TURBINAS - 3 2 - ORBITAS E MANCAIS DE DESLIZAMENTO

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Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Análise de Vibrações 
por Órbitas 
 
 Em máquinas, algumas vezes é preciso mostrar duas características de um 
mesmo sinal sendo então muito conveniente agrupá-las em uma mesma representação. 
Em máquinas, por exemplo, a resposta dinâmica envolve amplitude e fase. Esta fase, 
ou defasagem, representa um atraso de tempo entre a excitação e esta resposta. A 
combinação destas duas informações constitui o Diagrama de Bode, mostrado na fig. 1 
abaixo. 
 A representação das duas variáveis do diagrama de Bode em um único gráfico 
tem suas vantagens. É o chamado Diagrama de Nyquist, também mostrado na figura 
abaixo. 
 
Figura 1 – Bode e Nyquist 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Outra forma muito antiga e eficiente, é descrever o movimento de um corpo 
dentro de um espaço, ou seja, sua órbita. As pessoas tem um bom entendimento sobre 
órbitas. Ótimos exemplos são as órbitas dos planetas e satélites no sistema solar, as 
Figura 1 - Diagramas associando a amplitude e a fase em função da freqüência de excitação, o de 
Bode à esquerda e o de Nyquist à direita 
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Figura 2 – Instalação dos sensores de proximidade para medida de órbita 
órbitas dos elétrons no átomo. A órbita representa então o caminho de um corpo em um 
espaço. O desenho da órbita indica a regularidade ou aleatoridade deste movimento. 
 Em máquinas é comum mostrar a órbita das pontas e eixo dos mancais, ou do 
rotor dentro da carcaça. Para isto, instala-se dois sensores de proximidade separados 
de 90o, no local da medida. 
 A figura 2 abaixo mostra a montagem de dois sensores que medem 
simultaneamente as vibrações nos eixos x e y. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São dois canais de medição, chamados x e y, o próprio sistema cartesiano. Os 
sinais de vibração dos sensores depois de tratados e combinados formam a curva de 
Lissajous que plotada, mostra a movimentação do eixo no mancal, ou seja, a órbita que 
o eixo executa dentro do mancal. 
 A figura abaixo mostra uma órbita típica formada por duas componentes de 
freqüência, uma de 1 X e outra de 
2
1 X. 
 
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Figura 3 – Órbita de um eixo 
Figura 4 – Esquema de instrumentação de órbita utilizando-se um osciloscópio 
 
 
 
 
 
 
 
A figura 4 mostra as ligações dos sinais a um display, tipicamente um 
osciloscópio analógico e mais recentemente, digital (para incorporar outros recursos de 
análise). Esta configuração típica tem um terceiro sensor que marca na órbita uma 
referência física do eixo na órbita. O sensor de fase ligado ao canal z do osciloscópio 
(controle de brilho do traço) interrompe o feixe luminoso e cria um ponto forte indicando 
a posição de uma chaveta e o sentido da órbita. 
 O sentido de rotação da órbita é a precessão do movimento, chamada positiva 
se for o mesmo da rotação e de negativa ou reversa se for o oposto. 
 
 
 
Rotação 
Rotação 
Vibração Total 
Componente 1X 
Componente 1/2X 
Osciloscópio 
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Figura 5 – Exemplos de órbitas com várias frequências 
 A forma mais antiga, porém ainda usada, para visualizar as órbitas é o 
osciloscópio. Nele são conectadas as saídas dos transdutores, a vertical na y e a 
horizontal na x. Quando o osciloscópio tem a entrada z, do comando do brilho do traço, 
usa-se um terceiro sensor de proximidade que percebe a passagem da chaveta no eixo. 
O sinal deste detector de fase cria um ponto brilhante no traçado da órbita indicando 
seu sentido de giro (figura 5). 
O ponto mais luminoso do detector de fase incluído na órbita fornece 
informações adicionais para a análise, por exemplo: 
- Cria uma referência da vibração em relação a uma posição física do eixo, 
uma fase; 
- Facilita a identificação das harmônicas e sub-harmônicas (na componente de 
2
1 X aparecem duas marcas de fase, vide figura 5); 
- O sentido da órbita, se é o mesmo da rotação ou contrário. Ou seja, se o 
rotor está com precessão positiva ou negativa; 
- Com a referência de fase, é possível definir por exemplo, um ponto ou região 
de roçamento 
Órbitas não filtradas onde a marca de fase atua como um estroboscópio, segue 
abaixo: 
 
 
 
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Muitos transdutores de vibração estão disponíveis no mercado atual. Através da 
escolha correta de um transdutor para uma aplicação específica é uma questão crucial, 
tanto para a precisão da monitoração de vibração da máquina quanto para a 
capacidade do diagnóstico. 
As informações em relação à capa do mancal não podem indicar 
verdadeiramente a resposta dinâmica do eixo num estado de mau funcionamento. 
Medições ocasionais realizadas por transdutores sísmicos (tanto de velocidade 
quanto de aceleração) podem ser muito imprecisas. Portanto, usando um sistema de 
transdutor que aciona casualmente pode ser visto apenas como um método indireto 
para quantificar as falhas da máquina. 
Os sensores de proximidade podem medir diretamente as respostas relativas do 
rotor para o alojamento dos mancais. 
 
Para algumas máquinas que processam alta atividade da caixa do mancal, tanto 
o sensor de proximidade quanto o transdutor ocasional, podem ser usados, resultando 
no que chamamos de deslocamento absoluto do eixo. 
Quando aos sensores de proximidade e a corrente de turbilhão de óleo são 
usados para monitorar o deslocamento lateral do eixo, o sensor indica os seguintes 
componentes : 
- Um o sinal DC proporcional à média de posicionamento do eixo de 
acordo com o sensor ocasional. 
- Um sinal AC (neste caso com flutuação negativa) correspondente à 
dinâmica de movimentação do eixo de acordo com o transdutor ocasional. 
Nas aplicações de plantas típicas os sinais dos transdutores são processados e 
disponibilizados pela monitoração da vibração radial. Os sensores de proximidade são 
primeiramente utilizadas em máquinas com mancais, turbinas, bombas e componentes 
com filme de fluido lubrificante. 
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Para a monitoração mínima das máquinas, dois sensores de proximidade 
ortogonais devem ser instalados na caixa do mancal. Isto vai proporcionar o sinal AC e 
outros sinais para a monitoração on-line, além dos diagnósticos. Quando usado no 
conjunto de revezamento de sensores, a capacidade do diagnóstico é muito mais 
notável. 
 
Estes transdutores promovem a maioria dos dados necessários para a 
propriedade de monitoração da rotação da máquina, assim como a órbita e a Posição 
Média do Eixo. Mesmo assim, os sensores de identificação, instalados na máquina ou 
em cada mancal radial, devem ser considerados como fonte da mais completa 
informação e diagnósticos de falhas. 
 
Componente AC – Órbitas 
 
A componente AC do transdutor produz um sinal periódico com formato de onda, 
uma onda para cada sensor (fixados ortogonalmente na folga). Uma onda típica é 
mostrada na Figura 7. Note que as ondas estão separadas. A Figura (onda) da 
esquerda filtra a velocidade (1X), mostrando um sinal suave, já a da direita capta a 
vibração. 
Fig 6- Mostra a Posição Média 
da Linha central do Eixo dentro 
da cavidade do mancal, usando 
dois sensores fixados 
ortogonalmente. Para rotações 
no sentido horário esta resposta 
é considerada aceitável. 
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As órbitas são formadas estavelmente e você deve saber primeiramente que 
cada onda produzida representa um processo individual de sinal de vibração. Este sinal 
é gerado pela locação angular específica do sensor no rotor, relatando o movimento 
lateral do eixo no plano. Quando dois sensores são fixadosortogonalmente (XY 
configurados a 90º) as duas ondas (sinais) representam o deslocamento pico a pico do 
eixo em seus respectivos planos angulares, e são descritos (desenhados) como 
amplitude ou deslocamento versus tempo. (Figura 7 e 8). 
Uma órbita é gerada pela parceria dos sinais (ondas) dos dois sensores (XY), 
então o elemento tempo é excluído deixando o elemento amplitude X versus o elemento 
amplitude Y, descrito (plotados) no Sistema de Coordenadas Cartesianas (ou nas 
coordenadas polares). 
 
 
 
 
 
Fig 7 - A onda da esquerda representa a resposta da sincronia da vibração lateral do 
rotor, enquanto a onda da direita é a representação da vibração geral presente no 
sistema. Freqüências do tempo geral estão entre 0 Hz e 10 Hz. 
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Fig 8 - Resultados gráficos plotados nas equações 1 e 2 do tempo T1 e T2. À direita das 
ondas as associações de órbita do eixo são representadas como amplitude versus amplitude. 
Os pontos numerados (1, 2, 3, etc.) ao longo da onda correspondem a pontos específicos na 
previsão da órbita. As mesmas entradas são usadas na figura 4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para ilustrar esta questão, vamos considerar um par de ondas XY, que são 
separadas por uma diferença de fase de 90º e cujas amplitudes são 1.00 mil (no sensor 
vertical) e 0.50 mil (no sensor horizontal). Estes dois sinais são descritos abaixo: 
X (θ) axial horizontal = 0.50 cos (θ) (equação 1) 
Y (θ) axial vertical = 1.00 sen (θ) (equação 2) 
Onde (θ) = ft (wt) (f = freqüência de rotação e t = tempo) representando a revolução do 
eixo (T1 a T2) nas radiais e os valores numéricos (1.00 e 0.50 mil) são amplitudes da 
vibração lateral do eixo. 
Na Figura 8, as equações 1 e 2 são descritas na amplitude versus domínio do 
tempo (formação da onda). Resultados similares são obtidos utilizando o 1X filtrado da 
máquina, o par de ondas XY ou pares de ondas que não tenham sido filtradas de cada 
mancal. As ondas e as apresentações de órbita podem ser facilmente mostradas em 
dois canais osciloscópios. 
É importante notar que o osciloscópio deve ter um terceiro canal, o canal Z para um 
sinal de entrada do sensor (Figura 9). Quando dois sinais de vibração são absorvidos 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Fig 9 Dois sinais individuais entram no 
osciloscópio passando pelo sensor de 
proximidade o que permite a informação da fase 
angular para ser representado na órbita. A 
amplitude de órbita expande em 2 mil pico a pico 
verticalmente (direção Y) e 1 mil horizontalmente 
(direção X) com a amplitude do canal XY em 
escala de 5 mil por divisão. 
pelo par de canais do osciloscópio e observados no display, as vibrações podem ser 
descritas com base no tempo (onda senoidal) ou na forma orbital (Figura 9). 
Neste modelo de órbita, o osciloscópio localiza os sinais da vertical (Y) e da 
horizontal (X) de acordo com suas respectivas axiais para criar um display de amplitude 
versus amplitude. O formato que este irá tomar é governado pela seguinte equação : 
X (r, θ) axiais horizontais ≡ r Cos (θ) equação 3 
Y (r, θ) axiais verticais ≡ r Sen (θ) equação 4 
Onde (θ) = ft (wt) (f = freqüência de rotação e t = tempo) representa uma 
revolução do eixo (na radial) e r denota a amplitude lateral do eixo. 
Uma órbita padrão, como vista no osciloscópio, é simplesmente um raio de luz 
ponteado que se move tão rapidamente que aparenta ser uma linha contínua na tela. 
Este rápido movimento dos pontos representa o movimento da linha central do eixo, 
como visto nos sensores de proximidade. A órbita é o percurso, o caminho da linha 
central do rotor na posição lateral dos sensores de proximidade. 
As pulsões quando alimentam o canal Z na entrada intensiva do osciloscópio, 
intensificam os pontos instantaneamente quando a ranhura (uma por evento) passa por 
baixo do sensor de proximidade. De qualquer forma os pontos nas órbitas (ondas) 
representam a movimentação da linha central do eixo, em seu percurso no instante em 
que a ranhura está em frente ao sensor de proximidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Fig 10 Mostra uma revolução no 
rotor com as ondas baseadas no 
tempo à direita e a órbita à esquerda 
Esta técnica identifica uma referência física fixa do eixo. Este arranjo produz não 
somente a amplitude do pico a pico, mas também informações importantes de fase que 
são usadas nos diagnósticos. A Figura 4.5 mostra os dados sendo processados pelo 
diagnóstico do software de vibração. 
A Posição Média do Eixo dentro da cavidade do mancal e a forma elíptica da 
órbita indicam a carga do rotor e a diferença na resistência dinâmica na localização do 
mancal. Note que o gráfico de órbita na Figura 10 é suavemente elíptico (formato de 
limão). Este dado sugere que o rotor está em boa condição de operação com a mínima 
influência de força normal, assim como gravidade, fluido e força de carga do mancal. 
 
 
 
 
 
Posição do eixo e órbitas 
Os diagnósticos dependem do conhecimento dos parâmetros dos mancais da 
máquina. Elementos como abertura diametral e tipo específico de mancal ajudam 
quando se aplicam técnicas de diagnósticos. Casos 1, 2 e 3 ilustram as condições de 
mudanças na máquina. Cada caso mostra a posição relativa do eixo dentro da cavidade 
do mancal de acordo com sua órbita associada. Estes exemplos progridem de uma 
forma normal de operação para um estado de má operação, esta transformação é 
obtida através dos dados reais das máquinas. Eles foram redesenhados para melhorar 
a compreensão. 
O dado da linha central da órbita/eixo mostrado na Figura 11 (caso 1) mostra 
uma boa condição de operação da máquina. O dado da linha central do eixo mostra que 
o rotor está em seu quadrante inferior esquerdo. A órbita não mostra evidência de carga 
anormal. 
O próximo conjunto de dados, entretanto, (Fig. 12) demonstra como um 
problema como desalinhamento entre duas máquinas podem afetar ambas, a posição 
do eixo e órbita mostrada como um resultado do eixo de pré-carga. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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A mudança no formato da órbita pode, por exemplo, indicar pré-carga mutante 
(isto é desalinhamento) agindo no rotor. Se as forças de restrições (resistência 
dinâmica) são iguais em todas as direções radiais, quando a única força agindo sobre o 
rotor é o balanço residual, então a órbita deve ser circular. Outras forças ou restrições 
desiguais fazem com que o rotor responda com formas não circulares, como aquelas 
ilustradas nas Figuras 12 e 13. 
Uma pré-carga progressiva pode resultar na mudança do formato da órbita como 
mostra a Figura 13. A posição média do eixo associada é mostrada no diagrama da 
linha central do eixo no quadrante superior esquerdo. O formato da Figura 13 e o fato 
da posição média do eixo estar no quadrante superior esquerdo, indica carga excessiva 
do rotor que pode ser resultado de desalinhamento com excessivo esforço do condutor 
e/ou problemas severos nos mancais. O condutor da máquina, com tais problemas 
devem ser inspecionados imediatamente. 
 
Pré-carga – resumo geral 
Estes casos mostram com a posição central do eixo e a órbita, podem responder 
com pré-carga unidirecional crescente, pesada, resultando no padrão clássico da Figura 
13. Observando-se o padrão orbital, o grau e o plano de uma condição de pré-carga, 
podem ser determinados e traçados. 
Normalmente, em pré-carga, pesada não é indicada por uma forma perfeita da 
Figura 13, mas por voltas de diferentes tamanhos. Pré-cargas afetando um sistema 
rotor pode ser enquadrado em diversas categorias. Pré-carga radial inclui gravidade, 
forças de fluido, carga anormal (especialmente os tipos internamente ajustáveis), selos 
e condutorescom esforço excessivo. A pré-carga pode ser danosa se as forças 
envolvidas são fortes o suficiente para causar fadiga. Os resultados podem ser 
desgastes excessivos dos mancais, fadiga e/ou trinca no eixo. 
Analisando as formas da órbita, o crescimento da pré-carga do rotor forçará a órbita a 
um formato mais elíptico. A resposta inicial é uma mudança na amplitude 1X, seguida 
de crescimento das outras freqüências, como 2X, indicando vários desalinhamentos ou 
outros problemas. 
 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Fig 12 A condição de má 
função na carga lateral 
evidenciada pelo percurso da 
linha central do eixo no 
quadrante superior da 
esquerda, e a forma elíptica 
da órbita é causada pela alta 
força do rotor. Condições 
como estas são vistas nos 
mancais de turbinas e 
compressores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vibração e direção da Órbita 
A Figura 14 mostra duas órbitas do mesmo tamanho e formato, mas com 
diferentes orientações e pressões. A órbita “A” pode ser considerada normal para o 
mancal trabalhando no sentido anti-horário (CCW), mas anormal para rotação no 
sentido horário (CW). 
A inversa é verdadeira para a órbita “B” – normal no sentido horário é anormal 
para rotação no sentido anti-horário. Observe que o sensor prevê a seção em branco 
na órbita. Desta marca, a direção da vibração seguinte, pode ser determinada. O termo 
Fig 11 Uma aceitável 
órbita de 3600 rpm de 
acordo com a associação 
da linha central do eixo 
que percorre o mancal 
durante a partida. Note que 
a rotação do maquinário é 
horário, como indicado na 
posição do eixo no 
quadrante inferior. Esta 
órbita do eixo representa 
um bom funcionamento da 
máquina. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Fig 13 Mostra a 
condição da alta carga 
evidenciando a linha 
central do eixo no 
quadrante superior 
esquerdo contra a 
parede do mancal. Esta 
órbita sugere que a 
previsão reversa 
indicando que a 
condição de pré-carga é 
severa. 
brilho branco consiste na direção da vibração dada pela localização do sensor, na 
pressão da órbita. A direção rotacional atual da máquina, sob condições normais, pode 
coincidir com a direção da vibração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Falhas comuns 
Os dados apresentados na órbita são de grande valor para o especialista de 
vibração de máquina. Muitos tipos diferentes de defeitos podem ser identificados 
através da análise de órbita. Poucos problemas são ilustrados aqui para mostrar quanto 
pode ser aprendido visando esta poderosa ferramenta de diagnósticos. 
A Figura 15 ilustra um rotor com pré-carga mínima (diferente das forças normais 
como gravidade, fluido e carga) cuja freqüência predominante é uma vez a velocidade 
corrente. 
Fig 14 A órbita mostrada 
dentro da cavidade do 
mancal. Evidencia o brilho 
branco prevendo a direção 
da vibração vista no 
osciloscópio. Note que a 
figura ilustra a direção do 
rotor de duas máquinas 
diferentes. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Falhas devido à carga Lateral 
Quando um desalinhamento (o caso mais comum de pré-carga) está presente, a 
órbita deve formar-se como mostra a Figura 16. Crescimento angular e/ou 
compensação paralela entre dois rotores são a causa mais comum de desalinhamento 
de máquinas. 
 
 
 
Fig 15 Representa a máquina 
com características mínimas 
de pré-carga e seus 
problemas. A freqüência de 
amplitude predominante é 1X. 
 
Fig 16 Representa a 
máquina com fraco 
desalinhamento. Garantia 
de investigação adicional. 
Note que a larga 
amplitude está presente 
na maioria dos planos de 
vibração. 
 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Os fenômenos de Turbilhonamento de Óleo e Chicote de Óleo (Whirl e Whip) 
 
Introdução 
Grandes máquinas que possuem mancais de deslizamento estão expostas a 
vários tipos de problemas de vibração, incluindo aqueles gerados devido à 
ressonâncias. Mancais com filmes de fluído influem diretamente na freqüência natural 
do sistema global do rotor. Ao contrário da bem conhecida freqüência natural mecânica, 
a freqüência natural do fluído é altamente influenciada por fatores de operação, tais 
como a velocidade do eixo e a excentricidade do eixo no mancal. 
O turbilhonamento de óleo e o chicote de óleo representam os maiores 
exemplos de ressonâncias em filmes de fluído. São caracterizados por uma precessão 
para frente em uma órbita circular com uma freqüência subsíncrona. Com o auxílio da 
plotagem de órbitas podemos detectar estes fenômenos. 
 
Vibrações induzidas no fluído 
Vibrações induzidas no fluído são problemas danosos encontrados em muitas 
máquinas rotativas, tais como grandes turbinas e compressores. As vibrações 
resultantes deste problema limitam a segurança e a eficiência de operação do 
equipamento, pois estão diretamente relacionados à velocidade da máquina e pode 
existir em uma alta gama de velocidades. 
Vibrações induzidas nos fluídos (VIF) são descritas como um tipo especial de 
ressonância auto-excitável. Elas são induzidas por um mecanismo interno (neste caso 
um mancal via filme de óleo) que transfere parte da energia rotacional do eixo de volta 
ao eixo como uma vibração lateral. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Exemplos de VIF são: Turbilhonamento de Óleo, Chicote de Óleo, Ressonância 
Subsíncrona e Stall. Além disso, a VIF pode ser presenciada em diversos locais no 
equipamento, a figura abaixo mostra os tipos e locais. 
 
Rotor-Mancal: A interação e os efeitos 
 O turbilhonamento de óleo e o chicote de óleo aparecem quando a rigidez 
quadrática e a rigidez direta se aproximam de zero. Máquinas montadas em mancais 
de deslizamento terão apenas dois tipos de ressonância: mecânica e fluídica. A 
freqüência natural de todo o conjunto (não apenas do rotor) será afetada pela interação 
dos três elementos: Eixo, Filme de Óleo e o Mancal. Estes materiais são parcialmente 
mecânicos (materiais sólidos) parcialmente fluídos (óleo hidráulico). 
 
Rigidez Dinâmica Complexa 
Rigidez Direta  Rigidez Mecânica 
Rigidez Quadrática  Rigidez Fluídica 
 
 Observe que a freqüência natural de um equipamento obtida via teste de 
impacto não será adequado para este tipo de máquina, pois irá mostrar apenas as 
Instabilidade no Fluído 
(Localização) 
instabilidades nos 
selos, vedantes 
instabilidades nos 
Mancais 
Intabilidades nas pontas 
das Pás 
Intabilidades 
Axiais 
instabilidades 
Radiais 
Turbina Compressor 
Classificação de instabilidade baseada na localização 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Figura 16– Carta de Frequência 
freqüências naturais à zero rpm como uma espessura mínima de fluído. Isto explica a 
diferença entre os valores obtidos no start up e os valores do teste de impacto. Para 
compensar esta deficiência cartas de freqüência são gerados. Estas cartas fornecem a 
freqüência natural do equipamento como uma função da velocidade do rotor e com uma 
espessura de fluído normal. A figura abaixo ilustra esta carta: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É importante ter em mente que: 
As características mecânicas (relacionadas ao rotor, ex: massa do eixo) são 
geralmente independentes da velocidade enquanto que as características do fluído 
(relacionado ao fluído do filme e mancal, ex: espessura do filme) são dependentes da 
velocidade. 
Sintomas de Turbilhonamento/Chicote de Óleo 
1- Freqüências Subsíncronas 
2- Altas Amplitudes (chegando a limites dos alarmes) 
3- Órbitas Circulares ou quase circulares 
4- Precessão para frente (análise de órbitas) 
 
Uma freqüência subsíncrona é aquela com um valor inferior ao valor da 
freqüência do eixo. A freqüênciado Chicote e do Turbilhonamento é aproximadamente 
igual à 0.42X a 0.48X 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Comparativo 
Turbilhonamento (Whirl) Chicote (Whip) 
Precessão para frente Precessão para frente 
Ocorre a baixo rpm Ocorre em rpm mais alto 
Depende da velocidade rotação para 
começar e terminar 
Depende da velocidade rotação para 
começar e terminar 
Durante sua existência: 
- Ordem de freqüência é quase constante 
mesmo como aumento de rpm 
- A Freqüência muda (aumenta) com o 
aumento de rpm 
 
Durante sua existência: 
- Ordem de freqüência muda (decresce) 
com o aumento de rpm 
- freqüência é quase constante com o 
aumento do rpm 
 
Órbita Circular ou quase circular Órbita Circular ou quase circular 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17– Gráfico demonstrativo, observar o aparecimento de whirl 
(turbilhonamento em 0,475 X) 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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A Figura 18 mostra um componente subsíncrono, uma instabilidade de fluido 
como ilustrada pelos dois sensores. A previsão da componente de vibração é sempre 
para frente (mesma direção da rotação da máquina) e a forma da órbita é normalmente 
circular. 
Para um filme de fluido típico, a freqüência de vibração auto-excitada de uma 
instabilidade está entre 30 e 48%, da velocidade de operação da máquina. Quando o 
whirl de óleo é visto em um osciloscópio, os dois pontos do sensor giram suavemente 
contra a rotação da máquina, indicando que a freqüência subsíncrona é menor que 50% 
da velocidade da máquina. Entretanto, se os pontos permanecem estacionários, então a 
freqüência é exatamente 50% da velocidade da máquina. 
A Figura 19 mostra uma disfunção de carga destrutiva em processo. 
Normalmente conhecida como “golpe de fluido” sua precessão da vibração é para 
frente. O período desta disfunção de auto-excitação pode estar ou não harmonicamente 
relacionada ao período rotacional do eixo. Quando não, os pontos do sensor movem-se 
num padrão harmônico parecido. Quando harmonicamente relacionados, os múltiplos 
pontos do sensor precedentes serão estacionários. Esta condição é acompanhada por 
grandes amplitudes de vibração que geralmente se estende pela cavidade dos mancais. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig 18 Representa a máquina com as 
componentes subsíncronas operando 
na metade da velocidade. Sugere 
excitação no whirl de óleo. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Falhas no rotor devido atrito 
 
 A posição do eixo e as formas de órbita podem também indicar atrito, outra 
forma de problema de máquinas vista nas aplicações de hoje. O atrito ocorre quando o 
eixo rotativo entra em contato com uma parte estacionária da máquina. Problemas 
incluem contato de eixo com os selos (geralmente com espaços radiais mínimos), vapor 
recém instalado, contatos das lâminas – turbina/ compressor devido à falha de 
carregamento, anomalias de carcaça devido as ordens térmicas, enfim. 
Um atrito ocorre como um efeito secundário de algumas disfunções da máquina. 
Isto é indicado pelo crescimento dos níveis de vibração e mudança no formato da órbita 
e posição média do eixo da linha central. Se o atrito persistir, a resposta ao problema 
torna-se dominante. 
Diferentemente, o whirl e whip de óleo podem ter formatos diferentes na órbita. 
Estes formatos podem variar de um looping (Fig 13) com o crescimento constante das 
Fig 19 Representa excitação 
subsícrona na primeira 
ressonância do balanço do 
rotor quando a velocidade da 
máquina é duas vezes maior do 
que a ressonância. Refere-se 
ao whip de óleo. Esta disfunção 
pode ser prejudicial devido às 
amplitudes da vibração na 
cavidade do mancal. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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amplitudes até um formato completamente circular (atrito anelar completo que tem o 
selo e o espaço dos mancais com os quais o rotor está em contato). 
O aumento de temperatura do sistema pode indicar também que a máquina está 
com problemas. O atrito no sistema pode aumentar devido à lubrificação a óleo e as 
temperaturas do processo. Níveis de vibração podem crescer pelo condutor da máquina 
devido à curvatura (flexão) do eixo. Os dois principais tipos de atrito podem ser 
classificados em: 
- Atrito parcial: esta é a forma mais comum de atrito que ocorre quando o motor 
entra ocasionalmente em contato com uma parte estacionária da máquina. A freqüência 
fundamental mais comum é de 50% da velocidade corrente. Portanto, a órbita pode 
formar a Figura 13, mas com dois pontos do sensor de proximidade. Devido ao 
movimento regular do eixo, por causa do contato parcial do rotor com as partes 
estacionárias, outras freqüências podem aparecer como na progressão da órbita. 
Submúltiplos da velocidade corrente com 25x, 35x, enfim podem ser indicados pelos 
sensores adicionais. Por exemplo, a freqüência de 33% (1/33) pode aparecer como um 
looping retorcido com três pontos, prevendo a vibração. 
As seguintes relações podem ajudar a identificar atritos parciais: freqüências 
comuns geradas por atrito parcial: 
Quando Freqüência gerada 
Ωestá presente. 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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A realização de um estudo de alinhamento óptico nesta máquina mostrou que a 
bomba estava 0,005 polegadas (0,13 mm mais baixa em relação à linha central da 
turbina). Além do mais, dados da linha central do eixo médio, mostraram que o rotor 
estava inicialmente posicionado no quadrante superior direito (Figura 13). 
Este dado indica que o sentido foi originalmente informado de maneira incorreta 
em relação aos mancais devido ao desalinhamento do sistema. A bomba foi 
subseqüentemente realinhada à turbina, resultando em uma mudança como mostrada 
nas Figuras 19 e 20. A posição do eixo e o gráfico de órbita mostram claramente que o 
diagnóstico de desalinhamento estava correto. Uma condição aceitável foi alcançada 
através de uma aproximação de diagnose lógica. A mudança na posição média da linha 
central do eixo é apresentada na Figura 20. 
Conclusão 
Apesar das necessidades das máquinas estarem sempre mudando, a 
necessidade de um método confiável de monitoramento industrial preciso é constante. 
Observando sinais dos sensores de proximidade em sua mais simples forma é básico 
para a qualidade do monitoramento de máquinas e diagnosticar os defeitos das 
máquinas. Muitos parâmetros necessários na análise de problemas de máquinas 
complexas não podem ser determinados precisamente por outros métodos. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig 20 Representa a 
máquina com excitação 
subsíncrona em 1/3 X 
causada por uma condição 
de atrito. Note a posição dos 
sensores de proximidade. 
 
Dinâmica de Rotores – Capítulo 3 
 
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Fig 22 Esta é uma órbita 
após o alinhamento. Note 
que não existe nenhuma 
carga lateral no eixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig 21 Mostra uma órbita elíptica. Note que a 
força de pré-carga é predominantemente 
orientada no plano vertical. Este dado foi 
adquirido através do alinhamento da máquina. 
 
 
Fig 23 Antes e depois da 
órbita de realinhamento da 
Posição Média da Linha 
Central do Eixo. 
antes 
depois 
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A seguir, estão mostradas 5 órbitas típicas e suas características típicas ou 
defeitos típicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Loop Interno 
 
 O loop interno acontece quando 
uma vibração, a síncrona em 1x, junto 
com outra de mesma precessão em 2x – 
talvez um desbalanceamento com um 
desalinhamento paralelo. 
 
 Diminuindo a amplitude da 2x 
em relação a 1x, o loop se torna um 
ponto. Variando a defasagem entre 1x e 
a 2x, o loop muda de lugar na órbita. 
 
 Substituindo a 2x por uma 3x, 
aparece mais um loop na órbita 
Figura 24 – Órbita com Loop Interno 
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Figura 25 – Órbita com Roçamento 
Figura 26 – Óbita com whirl 
 
 
 
 
Loop Interno 
 
 Esta órbita é formada por duas 
componentes: uma em 1x – típico 
desbalanceamento – e outra sub-
síncrona (