Fundamentos e tecnologia

A oscilação harmónica pode ser descrita matematicamente através de uma função sinusoidal. Estas são algumas das variáveis que afectam a oscilação:

Período T é o tempo necessário para efetuar um ciclo completo. O inverso do período é designado por frequência (f = 1/T). A uma velocidade do motor de 3.000 rotações por minuto, a rotação é repetida a cada 20 ms (Período T), o que corresponde a uma frequência de 50 Hz.

Amplitude A refere-se ao deslocamento máximo da oscilação em relação à posição de equilíbrio. Existem diferentes noções que podem ser utilizadas em relação à amplitude. Para além do clássico valor de peak (= amplitude, peak), a raiz quadrada média (= valor RMS) e a amplitude de vibração (= 2x amplitude, peak-peak) são duas métricas comuns.

Fase refere-se ao deslocamento no tempo de um fenómeno periódico, por exemplo, de uma sinusoide em relação a um ponto de referência (por exemplo, o impulso de um encoder). No nosso caso, a fase é uma métrica importante para equilibrar um sistema rotativo, de modo a determinar a posição do contrapeso.

Na prática, muitas oscilações harmónicas diferentes irão sobrepor-se, razão pela qual as funções senoidais individuais deixarão normalmente de ser identificáveis no sinal temporal.

Tempo

Ao analisar a vibração no tempo, o sinal de vibração complexo sobreposto é representado num eixo temporal. Os sinais ou padrões transientes dominantes que ocorrem no sinal temporal podem ser utilizados para tirar conclusões sobre os danos.
Por exemplo, os danos nos rolamentos numa fase inicial criam amplitudes periódicas tipo agulha no sinal temporal.

RMS (root-mean-square) e Peak são parâmetros de condição comuns utilizados no tempo.
Por exemplo, na monitorização das vibrações, a raiz do quadrado médio da velocidade de vibração (v-RMS) é utilizada para detetar desequilíbrios, desalinhamentos e desapertos, enquanto a raiz do quadrado médio da aceleração da vibração (a-RMS) é utilizada para detetar atrito ou lubrificação insuficiente em engrenagens ou rolamentos.
Uma métrica comum para os valores de peak é o valor de a-peak da aceleração da vibração, que representa acontecimentos transitórios, por exemplo, como resultado de danos nas chumaceiras ou de um acidente súbito da máquina.

Frequência

Ao analisar a vibração na frequência, o sinal temporal complexo sobreposto é decomposto nas suas diferentes componentes de frequência e amplitudes utilizando a Transformada Rápida de Fourier (FFT). Isto permite identificar rápida e claramente as frequências dominantes, tais como a frequência de desequilíbrio na mistura de vibrações.

Uma forma especial de FFT é o espetro de curva de envelope (= H-FFT), onde os impulsos de choque periódicos (por exemplo, de danos em rolamentos) que estimulam a frequência natural do sistema são desmodulados e pré-filtrados em conformidade. Especialmente no caso de rolamentos ou cinemática complexa de máquinas (por exemplo, engrenagens), a vantagem das análises H-FFT é que as frequências de impulsos de choque recorrentes da peça danificada podem ser claramente reconhecidas.

Medição de banda larga

As medições de banda larga registam e analisam toda a gama de frequências de um sinal, incluindo todos os componentes de frequência. As medições são efectuadas numa vasta gama de frequências (por exemplo, 2...1000 Hz) e os parâmetros da condição (como o quadrado médio da raiz da velocidade de vibração v-RMS) são calculados a partir daí e transmitidos em tempo real para monitorização da condição.

Medição de banda estreita

As medições em banda estreita são efectuadas apenas numa gama de frequências estreita ou em frequências específicas dentro do espetro global. São frequentemente utilizados quando existe um interesse particular num componente de frequência específico (como as frequências de rolamento de um rolamento) ou numa gama de frequências específica.

Deslocamento de vibração d

O deslocamento de vibração é a distância real que um ponto de medição se afasta da sua posição estática original. O parâmetro é utilizado para detetar movimentos cíclicos numa aplicação, como o movimento de um transportador ou o estado dos elementos de amortecimento de um transportador vibratório. Normalmente, o deslocamento da vibração é registado numa gama de frequências inferior a 500 Hz.

Velocidade de vibração v

A velocidade de vibração, especialmente o valor RMS, é um bom indicador da energia que actua sobre uma máquina. O desequilíbrio, o afrouxamento, o desalinhamento ou os problemas da correia, em particular, podem resultar num aumento do v-RMS. Estas aplicações têm normalmente uma gama de frequências de 2...1000 Hz (de acordo com a norma ISO 10816-3 ou ISO 20816-3).

Aceleração da vibração a

Os valores caraterísticos de banda larga de alta frequência, como a-peak ou a-RMS, são indicadores estabelecidos de danos nos rolamentos, fricção, atrito ou cavitação. Especialmente nas fases iniciais dos danos, os picos de aceleração de alta frequência não são abrangidos pela gama de frequências da norma ISO 20816. Assim, a aceleração da vibração é especialmente útil como um indicador de alerta precoce dos impulsos de choque transitórios curtos resultantes de danos incipientes nas chumaceiras ou falhas nos dentes das engrenagens.

Fator Crest

Um parâmetro especial das medições de aceleração de vibrações é o fator Crest. É calculado dividindo o valor peak pelo valor RMS:
Crest = a−peak / a−RMS

O fator crest é útil para avaliar os danos nas chumaceiras. Especialmente durante as fases iniciais dos danos nas chumaceiras, os corpos rolantes que passam periodicamente por furos causam pequenos choques de vibração. Estes impulsos de choque conduzem a um aumento de a-peak. No entanto, nesta fase, o valor a-RMS permanecerá relativamente pequeno. À medida que o dano progride, a frequência de picadas e a intensidade dos impulsos de choque aumentam, levando a um aumento de a-RMS. Especialmente nesta fase inicial entre valores elevados de a-peak e valores baixos de a-RMS, o fator de crest é um indicador adicional útil para identificar precocemente os danos na chumaceira, uma vez que o fator de crest também tem de ser elevado nesta fase e irá diminuir gradualmente com o aumento dos valores de a-RMS.

Medição de um eixo vs. medição de vários eixos

Na maioria das aplicações, a medição de vibrações uniaxiais é suficiente, uma vez que a vibração principal ocorre numa direção radial a partir do veio.
No entanto, as medições de 3 eixos podem ter vantagens decisivas em termos de função, flexibilidade e custos.

Por exemplo, dependendo da cinemática e da construção da máquina, a rigidez de uma máquina pode ser diferente em intensidade e caraterísticas na direção axial, horizontal ou vertical. As medições de 3 eixos proporcionam flexibilidade de montagem e captam as três dimensões de uma forma direcionada, tendo em conta diferentes estímulos de vibração.
Além disso, certas geometrias de máquinas e padrões de falhas têm um impacto considerável na direção da evolução dos danos. Por exemplo, os desalinhamentos do veio podem ser dominantes na direção axial ou radial, ou o desequilíbrio/choques podem ter diferentes direcções predominantes com determinadas geometrias de máquinas.

A frequência natural é uma frequência específica de um sistema global, que fará com que o sistema oscile em amplitudes elevadas mesmo com uma ligeira excitação. A ressonância ocorre quando a frequência de excitação, ou um múltiplo desta, coincide com a frequência natural do sistema.

Um sistema global tem várias frequências naturais, o que significa que várias ressonâncias podem ser causadas por excitação. Por exemplo, um sistema global constituído por um motor elétrico e um sensor de vibrações tem frequências naturais diferentes, pelo que o sinal de aceleração do sensor pode conter a ressonância do motor, mas também a sua própria ressonância.
A frequência natural do sistema é definida pela sua massa e rigidez. O amortecimento de um sistema determina a amplificação da excitação numa frequência natural.