Compreendendo Harmônicos na Análise de Vibrações

Definição: O que é um harmônico?

Na análise de vibração, uma harmônico é uma frequência que é um múltiplo inteiro de uma frequência fundamental. A frequência fundamental é normalmente a frequência de acionamento primária de um sistema, como a velocidade de rotação de um eixo. Essa frequência fundamental é chamada de 1º harmônico ou 1x. Os harmônicos subsequentes são:

• O 2º harmônico (2x) é a frequência exatamente duas vezes maior que a fundamental.
• O 3º harmônico (3x) é a frequência exatamente três vezes maior que a fundamental.
• E assim por diante (4x, 5x, 6x…).

Por exemplo, se um motor estiver funcionando a 1.800 RPM (30 Hz), seus harmônicos aparecerão no espectro de vibração em 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) e assim por diante.

Por que os harmônicos são gerados?

Em um sistema perfeitamente linear com uma função de força senoidal pura (como um rotor perfeitamente balanceado), apenas a frequência fundamental 1x seria gerada. No entanto, máquinas reais não são perfeitamente lineares. Harmônicos são gerados quando o movimento de um componente é distorcido ou não senoidal. Essa distorção pode ser causada por uma variedade de condições mecânicas e elétricas. A presença e a amplitude de harmônicos específicos são, portanto, indicadores diagnósticos poderosos.

Causas comuns e valor diagnóstico dos harmônicos

O padrão de harmônicos em um espectro de vibração fornece pistas valiosas sobre a causa raiz de uma falha da máquina.

Alta Amplitude 1x (O Fundamental)

Um pico dominante em 1x é mais comumente associado a desequilíbrio. Excentricidade e eixos tortos também produzem um sinal 1x forte.

Alta amplitude 2x (2º harmônico)

Um forte 2º harmônico, muitas vezes comparável em amplitude ao pico 1x, é um indicador clássico de desalinhamento do eixoO desalinhamento força o eixo a dobrar duas vezes a cada rotação, produzindo um forte componente de frequência 2x. O desalinhamento paralelo severo também pode produzir harmônicos 3x e 4x.

Uma “Família” de Harmônicos (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Quando você vê uma série de muitos harmônicos de velocidade de execução, é a assinatura primária de frouxidão mecânicaOs impactos e o movimento não linear criados por componentes soltos (como um rolamento solto em seu alojamento ou um parafuso solto na base de uma máquina) distorcem o sinal de vibração e geram um rico padrão de harmônicos. Quanto mais severa a folga, mais harmônicos estarão presentes.

Outras causas de harmônicos

• Rotores em balanço: Um eixo dobrado em uma máquina com um rotor em balanço (como uma bomba vertical) pode gerar harmônicos fortes de 1x, 2x e 3x.
• Máquinas alternativas: O movimento não sinusoidal de pistões e virabrequins em motores e compressores gera naturalmente um rico espectro de harmônicos.
• Problemas elétricos: Problemas em motores CA podem gerar harmônicos da frequência da linha (por exemplo, 120 Hz em um sistema de 60 Hz).
• Esfrega: Uma fricção leve e parcial pode gerar uma série de harmônicos de alta ordem, às vezes até 10x, 20x ou até mais.

Considerações de análise

Ao analisar harmônicos, é importante considerar:

• Qual harmônico é dominante? A resposta aponta para diferentes falhas potenciais.
• Quantos harmônicos estão presentes? Um número grande sugere frouxidão ou distorção severa.
• Qual é a tendência de amplitude? Um aumento na amplitude dos harmônicos ao longo do tempo indica uma piora da condição.
• Eles são radiais ou axiais? Por exemplo, o desalinhamento geralmente apresenta alta vibração axial, enquanto o desequilíbrio é principalmente radial.

Ao examinar o padrão completo de frequências fundamentais e harmônicas, um analista de vibração pode diagnosticar problemas na máquina com um alto grau de confiança.

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