A forma de onda do tempo: a base da análise de vibração
O forma de onda temporal — também conhecido como sinal no domínio do tempo — é o sinal bruto, não processado, que provém diretamente de um transdutor de vibração como um acelerômetro ou um sonda de proximidade. Trata-se de um gráfico que representa a amplitude do vibração no eixo vertical (Y) em função do tempo no eixo horizontal (X). Por outras palavras, trata-se de uma representação direta e instantânea do movimento físico de vaivém da máquina no local do sensor durante um curto intervalo de tempo — o registo original do qual derivam todas as outras representações dos dados.
1. Definição: O que é uma forma de onda temporal?
Antes de qualquer processamento matemático, o sensor produz uma tensão que varia continuamente, proporcional ao movimento. Quando essa tensão é amostrada e representada em função do tempo, o resultado é a forma de onda temporal. Trata-se da representação mais literal da vibração que existe: nada foi calculado em média, filtrado ou transformado. Todas as outras ferramentas utilizadas por um analista — o espectro, os indicadores estatísticos, os gráficos de órbita — são calculadas de este sinal, razão pela qual a compreensão da forma de onda está na base de todo o análise de vibração.
Uma vez que preserva a verdadeira sequência dos acontecimentos, a forma de onda responde a uma questão que o domínio da frequência não consegue: não apenas que as frequências estão presentes, mas exatamente quando e quão difícil cada acontecimento ocorreu.
2. O papel da forma de onda temporal no diagnóstico
Enquanto o espetro de frequência (FFT) é a principal ferramenta para diagnosticar a maioria das avarias em máquinas em estado estacionário, a forma de onda temporal é um complemento indispensável. A FFT calcula o conteúdo de frequência média ao longo da duração da amostra, o que pode fazer com que eventos de curta duração, transitórios ou não periódicos fiquem difusos ou ocultos. A forma de onda mostra exatamente o que aconteceu de um instante para o outro, o que a torna ideal para a análise:
- Eventos impulsivos: isso mostra claramente os impactos acentuados que são frequentemente o primeiro sinal de consequência ou defeitos de engrenagem.
- Modulação e batidas: o padrão clássico de alta e baixa de batimento é mais claramente visto na forma de onda do tempo.
- Eventos transitórios: pode captar eventos aleatórios e pontuais que uma FFT simplesmente ignoraria.
- Saturação do sinal: revela imediatamente se o sinal do sensor excedeu a faixa de entrada do analisador — uma situação que invalidaria totalmente a FFT.
- Roçamentos: o som agudo e distorcido de um fricção do rotor é frequentemente mais evidente na forma de onda.
Por esse motivo, um analista experiente analisa sempre em conjunto tanto o espectro como a forma de onda temporal; basear-se apenas num deles deixa parte da história da máquina por contar.
3. Como analisar uma forma de onda temporal
Analisar uma forma de onda significa examinar a sua forma e algumas características essenciais. As definições utilizadas para a capturar também são importantes — o comprimento da amostra deve ser suficientemente longo para incluir várias rotações do eixo, e a frequência de amostragem suficientemente elevada para evitar aliasing do conteúdo de alta frequência que os impactos produzem.
Amplitude de pico
A amplitude máxima — a pico — é uma medida direta da maior força ou tensão num evento. Um pico elevado num sinal que, de resto, apresenta baixa energia é um forte indicador de impacto. Como os impactos são tão breves, os analistas costumam analisar o pico verdadeiro em vez de um valor suavizado, e pode indicá-lo pico a pico para sinais de deslocamento.
Forma geral
Uma máquina em bom estado e bem equilibrada produz normalmente uma forma de onda limpa e sinusoidal na velocidade de funcionamento frequência. As distorções dessa forma revelam a presença de outras frequências ou forças. Um aspeto «achatado» ou «cortado», por exemplo, é um sinal clássico de frouxidão mecânica, onde o movimento do componente é fisicamente limitado nos extremos do seu percurso.
Padrões repetitivos e periodicidade
Ao posicionar cursores no gráfico, um analista pode medir o tempo entre eventos repetidos.
- O intervalo entre picos significativos dá a período da vibração fundamental, que se inverte diretamente na sua freqüência (Frequência = 1 / Período).
- Impactos mais pequenos e repetitivos que «acompanham» a forma de onda principal podem determinar a frequência exata de repetição de uma avaria num rolamento ou numa engrenagem — muitas vezes antes de essa avaria ser claramente visível no espectro.
Parâmetros estatísticos
Os valores calculados a partir da forma de onda constituem indicadores de diagnóstico poderosos e concisos:
- RMS (Raiz Quadrática Média): mede o conteúdo energético global do sinal e avalia a gravidade geral.
- Fator de crista: a relação entre a amplitude de pico e o valor RMS. Um fator de crista elevado (bem acima de 3) indica um forte impacto, apesar de um nível de energia, de resto, modesto.
- Curtose: uma medida da «intensidade de pico» do sinal que é altamente sensível a falhas nos rolamentos em fase inicial, aumentando frequentemente antes do valor RMS.
4. Captura da forma de onda no terreno
Uma forma de onda só é útil se for captada com clareza na máquina em funcionamento. Um instrumento portátil de dois canais, como o Balanset-1A regista o sinal bruto no domínio do tempo proveniente dos seus acelerómetros, juntamente com o espectro FFT, para que o analista possa alternar entre as duas visualizações da mesma medição no local. Observar a forma de onda em tempo real enquanto a máquina está em funcionamento permite perceber imediatamente se o sinal está a sofrer distorção, se existem impactos bruscos e se a janela capturada é suficientemente longa e estável para ser considerada fiável — verificações que são muito mais difíceis de realizar apenas a partir de um espectro processado.
5. Forma de onda vs. Espectro: Uma parceria
A forma de onda temporal e o espectro de frequências são duas perspetivas diferentes dos mesmos dados, e funcionam melhor em conjunto do que em oposição:
- O espectro destaca-se na separação de múltiplas frequências em estado estacionário e muito próximas entre si — por exemplo, distinguindo a velocidade de corrida harmônicos proveniente de um componente de engrenagem nas proximidades.
- O forma de onda destaca-se por revelar a verdadeira amplitude dos impactos e a natureza dos eventos em estado não estacionário.
Um exemplo comum ilustra bem esta parceria: o espectro pode mostrar apenas um ruído de fundo ligeiramente elevado, enquanto a forma de onda revela que a causa é uma sequência de impactos repetitivos de baixa amplitude, resultantes de uma avaria num rolamento que se está a desenvolver. Uma perspetiva indica que algo mudou; a outra explica o que é. Juntas, proporcionam uma visão completa do estado da máquina.
