envelope e baixa velocidade de rotação figura 1

Envelope e baixa velocidade de rotação

1 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – INTRODUÇÃO

Neste artigo explicam-se a características especificas da implementação do envelope e baixa velocidade de rotação.

A deteção de avarias em rolamentos a rodarem a baixas velocidades de rotação constitui uma necessidade frequente em programas de manutenção preditiva. As limitações das abordagens tradicionais são frequentemente sentidas, mas mal compreendidas. 

Efectivamente, quando se quer medir correctamente a amplitude de picos de impacto o parâmetro principal a tomar em consideração é a frequência de amostragem da forma de onda e não a máxima frequência do espectro.

2 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – IMPACTOS E ANÁLISE DE SINAL

Os danos nos rolamentos surgem em termos de vibrações sobre a forma de choques bem evidentes na forma de onda.

 figura 1

Estes impulsos, de muito curta duração, são bem detectados com um medidor de vibrações com detector pico.

1ª Regra – Para acompanhar a evolução de picos de impacto é necessário medir corretamente a amplitude pico da forma de onda

Vamos imaginar que num rolamento a rodar a baixa velocidade de rotação queremos medir um espectro até 100 Hz. Para isso, tipicamente, o conversor analógico-digital de um analisador de espectros vai obter uma forma de onda amostrada a 2,56 x 100 Hz = 256 Hz, ou seja, a forma de onda vai ser constituída por amostras obtidas de 4 em 4 ms, o que é completamente insuficiente para medir adequadamente a amplitude pico dos choques. Na figura a seguir apresentada pode-se ver o exemplo de uma forma de onda com um número de amostras insuficiente e em que a sua amplitude não é adequadamente caracterizada.

Figura 13 – Amostragem da forma de onda pelo conversor analógico-digital

Para caracterizar adequadamente um choque que dura menos de um milisegundo têm de se tirar no mínimo 10 amostras por milisegundo, por exemplo. Temos portanto, que para caracterizar adequadamente a amplitude de um impulso que dure um segundo necessitar-se-á de uma frequência de amostragem de 10 KHz , o que corresponderia a uma frequência máxima no espectro de 4 KHz.

2ª Regra – Mesmo se o rolamento é de baixa velocidade de rotação o fim de escala em frequência tem de ser elevado

Se esta regra não for seguida a amplitude que surge na forma de onda e no espectro não é a real.

Agora, num rolamento de baixa velocidade de rotação as frequências de defeitos são na ordem de alguns Hz e tem-se portanto de obter espectros de alta resolução, com um elevado numero de linhas, como sejam por exemplo 3200.

 3ª Regra – Para se verem as frequências características de defeitos têm de se utilizar espectros de alta resolução

Tudo o que se referiu para a análise do espectro de frequência também é válido para a análise do envelope.

Como é sabido, para se caracterizar adequadamente as vibrações dos rolamentos convém retirar primeiro as outras vibrações de baixas frequências presentes na máquina. Isto é normalmente efectuado pela análise de envelope.

3 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – A ANÁLISE DO ENVELOPE

Este é o esquema tradicional da análise do envelope.

figura 3

O que se pretende é o que se pode ver a seguir.

a) Forma antes do filtro passa alto.

b) Forma de onda depois do filtro.

envelope e baixa velocidade de rotação figura 1

c) Sinal depois da retificação (a vermelho).

envelope e baixa velocidade de rotação Figura 17 - Sinal depois da retificação (a vermelho)

Na conversão analógico-digital as limitações são as mesmas que na análise do espectro tradicional.

4 – A AMPLITUDE DO ENVELOPE

O envelope original não consegue medir com precisão a amplitude de eventos de muito curta duração.

envelope e baixa velocidade de rotação Figura 17 - Sinal depois da retificação (a vermelho)

Os filtros analógicos normalmente utilizados tem um atraso no tempo de resposta o que os impede de efectuar medidas precisas de impulsos.

É por isto que muitos fabricantes informam que a amplitude das componentes do espectro do envelope não é fiável, e este só pode ser utilizado para fins de diagnóstico.

Como medir então a amplitude pico da forma de onda do envelope?

Existe alguma forma de ter um espectro de envelope com componentes de amplitude correcta?

5 – MEDIÇÃO CORRECTA DA AMPLITUDE PICO DA FORMA DE ONDA DO ENVELOPE

Existem duas maneiras de medir corretamente a amplitude da forma de onda do envelope:

A tradicional; utilizar um detetor de amplitude pico. As medidas da amplitude pico da forma de onda dão resultados corretos, mas a amplitude das componentes do espectro não o é.

A mais recente; amostrar em primeiro lugar a forma de onda a uma frequência elevada (por exemplo 100 KHz), independentemente da máxima frequência do espectro, para se assegurar que se deteta corretamente a amplitude dos picos de impacto. De seguida estas amostras servem para reconstruir uma forma de onda que vai servir á construção do espectro de frequência. Nesta forma de onda reconstruída cada amostra retém o maior valor do conjunto amostras que lhe deu origem.

A seguir segue-se um diagrama de blocos desta forma de análise de envelope.

envelope e baixa velocidade de rotação análise de vibrações em rolamentos diagrama de blocos da análise do envelope

Com esta abordagem a amplitude dos picos na forma de onda e das componentes do espectro, apresentados, é a correta.

Figura 19 – Medição correta da amplitude pico da forma de onda do envelope

6 – ENVELOPE E BAIXA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO – CONCLUSÃO

Quando se quer medir corretamente a amplitude de picos de impacto o parâmetro principal a tomar em consideração é a frequência de amostragem da forma de onda e não a máxima frequência do espectro.

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