Compreendendo a demodulação (análise de envelope)

Definição: O que é demodulação?

No contexto da análise de vibração, demodulação é uma poderosa técnica de processamento de sinais usada para detectar impactos repetitivos de baixa frequência que estão "escondidos" no sinal de vibração de alta frequência de uma máquina. É o processo central por trás do termo mais comumente conhecido, Análise de Envelope. Os dois termos são frequentemente usados de forma intercambiável.

A técnica funciona isolando uma faixa de vibração de alta frequência, que atua como um sinal "portador", e, em seguida, extraindo o "envelope" desse sinal. Esse envelope revela os padrões de baixa frequência subjacentes de impactos repetidos, como aqueles gerados por falhas microscópicas em rolamentos ou engrenagens.

O Processo de Demodulação

A demodulação envolve um processo de três etapas:

1. Filtragem passa-banda: Primeiro, o sinal de vibração bruto passa por um filtro passa-banda de alta frequência. Isso remove as vibrações fortes de baixa frequência (como desequilíbrio e desalinhamento) e se concentra apenas em uma região de alta frequência onde as ondas de estresse dos impactos em rolamentos ou engrenagens excitam ressonâncias estruturais.
2. Retificação: O sinal filtrado de alta frequência é então retificado. Esse processo inverte a parte negativa da forma de onda para positiva, criando essencialmente um sinal que representa a amplitude absoluta.
3. Filtragem passa-baixa (envelopamento): Por fim, esse sinal retificado passa por um filtro passa-baixa. Isso suaviza o sinal "portador" ressonante de alta frequência, deixando para trás apenas o "envelope" de baixa frequência que traça os picos do sinal retificado. Esse sinal de envelope resultante representa diretamente a taxa de repetição dos impactos subjacentes.

Uma FFT é então realizada neste sinal de envelope final. O espectro resultante, chamado de espectro de envelope ou espectro demodulado, mostra picos claros nas frequências de falha exatas dos componentes do rolamento ou da engrenagem.

Por que a demodulação é tão eficaz?

A demodulação é uma das técnicas mais importantes para detecção precoce de falhas devido à forma como ela lida com sinais de impacto.

• Alerta precoce: Quando uma pequena lasca na pista de um rolamento é atingida por um elemento rolante, ela produz um pequeno impacto de baixa energia. Esse impacto causa uma breve explosão de vibração de alta frequência, enquanto a estrutura da máquina "vibra" em suas frequências naturais.
• Separando o sinal do ruído: Em um espectro FFT normal, a pequena quantidade de energia desses impactos iniciais é completamente enterrada pela energia massiva de vibrações de baixa frequência como desequilíbrio.
• Focando na taxa de repetição: A demodulação ignora os poderosos sinais de baixa frequência. Ela se concentra no "zumbido" de alta frequência e, mais importante, na *taxa de repetição* desse zumbido. É essa taxa de repetição que corresponde diretamente às frequências de falhas em rolamentos ou engrenagens (por exemplo, BPFO, BPFI, BSF, GMF).

Aplicações

As principais aplicações da demodulação são:

• Análise de rolamentos de elementos rolantes: É o método definitivo para detectar e diagnosticar falhas em rolamentos de esferas e rolos, muitas vezes fornecendo um aviso meses antes que a falha se torne crítica.
• Análise da caixa de engrenagens: Ele é altamente eficaz na detecção de problemas como dentes de engrenagem rachados ou quebrados, que geram um sinal de impacto claro a 1X a velocidade de rotação da engrenagem no espectro demodulado.
• Outros eventos impactantes: Ele também pode ser usado para detectar outros fenômenos de impacto repetitivos, como abertura e fechamento de purgadores de vapor ou problemas de sincronização de válvulas de motores alternativos.

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