O que é BPFO? Frequência de Passagem da Bola na Pista Externa Explicada • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é BPFO? Frequência de Passagem da Bola na Pista Externa Explicada • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é BPFO? Frequência de passagem da bola na pista externa explicada.

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Entendendo BPFO – Frequência de Passagem da Bola na Pista Externa

Definição: O que é BPFO?

BPFO (Frequência de Passes de Bola, Região Externa) é um dos quatro fundamentos frequências de falhas de rolamentos Isso indica a velocidade com que os elementos rolantes (esferas ou rolos) passam sobre um defeito localizado na pista externa de um rolamento. Quando existe uma lasca, trinca, cavidade ou outro defeito na pista externa, cada elemento rolante atinge o defeito ao passar, criando um impacto repetitivo que gera vibração na frequência BPFO.

A frequência BPFO é a mais importante para o diagnóstico de rolamentos, pois defeitos na pista externa são o tipo mais comum de falha, representando aproximadamente 40% de todas as falhas em rolamentos de elementos rolantes. A detecção de picos de BPFO nos espectros de vibração permite a identificação precoce de problemas na pista externa antes que ocorra a falha do rolamento.

Cálculo Matemático

Fórmula

O BPFO é calculado usando a geometria do rolamento e a velocidade do eixo:

  • BPFO = (N × n / 2) × [1 + (Bd/Pd) × cos β]

Variáveis

  • Não = Número de elementos rolantes (esferas ou rolos) no rolamento
  • n = Frequência de rotação do eixo (Hz) ou velocidade (RPM/60)
  • Bd = Diâmetro da bola ou do rolo
  • Pd = Diâmetro primitivo (diâmetro do círculo que passa pelos centros dos elementos rolantes)
  • β = Ângulo de contato (normalmente 0° para rolamentos de esferas radiais, 15-40° para contato angular)

Aproximação simplificada

Para rolamentos com ângulo de contato zero (β = 0°):

  • BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
  • Para mancais típicos com Bd/Pd ≈ 0,2, isso resulta em BPFO ≈ 0,6 × N × n
  • Regra prática: BPFO ≈ 60% de (número de bolas × frequência do eixo)

Valores típicos

  • Para rolamentos com 8 a 12 elementos rolantes: BPFO tipicamente 3 a 5 vezes a velocidade do eixo.
  • Exemplo: rolamento de 10 esferas a 1800 RPM (30 Hz) → BPFO ≈ 107 Hz (3,6× velocidade do eixo)

Mecanismo Físico

Por que defeitos na camada externa geram BPFO

Na maioria dos rolamentos, a pista externa é fixa, estando presa na caixa:

  1. Existe um defeito (lasca, cavidade) em um local fixo na pista externa do rolamento.
  2. À medida que a gaiola gira, ela transporta elementos rolantes ao redor do rolamento.
  3. Cada elemento rolante, por sua vez, passa sobre o local do defeito.
  4. Quando uma bola atinge a falha, ocorre um pequeno impacto ou "clique".
  5. Com N elementos rolantes, o defeito é atingido N vezes por revolução da gaiola.
  6. Como a gaiola gira a aproximadamente 0,4 vezes a velocidade do eixo, e cada bola atinge o alvo uma vez por revolução da gaiola, a taxa de impacto total = N × frequência da gaiola ≈ BPFO

Características de impacto

  • Cada impacto é breve (duração em microssegundos).
  • Os impactos são periódicos na frequência BPFO
  • A energia do impacto excita ressonâncias de alta frequência na estrutura do rolamento.
  • A natureza repetitiva cria picos espectrais nítidos.

Assinatura de vibração em espectros

No espectro FFT padrão

  • Pico primário: Na frequência BPFO
  • Harmônicos: Em 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO (indicando a gravidade do defeito)
  • Bandas laterais: Pode haver folgas laterais de ±1× se o anel externo puder girar ligeiramente ou devido à variação da zona de carga.
  • Amplitude: Aumenta à medida que o defeito se propaga.

No espectro de envelope

  • O pico do BPFO é muito mais nítido e de maior amplitude do que na FFT padrão.
  • Os harmônicos são exibidos com destaque.
  • Detecção precoce possível (defeitos detectáveis meses antes)
  • Menos interferência de vibrações de baixa frequência

Progressão de amplitude típica

  • Incipiente: 0,1-0,5 g (envelope), dificilmente detectável
  • Cedo: 0,5-2 g, pico BPFO nítido com 1-2 harmônicos
  • Moderado: 2-10 g, múltiplos harmônicos, bandas laterais aparecendo
  • Avançado: >10 g, numerosos harmônicos, nível de ruído elevado

Por que os defeitos de raça externa são os mais comuns?

As falhas na corrida externa predominam por vários motivos:

Concentração de carga

  • Em uma orientação típica de eixo horizontal, a zona de carga fica na parte inferior.
  • A pista externa na parte inferior suporta a maior parte da carga.
  • A carga constante na mesma seção externa da pista acelera a fadiga.
  • A pista interna gira, distribuindo a carga por toda a circunferência.

Tensões de instalação

  • A pista externa pressionada contra a carcaça pode sofrer danos durante a instalação.
  • Ajustes por interferência criam tensões residuais.
  • A instalação incorreta (desalinhamento, inclinação) danifica a pista externa.

Efeitos da contaminação

  • As partículas entram no rolamento pela pista externa.
  • A contaminação se concentrou na região externa da corrida.
  • Partículas se incorporam no material mais macio da camada externa.

Significância Diagnóstica

Alta confiança diagnóstica

A BPFO é um dos indicadores diagnósticos mais confiáveis:

  • A frequência é precisamente calculável e exclusiva para cada tipo de rolamento.
  • É improvável que seja confundido com outras frequências de máquinas.
  • Padrão de progressão claro à medida que o defeito piora.
  • Relação bem compreendida entre amplitude e tamanho do defeito

Avaliação da gravidade

  • Número de harmônicos: Mais harmônicos = defeito mais avançado
  • Amplitude de pico: Maior amplitude = maior área de defeito
  • Presença da banda lateral: Bandas laterais extensas indicam modulação, frequentemente devido à variação da zona de carga.
  • Nível de ruído: Níveis elevados de ruído indicam deterioração generalizada da superfície.

Relação com outras frequências de azimute

BPFO vs. BPFI

  • A frequência BPFI (pista interna) é sempre maior que a BPFO para o mesmo rolamento.
  • Proporção típica: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
  • Se ambos estiverem presentes, indica defeitos múltiplos (falha avançada).
  • A BPFO é mais comum inicialmente; a BPFI pode se desenvolver como dano secundário.

Bandas laterais em velocidade 1×

  • Enquanto a pista externa estiver parada, um ligeiro movimento é possível.
  • Uma folga excessiva no rolamento permite que a pista externa se desloque ou gire ligeiramente.
  • A variação da zona de carga conforme o rotor orbita cria modulação de amplitude.
  • Resulta em bandas laterais de ±1× em torno do pico BPFO.

Estratégia prática de monitoramento

Monitoramento de rotina

  • Análise mensal ou trimestral do envelope em cada local de rolamento.
  • Detecção automática do pico BPFO e análise de tendências
  • Alarme configurado com amplitude de 2 a 3 vezes a da linha de base.
  • Análise de tendências em dados históricos para prever o tempo de falha

Testes de Confirmação

Quando o BPFO é detectado:

  • Verificar se a frequência corresponde ao valor calculado (dentro de ±5%)
  • Verificar harmônicos (2×BPFO, 3×BPFO)
  • Procure pelo padrão característico da faixa lateral.
  • Compare com outros rolamentos da mesma máquina (deve ser específico para o rolamento defeituoso).
  • Aumente a frequência de monitoramento para semanal ou diária.

A detecção e o monitoramento de BPFO representam uma das aplicações mais bem-sucedidas da análise de vibração na manutenção preditiva, prevenindo falhas em rolamentos e possibilitando estratégias de substituição baseadas na condição, que otimizam tanto a confiabilidade do equipamento quanto os custos de manutenção.

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