O que é Integração em Vibração? Conversão de Sinal • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é Integração em Vibração? Conversão de Sinal • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é Integração em Vibração? Conversão de Sinal

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Compreendendo a integração na análise de vibração

Definição: O que é integração?

Integração em vibração A análise é o processo matemático de conversão de medições de vibração de um parâmetro para outro, realizando integração no domínio do tempo ou dividindo pela frequência no domínio da frequência. Mais comumente, a integração converte aceleração (medido por acelerômetros) para velocidade, ou velocidade para deslocamento. Como aceleração, velocidade e deslocamento estão relacionados por meio de cálculo (velocidade = ∫aceleração dt; deslocamento = ∫velocidade dt), a integração permite expressar a vibração no parâmetro mais apropriado para a aplicação e faixa de frequência.

A integração é essencial porque diferentes parâmetros de vibração são ideais para diferentes propósitos: aceleração para análise de alta frequência (defeitos em rolamentos), velocidade para condições gerais de máquinas (padrões ISO) e deslocamento para equipamentos de baixa velocidade e avaliação de folga.

Relações Matemáticas

Integração no Domínio do Tempo

  • Velocidade a partir da aceleração: v(t) = ∫ a(t) dt
  • Deslocamento da Velocidade: d(t) = ∫ v(t) dt
  • Deslocamento por aceleração: d(t) = ∫∫ a(t) dt dt (integração dupla)

Integração no Domínio da Frequência

Mais simples no domínio da frequência:

  • Velocidade a partir da aceleração: V(f) = A(f) / (2πf)
  • Deslocamento da Velocidade: D(f) = V(f) / (2πf)
  • Resultado: Dividindo por frequência, então as frequências baixas são amplificadas, as frequências altas são reduzidas

Por que a integração é necessária

Limitações do sensor

  • Acelerômetros são os sensores mais versáteis e comuns
  • Mas a aceleração nem sempre é o melhor parâmetro para análise
  • A integração permite o uso do acelerômetro para todos os tipos de parâmetros
  • Mais econômico do que vários tipos de sensores

Seleção de parâmetros por frequência

  • Alta frequência (>1000 Hz): Melhor aceleração (defeitos de rolamento)
  • Frequência média (10-1000 Hz): Melhor velocidade (máquinas em geral, normas ISO)
  • Baixa frequência (< 10 Hz): Deslocamento melhor (equipamentos de baixa velocidade, folgas)
  • Integração: Permite usar parâmetros ideais para cada faixa de frequência

Requisitos Padrão

  • A ISO 20816 especifica a velocidade RMS
  • Se medir aceleração, deve integrar à velocidade
  • As medições da sonda de proximidade no deslocamento devem ser convertidas para comparação de velocidade

Desafios de Integração

Deriva de baixa frequência

O principal problema de integração:

  • Qualquer offset DC ou componente de frequência muito baixa
  • A integração amplifica frequências baixas (dividindo por números pequenos)
  • Cria enormes erros de baixa frequência
  • O sinal “desvia” da escala
  • Solução: Filtro passa-alta antes da integração (tipicamente corte de 2-10 Hz)

Amplificação de ruído

  • A integração é uma operação 1/f (amplifica baixas frequências)
  • Ruído de baixa frequência amplificado mais que o sinal
  • Pode degradar a relação sinal-ruído
  • Solução: Filtrar ruído antes da integração

Erros de compostos de integração dupla

  • A aceleração para o deslocamento requer dupla integração
  • Os erros se multiplicam
  • Muito sensível ao deslocamento DC e ruído de baixa frequência
  • Filtragem passa-alta agressiva essencial (10-20 Hz típico)

Procedimento de Integração Adequado

Integração Única (Aceleração para Velocidade)

  1. Adquirir sinal: Coletar dados de aceleração com taxa de amostragem adequada
  2. Remoção de DC: Remova qualquer deslocamento DC
  3. Filtro passa-alta: Aplique HPF a 2-10 Hz para remover o desvio
  4. Integrar: Realizar integração (dividir por 2πf no domínio da frequência)
  5. Verificar: Verifique o resultado para valores razoáveis e sem desvios

Dupla Integração (Aceleração para Deslocamento)

  1. HPF agressivo: Corte de 10-20 Hz (maior que a integração simples)
  2. Primeira Integração: Aceleração → velocidade
  3. Verificar Intermediário: Verifique o resultado da velocidade
  4. Segunda Integração: Velocidade → deslocamento
  5. Verificação final: Confirme se o deslocamento é razoável

Domínio da frequência vs. Domínio do tempo

Integração de Domínio de Frequência (Preferencial)

  • Método: FFT → dividir por 2πf → FFT inverso
  • Vantagens: Simples, sem erros cumulativos, fácil de aplicar filtragem
  • Implementação: Padrão em analisadores modernos
  • Resultado: Integração limpa e precisa

Integração no Domínio do Tempo

  • Método: Integração numérica (regra trapezoidal, regra de Simpson)
  • Desafios: Erros cumulativos, desvio, filtragem mais complexa
  • Usar: Quando o domínio da frequência não é prático

Aplicações práticas

Conformidade com os padrões

  • Converter medições do acelerômetro em velocidade para comparação ISO 20816
  • Converter deslocamento da sonda de proximidade em velocidade
  • Garante uma comparação consistente entre os tipos de sensores

Máquinas de baixa velocidade

  • Em baixas velocidades (< 500 RPM), a aceleração e a velocidade tornam-se pequenas
  • Deslocamento mais significativo
  • Integrar aceleração ao deslocamento para análise

Análise Multiparâmetros

  • Veja a mesma vibração como aceleração, velocidade e deslocamento
  • Cada parâmetro enfatiza diferentes faixas de frequência
  • Compreensão abrangente das características de vibração

Erros comuns

Integração sem filtragem

  • Resultados em desvios e erros
  • Valores de deslocamento inutilizáveis
  • Sempre filtro passa-alta antes de integrar

Frequência de corte errada

  • Muito baixo: problemas de deriva
  • Muito alto: frequências baixas válidas removidas
  • É necessário equilibrar a prevenção de desvios com a preservação do sinal

Comparando Parâmetros Mistos

  • Não compare aceleração com velocidade diretamente
  • Converter para o mesmo parâmetro antes da comparação
  • O conteúdo de frequência afeta qual parâmetro mostra valores mais altos

A integração é uma operação fundamental de processamento de sinais na análise de vibração que permite a conversão entre medições de aceleração, velocidade e deslocamento. Uma técnica de integração adequada — incluindo filtragem passa-alta adequada para evitar desvios e a compreensão da implementação no domínio da frequência — é essencial para a conversão precisa dos parâmetros de vibração, a conformidade com as normas e uma análise multiparâmetro abrangente das condições das máquinas.

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