Análise de vibração com Balanset-1A: um guia para iniciantes em diagnóstico de espectro

Introdução: Do balanceamento ao diagnóstico — Liberando todo o potencial do seu analisador de vibração

O dispositivo Balanset-1A é conhecido principalmente como uma ferramenta eficaz para balanceamento dinâmico. No entanto, suas capacidades vão muito além disso, tornando-o um analisador de vibração potente e acessível. Equipado com sensores sensíveis e software para análise espectral por Transformada Rápida de Fourier (FFT), o Balanset-1A é um excelente instrumento para análises abrangentes de vibração. Este guia preenche a lacuna deixada pelo manual oficial, explicando o que os dados de vibração revelam sobre a integridade da máquina.

Este guia é estruturado sequencialmente para levá-lo do básico à aplicação prática:

• A Seção 1 estabelecerá a base teórica, explicando de forma simples e clara o que é vibração, como a análise espectral (FFT) funciona e quais parâmetros espectrais são essenciais para um diagnosticador.
• A Seção 2 fornecerá instruções passo a passo para obter espectros de vibração confiáveis e de alta qualidade usando o dispositivo Balanset-1A em vários modos, com foco em nuances práticas não descritas nas instruções padrão.
• A Seção 3 é o cerne do artigo. Aqui, as "impressões digitais" — sinais espectrais característicos das falhas mais comuns: desbalanceamento, desalinhamento, folgas mecânicas e defeitos em rolamentos — serão analisadas minuciosamente.
• A Seção 4 integrará o conhecimento adquirido em um sistema unificado, oferecendo recomendações práticas para implementar o monitoramento e um algoritmo simples de tomada de decisão.

Ao dominar o material deste artigo, você poderá usar o Balanset-1A não apenas como um dispositivo de balanceamento, mas também como um complexo de diagnóstico básico completo, permitindo identificar problemas precocemente, evitar acidentes dispendiosos e aumentar significativamente a confiabilidade do seu equipamento operacional.

Seção 1: Fundamentos da Análise Vibratória e Espectral (FFT)

1.1. O que é vibração e por que ela é importante?

Qualquer equipamento rotativo, seja uma bomba, um ventilador ou um motor elétrico, gera vibração durante sua operação. Vibração é a oscilação mecânica de uma máquina ou de suas partes individuais em relação à sua posição de equilíbrio. Em um estado ideal e totalmente funcional, uma máquina gera um nível baixo e estável de vibração — este é o seu "ruído operacional" normal. No entanto, à medida que os defeitos surgem e se desenvolvem, esse fundo de vibração começa a mudar.

A vibração é a resposta da estrutura do mecanismo a forças de excitação cíclicas. As fontes dessas forças podem ser muito diversas:

• Força centrífuga devido ao desequilíbrio do rotor: Surge da distribuição desigual da massa em relação ao eixo de rotação. É o chamado "ponto pesado", que, durante a rotação, cria uma força transmitida aos mancais e à carcaça da máquina.
• Forças associadas a imprecisões geométricas: Desalinhamento de eixos acoplados, empenamento de eixo, erros nos perfis dos dentes das engrenagens da caixa de engrenagens — tudo isso cria forças cíclicas que causam vibração.
• Forças aerodinâmicas e hidrodinâmicas: Ocorrem durante a rotação de impulsores em ventiladores, extratores de fumaça, bombas e turbinas.
• Forças eletromagnéticas: Característica de motores e geradores elétricos e pode ser causada, por exemplo, por assimetria de enrolamento ou presença de espiras em curto.

Cada uma dessas fontes gera vibrações com características únicas. É por isso que a análise de vibração é uma ferramenta de diagnóstico tão poderosa. Ao medir e analisar a vibração, podemos não apenas dizer que "a máquina vibra fortemente", mas também, com alto grau de probabilidade, determinar a causa raiz. Essa capacidade avançada de diagnóstico é essencial para qualquer programa de manutenção moderno.

1.2. Do Sinal de Tempo ao Espectro: Uma Explicação Simples da FFT

Um sensor de vibração (acelerômetro), instalado na caixa do mancal, converte oscilações mecânicas em um sinal elétrico. Se esse sinal for exibido em uma tela em função do tempo, obtemos um sinal de tempo ou forma de onda. Este gráfico mostra como a amplitude da vibração muda a cada instante.

Em um caso simples, como o desequilíbrio puro, o sinal de tempo parecerá uma senóide suave. No entanto, na realidade, uma máquina é quase sempre acionada por várias forças excitadoras simultaneamente. Como resultado, o sinal de tempo é uma curva complexa, aparentemente caótica, da qual é praticamente impossível extrair informações úteis de diagnóstico.

É aqui que uma ferramenta matemática vem ao resgate — a Transformada Rápida de Fourier (FFT). Ela pode ser imaginada como um prisma mágico para sinais de vibração.

Imagine que um sinal temporal complexo seja um feixe de luz branca. Parece unificado e indistinguível para nós. Mas quando esse feixe atravessa um prisma de vidro, ele se decompõe em suas cores constituintes — vermelho, laranja, amarelo e assim por diante, formando um arco-íris. A FFT faz o mesmo com um sinal de vibração: pega uma curva complexa do domínio do tempo e a decompõe em componentes senoidais simples, cada uma com sua própria frequência e amplitude.

O resultado dessa transformação é exibido em um gráfico chamado espectro de vibração. O espectro é a principal ferramenta de trabalho para quem realiza análises de vibração. Ele permite ver o que está oculto no sinal de tempo: quais vibrações "puras" compõem o ruído geral da máquina.

1.3. Principais parâmetros do espectro a serem compreendidos

O espectro de vibração que você verá na tela do Balanset-1A nos modos "Vibrômetro" ou "Gráficos" tem dois eixos, cuja compreensão é absolutamente necessária para diagnósticos.

Eixo Horizontal (X): Frequência

Este eixo mostra a frequência com que as oscilações ocorrem e é medido em Hertz (Hz). 1 Hz representa uma oscilação completa por segundo. A frequência está diretamente relacionada à fonte de vibração. Vários componentes mecânicos e elétricos de uma máquina geram vibração em suas frequências características e previsíveis. Sabendo a frequência em que um pico de vibração elevado é observado, podemos identificar o culpado — uma unidade ou defeito específico.

Frequência de rotação (1x): Esta é a frequência mais importante em todos os diagnósticos de vibração. Corresponde à velocidade de rotação do eixo da máquina. Por exemplo, se o eixo de um motor gira a 3.000 rotações por minuto (rpm), sua frequência de rotação será: f = 3.000 rpm / 60 s/min = 50 Hz. Essa frequência é denotada como 1x. Ela serve como ponto de referência para a identificação de muitos outros defeitos.

Eixo Vertical (Y): Amplitude

Este eixo mostra a intensidade ou força da vibração em cada frequência específica. No dispositivo Balanset-1A, a amplitude é medida em milímetros por segundo (mm/s), que corresponde ao valor da raiz quadrada média (RMS) da velocidade de vibração. Quanto maior o pico no espectro, maior a concentração de energia vibracional naquela frequência e, via de regra, mais grave o defeito associado.

Harmônicos

Harmônicos são frequências que são múltiplos inteiros da frequência fundamental. Na maioria das vezes, a frequência fundamental é a frequência de rotação 1x. Assim, seus harmônicos serão: 2x (segundo harmônico) = 2 × 1x, 3x (terceiro harmônico) = 3 × 1x, 4x (quarto harmônico) = 4 × 1x e assim por diante. A presença e a altura relativa dos harmônicos fornecem informações cruciais para o diagnóstico. Por exemplo, o desequilíbrio puro se manifesta principalmente em 1x com harmônicos muito baixos. No entanto, folgas mecânicas ou desalinhamento do eixo geram uma "floresta" inteira de harmônicos altos (2x, 3x, 4x,...). Ao analisar a relação de amplitudes entre 1x e seus harmônicos, diferentes tipos de falhas podem ser distinguidos.

Seção 2: Obtenção de um espectro de vibração usando Balanset-1A

A qualidade do diagnóstico depende diretamente da qualidade dos dados iniciais. Medições incorretas podem levar a conclusões errôneas, reparos desnecessários ou, inversamente, à falta de detecção de um defeito em desenvolvimento. Esta seção fornece um guia prático para coletar dados precisos e repetíveis usando seu dispositivo.

2.1. Preparação para Medições: A Chave para Dados Precisos

Antes de conectar os cabos e iniciar o programa, é preciso prestar muita atenção à instalação correta dos sensores. Esta é a etapa mais importante, que determina a confiabilidade de todas as análises subsequentes.

Método de montagem: O Balanset-1A vem com bases magnéticas para sensores. Este é um método de montagem prático e rápido, mas para sua eficácia, diversas regras devem ser observadas. A superfície no ponto de medição deve ser:

• Limpar: Remova sujeira, ferrugem e tinta descascada.
• Plano: O sensor deve ficar nivelado com toda a superfície do ímã. Não o instale em superfícies arredondadas ou cabeças de parafusos.
• Enorme: O ponto de medição deve ser parte da estrutura de suporte de carga da máquina (por exemplo, caixa do mancal), não uma fina tampa protetora ou aleta de resfriamento.

Para monitoramento estacionário ou para atingir a máxima precisão em altas frequências, é recomendável usar uma conexão rosqueada (pino) se o projeto da máquina permitir.

Localização: As forças geradas durante a operação do rotor são transmitidas à carcaça da máquina através dos mancais. Portanto, o melhor local para instalar os sensores são as caixas de mancais. Tente posicionar o sensor o mais próximo possível do mancal para medir a vibração com o mínimo de distorção.

Direção de medição: A vibração é um processo tridimensional. Para uma visão completa da condição da máquina, as medições devem ser feitas em três direções:

• Horizontal radial (H): Perpendicular ao eixo do eixo, no plano horizontal.
• Vertical radial (V): Perpendicular ao eixo do eixo, no plano vertical.
• Axial (A): Paralelo ao eixo do eixo.

Via de regra, a rigidez da estrutura na direção horizontal é menor do que na vertical, de modo que a amplitude de vibração na direção horizontal costuma ser maior. É por isso que a direção horizontal costuma ser escolhida para a avaliação inicial. No entanto, a vibração axial carrega informações únicas, de importância crucial para o diagnóstico de defeitos como desalinhamento do eixo.

O Balanset-1A é um dispositivo de dois canais, que é abordado principalmente no manual sob a perspectiva do balanceamento em dois planos. No entanto, para diagnósticos, isso abre possibilidades muito mais amplas. Em vez de medir a vibração em dois rolamentos diferentes, ambos os sensores podem ser conectados à mesma unidade de rolamento, mas em direções diferentes. Por exemplo, o canal 1 do sensor pode ser instalado radialmente (horizontalmente) e o canal 2 do sensor, axialmente. A aquisição simultânea de espectros em duas direções permite a comparação instantânea da vibração axial e radial, uma técnica padrão em diagnósticos profissionais para detecção confiável de desalinhamento. Este método expande significativamente as capacidades de diagnóstico do dispositivo, indo além do que é descrito no manual.

2.2. Passo a passo: Usando o modo "Vibrômetro" (F5) para avaliação rápida

Este modo foi projetado para o controle operacional dos principais parâmetros de vibração e é ideal para uma avaliação rápida das condições da máquina "no local". O procedimento para obter um espectro neste modo é o seguinte:

1. Conecte os sensores: instale sensores de vibração nos pontos selecionados e conecte-os às entradas X1 e X2 da unidade de medição. Conecte o tacômetro a laser à entrada X3 e fixe um marcador refletivo no eixo.
2. Inicie o programa: Na janela principal do programa Balanset-1A, clique no botão "F5 - Medidor de vibração".
3. A janela de trabalho será aberta (Fig. 7.4 no manual). Sua parte superior exibirá os valores digitais: vibração geral (V1s), vibração na frequência de rotação (V1o), fase (F1) e velocidade de rotação (N rev).
4. Iniciar a medição: Clique no botão "F9 - Executar". O programa começará a coletar e exibir os dados em tempo real.
5. Analisar o espectro: Na parte inferior da janela, encontra-se o gráfico "Espectro de vibração - canal 1 e 2 (mm/s)". Este é o espectro de vibração. O eixo horizontal mostra a frequência em Hz e o eixo vertical mostra a amplitude em mm/s.

Este modo permite a primeira e mais importante verificação diagnóstica, recomendada até mesmo no manual de balanceamento. Compare os valores de V1s (vibração geral) e V1o (vibração na frequência de rotação 1x).

• Se V1s≈V1o, significa que a maior parte da energia vibracional está concentrada na frequência de rotação. A principal causa da vibração é provavelmente o desequilíbrio.
• Se V1s ≫ V1o, indica que uma parcela significativa da vibração é causada por outras fontes (desalinhamento, folga, defeitos nos rolamentos, etc.). Nesse caso, o simples balanceamento não resolverá o problema, sendo necessária uma análise mais aprofundada do espectro.

2.3. Passo a passo: Usando o modo "Gráficos" (F8) para análise detalhada

Para diagnósticos sérios que exigem um exame mais detalhado do espectro, o modo "Gráficos" é significativamente melhor. Ele fornece um gráfico maior e mais informativo, o que facilita a identificação de picos e a análise de sua estrutura. O procedimento para obter um espectro neste modo:

1. Conecte os sensores da mesma forma que no modo "Vibrômetro".
2. Modo de inicialização: Na janela principal do programa, clique no botão "F8 - Gráficos".
3. Selecione o tipo de gráfico: Na janela aberta (Fig. 7.19 no manual), haverá uma fileira de botões na parte superior. Clique em "F5-Espectro (Hz)".
4. A janela de análise de espectro será aberta (Fig. 7.23 no manual). A parte superior exibirá o sinal de tempo e a parte inferior, principal, exibirá o espectro de vibração.
5. Iniciar a medição: Clique no botão "F9-Executar". O dispositivo realizará uma medição e criará gráficos detalhados.

O espectro obtido neste modo é muito mais conveniente para análise. É possível visualizar picos em diferentes frequências com mais clareza, avaliar sua altura e identificar séries harmônicas. Este modo é recomendado para o diagnóstico de falhas descritas na próxima seção.

Seção 3: Diagnóstico de falhas típicas por espectros de vibração (até 1000 Hz)

Esta seção é o núcleo prático do guia. Aqui, aprenderemos a ler espectros e correlacioná-los com problemas mecânicos específicos. Para conveniência e orientação rápida em campo, os principais indicadores de diagnóstico estão resumidos em uma tabela consolidada. Ela servirá como referência rápida na análise de dados reais.

Tabela 3.1: Resumo dos Indicadores Diagnósticos

Falta	Assinatura Espectral Primária	Harmônicos típicos	Notas
Desequilíbrio	Alta amplitude em frequência rotacional 1×	Baixo	A vibração radial predomina. A amplitude aumenta quadraticamente com a velocidade.
Desalinhamento	Alta amplitude em frequência rotacional 2×	1×, 3×, 4×	Frequentemente acompanhada de vibração axial.
Frouxidão mecânica	Harmônicos múltiplos 1× ("floresta" de harmônicos)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Subharmônicos (0,5×, 1,5×) podem aparecer em 1/2x, 3/2x, etc. devido a rachaduras.
Defeito no rolamento	Picos em frequências não síncronas (BPFO, BPFI, etc.)	Harmônicos múltiplos de frequências de defeitos	Frequentemente visíveis como faixas laterais ao redor dos picos. Soa como "ruído" na faixa de alta frequência.
Defeito na malha da engrenagem	Alta frequência de engrenamento (GMF) e seus harmônicos	Bandas laterais em torno do GMF em 1x	Indica desgaste, danos nos dentes ou excentricidade.

A seguir, detalharemos cada um desses defeitos.

3.1. Desequilíbrio: O Problema Mais Comum

Causa física: O desequilíbrio ocorre quando o centro de massa de uma peça rotativa (rotor) não coincide com seu eixo geométrico de rotação. Isso cria um "ponto pesado" que, durante a rotação, gera uma força centrífuga atuando na direção radial e transmitida aos mancais e à fundação.

Assinaturas Espectrais: O principal sinal é um pico de alta amplitude estritamente na frequência de rotação (1x). A vibração é predominantemente radial. Existem dois tipos principais de desequilíbrio:

Desequilíbrio estático (plano único)

Descrição do espectro: O espectro é inteiramente dominado por um único pico na frequência rotacional fundamental (1x). A vibração é senoidal, com energia mínima nas demais frequências.

Breve descrição dos componentes espectrais: Principalmente um forte componente de frequência rotacional 1x. Poucos ou nenhum harmônico superior (um tom 1x puro).

Característica principal: Grande amplitude de 1x em todas as direções radiais. A vibração em ambos os mancais está em fase (sem diferença de fase entre as duas extremidades). Uma mudança de fase de aproximadamente 90° é frequentemente observada entre medições horizontais e verticais no mesmo mancal.

Desequilíbrio Dinâmico (Dois Planos / Casal)

Descrição do espectro: O espectro também apresenta um pico de frequência dominante de uma vez por revolução (1x), semelhante ao desequilíbrio estático. A vibração ocorre na velocidade de rotação, sem conteúdo significativo de frequência mais alta se o desequilíbrio for o único problema.

Breve descrição dos componentes espectrais: Componente dominante de 1x RPM (frequentemente com "oscilação" ou oscilação do rotor). Harmônicos mais altos geralmente estão ausentes, a menos que outras falhas estejam presentes.

Característica principal: 1x vibração em cada rolamento é fora de fase — há uma diferença de fase de cerca de 180° entre a vibração nas duas extremidades do rotor (indicando um desequilíbrio de par). O forte pico 1x com essa relação de fase é a assinatura do desequilíbrio dinâmico.

O que fazer: Se o espectro indicar desequilíbrio, um procedimento de balanceamento deve ser realizado. Para desequilíbrio estático, o balanceamento de plano único é suficiente (seção 7.4 do manual); para desequilíbrio dinâmico, o balanceamento de dois planos (seção 7.5 do manual).

3.2. Desalinhamento do eixo: uma ameaça oculta

Causa física: O desalinhamento ocorre quando os eixos de rotação de dois eixos acoplados (por exemplo, eixo do motor e eixo da bomba) não coincidem. Quando eixos desalinhados giram, forças cíclicas surgem no acoplamento e nos mancais, causando vibração.

Desalinhamento paralelo (eixos deslocados)

Descrição do espectro: O espectro de vibração apresenta energia elevada na fundamental (1x) e em seus harmônicos 2x e 3x, especialmente na direção radial. Tipicamente, a componente 1x é dominante, com desalinhamento presente, acompanhada por uma notável componente 2x.

Breve descrição dos componentes espectrais: Contém picos significativos nas frequências de rotação do eixo de 1x, 2x e 3x. Estes aparecem predominantemente em medições de vibração radial (perpendicular ao eixo).

Característica principal: Vibrações elevadas de 1x e 2x na direção radial são indicativas. Uma diferença de fase de 180° entre as medições de vibração radial em lados opostos do acoplamento é frequentemente observada, distinguindo-a do desequilíbrio puro.

Desalinhamento angular (eixos inclinados)

Descrição do espectro: O espectro de frequência mostra fortes harmônicos da velocidade do eixo, notavelmente um componente proeminente de velocidade de operação 2x, além do 1x. Vibrações em 1x, 2x (e frequentemente 3x) aparecem, com vibração axial (ao longo do eixo) sendo significativa.

Breve descrição dos componentes espectrais: Picos notáveis em 1x e 2x (e às vezes 3x) da velocidade de operação. O componente 2x costuma ser tão grande quanto ou maior que 1x. Essas frequências são pronunciadas no espectro de vibração axial (ao longo do eixo da máquina).

Característica principal: Amplitude relativamente alta do segundo harmônico (2x) em comparação com 1x, combinada com forte vibração axial. As medições axiais em ambos os lados do acoplamento estão 180° defasadas, uma característica de desalinhamento angular.

O que fazer: O balanceamento não ajudará aqui. Pare a unidade e execute um procedimento de alinhamento do eixo usando ferramentas especializadas.

3.3. Folga mecânica: "Chocalho" na máquina

Causa física: Este defeito está associado à perda de rigidez nas conexões estruturais: parafusos soltos, rachaduras na fundação, folgas aumentadas nos assentos dos mancais. Devido às folgas, ocorrem impactos, formando um padrão de vibração característico.

Frouxidão mecânica (frouxidão do componente)

Descrição: O espectro é rico em componentes de frequência da velocidade de rotação. Observa-se uma ampla gama de múltiplos inteiros de 1x (de 1x a ordens mais altas, como ~10x) com amplitudes significativas. Em alguns casos, frequências subharmônicas (por exemplo, 0,5x) também podem aparecer.

Componentes espectrais: Dominam componentes de frequência múltipla da velocidade de rotação (1x, 2x, 3x... até ~10x). Às vezes, componentes de frequência fracionários (meio inteiros) também podem estar presentes em 1/2x, 3/2x, etc., devido a impactos repetidos.

Característica principal: A distinta "série de picos" no espectro — numerosos picos uniformemente espaçados em frequências que são múltiplos inteiros da velocidade de rotação. Isso indica perda de rigidez ou montagem inadequada de peças, causando impactos repetidos. A presença de muitos harmônicos (e possivelmente subharmônicos meio inteiros) é um indicador importante.

Frouxidão estrutural (frouxidão da base/montagem)

Descrição: No espectro de vibração, a vibração na frequência fundamental ou de rotação dupla geralmente predomina. Normalmente, um pico aparece em 1x e/ou 2x. Harmônicos mais altos (acima de 2x) geralmente apresentam amplitudes muito menores em comparação com esses principais.

Componentes espectrais: Apresenta predominantemente componentes de frequência em velocidades de 1x e 2x do eixo. Outros harmônicos (3x, 4x, etc.) geralmente estão ausentes ou são insignificantes. O componente 1x ou 2x pode predominar dependendo do tipo de folga (por exemplo, um impacto por revolução ou dois impactos por revolução).

Característica principal: Picos notavelmente altos em 1x ou 2x (ou ambos) em relação ao restante do espectro, indicando folga nos mancais ou na estrutura. A vibração é mais forte na direção vertical se a máquina estiver montada de forma frouxa. Um ou dois picos dominantes de baixa ordem com um pequeno número de harmônicos de alta ordem são característicos de folga estrutural ou da fundação.

O que fazer: É necessária uma inspeção completa da unidade. Verifique todos os parafusos de fixação acessíveis (rolamentos, carcaça). Inspecione a estrutura e a fundação em busca de rachaduras. Se houver folgas internas (por exemplo, assento do rolamento), pode ser necessário desmontar a unidade.

3.4. Defeitos em rolamentos: alerta precoce

Causa física: Ocorrência de defeitos (pits, lascas, desgaste) nas superfícies de rolamento (anel interno, anel externo, elementos rolantes) ou na gaiola. Cada vez que um elemento rolante rola sobre um defeito, ocorre um breve impulso de impacto. Esses impulsos se repetem em uma frequência específica, característica de cada elemento do rolamento.

Assinaturas Espectrais: Defeitos em rolamentos aparecem como picos em frequências não síncronas, ou seja, em frequências que não são múltiplos inteiros da frequência de rotação (1x). Essas frequências (BPFO - frequência de defeito na pista externa, BPFI - pista interna, BSF - elemento rolante, FTF - gaiola) dependem da geometria do rolamento e da velocidade de rotação. Para um diagnosticador iniciante, não é necessário calcular seus valores exatos. O principal é aprender a reconhecer sua presença no espectro.

Defeito na pista externa

Descrição do espectro: O espectro de vibração exibe uma série de picos correspondentes à frequência do defeito na pista externa e seus harmônicos. Esses picos geralmente ocorrem em frequências mais altas (não múltiplos inteiros da rotação do eixo) e indicam cada vez que um elemento rolante passa sobre a falha na pista externa.

Breve descrição dos componentes espectrais: Múltiplos harmônicos da frequência de passagem de esferas da pista externa (BPFO) estão presentes. Normalmente, 8 a 10 harmônicos de BPFO podem ser observados no espectro para uma falha pronunciada na pista externa. O espaçamento entre esses picos é igual à BPFO (uma frequência característica determinada pela geometria e velocidade do rolamento).

Característica principal: A assinatura é uma sequência distinta de picos no BPFO e seus harmônicos sucessivos. A presença de numerosos picos de alta frequência uniformemente espaçados (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) indica claramente um defeito no rolamento da pista externa.

Defeito na Raça Interna

Descrição do espectro: O espectro de uma falha na pista interna apresenta vários picos proeminentes na frequência do defeito na pista interna e seus harmônicos. Além disso, cada um desses picos de frequência de falha é normalmente acompanhado por picos de banda lateral espaçados na frequência da velocidade de operação (1x).

Breve descrição dos componentes espectrais: Contém múltiplos harmônicos da frequência de passagem de esferas da pista interna (BPFI), frequentemente na ordem de 8 a 10 harmônicos. Caracteristicamente, esses picos de BPFI são modulados por bandas laterais a ±1x RPM — ou seja, ao lado de cada harmônico de BPFI, surgem picos laterais menores, separados do pico principal por uma quantidade igual à frequência de rotação do eixo.

Característica principal: O sinal revelador é a presença de harmônicos de frequência de defeito na pista interna (BPFI) com um padrão de banda lateral. As bandas laterais espaçadas na velocidade do eixo ao redor dos harmônicos BPFI indicam que o defeito na pista interna está sendo carregado uma vez por rotação, confirmando um problema na pista interna e não na pista externa.

Defeito no elemento rolante (esfera/rolo)

Descrição do espectro: Um defeito em um elemento rolante (esfera ou rolo) produz vibração na frequência de rotação do elemento rolante e em seus harmônicos. O espectro mostrará uma série de picos que não são múltiplos inteiros da velocidade do eixo, mas sim múltiplos da frequência de rotação da esfera/rolo (BSF). Um desses picos harmônicos costuma ser significativamente maior que os outros, refletindo a quantidade de elementos rolantes danificados.

Breve descrição dos componentes espectrais: Picos na frequência fundamental de defeitos do elemento rolante (BSF) e seus harmônicos. Por exemplo, BSF, 2xBSF, 3xBSF, etc., aparecerão. Notavelmente, o padrão de amplitude desses picos pode indicar o número de elementos danificados — por exemplo, se o segundo harmônico for maior, pode sugerir que duas esferas/rolos apresentam lascas. Frequentemente, alguma vibração nas frequências de defeitos da pista acompanha isso, já que danos ao elemento rolante comumente levam também a danos na pista.

Característica principal: A presença de uma série de picos espaçados pela BSF (frequência de rotação do elemento de rolamento) em vez da frequência de rotação do eixo identifica um defeito no elemento rolante. Uma amplitude particularmente alta do N-ésimo harmônico da BSF frequentemente indica que N elementos estão danificados (por exemplo, um pico 2xBSF muito alto pode indicar duas esferas com defeitos).

Defeito na gaiola (gaiola de rolamento / FTF)

Descrição do espectro: Um defeito na gaiola (separador) de um rolamento gera vibração na frequência de rotação da gaiola – a Frequência Fundamental do Trem (FTF) – e seus harmônicos. Essas frequências são geralmente subsíncronas (abaixo da velocidade do eixo). O espectro apresentará picos em FTF, 2xFTF, 3xFTF, etc., e frequentemente alguma interação com outras frequências do rolamento devido à modulação.

Breve descrição dos componentes espectrais: Picos de baixa frequência correspondentes à frequência de rotação da gaiola (FTF) e seus múltiplos inteiros. Por exemplo, se a FTF for ≈ 0,4x a velocidade do eixo, você poderá observar picos em ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x, etc. Em muitos casos, um defeito na gaiola coexiste com defeitos de corrida, de modo que a FTF pode modular os sinais de defeitos de corrida, produzindo frequências de soma/diferença (bandas laterais em torno das frequências de corrida).

Característica principal: Um ou mais picos subharmônicos (abaixo de 1x) alinhados com a taxa de rotação da gaiola do rolamento (FTF) são indicativos de um problema na gaiola. Isso frequentemente aparece junto com outras indicações de falha no rolamento. A assinatura principal é a presença de FTF e seus harmônicos no espectro, o que é incomum, a menos que a gaiola esteja falhando.

O que fazer: O aparecimento de frequências nos rolamentos é um chamado à ação. É necessário intensificar o monitoramento desta unidade, verificar as condições da lubrificação e começar a planejar a substituição dos rolamentos o mais rápido possível.

3.5. Falhas na engrenagem

Excentricidade da engrenagem / eixo torto

Descrição do espectro: Essa falha causa modulação da vibração da engrenagem. No espectro, o pico da frequência da engrenagem (GMF) é circundado por picos de banda lateral espaçados na frequência de rotação do eixo da engrenagem (1x RPM da engrenagem). Frequentemente, a vibração da própria engrenagem, que é 1x a velocidade de rotação, também é elevada devido ao efeito desbalanceador da excentricidade.

Breve descrição dos componentes espectrais: Aumento notável na amplitude na frequência da malha da engrenagem e em seus harmônicos inferiores (por exemplo, 1x, 2x, 3x GMF). Bandas laterais nítidas aparecem ao redor do GMF (e às vezes ao redor de seus harmônicos) em intervalos iguais a 1x a taxa de rotação da engrenagem afetada. A presença dessas bandas laterais indica modulação da amplitude da frequência da malha pela rotação da engrenagem.

Característica principal: A característica marcante é a frequência da engrenagem com faixas laterais pronunciadas em 1x a frequência da engrenagem. Este padrão de faixas laterais (picos igualmente espaçados ao redor do GMF pela velocidade de rotação) indica fortemente excentricidade da engrenagem ou um eixo de engrenagem torto. Além disso, a vibração fundamental (1x) da engrenagem pode ser maior que o normal.

Desgaste ou danos nos dentes da engrenagem

Descrição do espectro: Falhas nos dentes da engrenagem (como dentes desgastados ou quebrados) produzem um aumento na vibração na frequência da engrenagem e em seus harmônicos. O espectro frequentemente apresenta múltiplos picos de GMF (1xGMF, 2xGMF, etc.) de alta amplitude. Além disso, inúmeras frequências de banda lateral aparecem ao redor desses picos de GMF, espaçadas pela frequência de rotação do eixo. Em alguns casos, também pode ser observada a excitação de frequências naturais da engrenagem (ressonâncias) com bandas laterais.

Breve descrição dos componentes espectrais: Picos elevados na frequência da engrenagem (frequência de engrenamento dos dentes) e seus harmônicos (por exemplo, 2xGMF). Ao redor de cada harmônico principal da engrenagem, há picos de banda lateral separados por 1x da velocidade de rotação. O número e o tamanho das bandas laterais ao redor dos componentes 1x, 2x e 3x da engrenagem tendem a aumentar com a gravidade do dano aos dentes. Em casos graves, podem surgir picos adicionais correspondentes às frequências de ressonância da engrenagem (com suas próprias bandas laterais).

Característica principal: A característica distintiva são múltiplos harmônicos de frequência de malha de engrenagens de alta amplitude, acompanhados por padrões de bandas laterais densas. Isso indica passagem irregular de dentes devido a desgaste ou a um dente quebrado. Uma engrenagem muito desgastada ou danificada apresentará bandas laterais extensas (em intervalos de velocidade de 1x) ao redor dos picos de frequência da malha, distinguindo-a de uma engrenagem saudável (que teria um espectro mais limpo concentrado em GMF).

O que fazer: O aparecimento de frequências relacionadas aos conjuntos de engrenagens requer maior atenção. Recomenda-se verificar a condição do óleo na caixa de engrenagens em busca de partículas metálicas e agendar uma inspeção da caixa de engrenagens para avaliar desgaste ou danos nos dentes.

É importante compreender que, em condições reais, as máquinas raramente sofrem de apenas uma falha. Muitas vezes, o espectro é uma combinação de sinais de vários defeitos, como desbalanceamento e desalinhamento. Isso pode ser confuso para um diagnosticador iniciante. Nesses casos, aplica-se uma regra simples: trate primeiro o problema correspondente ao pico com maior amplitude. Frequentemente, uma falha grave (por exemplo, desalinhamento grave) causa problemas secundários, como aumento do desgaste dos rolamentos ou afrouxamento dos fixadores. Ao eliminar a causa raiz, você pode reduzir significativamente a manifestação de defeitos secundários.

Seção 4: Recomendações práticas e próximos passos

Tendo dominado os fundamentos da interpretação de espectros, você deu o primeiro e mais importante passo. Agora é necessário integrar esse conhecimento à sua prática diária de manutenção. Esta seção é dedicada a como passar de medições pontuais para uma abordagem sistemática e como usar os dados obtidos para tomar decisões informadas.

4.1. Da Medição Única ao Monitoramento: O Poder das Tendências

Um único espectro é apenas um "instantâneo" da condição da máquina em um determinado momento. Pode ser muito informativo, mas seu verdadeiro valor é revelado quando comparado com medições anteriores. Esse processo é chamado de monitoramento de condição ou análise de tendências.

A ideia é muito simples: em vez de avaliar a condição da máquina pelos valores absolutos de vibração ("bom" ou "ruim"), você monitora como esses valores mudam ao longo do tempo. Um aumento lento e gradual na amplitude em uma determinada frequência indica desgaste sistemático, enquanto um aumento repentino é um sinal de alarme que indica o rápido desenvolvimento de um defeito.

Dica prática:

• Crie um espectro de linha de base: Realize uma medição completa em equipamentos novos, recém-consertados ou em bom estado. Salve esses dados (espectros e valores numéricos) no arquivo do programa Balanset-1A. Este é o seu "parâmetro de referência" para esta máquina.
• Estabelecer Periodicidade: Determine a frequência com que você realizará medições de controle. Para equipamentos de importância crítica, pode ser uma vez a cada duas semanas; para equipamentos auxiliares, uma vez por mês ou trimestre.
• Garantir repetibilidade: Em cada ocasião, realize as medições nos mesmos pontos, nas mesmas direções e, se possível, nas mesmas condições de operação da máquina (carga, temperatura).
• Compare e analise: Após cada nova medição, compare o espectro obtido com o da linha de base e os anteriores. Preste atenção não apenas ao surgimento de novos picos, mas também ao aumento da amplitude dos picos existentes. Um aumento acentuado na amplitude de qualquer pico (por exemplo, duas vezes em relação à medição anterior) é um sinal confiável de um defeito em desenvolvimento, mesmo que o valor absoluto da vibração ainda esteja dentro dos limites aceitáveis pelas normas ISO.

4.2. Quando equilibrar e quando procurar outra causa?

O objetivo final do diagnóstico não é apenas encontrar um defeito, mas tomar a decisão correta sobre as ações necessárias. Com base na análise de espectro, é possível construir um algoritmo de tomada de decisão simples e eficaz.

Algoritmo de ação baseado em análise de espectro:

1. Obtenha um espectro de alta qualidade usando o Balanset-1A, de preferência no modo "Gráficos" (F8), fazendo medições nas direções radial e axial.
2. Identifique o pico com a maior amplitude. Ele indica o problema dominante que deve ser abordado primeiro.
3. Determine o tipo de falha pela frequência deste pico:
   • Se o pico 1x dominar: A causa mais provável é o desequilíbrio.
     Ação: Execute um procedimento de balanceamento dinâmico usando a funcionalidade do dispositivo Balanset-1A.
   • Se o pico 2x dominar (especialmente se for alto na direção axial): A causa mais provável é o desalinhamento do eixo.
     Ação: O balanceamento é ineficaz. É necessário parar a unidade e realizar o alinhamento do eixo.
   • Se for observada uma "floresta" de muitos harmônicos (1x, 2x, 3x,...): A causa mais provável é folga mecânica.
     Ação: Realize uma inspeção visual. Verifique e aperte todos os parafusos de montagem. Inspecione a estrutura e a fundação em busca de rachaduras.
   • Se picos não síncronos dominarem na faixa de frequência média ou alta: A causa mais provável é um defeito no rolamento.
     Ação: Verifique a lubrificação da unidade de rolamento. Comece a planejar a substituição do rolamento. Aumente a frequência de monitoramento desta unidade para acompanhar a taxa de desenvolvimento de defeitos.
   • Se a frequência da malha de engrenagens (GMF) com bandas laterais dominar: A causa mais provável é um defeito na engrenagem.
     Ação: Verifique o estado do óleo da caixa de câmbio. Agende uma inspeção da caixa de câmbio para avaliar o desgaste ou danos nos dentes.

Este algoritmo simples permite a transição da análise abstrata para ações de manutenção concretas e direcionadas, que é o objetivo final de todo trabalho de diagnóstico.

Conclusão

O dispositivo Balanset-1A, originalmente projetado como uma ferramenta especializada para balanceamento, apresenta um potencial significativamente maior. A capacidade de obter e exibir espectros de vibração o transforma em um poderoso analisador de vibração de nível básico. Este artigo pretende ser uma ponte entre as capacidades operacionais do dispositivo descrito no manual e o conhecimento fundamental necessário para interpretar os dados obtidos em suas sessões de análise de vibração.

Dominar habilidades básicas de análise de espectro não se resume apenas a estudar teoria, mas também a adquirir uma ferramenta prática para aumentar a eficiência do seu trabalho. Entender como diversas falhas — desbalanceamento, desalinhamento, folgas e defeitos em rolamentos — se manifestam como "impressões digitais" únicas no espectro de vibração permite que você veja o interior de uma máquina em funcionamento sem desmontá-la.

Principais conclusões deste guia:

• Vibração é informação. Cada pico no espectro carrega informações sobre um processo específico que ocorre no mecanismo.
• A FFT é seu tradutor. A Transformada Rápida de Fourier traduz a linguagem complexa e caótica da vibração para a linguagem simples e compreensível de frequências e amplitudes.
• Diagnóstico é reconhecimento de padrões. Ao aprender a identificar padrões espectrais característicos dos principais defeitos, você pode determinar de forma rápida e precisa a causa raiz do aumento da vibração.
• Tendências são mais importantes que valores absolutos. O monitoramento regular e a comparação de dados atuais com dados de referência são a base de uma abordagem preditiva, permitindo que os problemas sejam identificados no estágio mais inicial.

O caminho para se tornar um analista de vibrações confiante e competente exige tempo e prática. Não tenha medo de experimentar, coletar dados de diversos equipamentos e criar sua própria biblioteca de "espectros de saúde" e "espectros de doenças". Este guia lhe forneceu um mapa e uma bússola. Use o Balanset-1A não apenas para "tratar" os sintomas por meio do balanceamento, mas também para fazer um "diagnóstico" preciso. Essa abordagem permitirá que você aumente significativamente a confiabilidade do seu equipamento, reduza o número de paradas de emergência e avance para um nível de manutenção qualitativamente novo.