O multiplicador de velocidade está entre os componentes mais críticos do drivetrain de uma turbina eólica. Engrenagens planetárias, engrenagens paralelas, eixos e rolamentos operam simultaneamente sob cargas variáveis, mudanças de velocidade e excitações transmitidas pelo rotor. Pesquisas do Gearbox Reliability Collaborative, do NREL, mostram inclusive que cargas provenientes do rotor, como flexão e empuxo, podem influenciar as cargas internas de engrenagens e rolamentos.
Por isso, o diagnóstico de falhas em multiplicadores eólicos não deve depender de um único valor global de vibração. O objetivo da análise de condição é reconhecer mudanças no comportamento do equipamento, identificar sua origem provável e reunir evidências suficientes para decidir se a turbina pode continuar operando, precisa de acompanhamento intensificado ou necessita de inspeção.
O espectro conta onde a anomalia está acontecendo
Um sinal de vibração medido no multiplicador contém diferentes componentes. Parte delas está relacionada à rotação dos eixos, outra ao engrenamento e outra aos rolamentos, além de influências estruturais e operacionais.
Para uma engrenagem, uma relação básica é a frequência de engrenamento:
onde: GMF é a frequência de engrenamento, Z é o número de dentes da engrenagem e fr é sua frequência de rotação.
Se uma engrenagem com 80 dentes girar a 10 Hz, por exemplo:
Isso não significa que a presença de 800 Hz represente uma falha. A frequência de engrenamento faz parte do funcionamento normal. O diagnóstico procura alterações de amplitude, harmônicos, modulações e bandas laterais, sempre considerando carga e velocidade.
Figura 1: espectro técnico simplificado mostrando rotação, GMF e bandas laterais
Esse cuidado é especialmente importante em turbinas eólicas. Estudos do NREL destacam que os sinais provenientes das engrenagens são significativamente influenciados pela carga. Portanto, comparar espectros obtidos sob condições operacionais muito diferentes pode produzir interpretações equivocadas.
Bandas laterais podem revelar modulação do engrenamento
Quando uma frequência de engrenamento apresenta componentes laterais espaçadas regularmente, existe uma modulação que merece investigação.
onde: fSB representa uma banda lateral, GMF a frequência de engrenamento, fm a frequência responsável pela modulação e n a ordem da banda lateral.
O espaçamento é tão importante quanto a amplitude. Se coincidir com a rotação de determinado eixo ou componente, fornece uma pista para localizar a origem da modulação.
A investigação deve considerar tendência histórica, condição operacional, evolução das bandas laterais e comportamento de outros indicadores.
Rolamentos exigem outra forma de leitura
Falhas em rolamentos podem produzir sinais impulsivos que inicialmente apresentam pouca energia quando comparados às componentes dominantes do engrenamento.
Por isso, somente analisar velocidade global de vibração pode ser insuficiente para detectar defeitos incipientes.
Técnicas de processamento de sinais, incluindo análise de envelope e métodos relacionados à identificação de componentes impulsivas, podem melhorar a detecção. No estudo Wind Turbine Gearbox Condition Monitoring Round Robin, o NREL reuniu diferentes abordagens de análise aplicadas a dados reais de um multiplicador danificado, demonstrando justamente a importância de técnicas específicas para separar informações de engrenagens e rolamentos.
Conhecendo a geometria do rolamento e sua velocidade de rotação, podem ser calculadas frequências cinemáticas associadas à pista interna, pista externa, elementos rolantes e gaiola. A coincidência entre uma dessas frequências e componentes detectadas no envelope aumenta a consistência do diagnóstico, mas ainda deve ser confrontada com outras evidências.
Não transforme um valor global em diagnóstico
A atual ISO 20816-21:2025 trata da medição e avaliação da vibração mecânica de turbinas eólicas de eixo horizontal e contempla tanto turbinas com multiplicador quanto configurações direct drive, para potência nominal do gerador superior a 200 kW.
Existe aqui uma distinção particularmente importante para manutenção preditiva.
A própria norma informa que suas zonas de avaliação de vibração em operação contínua, na maioria dos casos, não são adequadas para detecção precoce de falhas. Além disso, seu escopo não é realizar diagnóstico de defeitos. Para procedimentos relacionados à detecção de defeitos em rolamentos e engrenagens, a norma remete, entre outras referências, à série ISO 13373.
Portanto:
nível global elevado ≠ componente automaticamente defeituoso
e
nível global aceitável ≠ ausência garantida de defeito localizado.
Esse é um dos pontos mais importantes na interpretação de sistemas de monitoramento de condição.
O diagnóstico melhora quando diferentes evidências convergem
Em vez de criar mais uma tabela convencional, um recurso prático para análise pode ser organizado como uma sequência de confirmação:
Figura 2: fluxo de diagnóstico de vibrações
Essa abordagem reduz a possibilidade de tomar decisões com base em apenas um indicador.
O NREL utilizou justamente dados de vibração, detritos no óleo e condições de teste em pesquisas com multiplicadores. Em um dos equipamentos estudados, eventos de perda de óleo provocaram danos internos em rolamentos e engrenagens, permitindo posteriormente avaliar técnicas de monitoramento sob condições controladas.
A análise de óleo, portanto, entra neste artigo como evidência complementar, enquanto seleção de lubrificante, filtragem e gerenciamento da contaminação pertencem ao tema específico de lubrificação já tratado separadamente no blog.
Temperatura e SCADA ajudam a dar contexto ao sinal
Dados operacionais podem ser decisivos para evitar falsos diagnósticos.
Potência, velocidade, temperatura do óleo, temperatura de rolamentos e condições de operação permitem determinar se uma alteração de vibração ocorreu simultaneamente a uma mudança de regime.
A IEC 61400-25-6:2016 especifica modelos de informação e intercâmbio de dados relacionados ao monitoramento de condição em instalações eólicas. Ela não estabelece limites universais para condenação de multiplicadores, mas fornece uma estrutura para informações utilizadas em sistemas de monitoramento.
Uma tendência de temperatura crescente acompanhada por alteração espectral e aumento de detritos metálicos merece muito mais atenção do que qualquer uma dessas variáveis isoladamente.
Figura 3: mapa de convergência Vibração + Óleo + Temperatura + SCADA → decisão de manutenção
Quando avançar para inspeção interna
Nem toda mudança de vibração exige abertura do multiplicador.
A decisão deve considerar persistência e progressão da anomalia, criticidade do componente, confiabilidade das medições e convergência entre diferentes técnicas.
Quando a evidência justificar investigação física, a inspeção interna por boroscopia pode verificar dentes, superfícies acessíveis e determinadas regiões de rolamentos. O objetivo é confirmar ou refutar a hipótese construída pela análise de condição.
A tendência vale mais que uma fotografia instantânea
O maior valor do monitoramento de condição aparece quando existe histórico. Uma assinatura obtida com o multiplicador saudável cria uma referência muito mais útil do que comparar indiscriminadamente equipamentos de projetos ou condições operacionais diferentes.
O próprio NREL desenvolveu seu programa Gearbox Reliability Collaborative combinando modelagem, ensaios em dinamômetro, testes de campo e monitoramento de condição para compreender melhor os mecanismos associados às falhas de multiplicadores.
Para a manutenção industrial, a lógica é semelhante. Vibração identifica comportamento, análise espectral ajuda a localizar sua origem, óleo e detritos fornecem evidência do desgaste, temperatura e SCADA contextualizam a operação e a inspeção física pode confirmar o mecanismo.
É a convergência dessas evidências, e não um único número de vibração, que permite transformar monitoramento em diagnóstico e depois em decisão de manutenção capaz de preservar disponibilidade, reduzir intervenções desnecessárias e aumentar a confiabilidade do multiplicador.
Referências técnicas
- ISO. ISO 20816-21:2025. Mechanical vibration – Measurement and evaluation of machine vibration – Part 21: Horizontal axis wind turbines. International Organization for Standardization, 1ª edição, 2025.
- IEC. IEC 61400-25-6:2016. Wind energy generation systems – Part 25-6: Communications for monitoring and control of wind power plants – Logical node classes and data classes for condition monitoring. International Electrotechnical Commission, 2ª edição, 2016.
- SHENG, S. Wind Turbine Gearbox Condition Monitoring Round Robin Study – Vibration Analysis. National Renewable Energy Laboratory, NREL/TP-5000-54530, 2012.
- KELLER, J.; GUO, Y.; McNIFF, B.; LACAVA, W.; LINK, H. Gearbox Reliability Collaborative Phase 1 and 2: Testing and Modeling Results. National Renewable Energy Laboratory, 2012.