MEDINDO A VIBRAÇÃO O guia completo

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O que é vibração?
De onde vem a vibração?
Quantificando o nível de vibração
Os parâmetros de vibração: Aceleração, velocidade e deslocamento

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MEDINDO A VIBRAÇÃO
BRÜEL & KJÆR

O que é vibração?

Diz-se que um corpo vibra quando descreve um movimento oscilante em torno de uma posição de referência. O número de vezes que um ciclo completo de movimento ocorre durante o período de um segundo é chamado de frequência e é medido em hertz (Hz).

O movimento pode consistir em um único componente ocorrendo em uma única frequência, como com um diapasão, ou em vários componentes ocorrendo em diferentes frequências simultaneamente, por exemplo, com o movimento do pistão de um motor de combustão interna.

Os sinais de vibração, na prática, geralmente consistem em muitas frequências ocorrendo simultaneamente, de modo que não podemos ver imediatamente apenas olhando para o padrão de amplitude-tempo, quantos componentes existem e em quais frequências eles ocorrem.

Esses componentes podem ser revelados traçando a amplitude da vibração em relação à frequência. A quebra dos sinais de vibração em componentes de frequência individuais é chamada de análise de frequência, uma técnica que pode ser considerada a pedra angular das medições de vibração de diagnóstico. O gráfico que mostra o nível de vibração em função da frequência é denominado espectrograma de frequência.

Ao analisar a frequência das vibrações da máquina, normalmente encontramos vários componentes de frequência periódica proeminentes que estão diretamente relacionados aos movimentos fundamentais de várias partes da máquina. Com a análise de frequência, somos, portanto, capazes de rastrear a fonte de vibração indesejável.

De onde vêm as vibrações?

Na prática, é muito difícil evitar a vibração. Geralmente ocorre devido aos efeitos dinâmicos das tolerâncias de fabricação, folgas, contato de rolamento e atrito entre as peças da máquina e forças desequilibradas em membros rotativos e alternativos. Frequentemente, pequenas vibrações insignificantes podem excitar as frequências ressonantes de algumas outras partes estruturais e ser amplificadas em grandes fontes de vibração e ruído.

Quantificando o nível de vibração

A amplitude de vibração, que é a característica que descreve a severidade da vibração, pode ser quantificada de várias maneiras. No diagrama, é mostrada a relação entre o nível de pico a pico, o nível de pico, o nível médio e o nível RMS de uma onda senoidal.

O valor pico a pico é valioso porque indica a excursão máxima da onda, uma quantidade útil em que, por exemplo, o deslocamento vibratório de uma peça da máquina é crítico para a tensão máxima ou considerações de folga mecânica.

O valor de pico é particularmente valioso para indicar o nível de choques de curta duração, etc. Mas, como pode ser visto no desenho, os valores de pico indicam apenas qual nível máximo ocorreu, nenhuma consideração é levada em conta no histórico de tempo da onda.

O valor médio retificado, por outro lado, leva em consideração o histórico de tempo da onda, mas é considerado de interesse prático limitado porque não tem relação direta com qualquer quantidade física útil.

O valor RMS é a medida de amplitude mais relevante porque leva em consideração o histórico de tempo da onda e dá um valor de amplitude que está diretamente relacionado ao conteúdo de energia e, portanto, às habilidades destrutivas da vibração.

Aceleração, velocidade e deslocamento

Unidades de Medição

Quando olhamos para o diapasão vibrante, consideramos a amplitude da onda, pois o deslocamento físico do diapasão termina em qualquer um dos lados da posição de repouso. Além de deslocamento, também podemos descrever o movimento da perna do garfo em termos de velocidade e aceleração. A forma e o período da vibração permanecem os mesmos, seja o deslocamento, velocidade ou aceleração que está sendo considerado. A principal diferença é que há uma diferença de fase entre as curvas de amplitude-tempo dos três parâmetros, conforme mostrado no desenho.

Para sinais senoidais, as amplitudes de deslocamento, velocidade e aceleração são relacionadas matematicamente por uma função de frequência e tempo, isso é mostrado graficamente no diagrama. Se a fase for negligenciada, como é sempre o caso ao fazer medições de média de tempo, o nível de velocidade pode ser obtido dividindo o sinal de aceleração por um fator proporcional à frequência, e o deslocamento pode ser obtido dividindo o sinal de aceleração por um fator proporcional ao quadrado da frequência. Esta divisão é realizada digitalmente na instrumentação de medição.

Os parâmetros de vibração são quase universalmente medidos em unidades métricas seguindo os requisitos ISO, estes são mostrados na tabela. No entanto, a constante gravitacional "g" ou talvez mais corretamente "gn" ainda é amplamente usada para níveis de aceleração, embora esteja fora do sistema ISO de unidades coerentes. Felizmente, um fator de quase 10 (9.80665) relaciona as [MOP1] duas unidades, de modo que a conversão mental de 2% é uma questão simples.

Velocidade, deslocamento e aceleração

Escolha de parâmetros de aceleração, velocidade ou deslocamento
Ao detectar a aceleração vibratória, não estamos vinculados apenas a esse parâmetro. Podemos converter o sinal de aceleração em velocidade e deslocamento. A maioria dos medidores de vibração modernos são equipados para medir todos os três parâmetros.

Quando uma única medição de vibração de banda de frequência ampla é feita, a escolha do parâmetro é importante se o sinal tiver componentes em muitas frequências. A medição do deslocamento dará aos componentes de baixa frequência o maior peso e, inversamente, as medições de aceleração pesarão o nível em direção aos componentes de alta frequência.

A experiência tem mostrado que o valor RMS geral da velocidade de vibração medido na faixa de 10 a 1000 Hz dá a melhor indicação da gravidade da vibração em máquinas rotativas. Uma explicação provável é que um determinado nível de velocidade corresponde a um determinado nível de energia; vibração em baixas e altas frequências são ponderadas igualmente do ponto de vista da energia de vibração. Na prática, muitas máquinas têm um espectro de velocidade razoavelmente plano.

Ao realizar a análise de frequência de banda estreita, a escolha do parâmetro será refletida apenas na forma como a análise é inclinada no visor ou impressão (conforme demonstrado no diagrama do meio na página oposta). Isso nos leva a uma consideração prática que pode influenciar a escolha do parâmetro. É vantajoso selecionar o parâmetro que fornece o espectro de frequência mais plano para melhor utilizar a faixa dinâmica (a diferença entre o menor e o maior valor que pode ser medido) da instrumentação. Por esse motivo, o parâmetro de velocidade ou aceleração normalmente é selecionado para fins de análise de frequência.

Como as medições de aceleração são ponderadas em relação aos componentes de vibração de alta frequência, esses parâmetros tendem a ser usados onde a faixa de frequência de interesse cobre as altas frequências.

A natureza dos sistemas mecânicos é tal que deslocamentos apreciáveis ocorrem apenas em baixas frequências; portanto, as medições de deslocamento são de valor limitado no estudo geral de vibração mecânica. Onde pequenas folgas entre os elementos da máquina estão sendo consideradas, o deslocamento vibratório é, obviamente, uma consideração importante. O deslocamento é frequentemente usado como um indicador de desequilíbrio em peças rotativas de máquinas porque deslocamentos relativamente grandes geralmente ocorrem na frequência de rotação do eixo, que também é a frequência de maior interesse para fins de equilíbrio.

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