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Análise de vibrações com
Envelope Menos de 1 ms
Introdução
Também designada de….
❑PeakVue ( CSI)
❑Espectro de Spike Energy (ENTEK)
❑Desmodulação
❑Análise do envelope
❑Etc.
A análise do envelope é, atualmente, a ferramenta por excelência, para deteção de avarias
em rolamentos por análise de vibrações.
Tornou-se também essencial para diagnosticar todos os problemas mecânicos que podem
gerar choques, como sejam engrenagens em mau estado, folgas, desapertos, etc.
Sobre a DMC e a D4VIB
equipamentos e serviços de manutenção preditiva
Adaptamo-nos
às suas
necessidades !
Software
Hardware
Formação
Implementação
Medições
Apoio técnico
Relatórios
As vibrações nas máquinas
1ª As máquinas têm vibrações de nível importante nas baixas frequências que
mascaram e surgem misturadas com as de amplitude menor dos danos nos
rolamentos
Eliminação de vibração a baixas frequências
Introdução de filtro passa alto
Forma de onda antes do filtro Forma de onda depois do filtro
Vibrações
Termografia
Ultrassons
Análise de motores
elétricos
DMC - Tecnologias preditivas
Emissão acústicaMedição de tensão
em veios
Deteção de avarias em rolamentos
Espetro Set. 98 Espetro Oct 98
• O espectro FFT, em velocidade, não fornece um aviso avançado de danos em
rolamentos
• São necessários outras técnicas
Equilibragem
no local
Proteção de
rolamentos
DMC -Tecnologias corretivas
Alinhamento
de veios
Calibração de cadeias de
monitorização de vibrações
Análise do espectro FFT - limitações
2ª Para se ter resolução para se poder observar as frequências características
dos rolamentos quando se define a Frequência Máxima do espectro estão a
excluir-se as altas frequências onde se sabe existirem os sintomas dos impactos
Análise do Envelope - O que nos interessa no
diagnóstico de impactos ?
1º A sua periodicidade >>>> frequência
2º A sua amplitude exata
Analise do espectro FFT - limitações
3ª Dos impactos resultam vibrações às frequências naturais
dos órgãos sujeitos aos impactos , o que é uma informação
sem interesse
Tempo - segundos Tempo - segundos
Forma de onda
do rolamento
Forma de onda
expandida
Uma informação muito importante consiste no
período de repetição dos choques
Retificação
Esquema de funcionamento do envelope mais
comum
Filto
Passa
Alto
Filtro
Passa
baixo
Rectificação
da forma
de onda
Remoção
de
DC
Conversão
A/D
FFT
Fase do Envelope
Forma de onda
antes do filtro Forma de onda
rectificada
Espectro do
envelope
Tempo de resposta de circuitos de retificação
• Tempo de resposta de filtros analógicos = atraso na resposta
• Impacto inicial dos rolamentos têm uma duração muito curta
Forma de onda do envelope
O envelope tradicional não
consegue medir com precisão o
nível de eventos muito curtos
A amplitude da forma de onda e do envelope
digital tradicional
A frequência de amostragem é normalmente de 2,56 X Fmax
Exemplo: Fmax= 500 Hz >>>> F amostragem = 1280 HZ
1 seg. / 1280 = 0,78 milisegundos
Questões
• Será que uma das amostras coincide com o pico da forma de onda?
• Será que medimos corretamente o nível do sinal ?
Amostragem e Aliasing
Sinal reconstruído com erro de "Aliasing"Sinal Original
Amostras do CAD
Quando um processo físico não é amostrado de forma suficientemente rápida para descrever
com precisão o seu conteúdo em frequência, as componentes de alta frequência surgem
como frequências de baixa frequência, sendo este fenómeno designado de aliasing. A sua
amplitude não é medida correctamente
Erros de "Aliasing"
Duração de fenómenos
Para se obter a amplitude exacta a frequência de amostragem da forma de onda deve ser bastante superior a
este valor
Uma amostragem a 2,56 vezes o Fmax do espectro do envelope não é
suficiente !!!!
Os impactos têm uma duração entre os micro
(ondas de tensão) e os milisegundos (impactos)
esferas
ondas de
tensão
Pista
exterior
defeito
Progressão de Defeito
• Fase inicial
• Fendas á superfície
• Impulso estreito (menos de 1 ms)
Menos de 1 ms
Progressão de Defeito
• Fase inicial
• Fendas á superficie
• Impulso estreito (menos de 1 ms)
• Fase avançada
• Arranque, picadas
• Impulso mais longo (alguns ms)
Menos de 1 ms
2-3 ms
Exemplo de amostragem a elevada frequência para
se obter amplitude correta da forma de onda
Deteção de picos de impacto
Tempo de resposta
• Tempo de resposta de filtros analógicos = atraso na
resposta
• Impacto inicial nos rolamentos têm uma duração muito
curta
Menos de 1 ms
Forma de onda do
envelope tradicional
O envelope tradicional não
consegue medir com precisão o
nível de eventos muito curtos
Forma de onda com detecção
de picos de impacto
Exemplo - sinal depois de retificado
Sinal de 10 KHz com a duração de 2 ms emitido 10 vezes por segundo
Sinal original Amostrado a frequência
com F max de 200 Hz
Amostrado a 2,56 F
max de 200 Hz
Há medida
que a
frequência de
amostragem
baixa o nível
medido
também
baixa
Exemplo - sinal depois de retificado
Sinal de 10 KHz com a duração de 2 ms emitido 10 vezes por segundo
Amostrado a frequência
com F max de 50 Hz
Amostrado a 2,56 F max
de 50 Hz
Sinal original
Há medida
que a
frequência de
amostragem
baixa o nível
medido
também
baixa
Exemplo - sinal depois de rectificado
Sinal de 10 KHz com a duração de 2 ms emitido 10 vezes por segundo
Amostrado a frequência
com F max de 20 Hz
Amostrado a 2,56 F max de 20 Hz
Sinal original
Há medida
que a
frequência de
amostragem
baixa o nível
medido
também
baixa
Esquemas de funcionamento
tradicional < – >mais recente
Detecção
Digital
de picos
de impacto
FFT
Envelope tradicional
Envelope com detecção de picos de impacto
Filto
Passa
Alto
Filtro
Passa
baixo
Rectificação
da forma
de onda
Remoção
de
DC
Conversão
A/D
FFT
Fase do Envelope
Filto
Passa
Alto
Rectificação
da forma
de onda
Análise em Frequência
Resultados frequentemente semelhantes
• Ambos fornecem indicação clara da frequência de impacto
Espectro do envelope com deteção
de picos de impactoEspectro do envelope tradicional
 O envelope tradicional é mais sensível a “ruído” (problema a baixos RPM)
Medição de Amplitude
Os resultados parecem semelhantes , com excepção dos níveis medidos.
O verdadeiro nível de impactos é de 0.05 g:
Envelope tradiconal tem erros de 90% A detecção de picos de impacto
evidencia o nível real
(amplitude = 0.006 g) (amplitude = 0.05 g)
Espectro do envelope
tradicional
Espectro com detecção de
picos de impacto
Envelope tradicional é menos eficiente com:
máquinas de baixa velocidade (menos de 30 RPM)
impulsos demasiado curtos para serem registados
Forma de onda do
envelope tradicional
Forma de onda com detecção
de picos de impacto
Deteção em Frequência(cont.)
Envelope tradicional é menos eficiente com:
máquinas de baixa velocidade (menos de 30 RPM)
• Solução: medir ressonância da máquina (azul) em vez do sinal de impacto (vermelho)
Custo: perde-se informação do nível de impactos
Deteção em Frequência(cont.)
Diagnóstico com base na forma de onda
Envelope tradicional
distorce forma de onda
A técnica de detecção de picos
de impacto mantém a forma original
Envelope tradicional é menos eficiente com:
máquinas de baixa velocidade (menos de 30 RPM)
Solução:
Aumentar Frequência Máxima do FFT
Em vez de se medir o impacto tenta-se medir
máquina a vibrar às suas frequências naturais
Deteção em Frequência(cont.)
Análise em Frequência(cont.)
Envelope tradicional é menos eficiente com:
máquinas de alta velocidade (mais de 3,600 RPM)
• os impulsos tendem a “amontoar-se”
Forma de onda do envelope
tradicional
Forma de onda com deteção de
picos de impacto
Comparação
Método Envelope
tradicional
Com detecção de
picos de impacto
Circuitos Analógicos Analógicos e
digitais
Resposta Com atraso A elevada
frequência (Ex.:
100 KHz )
Detecção de
frequência
Tipicamente boa Sempre boa
Nível Sem significado Preciso e pode-se
usar para tendência
Saídas para
diagnóstico
Só espectro Espectro e forma
de onda
Análise do Envelope
regras de aplicação
• Rolamentos – filtro passa alto a frequência superior a 40
vezes a velocidade de rotação
• Engrenagens - filtro passa alto a frequência superior a 3,5
vezes a frequência de engrenamento
• A frequência máxima do espectro do envelope têm de ser
inferior á do filtro passa alto, e convém preferencialmente
ser inferior a metade deste.
• Cuidado com a montagem do acelerómetro !!!!
• Não efetuar médias – aumentar a resolução (tem o mesmo
efeito de efetuar médias)
Análise do Envelope
regras de aplicação e RPM
RPM
Filtro
Passa Alto Fmax
Base
Magnética
Numero
de Médias
Minimo Nº
de linhas
0 - 700 500 Hz 40 x RPM 2 polos 800
700 -1500 1000 Hz 40 x RPM 2 polos 800
1501 - 3000 2000 Hz 40 x RPM Plana 1600
3001 - 4000 2000 Hz 30 x RPM Plana 1600
4001 - ... 5000 Hz 40 x RPM Plana 1600
1
Aplicações de Diagnóstico
de Forma de Onda
A deteção de picos de impacto na forma de onda fornece informação de
diagnóstico crucial:
Correntes e gruas : ciclos muito curtos com velocidade a variar muito rapidamente.
Equipamento com velocidade de rotação muito baixa: a rodar a menos de 50 RPM
Engrenagens com dentes partidos:
O espectro disponibiliza o diagnóstico, mas…
A forma de onda indica a severidade
Diagnóstico a partir da forma de onda
Exemplo de defeito em rolamento em máquina de baixa velocidade de rotação:
• impactos individuais surgem claramente
• é visível o nível dos impactos
• esta informação não surge no espectro FFT
Forma de onda normal de um rolamento em
mau estado
Forma de onda normal
• visível algum nível de
impactos
• Reduzida amplitude
só 0.043 g pico
Espectro FFT normal de um rolamento em mau
estado
Espectro normal
• nenhuma indicação clara
• Reduzida amplitude
só 0.0002 g RMS
Forma de Onda de Envelope de Pico de Impacto
de rolamento em mau estado
Forma de Onda de Pico
de Impacto
•indicação clara de
mau rolamento
• Amplitude verdadeira
de 3.72 g pico
Espectro de Pico de Impacto normal de um
rolamento em mau estado
Espectro de picos de impacto
• picos evidentes no espectro
•Amplitude significativa
0.7 g RMS
Exemplos
• Máquinas críticas e de baixa velocidade
Exemplo 1
Máquina: Motor elétrico de 4 polos de 250kW
Aplicação: Acionamento de ventilador de mina através de um
redutor de um só andar. O motor era critico para a
operação.
Problema: Possível dano na pista interior do rolamento.
Espectro normal mostra sintomas de
defeito na pista interior, pouco claros.
Espectro do envelope mostra
sintomas claros de defeitos na pista
interior.
Exemplo 1
Exemplo 1
Máquina: Motor elétrico de 4 polos de 250kW
Aplicação: Acionamento de ventilador de mina através de um
redutor de um só andar. O motor era critico para a
operação.
Problema: Possível dano na pista interior do rolamento.
Conclusão O motor foi enviado para revisão e o rolamento foi
inspecionado. Encontrou-se uma fenda na pista interior.
Exemplo 2
Máquina: Veio intermédio de engrenagem de transportador
Aplicação: Mina,
Velocidade de rotação: 0 -180 RPM em segundos
Medições efetuadas entre 120-160 RPM
Problema: O Diagnóstico não é possível com FFT tradicional
Exemplo 2
FFT tradicional só mostra o
normal numa engrenagem
O FFT do envelope evidência
claramente defeitos na pista
exterior
Tendência de deteção de picos de impacto
Forte aumento no nível de tendência
de picos de impacto
Recomendada imediata substituição do
rolamento
As vibrações regressam
ao nível normal
010 - Transportador BV
Transportador#1 -I4D Veio Int #2
Trend Display
of
OVERALL VALUE
-- Baseline --
Value: .258
Date: 25-JUL-95
0 200 400 600 800 1000
0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4
2.7
3.0
3.3
Days: 25-JUL-95 To 23-OCT-97
RMSAccelerationinG-s
Date:
Time:
Ampl:
23-OCT-97
08:10:33
.139
Rolamento danificado
Novo rolamento
Exemplo 2
Máquina: Veio intermédio de engrenagem de transportador
Aplicação: Mina,
Velocidade de rotação: 0 -180 RPM em segundos
Medições efetuadas entre 120-160 RPM
Problema: O Diagnóstico não é possível com FFT tradicional
Conclusão A substituição do rolamento reduz as vibrações. A inspeção
revela picadas e arranque de material na zona de carga da
pista exterior.
Exemplo 3
Máquina: Engrenagem em grua
Aplicação: Som de pancadas quando muda de direção
Suspeita-se de defeito de gaiola
Problema: Espectro FFT normal não mostra defeitos
Exemplo 3
FFT normal não mostra
sintomas de defeito
Espectro do envelope mostra claros
sintomas de defeitos na pista exterior
Nível da forma de onda com
18 g indica grave problema
Exemplo 3
Máquina: Engrenagem em grua
Aplicação: Som de pancadas quando muda de direção
Suspeita-se de defeito de gaiola
Problema: Espectro FFT normal não mostra defeitos
Conclusão A inspeção revela graves danos na zona de carga da pista
exterior
Exemplo 4
Máquina: Poli de acionamento de tela transportadora a rodar a 33
RPM
Aplicação: Frequentes avarias sem pré-aviso
A vibração transmitida da engrenagem mascara
frequências de defeitos do rolamento da poli
Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional ou
envelope tradicional
RMSAccelerationinG-s
Frequency in Order
020 - CONVEYOR PULLEY
RC1M -1LD DRIVE DRUM LHS BRG HORZ 766
0 20 40 60 80 100
Max Amp
.0043
Plot
Scale
0
0.003
07-OCT-97 11:10
28-NOV-97 12:58
Ordr:
Freq:
Sp 1:
9.758
5.399
.00394
NEW BEARING
FAULTY BEARING
Defeito
pista exterior
Exemplo 4
RMSAccelerationinG-s
Frequency in Order
020 - CONVEYOR PULLEY
RC1M -1LD DRIVE DRUM LHS BRG HORZ 766
0 20 40 60 80 100
Max Amp
.0043
Plot
Scale
0
0.003
07-OCT-97 11:10
28-NOV-97 12:58
Ordr:
Freq:
Sp 1:
9.758
5.399
.00394
NEW BEARING
FAULTY BEARING
A vibração desparece com um novo rolamento
Espectro do envelope do pico de impacto e tendência
Aumento
Rápido !
Exemplo 4
Máquina: Poli de acionamento de tela transportadora a rodar a 33
RPM
Aplicação: Frequentes avarias sem pré-aviso
A vibração transmitida da engrenagem mascara
frequências de defeitos do rolamento da poli
Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional ou
envelope tradicional
Conclusão: A inspeção revela graves danos na zona de carga da pista
exterior
Exemplo 5
Máquina: Poli de acionamento tela transportadora a rodar a 23
RPM
Aplicação: Transportador critico para o processo de produção
Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional
Exemplo 5
Defeito na pista exterior A aumentar rapidamente
A vibração desce com
novo rolamento
Espectro do envelope do pico de impacto e tendência
Exemplo 5
Máquina: Poli de acionamento tela transportadora a rodar a 23
RPM
Aplicação: Transportador critico para o processo de produção
Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional
Conclusão: A inspeção revelou defeito na pista exterior
Exemplo 6
Máquina: Ingersoll-Rand
Aplicação: Crítico para o processo produtivo
Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional
Exemplo 6
O espectro normal só mostra
Velocidade de rotação
Harmónicas
(frequência de pás a verm.)• Velocidade de rotação
• Harmónicas de RPM
•Frequência de passagem de pás
• Sem defeitos no rolamento
Caso Exemplo 6
O espectro de picos de impacto mostra defeitos na
pista exterior e interior.
É possível determinar a existência de:
• Pequeno dano na Pista Interior
• Significativo dano na Pista Exterior
• Danos nos elementos rolantes e perda
de geometria do rolamento
Pista Int.
Pista Ext.
Harmónicas da Rot. de esferas
Exemplo 6
Máquina: Compressor Ingersoll-Rand
Aplicação: Crítico para o processo produtivo
Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional
Conclusão: A inspeção revelou defeitos na pista interior e exterior do
rolamento
Exemplo 7
Máquina: Engrenagem
Aplicação: Controlo de qualidade de linha de produção
Problema: Não era possível determinar a qualidade do produto
Efectuar assinatura
Condição base:
Reduzida amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda(e.g. 0.03 g) e no espetro
Pinhão defeituoso
Pinhão defeituoso:
Elevada amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda (e.g. 0.1 g)
Picos periódicos na forma de onda
Condição base:
Reduzida amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda(e.g. 0.03 g)
Impactos mínimos na forma de onda
Cremalheira defeituosa
Cremalheira defeituosa:
Elevada amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda (e.g. 0.16 g)
Picos periódicos na forma de onda
Condição base:
Reduzida amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda(e.g. 0.03 g)
Impactos mínimos na forma de onda
Pinhão e cremalheira defeituosos
Pinhão e cremalheira defeituosos :
Elevada amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda (e.g. 0.15 g)
Picos periódicos na forma de onda (Pinhão)
Impactos continuos (cremalheira)
Condição base:
Reduzida amplitude de Picos de Impacto na
Forma de Onda(e.g. 0.03 g)
Impactos mínimos na forma de onda
Exemplo 7
Máquina: Engrenagem
Aplicação: Controlo de qualidade de linha de produção
Problema: Não era possível determinar a qualidade do produto
Conclusão: A medição do envelope de picos de impacto forneceu
uma forma objetiva de avaliar a qualidade do produto
Exemplo 8
Máquina: Destroçador de fábrica de pasta de papel
Aplicação: Acionado por motor de 900 Hp a rodar a 300 RPM, com
rolamento SKF 23156C de dupla fila de roletes
Problema: Alguns impactos na forma de onda mas sem diagnóstico
evidente
Motor Síncrono
900 HP
300 RPM
Destroçador
Rolamento SKF 23156C de dupla fila de roletes
Esquema do destroçador
WAVEFORM DISPLAY
04-APR-97 10:02:45
RMS = .0516
PK(+) = .3759
PK(-) = .2328
CRESTF= 7.28
0 100 200 300 400 500 600 700 800
-1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
Time in mSecs
AccelerationinG-s
2WYD - #2 CHIPPER CH-1
132-01-02 -CIA CHIPPER INBOARD AXIAL
ROUTE SPECTRUM
04-APR-97 10:02:45
OVRALL= .0455 V-DG
PK = .0455
LOAD = 100.0
RPM = 301.
RPS = 5.01
0 100 200 300 400 500
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Frequency in Hz
PKVelocityinIn/Sec
Freq:
Ordr:
Spec:
5.012
1.001
.00694
Espetro/Forma de onda normal
Sem freq. de rolamentos
Reduzido valor global
Pico-Pico reduzido
Espetro do Envelope
Defeito de gaiola?...
Picos de freq. de roletes
Bandas laterais freq. de gaiola
Espetro do Envelope
Deteção de picos de Impacto
• Harmónicas da Frequência de
Gaiola
• Podem não ser um defeito de gaiola
• Frequência de Rotação de Roletes
• Um rolo defeituoso repete-se a uma taxa igual á
frequência de gaiola
• A deteção de picos de impacto deteta esta
repetição
Forma de onda do envelope
3ª Harmonica da
Freq. de roletes
Forma de onda do envelope
Moduladas pela
Freq. da gaiola
Forma de onda do envelope
Marcas de origem Elétrica
Diagnóstico:
Um rolete defeituoso
Exemplo 8
Máquina: Destroçador de fábrica de pasta de papel
Aplicação: Acionado por motor de 900 Hp a rodar a 300 RPM, com
rolamento SKF 23156C de dupla fila de roletes
Problema: Alguns impactos na forma de onda mas sem diagnóstico
evidente
Conclusão: Defeito num rolete
PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020
Para mais informações ver
www.dmc.pt
Resumo
Análise de vibrações com Envelope dos picos de impacto:
•Ferramenta poderosa deteção de pancadas;
•Nomeadamente em rolamentos e engrenagens, mas não só;
•Eficaz também a baixas velocidades de rotação
•Amplitude precisa e utilizável para efetuar tendência
•Mede o nível real dos impactos
•É possível avaliar a severidade dos danos
Pode ver neste
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OBRIGADO
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Análise de vibraçoes e envelope

  • 1. Análise de vibrações com Envelope Menos de 1 ms
  • 2. Introdução Também designada de…. ❑PeakVue ( CSI) ❑Espectro de Spike Energy (ENTEK) ❑Desmodulação ❑Análise do envelope ❑Etc. A análise do envelope é, atualmente, a ferramenta por excelência, para deteção de avarias em rolamentos por análise de vibrações. Tornou-se também essencial para diagnosticar todos os problemas mecânicos que podem gerar choques, como sejam engrenagens em mau estado, folgas, desapertos, etc.
  • 3. Sobre a DMC e a D4VIB equipamentos e serviços de manutenção preditiva Adaptamo-nos às suas necessidades ! Software Hardware Formação Implementação Medições Apoio técnico Relatórios
  • 4. As vibrações nas máquinas 1ª As máquinas têm vibrações de nível importante nas baixas frequências que mascaram e surgem misturadas com as de amplitude menor dos danos nos rolamentos
  • 5. Eliminação de vibração a baixas frequências Introdução de filtro passa alto Forma de onda antes do filtro Forma de onda depois do filtro
  • 6. Vibrações Termografia Ultrassons Análise de motores elétricos DMC - Tecnologias preditivas Emissão acústicaMedição de tensão em veios
  • 7. Deteção de avarias em rolamentos Espetro Set. 98 Espetro Oct 98 • O espectro FFT, em velocidade, não fornece um aviso avançado de danos em rolamentos • São necessários outras técnicas
  • 8. Equilibragem no local Proteção de rolamentos DMC -Tecnologias corretivas Alinhamento de veios Calibração de cadeias de monitorização de vibrações
  • 9. Análise do espectro FFT - limitações 2ª Para se ter resolução para se poder observar as frequências características dos rolamentos quando se define a Frequência Máxima do espectro estão a excluir-se as altas frequências onde se sabe existirem os sintomas dos impactos
  • 10. Análise do Envelope - O que nos interessa no diagnóstico de impactos ? 1º A sua periodicidade >>>> frequência 2º A sua amplitude exata
  • 11. Analise do espectro FFT - limitações 3ª Dos impactos resultam vibrações às frequências naturais dos órgãos sujeitos aos impactos , o que é uma informação sem interesse Tempo - segundos Tempo - segundos Forma de onda do rolamento Forma de onda expandida
  • 12. Uma informação muito importante consiste no período de repetição dos choques Retificação
  • 13. Esquema de funcionamento do envelope mais comum Filto Passa Alto Filtro Passa baixo Rectificação da forma de onda Remoção de DC Conversão A/D FFT Fase do Envelope Forma de onda antes do filtro Forma de onda rectificada Espectro do envelope
  • 14. Tempo de resposta de circuitos de retificação • Tempo de resposta de filtros analógicos = atraso na resposta • Impacto inicial dos rolamentos têm uma duração muito curta Forma de onda do envelope O envelope tradicional não consegue medir com precisão o nível de eventos muito curtos
  • 15. A amplitude da forma de onda e do envelope digital tradicional A frequência de amostragem é normalmente de 2,56 X Fmax Exemplo: Fmax= 500 Hz >>>> F amostragem = 1280 HZ 1 seg. / 1280 = 0,78 milisegundos Questões • Será que uma das amostras coincide com o pico da forma de onda? • Será que medimos corretamente o nível do sinal ?
  • 16. Amostragem e Aliasing Sinal reconstruído com erro de "Aliasing"Sinal Original Amostras do CAD Quando um processo físico não é amostrado de forma suficientemente rápida para descrever com precisão o seu conteúdo em frequência, as componentes de alta frequência surgem como frequências de baixa frequência, sendo este fenómeno designado de aliasing. A sua amplitude não é medida correctamente Erros de "Aliasing"
  • 17. Duração de fenómenos Para se obter a amplitude exacta a frequência de amostragem da forma de onda deve ser bastante superior a este valor Uma amostragem a 2,56 vezes o Fmax do espectro do envelope não é suficiente !!!! Os impactos têm uma duração entre os micro (ondas de tensão) e os milisegundos (impactos) esferas ondas de tensão Pista exterior defeito
  • 18. Progressão de Defeito • Fase inicial • Fendas á superfície • Impulso estreito (menos de 1 ms) Menos de 1 ms
  • 19. Progressão de Defeito • Fase inicial • Fendas á superficie • Impulso estreito (menos de 1 ms) • Fase avançada • Arranque, picadas • Impulso mais longo (alguns ms) Menos de 1 ms 2-3 ms
  • 20. Exemplo de amostragem a elevada frequência para se obter amplitude correta da forma de onda Deteção de picos de impacto
  • 21. Tempo de resposta • Tempo de resposta de filtros analógicos = atraso na resposta • Impacto inicial nos rolamentos têm uma duração muito curta Menos de 1 ms Forma de onda do envelope tradicional O envelope tradicional não consegue medir com precisão o nível de eventos muito curtos Forma de onda com detecção de picos de impacto
  • 22. Exemplo - sinal depois de retificado Sinal de 10 KHz com a duração de 2 ms emitido 10 vezes por segundo Sinal original Amostrado a frequência com F max de 200 Hz Amostrado a 2,56 F max de 200 Hz Há medida que a frequência de amostragem baixa o nível medido também baixa
  • 23. Exemplo - sinal depois de retificado Sinal de 10 KHz com a duração de 2 ms emitido 10 vezes por segundo Amostrado a frequência com F max de 50 Hz Amostrado a 2,56 F max de 50 Hz Sinal original Há medida que a frequência de amostragem baixa o nível medido também baixa
  • 24. Exemplo - sinal depois de rectificado Sinal de 10 KHz com a duração de 2 ms emitido 10 vezes por segundo Amostrado a frequência com F max de 20 Hz Amostrado a 2,56 F max de 20 Hz Sinal original Há medida que a frequência de amostragem baixa o nível medido também baixa
  • 25. Esquemas de funcionamento tradicional < – >mais recente Detecção Digital de picos de impacto FFT Envelope tradicional Envelope com detecção de picos de impacto Filto Passa Alto Filtro Passa baixo Rectificação da forma de onda Remoção de DC Conversão A/D FFT Fase do Envelope Filto Passa Alto Rectificação da forma de onda
  • 26. Análise em Frequência Resultados frequentemente semelhantes • Ambos fornecem indicação clara da frequência de impacto Espectro do envelope com deteção de picos de impactoEspectro do envelope tradicional  O envelope tradicional é mais sensível a “ruído” (problema a baixos RPM)
  • 27. Medição de Amplitude Os resultados parecem semelhantes , com excepção dos níveis medidos. O verdadeiro nível de impactos é de 0.05 g: Envelope tradiconal tem erros de 90% A detecção de picos de impacto evidencia o nível real (amplitude = 0.006 g) (amplitude = 0.05 g) Espectro do envelope tradicional Espectro com detecção de picos de impacto
  • 28. Envelope tradicional é menos eficiente com: máquinas de baixa velocidade (menos de 30 RPM) impulsos demasiado curtos para serem registados Forma de onda do envelope tradicional Forma de onda com detecção de picos de impacto Deteção em Frequência(cont.)
  • 29. Envelope tradicional é menos eficiente com: máquinas de baixa velocidade (menos de 30 RPM) • Solução: medir ressonância da máquina (azul) em vez do sinal de impacto (vermelho) Custo: perde-se informação do nível de impactos Deteção em Frequência(cont.)
  • 30. Diagnóstico com base na forma de onda Envelope tradicional distorce forma de onda A técnica de detecção de picos de impacto mantém a forma original
  • 31. Envelope tradicional é menos eficiente com: máquinas de baixa velocidade (menos de 30 RPM) Solução: Aumentar Frequência Máxima do FFT Em vez de se medir o impacto tenta-se medir máquina a vibrar às suas frequências naturais Deteção em Frequência(cont.)
  • 32. Análise em Frequência(cont.) Envelope tradicional é menos eficiente com: máquinas de alta velocidade (mais de 3,600 RPM) • os impulsos tendem a “amontoar-se” Forma de onda do envelope tradicional Forma de onda com deteção de picos de impacto
  • 33. Comparação Método Envelope tradicional Com detecção de picos de impacto Circuitos Analógicos Analógicos e digitais Resposta Com atraso A elevada frequência (Ex.: 100 KHz ) Detecção de frequência Tipicamente boa Sempre boa Nível Sem significado Preciso e pode-se usar para tendência Saídas para diagnóstico Só espectro Espectro e forma de onda
  • 34. Análise do Envelope regras de aplicação • Rolamentos – filtro passa alto a frequência superior a 40 vezes a velocidade de rotação • Engrenagens - filtro passa alto a frequência superior a 3,5 vezes a frequência de engrenamento • A frequência máxima do espectro do envelope têm de ser inferior á do filtro passa alto, e convém preferencialmente ser inferior a metade deste. • Cuidado com a montagem do acelerómetro !!!! • Não efetuar médias – aumentar a resolução (tem o mesmo efeito de efetuar médias)
  • 35. Análise do Envelope regras de aplicação e RPM RPM Filtro Passa Alto Fmax Base Magnética Numero de Médias Minimo Nº de linhas 0 - 700 500 Hz 40 x RPM 2 polos 800 700 -1500 1000 Hz 40 x RPM 2 polos 800 1501 - 3000 2000 Hz 40 x RPM Plana 1600 3001 - 4000 2000 Hz 30 x RPM Plana 1600 4001 - ... 5000 Hz 40 x RPM Plana 1600 1
  • 36. Aplicações de Diagnóstico de Forma de Onda A deteção de picos de impacto na forma de onda fornece informação de diagnóstico crucial: Correntes e gruas : ciclos muito curtos com velocidade a variar muito rapidamente. Equipamento com velocidade de rotação muito baixa: a rodar a menos de 50 RPM Engrenagens com dentes partidos: O espectro disponibiliza o diagnóstico, mas… A forma de onda indica a severidade
  • 37. Diagnóstico a partir da forma de onda Exemplo de defeito em rolamento em máquina de baixa velocidade de rotação: • impactos individuais surgem claramente • é visível o nível dos impactos • esta informação não surge no espectro FFT
  • 38. Forma de onda normal de um rolamento em mau estado Forma de onda normal • visível algum nível de impactos • Reduzida amplitude só 0.043 g pico
  • 39. Espectro FFT normal de um rolamento em mau estado Espectro normal • nenhuma indicação clara • Reduzida amplitude só 0.0002 g RMS
  • 40. Forma de Onda de Envelope de Pico de Impacto de rolamento em mau estado Forma de Onda de Pico de Impacto •indicação clara de mau rolamento • Amplitude verdadeira de 3.72 g pico
  • 41. Espectro de Pico de Impacto normal de um rolamento em mau estado Espectro de picos de impacto • picos evidentes no espectro •Amplitude significativa 0.7 g RMS
  • 42. Exemplos • Máquinas críticas e de baixa velocidade
  • 43. Exemplo 1 Máquina: Motor elétrico de 4 polos de 250kW Aplicação: Acionamento de ventilador de mina através de um redutor de um só andar. O motor era critico para a operação. Problema: Possível dano na pista interior do rolamento.
  • 44. Espectro normal mostra sintomas de defeito na pista interior, pouco claros. Espectro do envelope mostra sintomas claros de defeitos na pista interior. Exemplo 1
  • 45. Exemplo 1 Máquina: Motor elétrico de 4 polos de 250kW Aplicação: Acionamento de ventilador de mina através de um redutor de um só andar. O motor era critico para a operação. Problema: Possível dano na pista interior do rolamento. Conclusão O motor foi enviado para revisão e o rolamento foi inspecionado. Encontrou-se uma fenda na pista interior.
  • 46. Exemplo 2 Máquina: Veio intermédio de engrenagem de transportador Aplicação: Mina, Velocidade de rotação: 0 -180 RPM em segundos Medições efetuadas entre 120-160 RPM Problema: O Diagnóstico não é possível com FFT tradicional
  • 47. Exemplo 2 FFT tradicional só mostra o normal numa engrenagem O FFT do envelope evidência claramente defeitos na pista exterior
  • 48. Tendência de deteção de picos de impacto Forte aumento no nível de tendência de picos de impacto Recomendada imediata substituição do rolamento As vibrações regressam ao nível normal 010 - Transportador BV Transportador#1 -I4D Veio Int #2 Trend Display of OVERALL VALUE -- Baseline -- Value: .258 Date: 25-JUL-95 0 200 400 600 800 1000 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3.0 3.3 Days: 25-JUL-95 To 23-OCT-97 RMSAccelerationinG-s Date: Time: Ampl: 23-OCT-97 08:10:33 .139 Rolamento danificado Novo rolamento
  • 49. Exemplo 2 Máquina: Veio intermédio de engrenagem de transportador Aplicação: Mina, Velocidade de rotação: 0 -180 RPM em segundos Medições efetuadas entre 120-160 RPM Problema: O Diagnóstico não é possível com FFT tradicional Conclusão A substituição do rolamento reduz as vibrações. A inspeção revela picadas e arranque de material na zona de carga da pista exterior.
  • 50. Exemplo 3 Máquina: Engrenagem em grua Aplicação: Som de pancadas quando muda de direção Suspeita-se de defeito de gaiola Problema: Espectro FFT normal não mostra defeitos
  • 51. Exemplo 3 FFT normal não mostra sintomas de defeito Espectro do envelope mostra claros sintomas de defeitos na pista exterior Nível da forma de onda com 18 g indica grave problema
  • 52. Exemplo 3 Máquina: Engrenagem em grua Aplicação: Som de pancadas quando muda de direção Suspeita-se de defeito de gaiola Problema: Espectro FFT normal não mostra defeitos Conclusão A inspeção revela graves danos na zona de carga da pista exterior
  • 53. Exemplo 4 Máquina: Poli de acionamento de tela transportadora a rodar a 33 RPM Aplicação: Frequentes avarias sem pré-aviso A vibração transmitida da engrenagem mascara frequências de defeitos do rolamento da poli Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional ou envelope tradicional
  • 54. RMSAccelerationinG-s Frequency in Order 020 - CONVEYOR PULLEY RC1M -1LD DRIVE DRUM LHS BRG HORZ 766 0 20 40 60 80 100 Max Amp .0043 Plot Scale 0 0.003 07-OCT-97 11:10 28-NOV-97 12:58 Ordr: Freq: Sp 1: 9.758 5.399 .00394 NEW BEARING FAULTY BEARING Defeito pista exterior Exemplo 4 RMSAccelerationinG-s Frequency in Order 020 - CONVEYOR PULLEY RC1M -1LD DRIVE DRUM LHS BRG HORZ 766 0 20 40 60 80 100 Max Amp .0043 Plot Scale 0 0.003 07-OCT-97 11:10 28-NOV-97 12:58 Ordr: Freq: Sp 1: 9.758 5.399 .00394 NEW BEARING FAULTY BEARING A vibração desparece com um novo rolamento Espectro do envelope do pico de impacto e tendência Aumento Rápido !
  • 55. Exemplo 4 Máquina: Poli de acionamento de tela transportadora a rodar a 33 RPM Aplicação: Frequentes avarias sem pré-aviso A vibração transmitida da engrenagem mascara frequências de defeitos do rolamento da poli Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional ou envelope tradicional Conclusão: A inspeção revela graves danos na zona de carga da pista exterior
  • 56. Exemplo 5 Máquina: Poli de acionamento tela transportadora a rodar a 23 RPM Aplicação: Transportador critico para o processo de produção Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional
  • 57. Exemplo 5 Defeito na pista exterior A aumentar rapidamente A vibração desce com novo rolamento Espectro do envelope do pico de impacto e tendência
  • 58. Exemplo 5 Máquina: Poli de acionamento tela transportadora a rodar a 23 RPM Aplicação: Transportador critico para o processo de produção Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional Conclusão: A inspeção revelou defeito na pista exterior
  • 59. Exemplo 6 Máquina: Ingersoll-Rand Aplicação: Crítico para o processo produtivo Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional
  • 60. Exemplo 6 O espectro normal só mostra Velocidade de rotação Harmónicas (frequência de pás a verm.)• Velocidade de rotação • Harmónicas de RPM •Frequência de passagem de pás • Sem defeitos no rolamento
  • 61. Caso Exemplo 6 O espectro de picos de impacto mostra defeitos na pista exterior e interior. É possível determinar a existência de: • Pequeno dano na Pista Interior • Significativo dano na Pista Exterior • Danos nos elementos rolantes e perda de geometria do rolamento Pista Int. Pista Ext. Harmónicas da Rot. de esferas
  • 62. Exemplo 6 Máquina: Compressor Ingersoll-Rand Aplicação: Crítico para o processo produtivo Problema: O diagnóstico não é possível com FFT tradicional Conclusão: A inspeção revelou defeitos na pista interior e exterior do rolamento
  • 63. Exemplo 7 Máquina: Engrenagem Aplicação: Controlo de qualidade de linha de produção Problema: Não era possível determinar a qualidade do produto
  • 64. Efectuar assinatura Condição base: Reduzida amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda(e.g. 0.03 g) e no espetro
  • 65. Pinhão defeituoso Pinhão defeituoso: Elevada amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda (e.g. 0.1 g) Picos periódicos na forma de onda Condição base: Reduzida amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda(e.g. 0.03 g) Impactos mínimos na forma de onda
  • 66. Cremalheira defeituosa Cremalheira defeituosa: Elevada amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda (e.g. 0.16 g) Picos periódicos na forma de onda Condição base: Reduzida amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda(e.g. 0.03 g) Impactos mínimos na forma de onda
  • 67. Pinhão e cremalheira defeituosos Pinhão e cremalheira defeituosos : Elevada amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda (e.g. 0.15 g) Picos periódicos na forma de onda (Pinhão) Impactos continuos (cremalheira) Condição base: Reduzida amplitude de Picos de Impacto na Forma de Onda(e.g. 0.03 g) Impactos mínimos na forma de onda
  • 68. Exemplo 7 Máquina: Engrenagem Aplicação: Controlo de qualidade de linha de produção Problema: Não era possível determinar a qualidade do produto Conclusão: A medição do envelope de picos de impacto forneceu uma forma objetiva de avaliar a qualidade do produto
  • 69. Exemplo 8 Máquina: Destroçador de fábrica de pasta de papel Aplicação: Acionado por motor de 900 Hp a rodar a 300 RPM, com rolamento SKF 23156C de dupla fila de roletes Problema: Alguns impactos na forma de onda mas sem diagnóstico evidente
  • 70. Motor Síncrono 900 HP 300 RPM Destroçador Rolamento SKF 23156C de dupla fila de roletes Esquema do destroçador
  • 71. WAVEFORM DISPLAY 04-APR-97 10:02:45 RMS = .0516 PK(+) = .3759 PK(-) = .2328 CRESTF= 7.28 0 100 200 300 400 500 600 700 800 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 Time in mSecs AccelerationinG-s 2WYD - #2 CHIPPER CH-1 132-01-02 -CIA CHIPPER INBOARD AXIAL ROUTE SPECTRUM 04-APR-97 10:02:45 OVRALL= .0455 V-DG PK = .0455 LOAD = 100.0 RPM = 301. RPS = 5.01 0 100 200 300 400 500 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Frequency in Hz PKVelocityinIn/Sec Freq: Ordr: Spec: 5.012 1.001 .00694 Espetro/Forma de onda normal Sem freq. de rolamentos Reduzido valor global Pico-Pico reduzido
  • 73. Picos de freq. de roletes Bandas laterais freq. de gaiola Espetro do Envelope
  • 74. Deteção de picos de Impacto • Harmónicas da Frequência de Gaiola • Podem não ser um defeito de gaiola • Frequência de Rotação de Roletes • Um rolo defeituoso repete-se a uma taxa igual á frequência de gaiola • A deteção de picos de impacto deteta esta repetição
  • 75. Forma de onda do envelope
  • 76. 3ª Harmonica da Freq. de roletes Forma de onda do envelope
  • 77. Moduladas pela Freq. da gaiola Forma de onda do envelope
  • 78. Marcas de origem Elétrica Diagnóstico: Um rolete defeituoso
  • 79. Exemplo 8 Máquina: Destroçador de fábrica de pasta de papel Aplicação: Acionado por motor de 900 Hp a rodar a 300 RPM, com rolamento SKF 23156C de dupla fila de roletes Problema: Alguns impactos na forma de onda mas sem diagnóstico evidente Conclusão: Defeito num rolete
  • 80. PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020 Para mais informações ver www.dmc.pt
  • 81. Resumo Análise de vibrações com Envelope dos picos de impacto: •Ferramenta poderosa deteção de pancadas; •Nomeadamente em rolamentos e engrenagens, mas não só; •Eficaz também a baixas velocidades de rotação •Amplitude precisa e utilizável para efetuar tendência •Mede o nível real dos impactos •É possível avaliar a severidade dos danos Pode ver neste link uma artigo sobre este tema