Compreendendo a frequência na análise de vibração
Freqüência é uma medida da frequência com que um acontecimento repetitivo se repete numa determinada unidade de tempo - em análise de vibração, Quantifica a rapidez com que um objeto oscila. É o parâmetro mais importante para diagnosticar a causa raiz de um problema numa máquina. Enquanto amplitude diz-lhe o severidade de uma vibração, a frequência diz-lhe o fonte. Leia uma leitura de amplitude e saberá qual é a gravidade do problema; leia a sua frequência e saberá qual é o problema.
1. Definição: O que é a Frequência de Vibração?
A frequência descreve a taxa de um movimento cíclico - o número de ciclos completos de oscilação que uma peça vibratória completa por unidade de tempo. Um rotor a rodar a 1800 rpm completa trinta rotações por segundo, pelo que a força que gera, uma vez por volta, repete-se trinta vezes por segundo. Cada componente periódico enterrado no interior de uma máquina forma de onda temporal tem a sua própria frequência, e a separação desses componentes é a base de todo o trabalho de diagnóstico.
Fundamentalmente, a frequência é independente da amplitude. Uma vibração pode ser violenta ou pouco percetível exatamente com a mesma frequência; o que muda quando uma falha aumenta é normalmente a amplitude, enquanto a frequência se mantém ligada ao mecanismo físico que a produz. Esta estabilidade é precisamente o que torna a frequência uma impressão digital tão fiável.
2. O poder de diagnóstico da frequência
O princípio fundamental do diagnóstico de vibração é que diferentes componentes mecânicos e eléctricos geram vibrações em frequências específicas e previsíveis quando começam a falhar. Ao identificar quais as frequências presentes na assinatura de vibração de uma máquina - e a intensidade de cada uma delas - um analista pode identificar o componente exato que está a causar o problema. É muito semelhante à forma como um médico utiliza um estetoscópio para ouvir os sons específicos que denunciam diferentes condições.
Cada falha potencial tem uma assinatura de frequência caraterística:
- Desequilíbrio: um problema com todo o conjunto rotativo, como por exemplo desequilíbrio, aparece com a frequência de rotação do eixo - 1× velocidade de funcionamento.
- Desalinhamento: um problema no acoplamento entre dois veios, como por exemplo desalinhamento, normalmente aparece com o dobro da velocidade de funcionamento (2×), muitas vezes com um 3×.
- Defeitos nos rolamentos: uma falha num rolamento de elementos rolantes gera um número não inteiro frequências de falhas em rolamentos definido pela geometria da pista e da esfera e pela velocidade do veio.
- Problemas de engrenagem: Os dentes de malha criam energia na frequência de engrenamento (GMF) - o número de dentes multiplicado pela velocidade da engrenagem - frequentemente ladeado por faixas laterais.
Uma vez que estas assinaturas raramente se sobrepõem, um único espetro bem resolvido pode separar o desbalanceamento de um desalinhamento de um rolamento avariado sem nunca abrir a máquina.
3. As unidades de frequência
A frequência é expressa em várias unidades, e um analista que trabalha precisa de ser fluente em todas elas.
Hertz (Hz)
A unidade internacional (SI). Um hertz equivale a um ciclo por segundo. Esta é a norma em contextos científicos e na maioria dos instrumentos, e é a unidade utilizada num eixo de frequência FFT.
Ciclos por minuto (CPM)
Amplamente utilizado na manutenção industrial porque está diretamente relacionado com a velocidade de rotação, que é cotada em rotações por minuto (RPM). Uma vez que um minuto tem 60 segundos, a conversão é simplesmente CPM = Hz × 60. Uma vibração a 30 Hz equivale, portanto, a 1800 CPM - e numa máquina a funcionar a 1800 rpm, esse pico situa-se exatamente na velocidade de funcionamento, o que é frequentemente mais fácil de reconhecer em CPM do que em Hz.
Encomendas
As ordens são múltiplos da própria velocidade de funcionamento da máquina: a velocidade de funcionamento é a 1ª ordem, o dobro da velocidade de funcionamento é a 2ª ordem, e assim por diante. A vantagem é que as ordens se mantêm constantes, mesmo quando a máquina muda de velocidade - o desequilíbrio mantém-se na 1ª ordem, quer o veio rode a 900 ou a 3600 rpm, enquanto a sua frequência em Hz se altera. Este facto torna as ordens indispensáveis para os equipamentos de velocidade variável e é a base de análise de pedidos. A livre Calculadora de Frequência Harmônica converte uma RPM nas suas frequências de 1× a 10× num só passo, e um conversor de unidades de vibração trata da contabilidade do Hz-CPM.
4. Como é determinada a frequência
As frequências escondidas dentro de um sinal de vibração são extraídas com o Transformada Rápida de Fourier (FFT). E acelerômetro capta a forma de onda em tempo bruto, e o algoritmo FFT decompõe-na numa espectro de frequência - um gráfico que apresenta cada frequência individual que compõe a vibração complexa, com a altura de cada pico a mostrar a quantidade de energia que aí se encontra. O analista faz então a correspondência desses picos com as assinaturas de falha acima. No terreno, um instrumento portátil de dois canais, como o Conjunto de equilíbrio-1a executa esta FFT no local, medindo espectros de cerca de 5 Hz até 1000 Hz, para que o pico da velocidade de funcionamento e os seus harmónicos possam ser lidos diretamente na máquina, com o impulso do tacómetro uma vez por rotação a identificar exatamente qual o pico 1×.
5. A relação entre frequência, velocidade e aceleração
Para um dado nível de energia vibracional, as amplitudes de deslocamento, velocidade, e aceleração dependem fortemente da frequência, razão pela qual cada unidade domina uma banda diferente:
- Baixas frequências: O deslocamento é maior, pelo que é a unidade natural para o movimento lento do veio.
- Frequências médias: a velocidade é maior e mais uniforme, e é por isso que Intensidade de vibração normas como ISO 20816 (o sucessor moderno da ISO 10816) avaliam o estado geral da máquina em velocidade de mm/s.
- Altas frequências: A aceleração é maior, tornando-a a unidade de escolha para tons de rolamentos e engrenagens.
Escolher a unidade errada para uma banda de frequência pode enterrar uma falha genuína no ruído; escolher a unidade certa faz com que a mesma falha salte para fora do gráfico. Entendida desta forma, a frequência é a chave que desbloqueia o potencial de diagnóstico da análise de vibrações - transformando um sinal bruto e emaranhado em informação de manutenção acionável.
