Diagnóstico de Vibração em Rolamentos de Elementos Rolantes: Como Prever uma Avaria Antes que Aconteça

A física das falhas em rolamentos

Quando surge uma falha (uma cavidade, um lascamento ou uma fissura) na superfície de uma pista (anel ou elemento rolante), é gerado um breve pulso de impacto cada vez que um elemento rolante passa sobre essa falha.

Estes pulsos repetem-se a uma frequência particular, característica de cada componente do rolamento, que depende de:

• A geometria do rolamento (número de elementos rolantes, diâmetros)
• A velocidade de rotação do veio

São precisamente estas frequências não síncronas (que não são múltiplos da velocidade de rotação!) que constituem a "assinatura" das falhas em rolamentos no espetro de vibração.

Frequências características de falhas em rolamentos

Cada componente do rolamento tem a sua própria frequência característica de falha:

Falha na pista exterior (BPFO – Ball Pass Frequency Outer race)

Descrição física: uma falha (cavidade, lascamento ou fissura) na pista do anel exterior do rolamento. Cada vez que um elemento rolante passa sobre este dano, é gerado um pulso de impacto.

Descrição do espetro: o espetro de vibração mostra uma série de picos correspondentes à frequência de falha da pista exterior e às suas harmónicas. Estes picos situam-se geralmente a frequências mais elevadas (não são múltiplos inteiros da frequência de rotação do veio) e marcam cada momento em que um elemento rolante passa sobre a falha.

Falha na pista interior (BPFI – Ball Pass Frequency Inner race)

Descrição do espetro: com uma falha na pista interior, o espetro apresenta vários picos pronunciados na frequência de falha da pista interior e nas suas harmónicas. Além disso, cada um desses picos de frequência de falha é geralmente acompanhado por bandas laterais espaçadas à frequência de rotação (1×).

Falha no elemento rolante (BSF – Ball Spin Frequency)

Descrição do espetro: uma falha num elemento rolante (esfera ou rolo) produz vibração à frequência de rotação do elemento rolante e às suas harmónicas. O espetro apresenta uma série de picos que não são múltiplos inteiros da frequência de rotação do veio, mas sim múltiplos da frequência de rotação da esfera/rolo (BSF).

Falha na gaiola (FTF – Fundamental Train Frequency)

Descrição do espetro: uma falha na gaiola de um rolamento de elementos rolantes produz vibração à frequência de rotação da gaiola — a Fundamental Train Frequency (FTF) — e às suas harmónicas. Estas frequências são geralmente sub-síncronas (inferiores à frequência de rotação do veio).

Fases de desenvolvimento de uma falha em rolamentos

Uma falha em rolamentos desenvolve-se em fases:

1. Fase inicial: surge o primeiro pico ténue à frequência característica
2. Desenvolvimento: a amplitude do pico cresce e surgem harmónicas
3. Progressão: numerosas harmónicas, bandas laterais e um nível crescente de "ruído" global na região de alta frequência
4. Crítica: picos muito elevados, ruído de banda larga, leituras instáveis

Recomendações de monitorização:

• Quando surgem frequências de rolamentos — intensificar a monitorização (medir com maior frequência)
• Verificar a lubrificação
• Começar a planear a substituição do rolamento na próxima oportunidade
• Um aumento brusco de amplitude é o sinal para substituição urgente