Envelope e baixa velocidade de rotação
1 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – INTRODUÇÃO
Neste artigo explicam-se a características especificas da implementação do envelope e baixa velocidade de rotação.
A deteção de avarias em rolamentos a rodarem a baixas velocidades de rotação constitui uma necessidade frequente em programas de manutenção preditiva. As limitações das abordagens tradicionais de analise de vibrações com um analisador de vibrações são frequentemente sentidas, mas mal compreendidas.
Efectivamente, quando se quer medir correctamente a amplitude de picos de impacto o parâmetro principal a tomar em consideração é a frequência de amostragem da forma de onda e não a máxima frequência do espectro.
2 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – IMPACTOS E ANÁLISE DE SINAL
Os danos nos rolamentos surgem em termos de vibrações sobre a forma de choques bem evidentes na forma de onda.
Estes impulsos, de muito curta duração, são bem detectados com um medidor de vibrações com detector pico.
1ª Regra – Para acompanhar a evolução de picos de impacto é necessário medir corretamente a amplitude pico da forma de onda
Vamos imaginar que num rolamento a rodar a baixa velocidade de rotação queremos medir um espectro até 100 Hz. Para isso, tipicamente, o conversor analógico-digital de um analisador de espectros vai obter uma forma de onda amostrada a 2,56 x 100 Hz = 256 Hz, ou seja, a forma de onda vai ser constituída por amostras obtidas de 4 em 4 ms, o que é completamente insuficiente para medir adequadamente a amplitude pico dos choques. Na figura a seguir apresentada pode-se ver o exemplo de uma forma de onda com um número de amostras insuficiente e em que a sua amplitude não é adequadamente caracterizada.
Para caracterizar adequadamente um choque que dura menos de um milisegundo têm de se tirar no mínimo 10 amostras por milisegundo, por exemplo. Temos portanto, que para caracterizar adequadamente a amplitude de um impulso que dure um segundo necessitar-se-á de uma frequência de amostragem de 10 KHz , o que corresponderia a uma frequência máxima no espectro de 4 KHz.
2ª Regra – Mesmo se o rolamento é de baixa velocidade de rotação o fim de escala em frequência tem de ser elevado
Se esta regra não for seguida a amplitude que surge na forma de onda e no espectro não é a real.
Agora, num rolamento de baixa velocidade de rotação as frequências de defeitos são na ordem de alguns Hz e tem-se portanto de obter espectros de alta resolução, com um elevado numero de linhas, como sejam por exemplo 3200.
3ª Regra – Para se verem as frequências características de defeitos têm de se utilizar espectros de alta resolução
Tudo o que se referiu para a análise do espectro de frequência também é válido para a análise do envelope.
Como é sabido, para se caracterizar adequadamente as vibrações dos rolamentos convém retirar primeiro as outras vibrações de baixas frequências presentes na máquina. Isto é normalmente efectuado pela análise de envelope.
3 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – A ANÁLISE DO ENVELOPE
Este é o esquema tradicional da análise do envelope.
O que se pretende é o que se pode ver a seguir.
a) Forma antes do filtro passa alto.
b) Forma de onda depois do filtro.
c) Sinal depois da retificação (a vermelho).
Na conversão analógico-digital as limitações são as mesmas que na análise do espectro tradicional.
4 – A AMPLITUDE DO ENVELOPE
O envelope original não consegue medir com precisão a amplitude de eventos de muito curta duração.
Os filtros analógicos normalmente utilizados tem um atraso no tempo de resposta o que os impede de efectuar medidas precisas de impulsos.
É por isto que muitos fabricantes informam que a amplitude das componentes do espectro do envelope não é fiável, e este só pode ser utilizado para fins de diagnóstico.
Como medir então a amplitude pico da forma de onda do envelope?
Existe alguma forma de ter um espectro de envelope com componentes de amplitude correcta?
5 – MEDIÇÃO CORRECTA DA AMPLITUDE PICO DA FORMA DE ONDA DO ENVELOPE
Existem duas maneiras de medir corretamente a amplitude da forma de onda do envelope:
A tradicional; utilizar um detetor de amplitude pico. As medidas da amplitude pico da forma de onda dão resultados corretos, mas a amplitude das componentes do espectro não o é.
A mais recente; amostrar em primeiro lugar a forma de onda a uma frequência elevada (por exemplo 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 á construção do espectro de frequência. Nesta forma de onda reconstruída cada amostra retém o maior valor do conjunto amostras que lhe deu origem.
A seguir segue-se um diagrama de blocos desta forma de análise de envelope.
Com esta abordagem a amplitude dos picos na forma de onda e das componentes do espectro, apresentados, é a correta.
6 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – CONCLUSÃO
Quando se quer medir corretamente a amplitude de picos de impacto, durante a medição de vibrações, o parâmetro principal a tomar em consideração é a frequência de amostragem da forma de onda e não a máxima frequência do espectro.
