Compreender as bandas laterais na análise de vibração
Bandas laterais são pequenos picos de frequência que aparecem num Espetro FFT a intervalos iguais de ambos os lados de um pico central mais elevado, denominado frequência portadora. A sua presença é um sinal definitivo de modulação — uma condição em que um sinal está a ser “impresso” sobre outro — e o espaçamento entre as bandas laterais é igual à frequência do sinal modulante. Como esse espaçamento aponta diretamente para o elemento rotativo responsável, as bandas laterais são dos padrões de diagnóstico mais poderosos e definitivos em análise de vibração, particularmente para gearbox e rolamento deteção de falhas.
1. O Que São Bandas Laterais: Modulação no Espectro
A modulação é um conceito familiar na rádio, e o mecanismo numa caixa de engrenagens é o mesmo. Um tom estável de alta frequência (a portadora) tem a sua intensidade variada por um evento repetitivo mais lento (o modulador); no espectro, essa variação não alastra o pico da portadora — divide energia em picos satélite simétricos. A portadora em si é geralmente uma vibração forçada gerada pelo funcionamento normal, enquanto o modulador é o ritmo de uma revolução por rotação de um componente com defeito. Reconhecer o padrão é o que distingue um diagnóstico seguro de uma suposição.
2. Como São Geradas as Bandas Laterais
As bandas laterais são criadas quando um sinal de vibração primário — a portadora — tem a sua amplitude alterada ao longo do tempo por um segundo sinal mais lento: o modulador. O exemplo clássico é um dente de engrenagem com defeito:
- O Frequência de Engrenamento (GMF) é a portadora. Esta é uma frequência elevada gerada pelo engranzamento normal dos dentes da engrenagem.
- Um único dente fraturado nessa engrenagem cria um impacto por revolução. Cada vez que o dente com defeito entra em engranzamento, esse impacto modula — altera a amplitude de — o sinal da GMF.
- O velocidade de rotação da engrenagem é, portanto, a frequência modulante.
O resultado no espectro FFT é um pico elevado na GMF (a portadora) ladeado por picos de banda lateral menores espaçados à velocidade de rotação da engrenagem. Este padrão não só prova que existe uma falha, como também que está localizada nessa engrenagem específica. A relação é expressa por uma fórmula simples:
Frequência da banda lateral = frequência portadora ± (n × frequência de modulação), onde n = 1, 2, 3 …
A família de picos acima e abaixo da portadora forma assim um pente uniformemente espaçado, e contar o espaçamento em hertz — convertendo-o depois para rpm — indica ao analista exatamente qual o veio que está a funcionar com anomalia.
3. Principais Aplicações no Diagnóstico de Máquinas
Diagnóstico de Caixas de Engrenagens
Esta é a principal aplicação para análise de banda lateral.
- Bandas laterais em torno do GMF: se bandas laterais espaçadas à velocidade de funcionamento de uma engrenagem aparecerem em torno da sua GMF, indicam uma falha nessa engrenagem — um dente fissurado, um dente desgastado, ou excentricidade.
- Bandas laterais em torno dos harmônicos do GMF: falhas graves gerarão frequentemente bandas laterais em torno da 2× e 3× GMF também, pelo que o padrão de pente se repete em torno de cada harmônico.
- Frequência do dente de busca: em conjuntos de engrenagens complexos, bandas laterais não inteiras específicas na frequência do dente de caça podem localizar uma falha que só ocorre quando dois dentes específicos de engrenagens diferentes entram em contacto.
Diagnóstico de Rolamentos de Elementos Rolantes
As bandas laterais são também fundamentais para confirmar bearing faults, especialmente defeitos na pista interna:
- Um defeito no pista interna roda com o veio e, à medida que entra e sai da zona de carga do rolamento, a amplitude dos impactos que gera sobe e desce.
- Isto produz modulação de amplitude da frequência de falha da pista interior, BPFI.
- O espetro resultante mostra um pico em BPFI com bandas laterais espaçadas a 1× a velocidade de rotação do veio. Ver este padrão é um indicador de elevada confiança de um defeito na pista interior — e é uma das razões pelas quais análise de envelope é tão eficaz na desmodulação destes sinais.
Diagnóstico de Motores Elétricos
Problemas com as barras do rotor em um motor de indução CA podem causar o aparecimento de faixas laterais em torno do pico de velocidade de operação 1x. Essas faixas laterais são espaçadas na frequência de passagem do polo - a frequência de escorregamento do motor multiplicada pelo número de polos do motor — e são uma assinatura clássica de barras do rotor quebradas.
4. Considerações de Análise
Para usar efetivamente a análise de banda lateral, dados de alta qualidade são essenciais:
- Alta resolução: é necessária uma FFT de alta resolução (por exemplo, 3200 ou 6400 linhas) para visualizar claramente os picos de banda lateral e medir o seu espaçamento com precisão. Com baixa resolução, as bandas laterais ficam “fundidas” com o pico portador. A relação entre o número de linhas, a gama e a resolução pode ser verificada com um Calculadora de resolução FFT.
- Tendências: o número e a amplitude das bandas laterais são um bom indicador da gravidade da falha. À medida que a falha piora, surgem mais bandas laterais e a sua amplitude aumenta, pelo que o seu registo ao longo do tempo através de análise de tendências acompanha a deterioração.
- Ampliar FFT: a Zoom FFT função num analisador permite ao analista ampliar uma gama de frequências estreita com resolução muito elevada para confirmar a presença e o espaçamento das bandas laterais.
5. Interpretar o Espaçamento: Do Padrão ao Diagnóstico
O poder diagnóstico de uma família de bandas laterais reside na sua aritmética. Como o espaçamento é igual à frequência de modulação, um analista pode trabalhar em sentido inverso a partir do pente até ao elemento responsável: um espaçamento a 1× a velocidade do veio aponta para esse veio; um espaçamento à frequência de passagem de polos relacionada com o deslizamento aponta para o estado elétrico do motor; um espaçamento não inteiro aponta para um par de dentes específico. Medir previamente a frequência de engrenamento e a estrutura esperada de bandas laterais — por exemplo, com um calculadora da frequência de engrenamento — permite ao analista prever exatamente onde procurar antes de abrir o espectro.
No terreno, estes padrões são capturados com um analisador de espectro portátil transportado de máquina em máquina. Um instrumento como o Balanset-1A mede o espectro de vibração numa máquina em funcionamento com resolução suficientemente elevada para distinguir o pente de bandas laterais em torno de uma frequência de engrenagem ou de defeito de rolamento, permitindo ao engenheiro confirmar o diagnóstico no local; e quando o mesmo levantamento revela que o problema dominante é simplesmente desequilíbrio em vez de um defeito num dente ou numa pista, o instrumento passa diretamente para equilibragem no local to correct it.
Quando um analista encontra um padrão claro e simétrico de bandas laterais com o espaçamento esperado, a confiança no diagnóstico sobe de “possível” para “muito provável” — o que é precisamente a razão pela qual as bandas laterais são consideradas uma das impressões digitais mais fiáveis no terreno.
