Compreendendo o Analisador de Vibração
A analisador de vibração é um instrumento eletrónico utilizado para medir, armazenar e visualizar dados pormenorizados vibração dados de máquinas. É a principal ferramenta do analista para diagnóstico de vibração - o dispositivo a que recorre quando precisa de compreender não só quanto uma máquina está a vibrar, mas o que é exatamente está a acontecer no seu interior. Onde um simples vibrômetro informa um único número global, um analisador capta o sinal completo e processa-o - sobretudo com o Transformada Rápida de Fourier (FFT) - para dividir a vibração nas suas frequências componentes.
1. Definição: O que é um analisador de vibração?
A caraterística que define um analisador é o facto de transformar um sinal bruto em informação de diagnóstico. Ao converter um sinal de tempo numa frequência espectro, O sistema permite ao analista reconhecer as impressões digitais de falhas específicas: desequilíbrio em velocidade de corrida, desalinhamento e a sua componente 2× caraterística, defeitos de rolamento nas suas frequências de falha não síncronas, e muitas outras. O valor global indica-nos que uma máquina não está bem; o espetro indica-nos por que. Essa distinção - de uma única magnitude para uma imagem resolvida por frequência - é a razão de ser do instrumento e é o que separa a condição rastreio de um verdadeiro diagnóstico.
2. Que dados fornece um analisador de vibrações
Um analisador é valioso precisamente porque pode apresentar o mesmo sinal de vibração em várias “vistas” diferentes, cada uma respondendo a uma questão de diagnóstico diferente:
- Nível geral de vibração: um único valor integrado numa banda de frequência definida, frequentemente utilizado para verificações rápidas do estado e das tendências.
- Forma de onda temporal: o sinal bruto em função do tempo, útil para avaliar a forma e a estabilidade da vibração e para detetar comportamentos não sinusoidais, como impactos ou cortes.
- FFT espectro: amplitude versus frequência - a principal vista para ver que frequências estão presentes e como a energia é distribuída entre elas.
- Velocidade de corrida componente (1×): a parte sincronizada com a rotação do rotor, a referência fundamental para a maioria dos diagnósticos de máquinas rotativas.
- Harmónicos da velocidade de corrida: componentes em múltiplos inteiros (2×, 3×, ...), comparados entre si para ponderar as suas contribuições relativas.
- Referência de velocidade e de fase: muitas tarefas de diagnóstico e de equilibragem exigem uma velocidade exacta e uma fase referência retirada de um tacômetro.
3. Como um analisador de vibrações transforma as medições em informações de diagnóstico
O analisador recebe o sinal dos seus sensores - na maioria das vezes um acelerômetro - e processa-o em software:
- Aquisição de sinais: capta a forma de onda temporal num ou mais canais, pelo que é possível comparar diretamente diferentes pontos na mesma máquina.
- Análise de frequência (FFT): a forma de onda bruta é convertida num espetro com o FFT, revelando os componentes discretos e os seus harmónicos.
- Processamento síncrono com um tacómetro: Dada uma referência de fase, o analisador extrai a componente 1× e constrói gráficos sincronizados com uma única rotação do rotor - a mesma base utilizada para algumas visualizações harmónicas.
- Configuração e controlo da medição: o utilizador escolhe a gama de frequências, o tempo de aquisição e as opções de processamento, tais como o janelamento aplicada antes da transformação.
As escolhas feitas na aquisição determinam o que o espetro pode resolver: a amplitude da frequência e o número de linhas fixam a resolução, pelo que os componentes com espaçamento próximo - tons próximos de uma harmónica, por exemplo - só são separáveis se a configuração o permitir. Um Calculadora de resolução FFT torna explícito o compromisso entre o intervalo, as linhas e a largura do compartimento antes de efetuar a medição.
4. Componentes de um sistema de análise de vibrações
Um sistema completo inclui normalmente:
- O analisador / coletor de dados: o hardware que recebe os sinais dos sensores e fornece as funções de medição.
- Sensores: tipicamente acelerómetros, embora, consoante a tarefa e o tipo de máquina, sejam utilizados outros sensores - por exemplo sondas de proximidade para a medição direta do movimento do veio em rolamentos de película fluida.
- Tacómetro / referência de fase: necessário para a medição da velocidade e todas as funções relacionadas com as fases (1×, harmónicas, equilibragem, medições síncronas).
- Software anfitrião: a aplicação - frequentemente num PC - que apresenta os gráficos, armazena os resultados, compara as medições ao longo do tempo e gera relatórios.
Esta separação entre uma unidade de medição e um software baseado em PC é o que define um analisador portátilO computador portátil fornece o ecrã, a capacidade de processamento e o armazenamento, pelo que o hardware de campo pode permanecer compacto.
5. Exemplo: Funções de análise de vibrações no software Balanset-1A
Balanset-1A é um sistema de dois canais, baseado em PC, para equilibragem de rotores e medição de vibrações, utilizado por engenheiros em mais de 50 países. Para além das suas funções de equilibragem, fornece medição e análise de vibrações através de duas ferramentas complementares: Modo de medidor de vibrações e Modo de gráficos. Trata-se de um exemplo concreto e funcional da arquitetura geral acima descrita - uma unidade de medição de dois canais que alimenta o software Windows.
5.1 Modo do medidor de vibrações: valores digitais mais onda e espetro
No modo de medidor de vibrações, o software apresenta a vibração global e a componente de vibração 1× (com fase quando está ligado um tacómetro). O mesmo ecrã também pode mostrar a forma de onda e a vista de espetro, pelo que uma verificação numérica rápida e um primeiro olhar sobre o conteúdo de frequência estão lado a lado.
5.2 Modo de gráficos: quatro tipos de gráficos para uma análise mais aprofundada
O modo de gráficos é utilizado quando se pretende uma análise gráfica de dois canais. Oferece quatro tipos de gráficos:
- Função global do tempo de vibração - a forma de onda temporal da vibração global.
- 1× gráficos de vibração sincronizados com uma rotação do rotor.
- Harmónicos de vibração 1× - os componentes harmónicos da velocidade de marcha.
- Espetro FFT - a vista do espetro, com a forma de onda mostrada por cima.
Função global do tempo de vibração
Este gráfico mostra como a vibração muda ao longo do tempo. É útil para avaliar a estabilidade e identificar alterações durante o intervalo de medição.
1× gráficos de vibração (vista síncrona)
Esta vista apresenta a vibração 1× ao longo de uma rotação do rotor. Está sincronizada com a marca de fase do tacómetro e é utilizada quando é necessário analisar a vibração associada à velocidade de funcionamento - a base dos dados de amplitude e fase em que se baseia a equilibragem.
Harmónicos de vibração 1×
Esta vista mostra os componentes harmónicos relacionados com a velocidade de funcionamento, ajudando-o a comparar os níveis harmónicos num único gráfico.
Vista do espetro FFT
Esta vista mostra o espetro de vibração - a principal ferramenta para identificar componentes de frequência e assinaturas de falhas - com a forma de onda apresentada acima do espetro para um contexto adicional. O instrumento mede a vibração num intervalo de cerca de 5 Hz até 1000 Hz, o que cobre confortavelmente a velocidade de funcionamento e os seus harmónicos inferiores em máquinas industriais típicas.
5.3 Fluxo de trabalho de medição típico (visão prática)
Um fluxo de trabalho de campo típico é simples:
- Instalar os sensores de vibração nos pontos de medição da máquina.
- Instalar o tacômetro e aplicar uma fita reflectora (a marca de fase) no rotor sempre que forem necessárias funções de fase ou de sincronização 1×.
- Ligar os sensores à unidade de medição Balanset-1A e a unidade a um computador portátil com Windows.
- Abra o modo Medidor de vibrações para uma verificação rápida e, em seguida, mude para o modo Gráficos para uma análise mais profunda - forma de onda global, gráficos 1×, harmónicos e espetro.
- Guardar as medições para comparação ao longo do tempo e para a elaboração de relatórios.
O mesmo fluxo de trabalho está subjacente ao equilibragem no localO analisador mede primeiro a resposta de desequilíbrio e, após a colocação de um peso de correção, volta a medir para confirmar o resultado - o diagnóstico e a correção são efectuados com um único instrumento.
6. O papel do analista
Mesmo com um analisador potente, o resultado ainda depende de uma configuração de medição correta e de uma boa interpretação. O instrumento fornece os dados - formas de onda, espectros e gráficos sincronizados - mas é o especialista que decide o que esses padrões significam para o estado da máquina e que ação exigem. Um espetro limpo de um sensor mal montado, ou uma assinatura de um manual lida fora de contexto, induzirá em erro tão seguramente como um número errado. O analisador é o microscópio; o engenheiro é o diagnosticador.
