Análise de Envelope (Demodulação) para Detecção Precoce de Falhas

Definição: O que é Análise de Envelope?

Análise de envelopetambém conhecido como demodulação ou envelopamento de alta frequência, é uma poderosa técnica de processamento de sinais usada em análise de vibração para detectar falhas em estágio inicial em rolamentos de elementos rolantes e caixas de engrenagens. Esses tipos de falhas, como trincas ou lascas microscópicas, geram uma série de ondas de estresse de baixa energia e alta frequência, ou "impactos", cada vez que um elemento rolante passa sobre o defeito. A análise de envelopamento é um método para extrair esses sinais de impacto repetitivos da vibração geral de fundo da máquina.

Por que a FFT padrão não é suficiente?

A energia desses pequenos impactos iniciais costuma ser muito baixa e em uma frequência muito alta para ser vista em um espectro de vibração padrão (FFT). O sinal costuma ficar oculto no ruído de fundo ou ser sobrecarregado por vibrações maiores e de frequência mais baixa, provenientes de fontes como desequilíbrio ou desalinhamento. Os impactos atuam como um *modulador* para as frequências de ressonância naturais da máquina. A análise de envelope foi projetada para demodular esse sinal e revelar as frequências de falha subjacentes.

O Processo de Análise de Envelope

A técnica funciona isolando os sinais de alta frequência e examinando sua taxa de repetição. O processo envolve várias etapas:

1. Filtragem passa-banda: O sinal de vibração bruto passa primeiro por um filtro passa-alta ou passa-banda. Isso remove toda a vibração forte de baixa frequência (por exemplo, abaixo de 1 kHz ou 5 kHz) e isola o zumbido de alta frequência e as ondas de estresse associadas aos impactos.
2. Retificação: O sinal de alta frequência filtrado é então retificado, o que essencialmente inverte a parte negativa do sinal para positiva. Isso prepara o sinal para o envelopamento.
3. Envelopamento (filtragem passa-baixa): Um filtro passa-baixa é aplicado ao sinal retificado. Isso suaviza o sinal da portadora de alta frequência, deixando apenas o "envelope" — uma forma de onda que representa o padrão de modulação de amplitude, que é a taxa de repetição dos impactos originais.
4. FFT do Envelope: Por fim, uma Transformada Rápida de Fourier (FFT) é realizada neste novo sinal de envelope. O "espectro de envelope" resultante mostra claramente a frequência dos impactos repetitivos.

Diagnosticando falhas com o espectro de envelope

Os picos no espectro do envelope correspondem ao cálculo do rolamento frequências de falha. Ao comparar os picos no espectro com essas frequências conhecidas, um analista pode determinar a localização exata da falha:

• BPFO (Frequência de Passe de Bola, Pista Externa): Indica um defeito na pista externa estacionária do rolamento.
• BPFI (Frequência de Passe de Bola, Pista Interna): Indica um defeito na pista interna rotativa. Este pico geralmente apresenta faixas laterais a 1x RPM porque o defeito está entrando e saindo da zona de carga.
• BSF (Frequência de rotação da bola): Indica um defeito em um dos elementos rolantes (as esferas ou rolos).
• FTF (Frequência Fundamental do Trem): A frequência mais lenta, indicando uma falha na gaiola do rolamento que mantém os rolos no lugar.

Da mesma forma, para caixas de engrenagens, o espectro de envelope pode revelar picos na velocidade de funcionamento de uma engrenagem que tem um dente rachado ou quebrado, indicando impacto repetitivo uma vez por revolução.

O poder da detecção precoce

A principal vantagem da análise de envelope é sua sensibilidade. Ela pode detectar falhas em rolamentos e engrenagens meses ou até um ano antes que se tornem aparentes em um espectro de velocidade padrão ou gerem calor suficiente para serem detectadas por termografia infravermelha. Isso fornece um alerta precoce inestimável, permitindo que a manutenção seja planejada e programada com o mínimo de interrupção, evitando falhas catastróficas e danos secundários.

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