em que direção corrigir.
Identificação da velocidade crítica
Uma mudança de fase, e não apenas um pico de amplitude, é a característica definitiva da ressonância:
- Abaixo da velocidade crítica, a fase permanece relativamente constante.
- Ao ultrapassar a velocidade crítica, ocorre um deslocamento de fase característico de 180°.
- Acima desse valor, a fase encontra-se a 180° do seu valor abaixo do crítico.
- Essa mudança de fase em um Diagrama de Bode é o indicador confiável.
- Um pico de amplitude, por si só, não é suficiente; ele deve ser acompanhado por um deslocamento de fase.
Fault diagnosis
Desequilíbrio: A fase é estável e repetível, mantém o mesmo valor em todas as velocidades abaixo da velocidade crítica e indica a localização do ponto de maior resistência.
Desalinhamento: mostra relações de fase características entre os rolamentos — as leituras axiais costumam apresentar um desfasamento de 180° entre as extremidades motriz e não motriz, e o padrão de fase radial ajuda a identificar o tipo de desalinhamento.
Rachadura no eixo: A fase dos componentes 1× e 2× muda durante a partida e o desligamento, apresentando um comportamento 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 as medições. É justamente 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 como um todo.
Em fase (diferença de 0°)
- Ambos os pontos se movem juntos, 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 se movem em sentidos opostos — um sobe enquanto o outro desce.
- Indicates a mode-shape nó entre eles, ou funcionamento acima da ressonância.
- Diagnostic for 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 em um 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?
- Balanceamento: ±5–10°.
- Trabalho em velocidade crítica: ±10–20° é aceitável.
- Diagnóstico de falhas: ±15–30° costuma ser suficiente.
O que afeta a precisão
- Qualidade do tacômetro: É essencial que haja um pulso limpo a cada volta.
- Posição da marca de referência: A marca deve estar bem fixada e ser claramente visível.
- Signal quality: Uma boa relação sinal-ruído mantém a fase estável.
- Filtragem: filters podem introduzir suas próprias mudanças de fase, que devem ser levadas em conta.
- Estabilidade da velocidade: uma variação na velocidade de deslocamento distorce a leitura de fase.
Common errors
- Uma marca de referência que se deslocou — fita adesiva descascada ou uma marca que mudou de lugar.
- Um tacômetro desalinhado ou com funcionamento intermitente.
- Baixa amplitude do sinal, em que o ruído predomina na estimativa de 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, à fase. Representando-a num diagrama polar é a forma padrão de visualizar e acompanhar a resposta durante o balanceamento.
Adição vetorial
Adição vetorial — a matemática por trás de todo cálculo de peso experimental — requer tanto amplitude quanto fase, pois a fase determina como dois vetores se combinam:
- A 0°, somam-se aritmeticamente.
- A 180°, eles se subtraem.
- Em qualquer outro ângulo, aplica-se a matemática vetorial completa.
6. O fluxo de trabalho prático em campo
Em uma máquina real, a fase de captura é realizada por um analisador portátil de dois canais que opera nos próprios rolamentos do equipamento à velocidade de operação. O Conjunto de equilíbrio-1a lê a amplitude e a fase de 1× em relação ao pulso do seu tacômetro a laser, e o software transforma esse vetor na massa e no ângulo de cada peso de teste e o peso da correção antes de confirmar o desequilíbrio residual. Se você quiser combinar ou resolver vetores de vibração manualmente para verificar um resultado, o calculadora do ângulo de fase de vibração realiza a mesma operação aritmética vetorial.
7. Fase de documentação e comunicação
Standard format
- Indique como “amplitude @ fase” — por exemplo, “5,2 mm/s @ 47°”.
- Inclua a frequência quando for o caso: “5,2 mm/s a 47° em 1×”.
- Indique a referência, ou seja, a posição do fasor-chave a partir da qual o ângulo é medido.
Phase plots
- Fase versus velocidade — a curva inferior de um gráfico de Bode.
- Fase versus frequência.
- Gráficos polares para equilíbrio.
- Phase maps for forma de deflexão em serviço análise.
O ângulo de fase é a dimensão temporal que transforma uma amplitude bruta em um vetor de vibração completo. Dominar a forma como ele é medido, interpretado e aplicado — no balanceamento, na identificação de ressonâncias e no diagnóstico de falhas — é fundamental para a análise avançada de vibrações e para qualquer avaliação adequada da dinâmica do rotor e do estado da máquina.
