Nas modernas instalações industriais, o monitoramento contínuo das condições de máquinas e sistemas é essencial para o bom andamento dos processos. Sejam motores, bombas, rolamentos de rolos, turbinas eólicas ou sistemas de guindastes, toda máquina gera um certo nível de vibração durante a operação. Essas vibrações são reconhecidas e analisadas por sensores de vibração. As alterações decorrentes de desalinhamento ou desgaste podem ser detectadas em um estágio inicial, permitindo que medidas de manutenção preventiva sejam iniciadas antes que ocorram danos ou paradas dispendiosas.

Em diagnóstico de vibração, existem duas diferentes metodologias para monitorar o desempenho e o estado das máquinas: medição de desequilíbrio e análise de frequência. A medição da aceleração é a técnica de medição subjacente para ambas.

Análise de frequência baseada em dados brutos de aceleração e na transformada rápida de Fourier

Enquanto a medição de desequilíbrio baseada em sensores de Raiz quadrada média (Root Mean Square, RMS) visa principalmente o monitoramento geral da máquina, a análise de frequência baseada em dados brutos de aceleração permite uma análise mais aprofundada do comportamento da vibração.

Para capturar a frequência como uma característica, é necessário um método de medição específico, além dos dados brutos de aceleração. Este método é chamado de Transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform, FFT). A FFT possibilita dividir um sinal em seus componentes de frequência e analisá-los de forma eficiente.

A frequência indica quão frequentemente ocorre uma oscilação (desvio do ponto zero) dentro de um certo período de tempo e é medida em Hertz (Hz). 1 Hz corresponde a uma oscilação por segundo. A taxa de amostragem também desempenha um papel crucial na análise de frequência, pois determina com que frequência um sinal é amostrado por unidade de tempo. Quanto maior a frequência de uma aceleração bruta, maior a taxa de amostragem interna necessária.

Uma taxa de amostragem que é muito baixa pode levar a um fenômeno conhecido como o efeito de alias. Isso ocorre quando frequências mais altas no sinal são mal interpretadas como frequências mais baixas, o que pode levar à distorção e à análise incorreta. O exemplo a seguir ilustra o efeito de alias:

A curva verde-clara representa o sinal de aceleração bruto real. A curva verde-escura é criada quando cada ponto é um ponto de medição ou de amostragem. A comparação de ambas as curvas revela prontamente que o sinal original não é reconstruído com precisão devido à baixa taxa de amostragem. Aplicar uma FFT ao sinal de aceleração bruto medido em verde-escuro resultaria em uma frequência muito menor que a frequência real. No contexto do diagnóstico de vibração, isso significa que pode haver perda de detalhes importantes necessários para analisar e interpretar dados.

Segurança melhorada por meio de uma taxa de amostragem mais alta: um olhar mais atento ao sensor de vibração VIM3 de 12 kHz

Com o VIM3 de 12 kHz, a Pepperl+Fuchs desenvolveu um sensor de vibração com uma taxa de amostragem particularmente alta de 64 kHz. Isso significa que o sensor pode capturar dados brutos de aceleração de até 12.000 vibrações por segundo e medir a uma taxa de amostragem cinco vezes mais rápida que a vibração inicial. Isso resulta em 64.000 pontos de medição por segundo. Em comparação com os seus concorrentes, o sensor VIM3 de 12 kHz oferece uma precisão de dados significativamente superior, que pode ser usada como base para uma FFT confiável.

Como o canal IO-Link cíclico habitual seria muito lento para transmitir essas grandes quantidades de dados, o sensor de vibração VIM3 usa a transferência IO-Link BLOB (Objeto binário grande). Nesse processo, o sensor mede os dados brutos e os armazena em uma memória interna. Os dados podem então ser recuperados por meio da conexão IO-Link e transmitidos em “pacotes”. Os novos dados brutos só podem ser gravados depois que a memória interna tiver sido completamente lida. Essa transmissão passo a passo impede que toda a quantidade de dados seja carregada simultaneamente na Memória de acesso aleatório (Random Access Memory, RAM), o que poderia causar problemas de desempenho, especialmente ao lidar com conjuntos de dados muito grandes.

Mais informações

• Sensores de vibração da série VIM3
• Monitoramento de ativos com tecnologia de IA com o Kit de iniciação Digital Twin