Análise de Filtros Digitais para Estudo de Vibrações em Máquinas Rotativas

• Autor(a) principal: Braga, Joaquim
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/237248
• topic: Processamento de sinais Técnicas digitais; Filtros digitais (Matemática); Vibração; Conversores analógicos-digitais; Signal processing Digital techniques; Digital filters (Mathematics); Vibration DLC; Analog-to-digital converters

A manutenção preditiva é o ramo que visa detectar possíveis problemas em equipamentos industriais antes que os mesmos aconteçam, assim possibilitando que as atitudes relevantes sejam tomadas. Um dos sintomas mais comuns que pode ajudar a prever falhas em máquinas rotativas é a vibração. Um sistema de análise de vibração para manutenção preditiva consiste em um sensor para captar os dados de vibração, que por sua vez envia-os para um gateway onde são realizadas operações de tratamento de dados como a remoção de bandas de frequência desnecessárias, que podem ofuscar as características mais relevantes dos dados. Para realizar esta remoção de bandas de frequência específicas, são utilizados filtros de frequência digitais. Existem diversos tipos e implementações de filtros de frequência digitais, cada um com vantagens e desvantagens. O presente trabalho tem como objetivo comparar as características de diversos filtros de frequência digitais, visando definir qual desses filtros melhor atende as duas principais necessidades de filtragem na análise de vibração: a remoção de componente de corrente contínua, também conhecida como offset, e a remoção de ruídos de alta frequência. Para isso foram geradas diversas ondas de entrada se baseando em características-chave das ondas de vibração geradas por máquinas rotativas com defeitos e os diferentes tipos de filtro aplicados às mesmas. Na aplicação de cada filtro, foram variados os parâmetros de frequência de aquisição, ordem do filtro e tipo do filtro. A eficácia destes filtros foi então avaliada com base nos principais requisitos de cada aplicação como o ripple na banda de passagem, atenuação na banda de bloqueio, largura de transição entre bandas e tempo de execução do filtro. Os resultados das análises foram avaliados com base nas diferenças entre os sinais de entrada e saída (pré e pós filtragem) nos domínios do tempo e frequência e a resposta em frequência dos filtros utilizados. Por fim, concluiu-se que os filtros do tipo Butterworth e Cauer são os mais vantajosos para a aplicação de remoção de componente de corrente contínua do sinal enquanto o filtro obtido pela convolução da função de janelamento de Chebyshev foi o mais vantajoso para a aplicação de remoção de ruídos de alta frequência e anti-aliasing. Com essas seleções de filtros, os componentes essenciais para detecção de falhas através de vibração são melhor mantidos, facilitando o processo de análise do sinal de vibração das máquinas rotativas.