Compreendendo Subharmônicos

1. Definição: O que é um subharmônico?

A Subharmônico é um componente de frequência em um vibração espectro que ocorre em uma fração inteira de uma frequência de força fundamental. Na análise de máquinas, essa frequência fundamental é quase sempre a velocidade de corrida (1X).

Os subharmônicos aparecem em frequências como 1/2X, 1/3X, 1/4X, etc., e também são chamados de subsíncrono vibrações porque ocorrem em uma frequência abaixo da velocidade síncrona principal (1X). A presença de uma série de subharmônicos (por exemplo, 1/2X, 3/2X, 5/2X) é um sinal clássico de tipos específicos de falhas na máquina.

2. Causas primárias de subharmônicos

Subharmônicos não são tão comuns quanto harmônicos (2X, 3X), mas quando aparecem, geralmente são um forte indicador de um dos seguintes problemas:

a) Frouxidão mecânica

Esta é a causa mais comum de subharmônicos, particularmente o componente 1/2X. Quando um componente está solto, como um rolamento em seu alojamento ou um parafuso de montagem solto, ele pode introduzir um efeito não linear de "salto" ou "choque". Esse tipo de impacto pode excitar o sistema de forma que ele responda a uma frequência que é metade da frequência de força principal (1X).

Um espectro que apresenta um pico de 1X acompanhado por uma série de subharmônicos em 1/2X, 3/2X (1,5X), 5/2X (2,5X), etc., é um sinal típico de frouxidão estrutural grave. Essa frouxidão permite impactos que ocorrem efetivamente a cada duas revoluções do eixo, gerando a família de picos de 1/2X.

b) Instabilidade do mancal de deslizamento

Em máquinas com mancais de filme fluido ou de munhão, as subharmônicas são um indicador crítico de instabilidades do filme de óleo. Essas vibrações são autoexcitadas e surgem da dinâmica da cunha de óleo que sustenta o eixo.

• Redemoinho de óleo: Esse fenômeno normalmente ocorre em uma frequência entre 0,42X e 0,48X da velocidade de rotação. É causado pelo próprio filme de óleo que começa a girar (girar) dentro da folga do rolamento, empurrando o eixo. Geralmente, é um pico forte e distinto abaixo de 0,5X.
• Batedor de Óleo: Esta é uma forma mais grave de instabilidade que ocorre quando a frequência do turbilhão de óleo coincide com a primeira frequência natural do rotor (velocidade crítica). Quando isso acontece, a vibração pode se tornar muito violenta e destrutiva. A frequência fica "presa" à frequência natural e não muda mesmo que a velocidade da máquina seja aumentada.

c) Outras Causas

• Problemas de transmissão por correia: Uma correia desgastada ou danificada pode, às vezes, gerar frequências subharmônicas relacionadas à velocidade de rotação da correia, que normalmente é menor que a velocidade da polia acionadora ou acionada.
• Frequências de passagem de lâminas ou palhetas: Em alguns casos com bombas ou ventiladores, picos subsíncronos podem estar relacionados à turbulência do fluxo ou condições de parada rotativa, que podem não ser frações exatas de 1X, mas ainda estão abaixo da velocidade de operação.

3. Análise e Confirmação

Quando subharmônicos são observados em um espectro, é crucial identificar a frequência exata. Um pico em exatamente 0,50X está muito provavelmente relacionado à frouxidão. Um pico em 0,47X é quase certamente um turbilhão de óleo. A presença de uma série completa (1/2X, 3/2X, etc.) confirma fortemente a frouxidão.

Analisando o forma de onda temporal também pode ser útil. A frouxidão geralmente demonstra evidências de impacto ou truncamento, enquanto o turbilhão de óleo pode aparecer como um sinal modulador mais complexo.

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