Compreendendo os filtros de rastreamento
A filtro de rastreio — também designado filtro de acompanhamento de ordem ou filtro síncrono — é um filtro estreito filtro passa-banda used in análise de vibração em instrumentos que desloca automaticamente a sua frequência central para seguir um múltiplo escolhido, ou ordem, da velocidade de rotação da máquina. Um “filtro de acompanhamento 1×,” por exemplo, bloqueia continuamente a frequência de funcionamento, rejeitando tudo o resto e deixando passar apenas a componente fundamental 1×; um filtro 2× ou 3× segue, da mesma forma, o dobro ou o triplo da velocidade de funcionamento. Como o filtro acompanha a velocidade em vez de permanecer numa frequência fixa, consegue medir a amplitude e fase de uma componente síncrona mesmo enquanto a máquina acelera ou desacelera. Isso torna os filtros de acompanhamento indispensáveis para equipamentos de velocidade variável, na arranque e desaceleração transitórios, e para isolar componentes de ordem individuais dentro de análise de pedidos.
1. Como Funciona um Filtro de Acompanhamento
O princípio básico
- Referência de velocidade: um tacômetro ou keyphasor fornece um impulso por revolução.
- Cálculo de frequência: o instrumento determina a frequência de rotação instantânea a partir do intervalo entre esses impulsos.
- Multiplicação de ordem: multiplica essa frequência pelo número de ordem escolhido — 1, 2, 3, e assim sucessivamente.
- Centramento do filtro: um filtro passa-banda estreito é centrado na frequência resultante.
- Ajuste contínuo: à medida que a velocidade se altera, a frequência central do filtro acompanha-a sem interrupção.
- Saída: um sinal filtrado limpo contendo apenas a ordem selecionada.
O truque fundamental é que o filtro está escravizado ao tacómetro, pelo que sabe sempre onde se encontra atualmente a ordem de interesse no eixo de frequências — algo que um filtro fixo nunca consegue fazer numa máquina cuja velocidade varia.
Características do filtro
- Largura de banda: tipicamente ±2–10% da frequência central.
- Estreiteza: rejeita eficazmente as frequências vizinhas.
- Taxa de seguimento: capaz de acompanhar velocidades em variação rápida.
- Filtros múltiplos: os instrumentos modernos conseguem seguir várias ordens em simultâneo.
2. Aplicações
1. Análise de arranque e desaceleração
Esta é a aplicação principal. Enquanto a máquina acelera ou desacelera ao longo da sua gama de velocidades, um filtro de seguimento acompanha a componente 1× de forma contínua:
- Monitorizar a amplitude e a fase de 1× em função da velocidade durante o transiente — os mesmos dados captados durante uma aceleração.
- Gerar Diagramas de Bode de amplitude e fase em função da velocidade.
- Identificar velocidades críticas a partir dos picos de amplitude.
- Estimate amortecimento a partir da largura de cada pico de ressonância.
- Monitorizar 2× e 3× em simultâneo para revelar múltiplos modos.
2. Equipamentos de velocidade variável
- Mantenha medições baseadas em ordens apesar de uma velocidade em constante variação.
- Motores controlados por variador de frequência (VFD) cuja velocidade varia com o processo.
- Turbinas eólicas que respondem a rajadas de vento.
- Equipamento de processo cuja velocidade deriva com a carga.
- Monitorização de tendências consistente independentemente das flutuações de velocidade, porque tudo está referenciado a ordens e não a frequências fixas.
3. Balanceamento
- Monitorizar a componente 1× ao longo de todo o equilíbrio procedure.
- Filtre o conteúdo não-1× para uma leitura mais limpa.
- Efectue a medição de fase apenas na frequência 1×.
- Melhore a precisão eliminando fontes de vibração não relacionadas.
4. Análise por ordem específica
- Isole uma ordem específica para estudo detalhado.
- Monitorize a 2× para acompanhar a progressão de desalinhamento.
- Follow the passagem da lâmina ordem em ventiladores e bombas.
- Separe componentes de frequência que de outra forma se sobreporiam.
3. Vantagens dos Filtros de Rastreamento
Independência de velocidade
- As medições mantêm-se significativas independentemente da variação de velocidade.
- Os dados de diferentes velocidades podem ser comparados na mesma base de ordem.
- Essencial para qualquer máquina que não mantenha uma velocidade constante.
Isolamento de componentes
- Separa uma ordem de todas as outras frequências presentes.
- Produz sinais mais limpos do que um espectro completo FFT.
- Melhora a relação sinal-ruído para a ordem de interesse.
- Permite a medição precisa de amplitude e fase dessa ordem. Esta focagem síncrona está conceptualmente associada a média síncrona, que também utiliza o tacómetro para extrair componentes sincronizados com a velocidade do ruído.
Análise transitória
- Acompanha os componentes ao longo de toda a variação de velocidade.
- Fornece medição contínua durante a aceleração e desaceleração.
- Não requer condição de regime estacionário.
- Revela comportamentos dependentes da velocidade que uma medição estática não detectaria.
4. Limitações e Considerações
Requer um tacómetro
- Uma referência de velocidade precisa é obrigatória.
- A qualidade do sinal do tacómetro limita directamente o desempenho do filtro.
- Não pode ser utilizado em equipamentos sem referência de velocidade.
- O impulso de uma vez por revolução deve ser fiável, caso contrário o rastreamento deriva.
Rastreia apenas componentes síncronos
- As falhas não síncronas não são captadas — incluindo a maioria defeitos de rolamento, que produzem vibração assíncrona.
- As frequências da rede elétrica não são rastreadas.
- A vibração aleatória e de banda larga é filtrada.
- É necessária uma análise complementar para um diagnóstico completo.
Compromissos na largura de banda do filtro
- Filtro estreito: melhor rejeição de frequências adjacentes, mas resposta mais lenta a variações de velocidade.
- Filtro largo: rastreamento mais rápido, mas pode admitir componentes próximos.
- Ótimo: uma largura de banda de 5–10% é adequada para a maioria das aplicações, equilibrando seletividade e velocidade de rastreamento.
5. Filtro de rastreamento versus FFT
Um filtro de rastreamento e uma FFT são ferramentas complementares e não concorrentes. A FFT mostra o espectro completo a uma velocidade fixa; o filtro de rastreamento acompanha uma ordem ao longo de variações de velocidade. A tabela resume os pontos fortes de cada um.
| Recurso | Análise FFT | Filtro de rastreamento |
|---|---|---|
| Requisito de velocidade | Funciona em qualquer velocidade | Requer um tacómetro |
| Variação de velocidade | Requer velocidade constante | Suporta velocidades variáveis |
| Informação | Espectro completo, todas as frequências | Somente pedido único |
| Falhas não síncronas | Detecta todas as falhas | Perde não sincronizado |
| Análise transitória | Difícil | Excelente |
| Ideal para | Diagnóstico geral, estado estacionário | Análise de velocidade crítica, velocidade variável |
6. Implementações Modernas
Filtros de rastreamento digitais
- Implementado por software nos analisadores modernos.
- Rastreie múltiplas ordens simultaneamente — 1×, 2×, 3× em simultâneo.
- Oferecem largura de banda ajustável.
- Visualização em tempo real durante transitórios.
Integração com análise de ordens
- Os filtros de rastreamento constituem a base de uma análise de ordem abrangente.
- O espectro de ordens completo é extraído, com todas as ordens em simultâneo.
- Os resultados são apresentados como mapas de cores de ordem em função da velocidade, estreitamente relacionados com waterfall e cascata displays.
- As velocidades críticas podem ser detetadas automaticamente a partir dos dados de rastreamento de ordem.
7. Filtros de Rastreamento no Balanceamento em Campo
Num instrumento portátil, o filtro de rastreamento é o que mantém uma medição de balanceamento fiável quando a velocidade não se mantém perfeitamente estável. Ao deixar passar apenas a ordem 1× e rejeitar tudo o resto, fornece ao software um vetor limpo de amplitude e fase para trabalhar. O Balanset-1A utiliza exatamente esta abordagem: o impulso do tacómetro define a velocidade de funcionamento, a componente síncrona 1× é extraída nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de operação, e o vetor resultante orienta os cálculos de massa de prova e de correção — confirmando depois a vibração residual após a correção. O filtro de rastreamento é o mecanismo silencioso que torna esses valores repetíveis em máquinas reais com velocidade ligeiramente instável.
Os filtros de rastreamento são ferramentas especializadas mas poderosas, especialmente para a dinâmica de rotores e equipamentos de velocidade variável. Ao manterem o foco numa ordem escolhida enquanto a velocidade se altera, permitem a análise transiente e a monitorização independente da velocidade que as técnicas FFT convencionais não conseguem igualar — razão pela qual continuam a ser fundamentais na identificação de velocidades críticas e no diagnóstico avançado de maquinaria.
