Demodulação de amplitude através da transformada de Hilbert como ferramenta de diagnóstico de mancais de rolamento em uma população de equipamentos rotativos

Abstract

A busca de um diagnóstico direto, preciso e antecipado do estado de mancais de rolamento quando em operação ainda é um problema a ser resolvido. Este problema toma-se mais agudo quando se lida com grandes populações de equipamentos rotativos em ambientes industriais. O acompanhamento de valores globais de vibração não é totalmente eficaz nesta situação, e a análise do autoespectro em baixas freqüências do sinal de vibração nem sempre fornece indícios com a antecipação necessária. O objetivo deste trabalho é aplicar e avaliar o desempenho da Transformada de Hilbert na análise de sinais modulados em amplitude como ferramenta para o diagnóstico de sinais gerados por mancais de rolamento em equipamentos rotativos industriais. A Transformada de Hilbert e a modulação em amplitude são descritas do ponto de vista analítico. São tomadas leituras de valores globais, autoespectro e espectro do envelope do sinal em uma população com grande número de equipamentos rotativos ao longo de vários meses. São efetuados diagnósticos e intervenções nos equipamentos que apresentam alterações no envelope do sinal (modulação). Os mancais substituídos são então abertos e analisados por microscopia para confirmar o diagnóstico e para identificar o tipo e a dimensão do defeito que gerou o sinal de vibração. Estes defeitos são registrados fotograficamente. A partir destas constatações é feita uma análise crítica das indicações de cada um dos tipos de sinal obtido. Conclui-se que, desde que as leituras sejam corretamente tomadas, a análise da modulação em freqüência fornece uma indicação clara e bastante antecipada do estado dos mancais, quando comparada com as leituras de valor global e autoespectro. Conclui-se também que as descontinuidades físicas nos componentes dos mancais de rolamento alteram o sinal de vibração mesmo quando são de dimensões reduzidas e dificilmente visíveis a olho nu, produzindo uma modulação em amplitude detectável pela análise do espectro de envelope do sinal. As freqüências dos defeitos que serão evidenciadas pelo espectro de envelope podem ser estimadas através da geometria dos mancais.

The need for a precise, direct and anticipated diagnosis for rolling bearings is still a problem to be solved when dealing with large equipment populations in industrial environment. Global vibration readings are not enough, and low frequency autoespectra o f the vibration signal not always give enough infonnation in advance. The purpose of this paper is to analyze the results of the application of Hilbert Transform in amplitude modulation analysis as a tool for diagnosis of vibration signal generated for rolling bearings. Hilbert Transfonn and amplitude modulation are analytically described and global readings, autoespectra and envelope spectra are measured from a large number of rotating equipment during several months. Diagnosis and intervention are made on equipment that shows envelope spectra modifications (modulation). The replaced bearings are analyzed under the microscope in order to confirm the diagnosis and to identify the type and size of the defect that generated each type of vibration signal. From those observations the signals are discussed. Final conclusion states that since the readings are correctly taken, envelope spectra of amplitude modulated signal gives a clear and early indication of rolling bearing condition, if compared to usual global readings and autoespectra of the raw signal.