Análise de Cepstrum em Diagnóstico de Vibração

Definição: O que é um Cepstrum?

Análise de Cepstrum é uma técnica avançada de processamento de sinais que fornece informações sobre estruturas periódicas dentro de um espectro de frequências. O nome "cepstrum" é um anagrama de "spectrum", o que sugere sua natureza: é efetivamente o "espectro de um espectro". É calculado tomando o logaritmo de um espectro de frequências e, em seguida, realizando uma transformada inversa de Fourier no resultado. Esse processo destaca padrões periódicos no espectro, como famílias de harmônicos ou bandas laterais, que podem ser difíceis de discernir observando o espectro diretamente.

No gráfico do cepstro, o eixo x é chamado quefrencia (um anagrama de frequência) e tem unidades de tempo. Picos neste eixo, chamados ramônica, indica o período (em segundos) dos padrões de repetição no espectro original.

Por que usar a análise Cepstrum?

Embora um espectro FFT padrão seja excelente para identificar componentes de frequência individuais, ele pode se tornar confuso e difícil de interpretar quando uma falha de máquina gera um grande número de harmônicos e bandas laterais. A análise Cepstrum simplifica isso ao consolidar uma família inteira de frequências repetidas em um único pico claro. Seus principais usos são:

• Detectando Famílias Harmônicas: Ele pode identificar facilmente uma frequência fundamental e seus harmônicos, mesmo que a fundamental em si seja fraca ou ausente no espectro.
• Identificação de famílias de bandas laterais: Ele é excelente na detecção de bandas laterais, que geralmente são de baixa amplitude e estão imersas em ruído. O Cepstrum pode mostrar claramente a presença de bandas laterais e medir seu espaçamento.
• Separando efeitos de origem e caminho: Em algumas aplicações, pode ajudar a separar o sinal da fonte de vibração da resposta estrutural da máquina.
• Detecção de eco: Ele pode identificar ecos ou reflexões em um sinal.

Principais aplicações em diagnóstico de máquinas

1. Diagnóstico da caixa de velocidades

Esta é a aplicação mais comum e poderosa da análise cepstrum. Um dente de engrenagem danificado modula a frequência da malha de engrenagens (GMF), criando bandas laterais ao redor do pico da GMF, espaçadas na velocidade de rotação daquela engrenagem. Em uma caixa de engrenagens complexa com múltiplos eixos e engrenagens, o espectro pode ser uma mistura confusa de diferentes GMFs e bandas laterais. O cepstrum supera essa complexidade:

• Um pico no cepstro na frequência correspondente ao período de rotação da engrenagem (1 / RPM) é um indicador claro de uma falha naquela engrenagem específica.
• A amplitude do pico do cepstro pode ser analisada para monitorar a progressão do desgaste da engrenagem.

2. Análise de elementos rolantes

Semelhante às caixas de engrenagens, defeitos em rolamentos também geram bandas laterais. Por exemplo, um defeito na pista interna criará bandas laterais espaçadas na velocidade do eixo em torno da frequência de defeito na pista interna (BPFI) e seus harmônicos. O cepstro pode ajudar a confirmar a presença desses padrões, especialmente quando eles não são óbvios no espectro.

3. Análise de Turbomáquinas

Em turbinas e compressores, o cepstrum pode ser usado para identificar harmônicos de frequência de passagem de lâminas e diagnosticar problemas relacionados a danos nas lâminas ou problemas aerodinâmicos.

Como interpretar um gráfico de Cepstrum

1. Calcular períodos de rotação: Antes de olhar para o cepstro, calcule os períodos de tempo dos principais componentes rotativos (por exemplo, para um eixo a 1800 RPM ou 30 Hz, o período é 1/30 = 0,033 segundos).
2. Procure picos em períodos conhecidos: Examine o cepstro em busca de picos significativos (rahmônicos) que se alinham com esses períodos de tempo calculados.
3. Identificar Harmônicos: Procure picos em múltiplos inteiros da quefrenia fundamental. Eles indicam a presença de famílias harmônicas fortes no espectro original.
4. Amplitudes de tendência: Monitore a amplitude dos picos do cepstro ao longo do tempo. Um aumento na amplitude indica piora da condição.

A análise de cepstro é uma ferramenta poderosa que requer experiência para ser usada de forma eficaz, mas para máquinas complexas como caixas de engrenagens, ela pode fornecer clareza de diagnóstico incomparável apenas à análise de espectro.

← Voltar ao índice principal