Análise de vibração: Pico, Pico a Pico e RMS

Na análise de vibração, interpretar corretamente os sinais de um ativo como Pico, Pico a Pico e RMS, sendo capaz de agir sobre eles é crucial para o sucesso da manutenção preditiva. 

Em geral, a interpretação envolve a análise de sinais de vibração no domínio do tempo, ou seja, plotadas em um eixo t. Dessa forma, é possível analisar mudanças ou padrões de vibração por meio de parâmetros distintos.

Nesse texto vamos comentar algumas das métricas que podem auxiliar na interpretação correta desse tipo de sinal, são elas: pico, pico a pico e RMS.

Valor de Pico  

Este é o valor da maior amplitude presente no sinal, também chamado de valor verdadeiro de pico (“True peak value”) em muitas plataformas. Seu aumento pode indicar o surgimento de impactos no sinal. 

O valor de pico representa algo pontual e não leva em conta a energia total do sinal, ou seja, qualquer flutuação ou vibração transiente de maior valor pode influenciar nessa métrica. 

No exemplo abaixo, o mancal de um tambor de descarga de uma correia transportadora apresenta amplitudes de vibração próximas a um 1g, com o eixo axial apresentando valores mais elevados.

Ao analisarmos de maneira detalhada, podemos observar que o pico deste sinal de duração de 4s, corresponde a 1,1194g ocorrido no tempo 2,52s. Observe que nesse caso nenhuma outra parte do sinal importa, já que o valor de pico é somente o valor de maior amplitude. 

Conheça as análises espectrais disponíveis na plataforma Dynamox.

Valor de Pico a Pico 

Outra métrica complementar é o valor de Pico a Pico. Esse valor é a medida do pico mínimo ao pico máximo do sinal.​ Assim como o valor de pico, o seu aumento pode indicar o surgimento de impactos.

Da mesma forma, a amplitude Pico a Pico não fornece nenhuma informação sobre a quantidade de energia dentro do sinal de vibração, fornece apenas informação sobre os maiores e menores valores. 

Seguindo no exemplo anterior, é possível observar que o maior valor é de 1,1194g, enquanto o menor valor corresponde a -0,6306g, ocorrido no momento 2,87s do sinal. Ao calcularmos a distância de um ponto ao outro obtemos um valor de Pico a Pico de 1,75g para o eixo axial.  

Veja novamente que o restante do sinal não importa. Um exemplo mais claro disso é o sinal a seguir onde podemos ver impactos ainda mais significativos. Perceba como esses impactos destoam do restante do sinal e fornecem um valor de Pico a Pico final de:

1,4099 g + 0,9965 = 2,4064 g 

Joel Nunes, especialista em análise de vibração na Dynamox, comenta que a métrica Pico a Pico é essencial para monitoramento de equipamentos de baixa rotação. Ativos desse tipo geralmente apresentam baixas amplitudes de vibração/baixos valores de energia, o que dificulta uso de métricas como RMS (falaremos mais a seguir) e favorece o uso de métricas como as picos ou pico a pico.

Já vimos até agora dois exemplos de métricas que atuam pontualmente com valores máximos e são uma boa representatividade de impactos. Entretanto, faz-se necessário para enriquecer qualquer análise olhar também para uma métrica que represente melhor a energia total, ou seja, o conteúdo total do sinal. Uma ótima métrica para isso é o valor RMS.

RMS

RMS (Root Mean Square): Valor eficaz do sinal. É calculado com base em toda a amostra, através da seguinte fórmula: 

De forma mais prática, é uma medida da energia vibratória do equipamento.  

Diferentemente dos valores de Pico e de Pico a Pico, o valor RMS não se trata de algo pontual, mas sim de uma representação da energia total do sinal.  

Conforme ocorre a progressão de uma falha em um ativo monitorado, o valor RMS tende a evoluir. Isso acontece, pois o número de picos aumenta, impactando assim na energia total do sinal.​ 

De forma geral, o valor RMS apresenta baixas alterações em estágios iniciais de falhas mecânicas, pois há pouca alteração na energia total do sinal. Porém, conforme o agravamento das falhas, o valor RMS tende a aumentar de forma mais significativa. 

A boa notícia em relação ao cálculo do valor RMS é que a maioria dos softwares de análise de vibração já traz o valor calculado para interpretação do usuário.

Exemplo de RMS na análise de vibração

Vamos a um exemplo de um redutor de um moinho de bolas. Este redutor apresenta um defeito de erro de transmissão de força e movimento do engrenamento externo, coroa e pinhão. 

Repare no canto superior esquerdo que tanto os valores de Pico a Pico (PP) como o valor RMS são mostrados pelo software. A diferença entre eles é significativa justamente pelo fato de o RMS levar em conta todo o sinal. 

Conforme a falha for se agravando, esse valor tenderá a aumentar, indicando um nível maior de vibração no ponto monitorado, com mais impactos e maiores amplitudes.

Veja o caso desse mesmo redutor alguns meses depois (a mesma escala foi utilizada para ambos os gráficos plotados no domínio da velocidade): 

Um gráfico de tendência de sinais com limites bem ajustados pode ser útil no acompanhamento da evolução e agravamento desse e de outros tipos de falha.

Uso da RMS na análise de vibração

A seguir, apresenta-se um gráfico com valores RMS em velocidade para o eixo horizontal do equipamento. O ponto destacado em verde corresponde a primeira forma de onda mostrada acima, com um valor de RMS ainda controlado. Já o ponto em vermelho corresponde a última forma de onda, com valores de RMS mais elevados, conforme evolução do defeito relatado.

Veja que para esse segundo caso, os níveis de alarme A2 (nível mais crítico) já haviam sido atingidos a alguns meses, apontando essa evolução.

Segundo Joel Nunes, um dos benefícios de utilização do valor RMS na análise de vibração é justamente o quão “tendenciável” e “comportado” essa métrica geralmente é. O valor RMS não sofre tanta influência dos outliers (como no caso de métricas Pico e Pico a Pico), por isso geralmente segue uma tendência mais padronizada e de fácil acompanhamento. 

Além disso, é comum as normas de vibração apresentarem limites indicados em RMS, favorecendo o seu uso. 

Outras duas métricas de vibração são a curtose e skewess. Elas são exemplos de parâmetros estatísticos importantes de serem analisados, pois são capazes de descrever qualitativamente a forma de um sinal de vibração. Como um sinal digital é formado por pontos discretos no tempo, podemos tratar qualquer sinal de vibração como uma distribuição estatística de pontos de aceleração, velocidade ou deslocamento.   

Análise de vibração: o espectro

O espectro é o intervalo completo de frequências. Isto é, engloba desde ondas com baixa até as ondas com alta frequência. A análise de espectro serve, portanto, para observar um determinado sinal nesse intervalo. Assim, é possível monitorar continuamente o espectro para capturar os efeitos transitórios, sinais de baixa potência e outras fontes de interferência. E, dessa forma, identificar possíveis falhas.

Quer saber como identificar falhas com a análise espectral? Leia mais aqui.