Análise da forma de onda das vibrações

A análise da forma de onda das vibrações é essencial para o diagnóstico de avarias em máquinas. A forma de onda temporal na tecnologia de medição de vibrações é basicamente conhecida como “sinal em bruto”, uma vez que representa uma informação real da máquina sobre as forças que estão a ser geradas. Como primeiro passo da medição, todos os analisadores de vibrações captam a forma de onda temporal e depois processam-na para obter vários valores caraterísticos. Assim, a forma de onda temporal é um parâmetro muito importante para compreender as vibrações numa máquina.

A forma de onda das vibrações numa máquina: uma explicação simples

Imagine um lago com pequenas ondas. Cada onda tem um formato específico, certo? No mundo das máquinas, as vibrações também possuem formas, chamadas de formas de onda.

A forma de onda de uma vibração é a representação visual do movimento oscilatório de uma partícula em relação ao tempo. É como um “retrato” do movimento, mostrando como a vibração aumenta e diminui em intensidade ao longo do tempo.

Por que a forma de onda é importante?

• Identificação de problemas: Cada tipo de falha em uma máquina gera um padrão de vibração único. Analisando a forma de onda, podemos identificar se há algum problema, como desequilíbrio, desalinhamento ou desgaste de rolamentos.
• Monitoramento da condição: Ao acompanhar as mudanças na forma de onda ao longo do tempo, podemos monitorar a saúde da máquina e prever quando uma manutenção será necessária.
• Diagnóstico preciso: A forma de onda nos fornece informações detalhadas sobre a frequência, amplitude e fase da vibração, o que facilita a identificação da causa raiz de um problema.

Tipos de formas de onda:

• Sinusoidal: A forma de onda mais simples, representando um movimento harmônico simples.
• Complexas: A maioria das vibrações em máquinas é complexa, composta por várias frequências sobrepostas.

Análise da forma de onda das vibrações -Características da forma de onda

A forma de onda de uma vibração em uma máquina é como uma “impressão digital” do movimento oscilatório da máquina. Ela revela detalhes cruciais sobre a condição da máquina e pode ser utilizada para diagnosticar problemas e prever falhas.

As principais características da forma de onda são:

• Amplitude: Representa a intensidade máxima da vibração em um determinado ponto. Uma amplitude elevada pode indicar um problema, como desequilibrio ou desalinhamento.
• Frequência: Corresponde ao número de ciclos de vibração por unidade de tempo. A frequência está relacionada à velocidade de rotação da máquina e pode ajudar a identificar a fonte da vibração.
• Fase: Indica a posição relativa de um sinal vibratório em relação a outro sinal de referência. A fase é útil para comparar diferentes sinais e identificar a relação entre eles.
• Forma: A forma da onda pode ser sinusoidal (simples), complexa (composta por várias frequências) ou até mesmo aleatória. A forma da onda é influenciada pela natureza da vibração e pelas características da máquina.
• Harmónicas: São componentes de frequência que são múltiplos inteiros da frequência fundamental. A presença de harmônicas pode indicar a existência de não-linearidades no sistema.

Análise da forma de onda das vibrações -forma de onda periódica

Numa máquina, as vibrações são, em muitos casos, movimentos periódicos. Peças rotativas, como veios e rotores, causam vibrações que se repetem a cada rotação. Quando essas vibrações são medidas numa chumaceira, o sinal obtido, se representado graficamente, terá a forma de uma onda periódica.

Análise da forma de onda das vibrações-a forma de onda complexa

Uma forma de onda complexa em vibrações de máquinas é composta por múltiplas frequências e amplitudes, resultando em um padrão visualmente mais elaborado do que uma simples onda sinusoidal. Essa complexidade é frequentemente o resultado de múltiplas fontes de vibração atuando simultaneamente dentro da máquina.

Características Principais:

• Múltiplas Frequências: Ao contrário de uma onda sinusoidal pura, que possui apenas uma frequência, uma onda complexa contém várias frequências diferentes, cada uma contribuindo para o padrão geral da vibração.
• Amplitudes Variáveis: Cada uma das frequências presentes na onda complexa possui uma amplitude específica, que determina a intensidade daquela componente na vibração total.
• Fases Diferentes: As diferentes frequências que compõem a onda complexa podem estar em diferentes fases, ou seja, seus picos e vales não coincidem no tempo. Isso contribui para a complexidade do padrão geral.
• Harmónicos: Frequentemente, as frequências presentes em uma onda complexa são múltiplas inteiros de uma frequência fundamental. Essas frequências múltiplas são chamadas de harmônicos.
• Ruído: Além das frequências bem definidas, uma onda complexa pode conter componentes de ruído, que são frequências aleatórias e de baixa amplitude.

Causas da Complexidade:

• Múltiplas Fontes de Vibração: Diferentes componentes da máquina (rolamentos, engrenagens, desequilibrio, etc.) geram vibrações com diferentes frequências.
• Não Linearidades: Não linearidades no sistema vibratório podem gerar harmônicos e outras distorções na forma de onda.
• Interações entre Componentes: A interação entre diferentes componentes vibratórios pode gerar frequências de batimento e outras complexidades.

Análise da forma de onda das vibrações – como visualizar os impactos

Para visualizar os impactos na forma de onda, utilizamos ferramentas de análise de vibração. Essas ferramentas permitem coletar dados sobre as vibrações da máquina e apresentá-los de forma gráfica, facilitando a identificação de padrões e anomalias.

Principais formas de visualizar e analisar as formas de onda:

• Gráfico da forma de onda: A forma mais direta de visualizar a vibração. Permite observar a amplitude, frequência e periodicidade do sinal.
• Transientes: Mudanças abruptas na forma de onda podem indicar impactos, choques ou desalinhamentos.
• Distorções: Desvios da forma de onda ideal podem indicar problemas como folgas mecânicas ou desequilíbrio.

Exemplos de Impactos na Forma de Onda:

• Folgas mecânicas: Causa impactos e transientes na forma de onda, além de gerar harmônicos de alta ordem.
• Defeitos em rolamentos: Gera frequências características associadas aos defeitos (frequência de passagem de defeito, frequência fundamental de rotação interna, etc.).

Análise da forma de onda das vibrações – influência de avarias em cabos e maus contatos

A qualidade dos sinais elétricos obtidos a partir de sensores de vibração é fundamental para uma análise precisa da condição de uma máquina. Avarias em cabos e maus contatos podem introduzir ruídos e distorções nesses sinais, comprometendo a confiabilidade dos resultados da análise de vibração.

Como as Avarias Afetam os Sinais de Vibração?

• Ruído elétrico: Avarias em cabos, como curtos-circuitos, interrupções ou corrosão, podem gerar ruído elétrico que se sobrepõe ao sinal original da vibração. Esse ruído pode mascarar componentes importantes do sinal, dificultando a identificação de defeitos.
• Distorção do sinal: Maus contatos podem causar variações na impedância do circuito, resultando em distorção do sinal de vibração. Essa distorção pode alterar a forma de onda e a frequência do sinal, dificultando a interpretação dos resultados.
• Perda de sinal: Em casos mais graves, avarias nos cabos podem levar à perda total do sinal, impossibilitando a análise de vibração.

Efeitos na Análise de Vibração

• Dificuldade na identificação de falhas: O ruído e a distorção introduzidos pelas avarias podem mascarar os componentes de frequência característicos de defeitos específicos, como desbalanceamento, desalinhamento ou problemas em rolamentos.
• Falsos positivos: O ruído elétrico pode ser interpretado como um componente de vibração real, levando a diagnósticos incorretos e à realização de manutenções desnecessárias.
• Perda de sensibilidade: A presença de ruído pode reduzir a relação sinal-ruído, diminuindo a sensibilidade do sistema de monitoramento de vibração.

Análise da forma de onda das vibrações – assimetria

A rigidez assimétrica dos suportes de chumaceira exerce um impacto significativo na assimetria da forma de onda das vibrações de uma máquina. Essa assimetria na rigidez significa que a resistência do suporte à deformação não é igual em todas as direções, o que, por sua vez, induz um comportamento vibratório não linear na máquina.

Análise da forma de onda das vibrações – truncagem : causas e implicações

A truncagem em uma forma de onda de vibração ocorre quando a amplitude do sinal excede os limites de medição do sensor ou do sistema de aquisição de dados. Em outras palavras, o sinal é “cortado” nos pontos onde ultrapassa esses limites, resultando em uma distorção da forma de onda original.

Causas da Truncagem:

• Limitação do sensor: O sensor de vibração pode ter um alcance limitado, e quando a amplitude da vibração ultrapassa esse limite, o sinal é saturado.
• Ganha excessivo do amplificador: Se o amplificador do sinal estiver com ganho muito alto, pequenas variações na vibração podem gerar sinais com amplitudes que excedam os limites do sistema de aquisição.
• Sobrecarga do conversor A/D: O conversor analógico-digital (ADC) utilizado para converter o sinal analógico em digital possui um número limitado de bits, o que limita a resolução e pode causar truncagem para sinais de alta amplitude.
• Interferência externa: Ruídos e interferências eletromagnéticas podem sobrepor-se ao sinal de vibração, causando picos que podem ser truncados.

Implicações da Truncagem:

• Distorção do sinal: A forma de onda original é alterada, o que dificulta a análise e a interpretação dos dados.
• Perda de informação: Informações importantes sobre a vibração, como amplitude máxima, picos e harmônicos, podem ser perdidas devido à truncagem.
• Resultados de análise imprecisos: A análise espectral e outras técnicas de análise de vibração podem fornecer resultados imprecisos se a forma de onda estiver truncada.
• Dificuldade na identificação de defeitos: A truncagem pode mascarar a presença de defeitos e dificultar o diagnóstico preciso de problemas na máquina.

Como evitar a truncagem:

• Seleção adequada do sensor: Escolha um sensor com um alcance suficiente para medir as amplitudes máximas esperadas da vibração.
• Ajustar o ganho do amplificador: Ajuste o ganho do amplificador para garantir que o sinal esteja dentro dos limites do conversor A/D.
• Verificar a configuração do sistema de aquisição: Certifique-se de que o sistema de aquisição esteja configurado corretamente para evitar a saturação do sinal.
• Filtrar o sinal: Utilize filtros para remover ruídos e interferências que possam causar picos indesejados.
• Monitorar o sinal em tempo real: Utilize software de aquisição de dados que permita monitorar o sinal em tempo real e identificar rapidamente qualquer sinal de saturação.

Análise da forma de onda das vibrações –  importância do tempo de aquisição na visualização de eventos de baixa frequência

O tempo de aquisição da forma de onda é um parâmetro crucial na análise de vibração, especialmente quando se busca identificar eventos de baixa frequência. A escolha adequada desse tempo garante a captura precisa das características do sinal e permite uma análise mais detalhada das condições da máquina.

Por que o tempo de aquisição é tão importante?

• Resolução espectral: O tempo de aquisição está diretamente relacionado à resolução espectral. Quanto maior o tempo de aquisição, maior o número de linhas espectrais e, consequentemente, maior a resolução em frequência. Isso permite identificar componentes de frequência mais próximas, como as de baixa frequência, que são frequentemente associadas a problemas como desalinhamento, desequilibrio e defeitos em rolamentos.
• Captura de eventos de baixa frequência: Eventos de baixa frequência possuem um período longo, ou seja, ocorrem com menor frequência ao longo do tempo. Para capturar um ciclo completo desses eventos, é necessário um tempo de aquisição suficientemente longo. Um tempo de aquisição curto pode resultar em uma amostragem insuficiente do sinal, levando a uma perda de informação e à dificuldade em identificar esses eventos.
• Análise de transientes: Transientes são eventos de curta duração que podem ocorrer durante o funcionamento da máquina. Um tempo de aquisição adequado permite capturar esses transientes e analisar sua natureza, o que pode fornecer informações importantes sobre a condição da máquina.

Como escolher o tempo de aquisição adequado?

A escolha do tempo de aquisição depende de diversos fatores, como:

• Frequência fundamental da máquina: A frequência fundamental da máquina, geralmente relacionada à frequência de rotação, determina o período de um ciclo completo. O tempo de aquisição deve ser um múltiplo inteiro desse período para garantir a sincronização com o sinal.
• Frequências de interesse: Se o objetivo é analisar componentes de baixa frequência, como as frequências naturais da estrutura, o tempo de aquisição deve ser suficientemente longo para capturar vários ciclos desses componentes.
• Taxa de amostragem: A taxa de amostragem determina a quantidade de pontos de dados coletados por unidade de tempo. Uma taxa de amostragem adequada é essencial para evitar o aliasing e garantir a precisão da análise.
• Capacidade de armazenamento: O tempo de aquisição também é limitado pela capacidade de armazenamento do equipamento de aquisição.

Análise da forma de onda das vibrações – batimento

O batimento em uma forma de onda de vibração é um fenómeno que ocorre quando duas ondas com frequências ligeiramente diferentes se sobrepõem. Essa sobreposição resulta em uma onda resultante cuja amplitude varia periodicamente ao longo do tempo, criando um padrão característico de “pulsos” ou “batidas”.

Causas do Batimento:

• Frequências próximas: O batimento é mais evidente quando as duas frequências estão próximas entre si.
• Fontes de vibração múltiplas: Máquinas com múltiplas fontes de vibração podem gerar frequências ligeiramente diferentes, causando batimentos.
• Modulação: Um sinal de vibração pode ser modulado por outro sinal de menor frequência, resultando em um batimento.

Como identificar um batimento:

• Análise no domínio do tempo: A forma de onda apresentará uma variação periódica na amplitude, com picos e vales alternados.
• Análise no domínio da frequência: O espectro de frequência mostrará duas linhas espectrais próximas, representando as duas frequências que estão causando o batimento.

Frequência do Batimento:

A frequência do batimento (fb) é dada pela diferença entre as duas frequências que estão causando o fenómeno:

fb = |f1 – f2|

Onde:

• fb: frequência do batimento
• f1 e f2: frequências das duas ondas que estão se sobrepondo

Análise da forma de onda das vibrações – modulação

Modulação em uma forma de onda de vibração refere-se a uma variação sistemática na amplitude, frequência ou fase de uma onda portadora, devido à influência de um sinal modulador. Em outras palavras, as características da onda principal (portadora) são alteradas por um sinal secundário (modulador).

Por que a modulação ocorre em vibrações de máquinas?

A modulação em vibrações de máquinas é frequentemente causada por interações entre diferentes componentes da máquina ou por condições operacionais variáveis. Algumas causas comuns incluem:

• Problemas em rolamentos: Defeitos em rolamentos podem gerar componentes de frequência lateral que modulam a vibração fundamental.
• Variações de carga: Alterações na carga aplicada à máquina podem causar variações na amplitude e frequência da vibração.
• Interações entre componentes: A interação entre diferentes componentes vibratórios pode gerar modulação.

Tipos de Modulação:

• Modulação de Amplitude (AM): A amplitude da onda portadora varia de acordo com o sinal modulador.
• Modulação de Frequência (FM): A frequência da onda portadora varia de acordo com o sinal modulador.
• Modulação de Fase (PM): A fase da onda portadora varia de acordo com o sinal modulador.

Como identificar a modulação:

• Análise no domínio do tempo: A forma de onda apresentará uma variação periódica na amplitude, frequência ou fase.
• Análise no domínio da frequência: O espectro de frequência mostrará bandas laterais em torno da frequência portadora, indicando a presença de modulação.
• Análise de fase: A análise da fase da onda pode revelar informações sobre a natureza da modulação.

Análise da forma de onda das vibrações – problemas elétricos e mecânicos

Na forma de onda a evolução dos problemas elétricos e mecânicos durante a paragem de um motor é diferente.

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