Compreendendo a aceleração na análise de vibração
Aceleração é a taxa de variação da velocidade de um objeto em relação ao tempo. Em análise de vibração é um dos três principais parâmetros de medição, quantificando a rapidez com que o velocidade de um componente vibratório está a mudar. Onde deslocamento indica a distância que uma peça percorre e a velocidade indica a rapidez, a aceleração é, na verdade, uma medida das forças que actuam sobre a peça - o que a torna extremamente sensível a eventos de alta frequência, como impactos e mudanças bruscas de movimento.
1. Definição: O que é a aceleração de vibrações?
Matematicamente, a aceleração é a primeira derivada temporal da velocidade e a segunda derivada do deslocamento. Para um corpo que vibra sinusoidalmente com uma frequência f, A amplitude da aceleração aumenta com o quadrado da frequência para um deslocamento fixo - duplicar a frequência quadruplica a aceleração. Este facto explica por que razão a aceleração é a linguagem natural para acontecimentos rápidos e agudos: quanto mais elevado for o conteúdo de frequência de uma falha, mais ela se destaca num sinal de aceleração. É também a razão pela qual um analista escolhe a aceleração quando os fenómenos de interesse se situam na região dos quilohertz e não perto da velocidade de corrida.
2. Porque é que a medição da aceleração é importante?
A medição da aceleração é fundamental para uma monitoramento de condições porque é excelente na deteção de falhas que os parâmetros mais suaves podem não detetar. A sua importância assenta em alguns factores-chave:
- Deteção de falhas de alta frequência: A aceleração é inerentemente mais sensível às vibrações de alta frequência, o que a torna o parâmetro ideal para detetar danos nas chumaceiras dos elementos rolantes na fase inicial, problemas nas malhas das engrenagens e excitação de passagem da lâmina, que irradiam energia num ponto alto do espetro.
- Relação direta com a força: Pela segunda lei de Newton (Força = Massa × Aceleração), a aceleração é diretamente proporcional às forças dinâmicas no interior de uma máquina. A leitura da aceleração dá, portanto, uma janela direta para as forças que geram stress e fadiga em componentes.
- Ampla gama dinâmica: os acelerómetros utilizados para a sua captação abrangem uma gama muito ampla de frequências e amplitudes, o que os torna versáteis em muitos tipos de máquinas e velocidades.
3. Unidades e medidas
Unidades comuns
A aceleração da vibração é normalmente expressa numa de duas unidades:
- g: uma unidade referente à aceleração da gravidade da Terra, em que 1 g ≈ 9,81 m/s². A g é popular porque dá uma sensação normalizada e intuitiva da força com que uma peça está a ser agitada.
- m/s² (ou mm/s²): a unidade SI, metros por segundo ao quadrado, preferida para relatórios e cálculos formais.
Vale a pena ser explícito sobre se um valor é de pico, pico verdadeiro ou RMS, uma vez que a mesma vibração pode ser cotada de três formas. A conversão entre g, m/s² e os equivalentes de velocidade ou deslocamento a uma dada frequência é exatamente o que o nosso Calculadora de aceleração de vibração é para.
Como é que é medido?
A aceleração é quase exclusivamente medida com um acelerômetro - um transdutor que converte a força mecânica da vibração num sinal elétrico proporcional. O acelerómetro piezoelétrico é o tipo mais comum na monitorização de condições industriais, valorizado pela sua robustez, precisão e resposta de frequência ampla e plana. A sua saída pode ser analisada diretamente ou, através de integração, apresentada como velocidade ou deslocação.
4. Aplicações práticas em diagnóstico
No diagnóstico quotidiano, os dados de aceleração permitem identificar problemas específicos:
- Defeitos de rolamentos: defeitos microscópicos nas pistas, rolos e esferas geram pequenos picos de impacto de alta frequência. As medições de aceleração - especialmente combinadas com análise de envelope para as desmodular - são a principal via para detetar estas falhas na sua fase mais precoce e acionável, muitas vezes através do rastreio do frequências de falhas em rolamentos.
- Análise da caixa de engrenagens: o conteúdo de alta frequência do engrenamento dos dentes, mais os impactos de dentes rachados ou lascados, aparece claramente no espetro de aceleração, frequentemente mesmo no frequência de engrenamento e as suas bandas laterais.
- Máquinas de alta velocidade: no caso das turbinas e dos compressores de alta velocidade, as frequências dominantes situam-se na banda em que a aceleração é mais sensível, pelo que é frequentemente a medição global preferida.
Esta mesma versatilidade é o que permite que um instrumento portátil de dois canais como o Balanset-1A serve como ferramenta de equilibragem e de diagnóstico: adquire a aceleração a partir dos seus sensores, integra-a para obter a velocidade para verificações de severidade em relação a ISO 20816 (o substituto moderno da norma ISO 10816), e utiliza os mesmos canais para medir a amplitude e a fase 1× para o equilíbrio de campo.
5. Relação com a velocidade e o deslocamento
O deslocamento, a velocidade e a aceleração estão matematicamente ligados por integração e diferenciação. Para uma vibração sinusoidal simples, a velocidade é o integral da aceleração e o deslocamento é o integral da velocidade; inversamente, diferenciação move-se para o outro lado. O resultado prático é que, para a mesma energia vibracional, as amplitudes de aceleração são naturalmente maiores nas frequências altas, enquanto as amplitudes de deslocação dominam nas frequências baixas - com a velocidade a situar-se no meio e a manter-se relativamente plana na banda média. É precisamente por isso que os analistas escolhem o parâmetro que melhor se adequa à gama de frequências da falha esperada: deslocamento para o movimento lento do veio, velocidade para o estado geral da maquinaria e aceleração para os eventos rápidos e forçados de rolamentos e engrenagens.
