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. Originalmente, quando foi desenvolvida, não tinha a capacidade de medir, com precisão, o nível da aceleração gerada pelos impactos mecânicos, mas, desde os anos noventa, com o desenvolvimento da tecnologia de deteção de picos de impacto, essa limitação foi ultrapassada. A análise de vibrações com envelope tem tido diversas designações técnicas e comercias, nomeadamente: • PeakVue (Emerson/CSI); • Espectro de Spike Energy (IRD/ENTEK/Rockwell Automation); • Desmodulação; • Envelope; • Etc. No entanto apesar das diversas designações e forma de implementação, continuam todas a constituir versões de análise do 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

72. Espetro do Envelope
Defeito de gaiola?...

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

82. OBRIGADO
Esperamos que esta
apresentação tenho
sido interessante