Amplitude de vibração: um indicador-chave da saúde da máquina
Amplitude de vibração é a medida da intensidade ou gravidade de vibração - quantifica “quanto” uma máquina está a mover-se e é um dos parâmetros mais fundamentais na monitoramento de condições e máquinas diagnóstico. Uma mudança na amplitude ao longo do tempo é muitas vezes o primeiro sinal de um problema mecânico em desenvolvimento. A divisão de trabalho a ter em conta é a seguinte: freqüência ajuda a diagnosticar o tipo da falha, enquanto a amplitude ajuda a determinar a sua severidade. Os dois juntos são o que transforma um sinal bruto numa decisão.
1. Porque é que a medição da amplitude é importante
O controlo da amplitude da vibração é a espinha dorsal de qualquer manutenção preditiva programa. Um aumento da amplitude está diretamente relacionado com um aumento das forças dinâmicas que actuam sobre os componentes de uma máquina - mais amplitude significa mais força, mais tensão e mais acumulação fadiga. A monitorização destes níveis permite a uma equipa de fiabilidade:
- Estabelecer uma base de referência: a medição da amplitude numa máquina reconhecidamente saudável fornece a linha de base em relação ao qual todas as leituras futuras são julgadas.
- Tendência da saúde das máquinas: a representação gráfica da amplitude ao longo do tempo expõe a deterioração gradual através de tendência muito antes de ocorrer uma falha.
- Definir alarmes: os limiares de amplitude accionam o alarme e níveis de alerta que notificam o pessoal quando o estado de uma máquina piora significativamente.
- Avaliar a gravidade: a magnitude da amplitude é um indicador direto da gravidade do problema, que é exatamente o que permite a um planeador dar prioridade a uma reparação em detrimento de outra.
2. Diferentes formas de medir a amplitude
A vibração é um sinal dinâmico e variável no tempo, pelo que a sua amplitude pode ser quantificada de várias formas distintas. Nenhuma é “correta” em abstrato - o descritor correto depende da máquina e da informação que se pretende obter. As três medidas padrão são lidas da mesma forma forma de onda temporal mas respondem a perguntas diferentes.
Amplitude de pico (Pk)
O valor de pico é a amplitude máxima que a forma de onda atinge numa direção - positiva ou negativa - a partir da sua posição zero ou de equilíbrio. As medições de pico brilham para eventos de curta duração e de alto impacto, como um dente de engrenagem partido ou um defeito no rolamento, porque captam a pior excursão individual. Indica a tensão ou força máxima aplicada a um componente durante um ciclo de vibração, razão pela qual é preferida para defeitos impulsivos.
Amplitude pico a pico (Pk-Pk)
O valor pico a pico é a distância total que a parte vibrante percorre desde o seu pico máximo positivo até ao seu pico máximo negativo - a excursão completa do movimento. É mais comummente utilizado para medir deslocamento, O deslocamento do veio é um fator crítico para avaliar as folgas. Um exemplo clássico: o deslocamento do veio pico a pico diz-lhe se um veio rotativo está a mover-se o suficiente para arriscar o contacto com uma caixa de rolamentos estacionária, que é exatamente o que um sonda de proximidade relógios em grandes turbomáquinas.
Amplitude RMS (Root Mean Square)
O Valor RMS é a medida mais comum e mais útil da gravidade geral da vibração. É calculada tomando a raiz quadrada da média dos valores quadrados da forma de onda ao longo do tempo. A sua principal vantagem é que se relaciona diretamente com a conteúdo energético - e, por conseguinte, o poder destrutivo - da vibração. Porque o RMS pesa todo o sinal em vez de um único instante, é muito mais estável e representativo do verdadeiro estado de uma máquina do que um único pico. A maioria das normas internacionais, incluindo a série de gravidade de vibrações anteriormente numerada ISO 10816 e atualmente substituído por ISO 20816, especificar os seus limites em RMS velocidade.
3. A relação entre Pk, Pk-Pk e RMS
Para uma onda sinusoidal perfeita de frequência única, estes três valores estão ligados entre si por constantes simples:
Pico a pico = 2 × pico
RMS = Pico / √2 ≈ 0,707 × Pico
No entanto, para máquinas do mundo real, o sinal raramente é um seno limpo. É uma mistura complexa, não sinusoidal, carregada de harmônicos e impactos, e a relação 0,707 já não se mantém. O rácio entre o pico e o RMS torna-se então um diagnóstico por direito próprio: o fator de crista. Um fator de crista elevado - um pico alto sobre um RMS modesto - aponta para falhas impulsivas, tais como danos precoces nos rolamentos, mesmo quando o RMS global ainda parece aceitável.
4. Qual a unidade de amplitude a utilizar?
A amplitude pode ser expressa como deslocamento, velocidade ou aceleração, e a melhor escolha é regida pela frequência de interesse. A razão é física: a diferenciação do deslocamento para a velocidade e para a aceleração multiplica o sinal pela frequência de cada vez, pelo que cada unidade realça uma parte diferente do espetro.
- Deslocamento (μm, mils): melhor para vibrações de baixa frequência (inferiores a ~10 Hz), tais como movimentos estruturais ou desequilíbrio em máquinas muito lentas.
- Velocidade (mm/s, pol/s): o melhor indicador de uso geral em toda a gama média (aproximadamente 10 Hz a 1.000 Hz), onde as falhas mais comuns - desequilíbrio e desalinhamento - vivo. É por isso que as normas de severidade são escritas em velocidade.
- Aceleração (g, m/s²): melhor para vibrações de alta frequência (acima de ~1.000 Hz), tais como malha de engrenagens e falhas nos rolamentos.
Os instrumentos modernos efectuam a conversão sem problemas através de integração e diferenciação, Assim, um único sensor de aceleração pode indicar qualquer um dos três; se for necessário deslocar manualmente uma figura entre unidades, o Conversor de Unidade de Vibração fá-lo instantaneamente.
5. Amplitude no equilíbrio prático
A amplitude não é apenas um indicador de saúde - é a quantidade que um engenheiro reduz ativamente ao equilibrar um rotor. Desequilíbrio produz uma vibração à velocidade de marcha (1×) cuja amplitude é proporcional ao tamanho do ponto pesado, pelo que a redução dessa amplitude de 1× é a medida literal de um trabalho de equilibragem bem sucedido. No terreno, um instrumento portátil de dois canais, como o Conjunto de equilíbrio-1a lê a amplitude 1× e a sua fase antes e depois de um peso de teste, calcula o coeficientes de influência, e confirma que a amplitude residual se situa dentro do valor escolhido de ISO 21940-11 grau de equilíbrio. Observar o colapso da amplitude de um ciclo para o outro - e depois assentar abaixo da tolerância - é o equilíbrio tornado visível.
6. Armadilhas comuns de amplitude
Algumas armadilhas apanham os incautos e transformam bons sensores em números enganadores:
- Mistura de unidades ou medidas: comparar uma leitura de pico num dia com uma leitura RMS noutro dia não faz sentido. Tendência de igual para igual.
- Ignorando o fator de crista: um RMS de aspeto saudável pode esconder um pico acentuado e crescente de uma falha incipiente do rolamento. Observe ambos.
- Unidade incorrecta para a frequência: A comunicação de uma falha de alta frequência numa engrenagem em deslocamento, ou de um movimento estrutural lento em aceleração, enterra o próprio sinal que se procura.
- Amplificação por ressonância: uma grande amplitude nem sempre significa uma grande falha - pode significar uma força modesta que coincide com uma falha estrutural frequência natural, inflacionando a leitura.
