1. O que é importante saber sobre o processamento de sinais de vibração?
(Caminho do sinal do sensor de vibração até o display)
2. Quais são as regras básicas para avaliar a vibração de máquinas?
O sinal de um sensor de vibração está em forma analógica. Para trabalharmos com ele em analisadores, o sinal deve ser convertido para a forma digital. Essa conversão é feita por um conversor A/D.
Se o sinal contínuo original contém frequências superiores à metade da frequência de amostragem, o sinal será distorcido pelo fenômeno conhecido como aliasing.
Agora temos um sinal digital no analisador de vibrações e podemos trabalhar com ele. Por exemplo, podemos exibi-lo em sua forma no domínio do tempo - a forma de onda temporal.
No entanto, uma representação mais informativa é o domínio da frequência. Como mostrado no vídeo anterior, o espectro revela as frequências que compõem o sinal de vibração. Para calcular o espectro, usamos a Transformada Rápida de Fourier (FFT).
A FFT tem uma limitação: todos os componentes do sinal devem ser periódicos.
Observamos que quando o sinal é não periódico, a energia "escapa" ou "vaza" em várias linhas espectrais próximas à frequência real, fazendo com que o espectro se espalhe por várias linhas - esse fenômeno é chamado de vazamento. Para mitigar isso, um truque é utilizado: o sinal é artificialmente costurado usando janelas, tornando-o periódico.
A análise de vibrações pode ser amplamente dividida em duas categorias: análise de falhas mecânicas de máquinas e análise de rolamentos.
As falhas mecânicas básicas de máquinas incluem desbalanceamento, desalinhamento e folga mecânica. Podemos detectar essas falhas em baixas frequências (10 - 1000 Hz). As medições de vibração são medidas em velocidade (mm/s). Se os valores de velocidade forem altos, a análise do espectro pode ser útil.
Se o espectro mostrar uma única linha alta na frequência de velocidade, a falha é desbalanceamento. Por exemplo, se houver apenas uma linha alta a 25 Hz, calcular 25 x 60 dá 1500 RPM. Se a velocidade for realmente 1500 RPM, a falha é desbalanceamento.
O desbalanceamento pode ser mecânico, exigindo balanceamento, ou elétrico (no caso de motores). Para diferenciar, observe o valor da velocidade quando o motor está desligado. Se o valor da velocidade diminuir à medida que a velocidade diminui, a falha é desbalanceamento mecânico. Uma queda rápida para quase zero (corte de energia) indica uma falha elétrica.
Se a linha de velocidade e seus múltiplos (harmônicos) estiverem presentes no espectro, a falha é folga ou desalinhamento.
Valores de velocidade axial significativamente inferiores aos valores radiais (por exemplo, menos de 30% do valor radial) sugerem folga. Nesse caso, as leituras devem ser feitas em todos os pés da máquina. Isso pode ser feito sem almofadas, pois as medições de velocidade em baixas frequências são menos sensíveis do que as medições de aceleração em altas frequências. Localize o pé com o maior valor; ele provavelmente aponta para a falha de folga. Isso geralmente se deve a um parafuso de ancoragem quebrado.
Se o valor da velocidade axial for semelhante ou superior ao valor radial, a falha é desalinhamento, que requer alinhamento.
Um tipo único de falha é a ressonância, que se mimetiza como um desbalanceamento com uma única linha de velocidade no espectro. O balanceamento terá efeito mínimo, pois o verdadeiro problema é a frequência natural da fundação da máquina próxima à frequência de velocidade. Para identificar isso, meça a velocidade na fundação. Se os valores forem baixos nas extremidades e altos no meio, a ressonância é o problema. O reforço da fundação geralmente é necessário - isso mudará a frequência natural.
O outro aspecto da análise de vibrações é a análise de rolamentos. As falhas de rolamentos ocorrem na faixa de alta frequência (500 Hz a 16 kHz) e são representadas pelas vibrações do rolamento - um tom - causadas pelos impactos das esferas. A aceleração (g) é usada para medir a vibração. Um aumento nas vibrações no espectro de alta frequência indica uma piora na condição do rolamento. A análise de rolamentos foca nas frequências de falha que são específicas para rolamentos.
O que é uma frequência de falha de rolamento? Imagine uma cavitação na pista externa. Cada esfera que atinge a cavitação causa um choque de vibração (o tom). Se houver uma trinca na pista externa, calculamos o intervalo de tempo (T) entre os choques com base na frequência de velocidade e na contagem de esferas. Esse intervalo de tempo define a frequência de repetição dos choques - a frequência de falha. Neste exemplo, é a frequência de falha da pista externa.
Mas as frequências de falha de rolamento não aparecem no espectro do rolamento; apenas a frequência de vibração do impacto da esfera (tom do rolamento) é evidente. Tal impacto de esfera pode ser visto no domínio do tempo:
Para identificar frequências de falha, utiliza-se a demodulação do sinal.
00:00 - 03:51 Sinal analógico de vibração para sinal digital
03:51 - 06:26 Domínio da frequência (espectro) e FFT (Transformada Rápida de Fourier)
06:26 - 06:57 Falhas mecânicas de máquinas
06:57 - 07:43 Desbalanceamento
07:43 - 08:25 Folga
08:25 - 08:34 Desalinhamento
08:34 - 09:05 Ressonância
09:05 - 10:57 Análise de rolamentos