Batimentos na Análise de Vibrações: Causas e Identificação
Em análise de vibração, batendo (ou um bater) é um fenómeno caracterizado por uma subida e descida lenta e periódica da amplitude de um vibração sinal. Ocorre quando duas componentes de vibração separadas, com valores muito próximos - mas não idênticos - de freqüência estão presentes ao mesmo tempo e combinam-se. O resultado forma de onda temporal parece uma única onda sinusoidal cuja amplitude está a aumentar e a diminuir lentamente num padrão rítmico, quase respiratório. O reconhecimento de uma batida é valioso porque é uma assinatura direta e inequívoca de duas fontes coexistentes que funcionam quase à mesma velocidade.
1. Definição: O que é um batimento de vibração?
Um batimento não é uma frequência única - é a consequência audível e mensurável da interação de duas frequências. Para o ouvido, produz um som caraterístico de “warbling” ou pulsação; num amplitude O fenómeno aparece como uma leitura que não se mantém estável, oscilando para cima e para baixo num ciclo regular. Quanto mais próximas estiverem as duas frequências de origem, mais lenta e pronunciada se torna a oscilação; quanto mais afastadas estiverem, mais rápida é a pulsação até que, eventualmente, o ouvido e o analisador ouvem simplesmente dois tons distintos em vez de um tom modulado.
Este facto torna o espancamento fundamentalmente diferente do amplitude modulação causada por uma avaria numa única máquina. Um batimento necessita de duas excitações independentes de força comparável; é uma interferência e não um defeito num só componente.
2. A física por detrás do bater
O batimento é o resultado de uma interferência construtiva e destrutiva. Quando os picos das duas ondas de vibração se alinham (em fase), as suas amplitudes somam-se, produzindo uma amplitude global mais elevada. Quando o pico de uma onda se alinha com o vale da outra (fora de fase), cancelam-se parcial ou totalmente, produzindo uma amplitude global mais baixa. Este ciclo contínuo de reforço e cancelamento cria o padrão de som e vibração caraterístico do batimento.
A frequência desta modulação de amplitude, conhecida como frequência de batimento, é igual à diferença absoluta entre as duas frequências de origem.
Frequência de batimento = |Frequência 1 - Frequência 2|
Por exemplo, se duas máquinas estiverem a gerar vibrações a 29,5 Hz e 30,5 Hz, a frequência de batimento resultante é |29,5 - 30,5| = 1,0 Hz. A amplitude global irá, portanto, subir e descer uma vez por segundo. Note-se uma subtileza importante: a vibração que realmente se sente continua a oscilar aproximadamente à mesma frequência. média das duas frequências (neste caso, cerca de 30 Hz), enquanto o envelope lento sobre ele pulsa à taxa de batimento de 1 Hz. A amplitude máxima atingida em cada pico desse envelope é a soma das duas amplitudes individuais - assim, duas fontes iguais de 2 mm/s podem momentaneamente combinar-se em quase 4 mm/s.
3. Causas comuns de batimento em máquinas industriais
Uma vez que um batimento aponta inequivocamente para duas frequências de condução estreitamente espaçadas, é uma pista de diagnóstico útil. As fontes comuns em ambientes industriais incluem:
- Várias máquinas numa estrutura comum: O exemplo clássico são duas bombas ou ventiladores idênticos a funcionar na mesma placa de base ou sistema de tubagem. Se as suas velocidades de funcionamento diferirem ligeiramente (por exemplo, 1780 rpm e 1785 rpm), produzem um batimento de baixa frequência. Isto está intimamente relacionado com velocidade de corrida (1×) vibração de cada unidade.
- Motores eléctricos: pode ocorrer um batimento entre a frequência de rotação do motor e uma frequência eléctrica - por exemplo, a frequência de passagem do polo num motor de indução, onde se sobrepõe ao dobro do frequência de deslizamento. Estes batimentos são uma caraterística de certos defeitos elétricos.
- Bombas ou compressores de vários estágios: interação entre diferentes fases que funcionam a velocidades efectivas ligeiramente diferentes.
- Caixas de engrenagens: interação entre dois frequências de malha de engrenagem com um número semelhante de dentes.
- Pulsações hidráulicas ou aerodinâmicas: interação entre duas fontes diferentes de turbulência relacionada com o fluxo, como a sobreposição de forças hidráulicas ou forças aerodinâmicas.
4. Como identificar o batimento em dados de vibração
Análise da forma de onda temporal
O forma de onda temporal é a forma mais direta de observar o batimento. O sinal mostra um padrão claro e repetitivo de modulação de amplitude. O tempo entre dois picos de amplitude consecutivos (ou dois mínimos) é o período do batimento; a sua recíproca é a frequência do batimento. É essencial uma janela de captação longa - se o registo for inferior a um período de batimento, verá apenas um fragmento da ondulação e poderá interpretá-la erradamente como uma simples tendência ascendente ou descendente.
Análise do espetro de frequências (FFT)
Na frequência espectro, um batimento aparece como dois picos distintos situados muito próximos um do outro. Uma norma FFT pode não ter a resolução necessária para os separar, pelo que se fundem num único pico largo. Para diagnosticar corretamente o batimento, o analista deve aumentar a resolução espetral - utilizando mais linhas, uma aquisição mais longa ou um Zoom FFT focado na região de interesse. É possível dimensionar antecipadamente a contagem de linhas e a largura de banda necessárias com um Calculadora de resolução FFT. Uma vez resolvidas, as duas frequências componentes que criam o batimento tornam-se claramente visíveis, e a sua separação deve ser igual à frequência de batimento observada.
5. A batida na medição prática de campo
No local, distinguir um batimento genuíno de uma única falha é simples com o instrumento correto. Um analisador portátil de dois canais, como o Conjunto de equilíbrio-1a permite-lhe ver a forma de onda em tempo real e um espetro de alta resolução lado a lado e, colocando um canal em cada máquina, pode confirmar se duas unidades estão a funcionar quase ao mesmo tempo. velocidade de funcionamento são a fonte. Uma vez que o batimento inflaciona a leitura do pico, vale também a pena verificar se a amplitude inchada faz disparar um nível de alarme mesmo quando a vibração média é aceitável - a pico e as leituras RMS contarão histórias diferentes.
6. Bater é um problema?
O batimento em si não é um defeito - é um sintoma de frequências em interação. No entanto, pode ser problemático:
- Barulho incómodo: o som ascendente e descendente é frequentemente mais percetível e irritante para o pessoal do que um tom constante.
- Preocupações com a amplitude de pico: a amplitude máxima durante a interferência construtiva pode ser quase o dobro da de qualquer sinal individual. Este pico pode exceder os limites de alarme ou impor uma tensão cíclica excessiva sobre os componentes - alimentando os componentes mecânicos fadiga - mesmo quando a vibração média parece aceitável.
- Mascarar outros problemas: o sinal flutuante pode dificultar a deteção de outros problemas de vibração subjacentes escondidos sob a modulação.
Resolver uma batida problemática geralmente significa identificar as duas frequências de origem e, em seguida, deslocar a velocidade de uma máquina (para que as duas não coincidam mais), sintonizar novamente a estrutura para afastá-la de ressonância, ou acrescentando amortecimento para suprimir os picos de amplitude. Quando a componente 1× subjacente é, ela própria, excessiva, a correção da desequilíbrio em cada máquina reduz a energia disponível para bater em primeiro lugar.
