Fundamentos e tecnologia

Uma vibração harmônica pode ser descrita por uma função senoidal. Há diferentes variáveis que são relevantes para a caracterização da vibração:

O período T indica o intervalo de tempo após o qual um processo foi completamente repetido. O valor inverso de um período é chamado de frequência (f = 1/T). A uma velocidade de 3.000 RPM de um motor, a rotação é repetida a cada 20 ms (período T), o que corresponde a uma frequência de 50 Hz.

A amplitude A descreve a deflexão máxima de uma vibração a partir da posição zero. Há diferentes termos que podem ser usados em relação à amplitude.Além do clássico valor de pico (= amplitude, pico), o valor efetivo (= valor RMS) e a amplitude (= 2x amplitude, pico a pico) são dois outros termos comuns.

A fase refere-se à função de ângulo ou ao deslocamento temporal de um processo periódico, por exemplo, uma função senoidal em relação a uma referência, como no caso do pulso de um encoder. Em nosso caso, a fase é uma variável importante ao equilibrar um sistema rotativo para determinar o posicionamento do contrapeso.

Na prática, muitas vibrações harmônicas diferentes são sobrepostas, o que explica por que cada função senoidal geralmente não é mais reconhecível no sinal de tempo.

Intervalo de tempo

Na análise do intervalo de tempo, o sinal de vibração complexo sobreposto é exibido e analisado ao longo do tempo. A ocorrência de sinais ou padrões dominantes e transitórios no sinal de tempo permite tirar conclusões sobre danos.
Por exemplo, o dano ao rolamento nos estágios iniciais do dano gera amplitudes periódicas em forma de agulha no sinal de tempo.

No intervalo de tempo, os valores de estado característicos são normalmente formados como um valor efetivo (RMS) ou valor de pico (Peak).
No campo do monitoramento de vibrações, por exemplo, o valor efetivo da velocidade de vibração (v-RMS) é usado para desbalanceamento, desalinhamento e afrouxamento, enquanto o valor efetivo da aceleração de vibração (a-RMS) é usado para atrito ou lubrificação insuficiente em engrenagens ou rolamentos.
Um valor característico comum para os valores de pico é o chamado valor de pico da aceleração da vibração (a-Peak), que representa eventos transitórios, por exemplo, como resultado de danos ao rolamento ou de uma falha repentina da máquina.

Faixa de frequência

Ao analisar na faixa de frequência, o sinal de tempo sobreposto complexo é dividido em seus componentes de frequência e amplitudes usando uma Transformada Rápida de Fourier (= FFT). Isso permite que as frequências dominantes, por exemplo, a vibração de desbalanceamento, sejam rápida e claramente reconhecidas no composto de vibrações.

Uma forma especial de FFT é o espectro de curva envelope (= H-FFT). Os pulsos de choque periódicos (por exemplo, de danos ao rolamento), que estimulam a frequência natural do sistema, são desmodulados e pré-filtrados adequadamente. Especialmente no caso de rolamentos ou movimentos complexos de máquinas (por exemplo, engrenagens), a análise da curva envelope tem a vantagem permitir reconhecer claramente as frequências de pulso de choque recorrentes do componente danificado.

Medição de banda larga

A medição de banda larga registra e analisa toda a faixa de frequência de um sinal, incluindo todos os componentes de frequência. As medições são realizadas em uma ampla faixa de frequência (por exemplo, 2 … 1.000 Hz) e os parâmetros de condição (por exemplo, o valor efetivo da velocidade de vibração v-RMS) são formados a partir delas, que são transmitidos em tempo real e permitem o monitoramento de status.

Medição de banda estreita

Na medição de banda estreita, a detecção se concentra em uma faixa de frequência estreita ou em frequências específicas dentro do espectro geral. As medições de banda estreita são frequentemente usadas quando o interesse se concentra em um componente de frequência específico (por exemplo, as vibrações de um rolamento) ou em uma faixa de frequência específica.

Deslocamento de vibração d

O deslocamento de vibração é o caminho do movimento real de um ponto de medição a partir de sua posição de repouso, de modo que os movimentos cíclicos de uma aplicação podem ser registrados, por exemplo, o movimento do transportador ou o estado dos elementos de amortecimento de um transportador vibratório. Normalmente, o deslocamento da vibração é registrado em uma faixa de frequência abaixo de 500 Hz.

Velocidade de vibração v

A velocidade de vibração, especialmente o valor efetivo, é um bom indicador da quantidade de energia que atua em uma máquina. Desbalanceamento, afrouxamento, desalinhamento ou problemas na correia, em particular, podem resultar em um aumento no v-RMS. Normalmente, essas aplicações estão em uma faixa de frequência de 2 … 1.000 Hz (de acordo com a ISO 10816-3 ou ISO 20816-3).

Aceleração de vibração a

Os valores característicos de alta frequência e banda larga, como a-Peak ou a-RMS, são um indicador comprovado de danos ao rolamento, processos de fricção, atrito ou cavitação. Os picos de aceleração de alta frequência não são cobertos pela faixa de frequência da ISO 20816, especialmente nos estágios iniciais do dano. Isso faz da aceleração da vibração um bom indicador de alerta antecipado para os pulsos de choque curtos e transitórios de danos iminentes ao rolamento ou falhas nos dentes da engrenagem.

Fator de crista

Um valor característico especial da aceleração de vibração é o chamado fator de crista, que é definido como o quociente entre o valor de pico e o valor efetivo:
Crista = a−Peak / a−RMS

O fator de crista é um parâmetro comprovado para avaliar danos nos rolamentos. Especialmente nos estágios iniciais dos danos ao rolamento, pulsos de choque ocorrem durante a passagem periódica de uma cavitação. Esses pulsos de choque levam a um aumento do a-Peak. Nessa fase, no entanto, o a-RMS permanece relativamente baixo. À medida que o dano progride, a frequência da cavitação aumenta e a intensidade dos pulsos de choque também aumenta, o que também resulta em um aumento do a-RMS. Particularmente nessa fase inicial entre valores altos de a-Peak e baixos de a-RMS, o fator de crista é um indicador adicional útil para identificar danos ao rolamento em um estágio inicial, pois o fator de crista também deve ser alto nessa fase e cai gradualmente com o aumento dos valores de a-RMS.

Medição uniaxial vs. medição de múltiplos eixos

Na maioria das aplicações, a medição de vibração uniaxial é suficiente, pois a vibração principal está na direção radial do eixo.
No entanto, uma medição em três eixos pode trazer vantagens decisivas em termos de função, flexibilidade e também de custos.

Por exemplo, dependendo da cinemática e do projeto, a rigidez das máquinas pode ter diferentes intensidades e características no plano axial, horizontal e vertical. Uma medição de três eixos oferece flexibilidade em termos de instalação, captura todas as três dimensões e, portanto, também diferentes estímulos de maneira direcionada.
Além disso, certas geometrias de máquinas e certos padrões de falhas têm uma influência considerável na direção do dano. Por exemplo, o desalinhamento do eixo pode ser dominante na direção axial ou radial, ou o desbalanceamento pode ser mais pronunciado em diferentes direções com determinadas geometrias de máquina.

A frequência natural é uma frequência específica de um sistema geral que causa vibrações com grandes amplitudes mesmo com as menores excitações. Se a frequência de excitação ou seu múltiplo inteiro estiver próximo da frequência natural do sistema, isso é chamado de ressonância.

Um sistema geral tem várias frequências naturais, de modo que a ressonância pode ser gerada várias vezes por excitação. Por exemplo, um sistema geral composto por um motor elétrico e um sensor de vibração também tem diferentes frequências naturais, de modo que o sinal de aceleração do sensor pode conter não só a ressonância do motor, mas também sua própria ressonância.
A frequência natural do sistema é definida pela massa e pela rigidez. O amortecimento de um sistema determina a amplificação da excitação em uma frequência natural.