Entendendo a vibração radial em máquinas rotativas
Definição: O que é vibração radial?
vibração radial A vibração radial é o movimento de um eixo rotativo perpendicular ao seu eixo de rotação, estendendo-se para fora do centro como os raios de um círculo. O termo "radial" refere-se a qualquer direção que irradia da linha central do eixo, abrangendo tanto o movimento horizontal (lateral) quanto o vertical (para cima e para baixo). A vibração radial é sinônimo de vibração lateral ou vibração transversal e representa a forma mais comumente medida e monitorada de vibração em máquinas rotativas.
Em aplicações práticas, a vibração radial é normalmente medida em duas direções perpendiculares — horizontal e vertical — em cada ponto de apoio, para fornecer uma visão completa do movimento do eixo perpendicular ao seu eixo de rotação.
Instruções de medição
Vibração radial horizontal
A vibração horizontal é medida na direção lateral:
- Perpendicular ao eixo do poço e paralelo ao solo/piso
- Geralmente, o local de medição mais acessível
- Normalmente, mostra os efeitos da gravidade, da assimetria da rigidez da fundação e das funções de força horizontal.
- Orientação de medição padrão para a maioria dos programas de monitoramento de vibração
Vibração radial vertical
A vibração vertical é medida na direção para cima e para baixo:
- Perpendicular ao eixo do poço e perpendicular ao solo/piso
- Afetado pela gravidade e pelo peso do rotor.
- Frequentemente, a amplitude é maior que a horizontal devido ao peso do rotor, que cria uma rigidez assimétrica.
- Fundamental para a detecção de problemas em máquinas com orientação vertical (bombas verticais, motores).
Vibração radial total
A vibração radial total pode ser calculada como a soma vetorial das componentes horizontal e vertical:
- Total radial = √(Horizontal² + Vertical²)
- Representa a magnitude real do movimento, independentemente da direção.
- Útil para avaliações de gravidade com base em um único número.
Causas primárias da vibração radial
A vibração radial é gerada por forças que atuam perpendicularmente ao eixo do eixo:
1. Desequilíbrio (Causa Dominante)
Desequilíbrio é a fonte mais comum de vibração radial em máquinas rotativas:
- Cria força centrífuga girando à velocidade do eixo (1X)
- A magnitude da força é proporcional ao quadrado da massa de desequilíbrio, do raio e da velocidade.
- Produz formas circulares ou elípticas órbita do eixo
- Corrigível através de balanceamento procedimentos
2. Desalinhamento
Desalinhamento do eixo entre máquinas acopladas cria tanto radial quanto vibração axial:
- Vibração radial predominantemente 2X (duas vezes por revolução).
- Também gera harmônicos de 1X, 3X e superiores.
- Vibrações axiais intensas acompanham vibrações radiais.
- Relações de fase entre rolamentos para diagnóstico do tipo de desalinhamento
3. Defeitos mecânicos
Diversos problemas mecânicos produzem padrões característicos de vibração radial:
- Defeitos de rolamento: Impactos de alta frequência em frequências de falha de rolamentos
- Eixo dobrado ou arqueado: Vibração 1X semelhante a desequilíbrio, mas presente mesmo em rolamento lento.
- Frouxidão: Harmônicos múltiplos (1X, 2X, 3X) com comportamento não linear
- Rachaduras: Vibração 1X e 2X com alterações durante a inicialização/desligamento
- Esfrega: Componentes subsíncronos e síncronos
4. Forças aerodinâmicas e hidráulicas
As forças de processo em bombas, ventiladores e compressores criam forças radiais:
- Frequência de passagem das lâminas (número de lâminas × RPM)
- Desequilíbrio hidráulico devido ao fluxo assimétrico
- Desprendimento de vórtices e turbulência do fluxo
- Recirculação e operação fora do projeto
5. Condições de Ressonância
Ao operar próximo a velocidades críticas, A vibração radial se amplifica drasticamente:
- A frequência natural coincide com a frequência de excitação.
- A amplitude é limitada apenas pelo sistema. amortecimento
- Potencial para níveis de vibração catastróficos
- Requer margens de separação adequadas no projeto.
Padrões e parâmetros de medição
Unidades de medida
A vibração radial pode ser expressa em três parâmetros relacionados:
- Deslocamento: Distância real de deslocamento (micrômetros µm, mils). Utilizada para máquinas de baixa velocidade e medições com sonda de proximidade.
- Velocidade: Taxa de variação do deslocamento (mm/s, pol/s). Mais comum para máquinas industriais em geral, base para normas ISO.
- Aceleração: Taxa de variação da velocidade (m/s², g). Utilizada para medições de alta frequência e detecção de defeitos em rolamentos.
Normas Internacionais
A série ISO 20816 fornece limites de severidade para vibrações radiais:
- ISO 20816-1: Diretrizes gerais para avaliação de vibrações em máquinas
- ISO 20816-3: Critérios específicos para máquinas industriais > 15 kW
- Zonas de gravidade: A (bom), B (aceitável), C (insatisfatório), D (inaceitável)
- Local de medição: Normalmente em alojamentos de rolamentos em direções radiais
Normas específicas da indústria
- API 610: Limites de vibração radial das bombas centrífugas
- API 617: Critérios de vibração de compressores centrífugos
- API 684: Procedimentos de análise da dinâmica de rotores para previsão de vibração radial
- NEMA MG-1: limites de vibração do motor elétrico
Técnicas de monitoramento e diagnóstico
Monitoramento de rotina
Os programas padrão de monitoramento de vibração medem a vibração radial:
- Coleta baseada em rotas: Medições periódicas em intervalos fixos (mensais, trimestrais)
- Tendências gerais de nível: Acompanhe a amplitude total da vibração ao longo do tempo.
- Limites de alarme: Definido com base em normas ISO ou normas específicas do equipamento.
- Comparação: Atual vs. linha de base, horizontal vs. vertical
Análise Avançada
A análise detalhada da vibração radial fornece informações de diagnóstico:
- Análise FFT: Espectro de frequência mostrando componentes de vibração
- Forma de onda temporal: Sinal de vibração ao longo do tempo, revelando transientes e modulação.
- Análise de Fases: Relações temporais entre pontos de medição
- Análise de órbita: padrões de movimento da linha central do eixo
- Análise de Envelope: Demodulação de alta frequência para detecção de defeitos em rolamentos
Monitoramento Contínuo
Equipamentos críticos geralmente possuem monitoramento permanente de vibração radial:
- Sondas de proximidade para medição direta do movimento do eixo
- Acelerômetros montados permanentemente em alojamentos de rolamentos
- Tendências e alertas em tempo real
- integração de sistema de proteção automática
Diferenças horizontais versus verticais
Relações típicas de amplitude
Em muitas máquinas, a vibração radial vertical é superior à horizontal:
- Efeito da gravidade: O peso do rotor cria uma deflexão estática, afetando a rigidez vertical.
- Rigidez assimétrica: As estruturas de fundação e suporte são geralmente mais rígidas na horizontal.
- Proporção típica: Vibrações verticais de 1,5 a 2 vezes maiores que as horizontais são comuns.
- Efeito do Contrapeso: Os contrapesos colocados na parte inferior do rotor (de fácil acesso) reduzem preferencialmente a vibração vertical.
Diferenças de diagnóstico
- Desequilíbrio: Pode apresentar maior intensidade em uma direção, dependendo da localização do desequilíbrio.
- Frouxidão: Frequentemente apresenta não-linearidade mais pronunciada na direção vertical.
- Problemas de fundação: A vibração vertical é mais sensível à deterioração da fundação.
- Desalinhamento: Pode parecer diferente na horizontal em comparação com a vertical, dependendo do tipo de desalinhamento.
Relação com a dinâmica do rotor
A vibração radial é fundamental para dinâmica do rotor análise:
Velocidades Críticas
- As frequências naturais radiais determinam velocidades críticas
- A primeira velocidade crítica normalmente corresponde ao primeiro modo de flexão radial.
- Diagramas de Campbell Prever o comportamento da vibração radial em função da velocidade.
- As margens de segurança em relação às velocidades críticas evitam vibrações radiais excessivas.
Formas de Modo
- Cada modo de vibração radial possui uma forma de deflexão característica.
- Primeiro modo: curvatura de arco simples
- Segundo modo: Curva em S com ponto nodal
- Modos superiores: padrões cada vez mais complexos
Considerações sobre equilíbrio
- O balanceamento visa a redução da vibração radial em uma frequência de 1X.
- Coeficientes de influência Relacionar os pesos de correção às alterações de vibração radial
- Localizações ótimas do plano de correção com base nos modos de vibração radiais.
Métodos de correção e controle
Para desequilíbrio
- Balanceamento de campo usando analisadores portáteis
- Plano único ou balanceamento de dois planos procedimentos
- Balanceamento de precisão em oficina para componentes críticos
Para problemas mecânicos
- Alinhamento de precisão para corrigir desalinhamentos.
- Substituição de rolamentos em caso de defeitos.
- Apertar componentes soltos
- Reparos de fundação para problemas estruturais
- Endireitamento ou substituição de eixos tortos
Para problemas de ressonância
- Alterações de velocidade para evitar faixas de velocidade críticas
- Modificações na rigidez (diâmetro do eixo, alterações na localização dos mancais)
- Melhorias no amortecimento (amortecedores de película fina, seleção de rolamentos)
- Alterações de massa alteram as frequências naturais
Importância na Manutenção Preditiva
O monitoramento da vibração radial é a base dos programas de manutenção preditiva:
- Detecção precoce de falhas: Alterações na vibração radial precedem as falhas em semanas ou meses.
- Tendências: Aumentos graduais indicam problemas em desenvolvimento.
- Diagnóstico de falhas: O conteúdo de frequência identifica tipos específicos de falhas.
- Avaliação de gravidade: A amplitude indica a gravidade e a urgência do problema.
- Agendamento de manutenção: Manutenção baseada na condição, em vez de manutenção baseada no tempo.
- Economia de custos: Previne falhas catastróficas e otimiza os intervalos de manutenção.
Como principal método de medição de vibração em máquinas rotativas, a vibração radial fornece informações essenciais sobre a condição do equipamento, tornando-se indispensável para garantir a operação confiável, segura e eficiente de equipamentos rotativos industriais.
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