Turbomáquinas e Espetro Completo

Uma medição importante feita com os analisadores de vibrações é a dos arranques e paragens de turbomáquinas e Espetro Completo.

Este artigo pertence a uma série, que constitui o material de suporte do curso de análise de vibrações em turbomáquinas. As ligações para os outros artigos podem ser encontradas aqui.

O espetro convencional

O espetro convencional, ou de meio espetro, apresenta a amplitude de vibração no eixo vertical versus a frequência de vibração no eixo horizontal. É construído utilizando a forma de onda da base de tempo amostrada de um único transdutor.

Turbomáquinas e Espetro Completo – Figura 1 – O espetro convencional e o espetro completo

Turbomáquinas e Espetro Completo – a sua formação

O espetro completo utiliza as formas de onda de um par ortogonal de transdutores de vibração (normalmente relativos ao veio). O espetro completo apresenta a frequência e a direção de precessão no eixo horizontal.

• As frequências de precessão direta são apresentadas à direita da origem
• As frequências de precessão inversa são apresentadas à esquerda da origem.

Turbomáquinas e Espetro Completo – Figura 2 – A formação do Espetro Completo

O espetro total é o espetro de uma órbita, e os pares de componentes de frequência direta e inversa representam componentes da órbita (órbitas filtradas). O rácio das amplitudes dos pares de componentes do espetro total fornece informações sobre a elipticidade e a direção de precessão dos componentes, características importantes para o diagnóstico de avarias. No entanto, não há informações sobre a orientação da órbita.

Relação entre a órbita e o Espetro Completo.

No vídeo a seguir apresentado pode-se ver a relação entre a órbita e o espetro completo.

Aplicações do Espetro Completo

Na tabela a seguir apresentada podem-se ver como surge os sintomas de diversas anomalias no espetro completo.

Tabela 1 – Sintomas de diversas anomalias no espetro completo

Tipo de avaria		Frequência	Direção de rotação		Comentários
			Direta	Inversa
Desequilíbrio		1X	+	Na presença de rigidez de suporte anisotrópica	A componente direta é fundamental para o equilíbrio. A componente inversa pode ser reduzida através da redução da componente anterior.
Força unidirecional radial		1X	+	+	Com o aumento da carga radial, as componentes diretas a 1X e 2X diminuem, as componentes inversas a 1X e 2X aumentam; a elipticidade das órbitas 1X e 2X aumenta.
		2X	+	+
Fricção parcial		1X	+	+	As componentes a 1X e 2X apresentam um comportamento semelhante ao da carga radial unidirecional: aumento da amplitude do componente inversa e diminuição da amplitude do componente direta com o aumento da gravidade da fricção. Um aspeto a observar é a rotação do eixo principal da órbita filtrada. Os componentes 1/2X, 1/3X, … aparecem se a velocidade de rotação for superior a, correspondentemente, 2, 3, … vezes a frequência natural do rotor modificada por fricção. Estas frequências subsíncronas têm componentes de avanço e de retrocesso. As órbitas filtradas correspondentes são muito elípticas, e as componentes inversas podem ser predominantes.
		2X	+	+
		1/2X, 1/3X, ….	+	+
Fricção anular completa	Resposta forçada	1X	+	–	Dependendo do atrito seco entre o rotor e o vedante, da suscetibilidade do vedante, do amortecimento e do desequilíbrio, o sistema pode apresentar uma resposta forçada, predominantemente a 1X para a frente, ou uma resposta auto-excitada, predominantemente inversa.
	Resposta auto excitada	Frequência natural do sistema acoplador rotor-selantes	–	+
Oil whirl		λX λ=0.3 to 0.6	+	–	Órbita predominantemente direta com voltas internas (uma combinação de componentes de turbilhão e 1X). Reflete-se em todo o espetro como componente subsíncrona direta.
Oil whip		Excitação da frequência natural do rotor	+	+	Predominantemente órbita direta com voltas internas (uma combinação de componentes de whip e 1X). Normalmente, estão presentes alguns componentes inversos a 1X e subsíncronos devido à anisotropia da rigidez do pedestal da chumaceira.