Diagnosticando defeitos em rolamentos

1. A natureza dos defeitos dos rolamentos

Rolamentos de elementos rolantes são componentes fundamentais na maioria das máquinas rotativas, mas também são um ponto comum de falha. Um rolamento típico consiste em uma pista externa, uma pista interna, um conjunto de esferas ou rolos e uma gaiola para manter o espaçamento. Um "defeito" é uma falha microscópica ou macroscópica, como uma rachadura, lasca ou cavidade, em uma dessas superfícies.

Quando um elemento rolante passa sobre um defeito, ele gera um pequeno impacto de alta frequência ou "clique". Embora um único impacto tenha baixa energia, esses impactos ocorrem repetidamente. Análise de vibração é excepcionalmente eficaz na detecção desses impactos repetitivos e periódicos muito antes de o rolamento começar a superaquecer ou fazer ruído audível.

2. As quatro frequências fundamentais de falhas

A chave para diagnosticar defeitos em rolamentos é saber que, para uma dada geometria e velocidade de rotação, os impactos ocorrerão em frequências muito específicas e previsíveis. Essas frequências são conhecidas como Frequências Fundamentais de Falha:

• BPFO (Frequência de Passe de Bola, Pista Externa): A taxa na qual os elementos rolantes passam por um único ponto na pista externa. Esta é a frequência mais comum de defeitos em rolamentos.
• BPFI (Frequência de Passe de Bola, Pista Interna): A taxa na qual os elementos rolantes passam por um único ponto na pista interna. Como a pista interna está girando, essa frequência é maior que a BPFO.
• BSF (Frequência de rotação da bola): A frequência na qual um elemento rolante gira em seu próprio eixo.
• FTF (Frequência Fundamental do Trem): A frequência de rotação da gaiola do rolamento. Esta é uma frequência muito baixa, normalmente inferior a 0,5X a velocidade de corrida.

Essas frequências podem ser calculadas com base nas dimensões do rolamento (como diâmetro primitivo e diâmetro da esfera) e na velocidade de rotação do eixo. Softwares de análise de vibração normalmente incluem um grande banco de dados de rolamentos e podem calcular essas frequências automaticamente.

3. Como os defeitos dos rolamentos aparecem no espectro

Quando um defeito no rolamento estiver presente, sua frequência de falha aparecerá no Espectro FFT em um padrão característico:

• Picos de alta frequência: A própria frequência de falha (por exemplo, BPFO) aparecerá como um pico na faixa de alta frequência do espectro.
• Harmônicos: Geralmente haverá vários harmônicos (múltiplos) da frequência de falha.
• Bandas laterais: Este é um marcador diagnóstico crítico. O pico de frequência de falhas no rolamento frequentemente apresenta faixas laterais espaçadas em 1X a velocidade de operação. Por exemplo, um pico de BPFO com faixas laterais 1X é um sinal clássico de um defeito na pista externa. Um defeito na pista interna (BPFI) quase sempre apresenta faixas laterais 1X porque o defeito está girando para dentro e para fora da zona de carga da máquina.

Nos estágios iniciais, esses picos podem estar ocultos no ruído de fundo do espectro. É por isso que técnicas especializadas são frequentemente utilizadas para detecção.

4. Análise de Envelope para detecção precoce

Análise de Envelope (também chamada de demodulação) é a técnica mais poderosa para detectar defeitos em estágios iniciais em rolamentos. É um método de processamento de sinal que filtra as vibrações de baixa frequência e alta energia (de desequilíbrio, etc.) e se concentra apenas nos impactos de alta frequência e baixa energia gerados pela falha do rolamento.

O espectro do envelope é muito “limpo” e mostra claramente as frequências de falhas do rolamento e seus harmônicos, permitindo a detecção meses ou até anos antes que o rolamento falhasse.

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