Analisador de vibrações a Apresentação Circular

Analisador de vibrações a Apresentação Circular

1 Analisador de vibrações a Apresentação Circular – Introdução

Neste artigo o analisador de vibrações a Apresentação Circular vão-se rever alguns aspetos deste tipo de apresentação.

Engrenagens, rolamentos e rolos de prensas são exemplos de órgãos de máquinas em que as vibrações estão associadas a defeitos de forma. Mesmo sabendo isto, a maioria das vezes quando se observa a forma de onda para confirmar um qualquer diagnóstico, a apresentação mais utilizada é em função do tempo.

Sendo esta apresentação, sem dúvida essencial, a apresentação circular é frequentemente um auxiliar útil e pouco conhecido dos analistas de vibrações.

Quando se efetua análise de vibrações em máquinas, no âmbito de um programa de manutenção preditiva, com um analisador de vibrações é muito importante avaliar corretamente o seu estado.

2 Analisador de vibrações a Apresentação Circular – Em que consiste a apresentação circular

Se numa rotação de um veio este percorre um angulo de 360º porque não representar as vibrações correspondentes num círculo em vez das representar ao longo do tempo? Desta forma os defeitos de forma associados a uma determinada posição, surgirão sempre no mesmo local tornando-se frequentemente mais fácil a sua identificação e tornando-se esta ferramenta um importante auxiliar de diagnóstico.

A seguir na Figura 1, pode-se ver a apresentação circular da forma de onda em aceleração das vibrações de um rolo com defeitos de perfil.

Figura 1 – Apresentação circular das vibrações de um rolo com defeito de perfil

3 Analisador de vibrações a Apresentação Circular – Técnicas de implementação da apresentação circular

Existem diversas possibilidades para esta abordagem à representação das vibrações, nomeadamente:

• Forma de onda simples
• Com a média síncrona da forma de onda
• Com forma de onda do envelope e retenção do pico ( PeakVue)

3.1 A forma de onda

Esta é a forma mais simples da representação circular e para a efetuar basta dispor da exata velocidade de rotação do veio, o que normalmente é acessível.

Por si só é frequentemente de difícil interpretação devido à interferência de outras fontes de vibrações.

3.2 A Média Síncrona da Forma de Onda

Esta técnica consiste na realização de medições da forma de onda, sincronizadas com a rotação de um dos veios e execução de uma média dessas medidas. Como resultado desta sincronização os eventos assíncronos com a realização da média, tendem para zero, enquanto os síncronos se tornam mais visíveis.

Consegue-se assim por exemplo numa engrenagem, a partir de um único sensor de vibrações, separar os efeitos vibratórios de um pinhão dos de uma coroa, possibilitando a obtenção de dois Espectros de Frequência distintos. Para além disto no Sinal no Tempo obtido com a média formam-se nítidos defeitos como sejam por exemplo fendas.

Figura 2 – Deteção de fendas em engrenagens através da Média Síncrona da Forma de Onda

Para a implementação desta técnica é requerida a existência de um sensor tacométrico que informe permanentemente o equipamento de medida sobre a velocidade de rotação do veio onde estão a ser efetuadas as medições de vibrações.

Esta técnica tem tradicionalmente aplicação em engrenagens complexas e de alta responsabilidade como sejam as dos helicópteros para determinação de defeitos em dentes, e em prensas de máquinas de papel ou trens de laminagem para determinar a origem das vibrações de forma a evitar problemas de qualidade.

Ela permite, por exemplo, em dois rolos de uma prensa a rodarem à mesma velocidade, distinguir as vibrações geradas por um, das vibrações geradas por outro, como é ilustrado na Figura 3.

Figura 3 – Implementação da média síncrono em rolos de prensa de máquina de papel

A apresentação circular destas vibrações permite visualizar o perfil de cada rolo, identificando claramente o gerador de vibrações, e causador de problemas de qualidade no papel.

Figura 4 – Representação circular de vibrações em rolos de prensa de máquina de papel

Pode-se afirmar que a sincronização das medidas funciona como um filtro que nos permite observar exclusivamente/separar as vibrações de uma fonte das outras.

3.3 Forma de onda do envelope e retenção do pico (PeakVue)

O PeakVue é uma variação da análise de envelope que tem em vista a precisão na medição de amplitudes de choques, característica que a análise de envelope tradicional não tem.

A Análise do Envelope pode extrair impactos periódicos como os que ocorrem num rolamento em degradação, da vibração de uma máquina. Pode fazer isto mesmo quando os impactos forem de baixa amplitude e estiverem “submergidos” noutras vibrações da máquina. No espectro do Envelope, os impactos regulares no rolamento apresentam-se como um pico (possivelmente com algumas harmónicas) à frequência do rolamento correspondente à localização da avaria, ou seja, pista exterior, pista interior, esfera ou gaiola.

Figura 5 – Diagrama de Blocos da implementação da Análise de Envelope tradicional

A seguir pode-se ver um exemplo de aplicação num rolamento num motor elétrico. O espectro normal , o de cima, mostra sintomas de defeito na pista interior , pouco claros. O Espectro do envelope, em baixo, mostra sintomas claros de defeitos na pista interior.

Figura 6 – Espectro e Espectro de Envelope

Na análise por PeakVue, após a passagem por um filtro passa alto, realiza-se uma amostragem uma frequência elevada (100 KHz), independentemente da máxima frequência do espectro, para se assegurar que se deteta corretamente a amplitude dos picos de impacto. De seguida estas amostras servem para reconstruir uma forma de onda que vai servir para o cálculo do espectro de frequência. Nesta forma de onda reconstruída cada amostra retém o maios valor do conjunto amostras que lhe deu origem.2)

Figura 7 – Diagrama de Blocos da implementação do PeakVue

A forma de onda do PeakVue também pode ser apresentada em forma circular como se pode ver na Figura 8.

Figura 8 – Espectro e Forma de Onda de PeakVue e respetiva representação circular de um rolo de uma prensa de máquina de papel com dois defeitos de forma na sua superfície.

A vantagem que esta técnica apresenta relativamente à média síncrona é a de não necessitar de sensor tacométrico. Efetivamente como o PeakVue é uma medição nas altas frequências e estas são dissipadas na estrutura da máquina, não ocorre o fenómeno de interferência entre os diversos pontos de medida. Por outras palavras, as vibrações medidas num ponto são exclusivamente as desse ponto.

4 Analisador de vibrações a Apresentação Circular – Exemplos de aplicação

De seguida são ilustrados alguns exemplos de aplicação da representação circular.

4.1 Defeito de forma de rolo de prensa

Rolo de prensa de máquina de papel com defeito de forma gerado na sua superfície gerando irregularidades no papel.

Figura 9 – Representação Circular de Vibrações obtidas com Média Síncrona do Tempo de um rolo de prensa de máquina de papel com defeito de forma.

Podem-se observar claramente os defeitos de forma do rolo.

4.2 Prensa de máquina de papel – defeito no feltro

Feltro de máquina de papel com irregularidades na superfície devidas a um dano verificado durante o arranque da máquina.

Figura 10 – Espectro e Formas de Onda de um feltro de máquina de papel com defeito. A vibração mostra banda de energia em torno dos 60 Hz correspondentes a uma frequência natural do sistema

Figura 11 – Espectro e Formas de Onda de PeakVue de um feltro de máquina de papel com defeito medidos no mesmo ponto e em simultâneo aos da Figura 10. A vibração do PeakVue mostra claros componentes de frequência à velocidade de rotação do feltro (0,6 Hz)

Figura 12 – Representação circular da Forma de Onda do PeakVue de um feltro de máquina de papel, com defeitos, correspondentes aos sinais que se podem ver na figura 11.

4.3 Rolamento – Distinção entre defeito de forma e falta de lubrificação

Figura 13 – Representação circular da Forma de Onda do PeakVue de rolamento com problema de lubrificação podendo-se observar a irregularidade dos impactos

Figura 14 – Representação circular da Forma de Onda do PeakVue de rolamento com defeito na pista exterior podendo-se observar a regularidade dos impactos

Figura 15 – Representação circular da Forma de Onda do PeakVue de rolamento em bom estado

4.4 Engrenagem com pancada de quatro em quatro rotações

Figura 16 – Forma de onda, espetro e apresentação circular de engrenagem com pancada

5 Conclusão

A Representação Circular consiste na apresentação da forma de onda das vibrações em função da sua posição angular.

Nos casos em que se trate da análise de vibrações geradas em defeitos de forma, este tipo de representação pode ser um útil auxiliar dos analistas.