ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

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AMPLITUDE Amplitude é uma medida escalar negativa e positiva da magnitude de oscilação de uma onda. O máximo valor de um deslocamento de um ponto em um onda de seu valor médio. Graficamente, a altura ou profundidade da crista ou vale de uma onda a partir do seu ponto zero.

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FREQUÊNCIA• É o número de ondas eletromagnéticas que passam por um determinado ponto em um

segundo. A unidade recebe esse nome em homenagem ao físico alemão (Henrich Rudolf Hertz), o primeiro a demonstrar a natureza da propagação das ondas eletromagnéticas. As unidades como Kilohertz (Khz) - milhares de ciclos por segundo -, Megahertz (MHZ) – milhões de ciclos por segundo - e gigahertz (GHz) - bilhões de ciclos por segundo - são utili-zadas para descrever fenômenos de alta freqüência como as ondas de rádio. Estas ondas e outros tipos de radiação eletromagnética podem ser caracterizados por seus comprimen-tos de onda por suas freqüências. As ondas eletromagnéticas de freqüência extremamente elevadas, como a luza ou os raios X, costumam ser descritas de acordo com seus compri-mentos de onda, que freqüentemente são expressos em nanômetros (um nanômetro, abre-viado nm, é bilionésimo de metro). Uma onda eletromagnética com um comprimento de onda de 1nm tem uma freqüência de aproximadamente 300 milhões de GHz.

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PERÍODO• Na área de física, é chamado de período o tempo necessário para que um

movimento realizado por um corpo volte a se repetir.• Por exemplo, em um relógio de pêndulo, o período do pêndulo é

determinado pelo tempo que este leva para realizar o movimento de ida e de volta. Nota-se que, depois deste período, o pêndulo fará o mesmo movimento novamente, ou seja, se repetirá.

• O período é usualmente representado pela letra T. O inverso do período é chamado de frequência.

• Ou seja:

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Ressonância• A RESSONÂNCIA

A ponte que caiu Conta a lenda que um regimento de Napoleão entrou marchando em uma ponte e a freqüência do compasso da marcha, por azar, coincidiu com a freqüência natural de vibração da ponte. Deu-se a ressonância, a ponte passou a oscilar com grande amplitude e desabou. A partir desse desastre os soldados passaram a quebrar o passo sempre que atravessam alguma ponte.

• Esse caso pode ser só lenda, mas, uma ponte nos Estados Unidos desabou quando entrou em ressonância com o vento. A ponte sobre o Estreito de Tacoma, logo após ser liberada ao tráfego, começou a balançar sempre que o vento soprava um pouco mais forte. No dia 7 de Novembro de 1940 aconteceu a ressonância. Inicialmente, a ponte começou a vibrar em modos longitudinais, isto é, ao longo de seu comprimento. Até aí, tudo bem. Mas, logo apareceram os chamados "modos torsionais", nos quais a ponte balançava para os lados, se torcendo toda. Na ressonância, a amplitude desses modos torsionais aumentou de tal forma que a ponte desabou. Ponte de Tacoma vibrando no modo longitudinal. Ponte de Tacoma vibrando no modo torsional.

• Um estádio de futebol deve ser construído levando em conta a "vibração" das torcidas. Se todo mundo começar a pular e bater os pés pode surgir uma ressonância com as estruturas das arquibancadas e acontecer uma tragédia. Quando você for ao estádio lembre disso. Se notar que a estrutura está balançando anormalmente mande a turma toda parar de vibrar imediatamente. A galera, sabendo que você é um entendido em matéria de ressonância, logo atenderá seu aviso. Se não, dê o fora de mansinho.

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Exemplos de Ressonância

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• Um especialista em manutenção preditiva foi chamado para monitorar uma máquina em uma empresa. Ele colocou sensores em pontos estratégicos da máquina e coletou, em um registrador, todos os tipos de vibrações emitidos por ela.

• Depois de algumas horas de acompanhamento, o especialista analisou os dados coletados e detectou, com base nos parâmetros já existentes, que havia uma falha em um mancal de rolamento.

• PARÂMETRO DE VIBRAÇÃO Os parâmetros de medição de vibração são: – • Deslocamento; – • Velocidade; – • Aceleração.

• Observando a vibração de um componente simples como uma lâmina fina,consideramos a amplitude da onda como sendo o deslocamento físico da extremidade da lamina,para ambos os lados da posição de repouso.

• Podemos também,descrever ao movimento da ponta da lamina em termos de sua velocidade e sua aceleração.Qualquer que seja o parâmetro considerado,Deslocamento,Velocidade ou Aceleração a forma e o período da vibração permanecem similares,existe apenas a diferença de fase entre os três parâmetros.

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• Vibração mecânica • Para compreender os fundamentos do princípio da

análise de vibrações, será preciso compreender o que é vibração mecânica. Leia atentamente o que se segue, orientado-se pela figura abaixo, que mostra um equipamento sujeito a vibrações.

• Pois bem, vibração mecânica é um tipo de movimento, no qual se considera uma massa reduzida a um ponto ou partícula submetida a uma força. A ação de uma força sobre o ponto obriga-o a executar um movimento vibratório.

• Co base no detalhe da ilustração, podemos definir um deslocamento do ponto P no espaço. Esse deslocamento pode ser medido pelo grau de distanciamento do ponto P em relação à sua posição de repouso sobre o eixo x.

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• Por outro lado, o ponto P realiza uma trajetória completa em um ciclo, denominado período de movimento, porém não é usual se falar em período e sim em freqüência de vibração.

• Na literatura mecânica é comum encontrarmos rotações por minuto (rpm) e ciclos por minuto (cpm) como unidades de freqüência. Essas unidades podem ser aceitas, considerando-se que o movimento de rotação do eixo é a causa, em última instância, da existência de vibrações em uma

• No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de freqüência recebe o nome de hertz (Hz), que equivale a um ciclo por segundo.

• Na literatura mecânica é comum encontrarmos rotações por minuto (rpm) e ciclos por minuto (cpm) como unidades de freqüência. Essas unidades podem ser aceitas, considerando-se que o movimento de rotação do eixo é a causa, em última instância, da existência de vibrações em uma

• Deslocamento - De acordo com o detalhe mostrado na ilustração, podemos definir o deslo-camento como a medida do grau de distanciamento instan-tâneo que expe-rimenta o ponto P no espaço, em relação à sua posição de repouso sobre o eixo x. O ponto P alcança seu valor máximo D, de um e do outro lado do eixo x. Esse valor máximo de deslocamento é chamado de amplitude de deslocamento, sendo medida em micrometro (mm). Atenção: 1 mm = 0,001 mm = 10-3 mm

•

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• máquina, e aceitar que quando o eixo completa uma rotação, o ponto P descreverá um número inteiro de trajetórias completas ou ciclos.

• Velocidade • O ponto P tem sua velocidade nula nas posições da amplitude máxima de

deslocamento e velocidade máxima quando passa pelo eixo x, que é a posição intermediária de sua trajetória. No SI, a unidade de velocidade é metros/ segundo (m/s). No caso particular do ponto P, a velocidade é expressa em mm/s.

• Aceleração • Como a velocidade do ponto P varia no decorrer do tempo, fica definida

uma certa aceleração para ele. A variação máxima da velocidade é alcançada pelo ponto P em um dos pontos extremos de sua trajetória, isto é, ao chegar à sua elongação máxima D. Nessas posições extremas, a velocidade não somente muda de valor absoluto, como também de sentido, já que neste ponto ocorre inversão do movimento. A aceleração do ponto P será nula sobre o eixo x, pois sobre ele o ponto P estará com velocidade máxima.

• Resumindo, o movimento vibratório fica definido pelas seguintes grandezas: deslocamento, velocidade, aceleração, amplitude e freqüência

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• Possibilidades da análise de vibrações • Por meio da medição e análise das vibrações existentes numa máquina em

operação, é possível detectar com antecipação a presença de falhas que podem comprometer a continuidade do serviço, ou mesmo colocar em risco sua integridade física ou a segurança do pessoal da área.

• A aplicação do sistema de análise de vibrações permite detectar e acompanhar o desenvolvimento de falhas nos componentes das máquinas. Por exemplo, pela análise de vibrações constatam-se as seguintes falhas:

• rolamentos deteriorados; • engrenagens defeituosas; • acoplamentos desalinhados; • rotores desbalanceados; • vínculos desajustados; • eixos deformados; • lubrificação deficiente; • folgas excessivas em buchas; • falta de rigidez;

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• problemas aerodinâmicos ou hidráulicos; • cavitação; • desbalanceamento de rotores de motores elétricos. O registro das vibrações das estruturas é efetuado por meio de sensores

ou captadores colocados em pontos estratégicos das máquinas. Esses sensores transformam a energia mecânica de vibração em sinais elétricos. Esses sinais elétricos são, a seguir, encaminhados para os aparelhos registradores de vibrações ou para os aparelhos analisadores de vibrações.

Os dados armazenados nos registradores e nos analisadores são, em seguida, interpretados por especialistas, e desse modo obtém-se uma verdadeira radiografia dos componentes de uma máquina, seja ela nova ou velha.

A análise das vibrações também permite, por meio de comparação, identificar o aparecimento de esforços dinâmicos novos, consecutivos a uma degradação em processo de desenvolvimento.

Os níveis de vibrações de uma máquina podem ser representados de várias maneiras, porém a maneira mais usual de representação é a espectral ou freqüência, em que a amplitude da vibração é dada de acordo com a freqüência.

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• No ponto A0 temos a amplitude de uma certa vibração, e no ponto A1 a amplitude de uma outra vibração. Desse modo, em um espectro todos os componentes de um nível vibratório são representados sob a forma de picos que nos permitem seguir, individualmente, a variação da amplitude de cada vibração e discriminar, sem mascaramentos, os defeitos em desenvolvimento nos componentes das máquinas.

• Análise espectral das principais anomalias • As anomalias espectrais podem ser classificadas em três categorias: • Picos que aparecem nas freqüências múltiplas ou como múltiplos da

velocidade desenvolvida pelo rotor. • Dentro dessa categoria, os picos são causados pelos seguintes fenômenos: • Desbalanceamento de componentes mecânicos;

Elemento mecânico solto

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Gráfico de DesbalanceamentoB-4001 ( Ventilador de Exaustão do Secador )

Encontrava-se desbalanceado,com uma vibração de V=14,92 mm/s,como mostra a figura abaixo:

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Após intervenção mecânica,quer dizer,após uma boa lavagem no rotor,a vibração caiu para V=1,97 mm/s,o que se pode considerar

muito bom,como mostra a figura.

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• Desalinhamento; Em Máquinas Rotativas

• Mau ajuste mecânico; • Avarias nas engrenagens; • Turbilhonamento da película de óleo; • Excitação hidrodinâmica; • Mau estado da correia de transmissão.

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Gráfico de DesalinhamentoP-3020K ( Bomba Doorclone K )

Encontrava-se desalinhada,com uma vibração de V=10,35 mm/s,como mostra a figura abaixo:

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Após intervenção mecânica,onde foi realizado o alinhamento a laser,com o equipamento já conhecido ( SKF TMEA-1 ),a vibração caiu para V=2,85 mm/s.O que se pode considerar aceitável,mas pode ser

melhorado,veja:

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• Excentricidade • A excentricidade é outra causa comum de vibrações em máquinas rotativas.

O significado de excentricidade aqui é diferente do desbalanceamento. Aqui o centro de rotação difere do centro geométrico, mesmo com a peça balanceada.

• Os sintomas da excentricidade são idênticos aos do desbalanceamento. Em alguns casos a excentricidade pode ser reduzida através de balanceamento mas, em geral, os resultados não são bons. Normalmente o problema só é corrigido através da montagem correta dos elementos envolvidos.

• A excentricidade pode produzir forças de reação de natureza não centrífuga. • Rotores excêntricos de ventiladores, bombas e compressores também

podem gerar forças vibratórias. Nesses casos, as forças resultam da atuação desigual de força aerodinâmicas e hidráulicas sobre o rotor. Os sintomas também são os mesmos do desbalanceamento. Não há forma de distinguir. O procedimento é realizar o balanceamento e, se as amplitudes não forem reduzidas significativamente, inspecionar a máquina na busca de desgastes, danos ou excentricidade nos mancais.

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Gráfico de ExcentricidadeH-4001 ( Moinho Martelo Fibra )

Estava ocorrendo uma excentricidade entre as caixas de mancais do moinho,ou seja estavam fora de centro,um em relação ao outro.Com uma vibração de

V=9,25 mm/s,como mostra a figura abaixo:

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Após intervenção mecânica,a vibração caiu para V=2,77 mm/s.O que se pode considerar aceitável,mas pode ser melhorado,veja:

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• Mancais de rolamentos defeituosos • Os rolamentos geram quatro freqüências características de defeitos que

são: • Freqüência de defeito de Pista Externa; • Freqüência de defeito de Pista Interna; • Freqüência de defeito de Elemento Rolante; • Freqüência de defeito de Gaiola. • Defeitos em guias, esferas ou roletes em mancais de rolamento causam

vibrações de alta freqüência. Nestes casos, a freqüência não é, necessariamente, um múltiplo inteiro da velocidade de rotação do eixo. Possíveis movimentos de ATRITO ou deslizamento de esferas ou roletes podem gerar frequências mais diretamente relacionadas com os processos de roçamentos ou impactos.

• Normalmente as amplitudes de vibração dependem da extensão do problema existente, mas os possíveis impactos podem excitar também frequências naturais, o que deve ser adequadamente verificado.

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Gráfico de Mancais com Rolamentos Defeituosos

DT-123 (Dessolventizador de Farelo ) Estavam ocorrendo,problemas localizados nos rolamentos do motor do

conjunto.Com Gs=6,77 gs,como mostram as figuras abaixo:

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Após intervenção mecânica,o valor caiu para Gs=1,67 gs.O que se pode considerar bom,mas pode ser melhorado com o alinhamento.Veja os

espectros:

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• Mancais de deslizamento defeituosos • Os altos níveis vibratórios devidos a problemas em mancais de deslizamen-

to são resultado, geralmente, de folgas excessivas (desgaste ou erosão Química), partes soltas, ou problemas de lubrificação.

• Folga Excessiva - A folga excessiva provoca desbalanceamento, desalin-hamento, afrouxamento e batidas.

• Precessão com lubrificação - A precessão com lubrificação ocorre apenas em mancais de deslizamento lubrificados sob pressão e quando operam a altas velocidades, normalmente superiores à segunda velocidade critica do rotor.

• Lubrificação inadequada - Problemas como insuficiência de lubrificação ou uso de lubrificante inadequado, podem causar vibração em mancais de deslizamento. Nestes casos, a lubrificação inadequada causa atrito excessivo entre o mancal estacionário e o eixo rotativo, e o atrito excita uma vibração no mancal ou partes a ele relacionadas. A freqüência da vibração, neste caso, é normalmente muito alta, produzindo ruído agudo (guinchos), e não tem relação com a velocidade de rotação do rotor.

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Gráfico de Deslizamento Defeituoso

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• Elemento mecânico solto causando vibração • Quando a parte mais pesada do rotor está na parte inferior do mancal a

força centrífuga se dirige para baixo, forçando o mancal contra o seu pedestal. Quando a parte mais pesada do rotor passa pela parte superior do mancal a força se dirige para cima e o mancal é elevado do pedestal. Quando a parte mais pesada do rotor está na lateral do mancal o mesmo cai sobre o pedestal . Este processo resulta que a força atua de duas formas distintas sobre o mancal, durante uma revolução do rotor: o rotor é inicialmente levantado e a seguir cai sobre o pedestal.

• Caracteriza-se aqui uma força periódica com comportamento não harmônico o que implica na presença de frequências harmônicas, com predominância da segunda harmônica (igual ao dobro da frequência de operação).

• Como resumo, a principal característica da vibração originada por elemento mecânico solto é a predominância da segunda frequência harmônica. Existe, normalmente, alguma folga inerente em toda máquina, de forma que é absolutamente normal achar alguma a segunda harmônica (ou, até mesmo, harmônicas maiores) quando há desbalanceamento e desalinhamento.

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Gráfico de Folgas Mecânicas

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• A suspeita de elemento mecânico solto é justificada quando a • Correias • Apesar das correias serem uma das mais comuns e significantes fontes

vibratórias em máquinas industriais, geralmente são as últimas a serem investigadas. As correias em V são muito utilizadas em transmissão de potência por sua alta capacidade de absorver choques e vibrações. Na maioria dos casos as correias em V operam mais silenciosamente que correntes e engrenagens, o que evidencia níveis vibratórios menores. Por outro lado, as correias em V podem ser fontes de vibrações indesejáveis, especialmente em máquinas ferramenta em que os níveis vibratórios devem ser mantidos muito baixos.

• Os principais problemas vibratórios associados às correias em V são, geralmente, classificados como:

• Reação da correia a outras forças geradas no equipamento; • Problemas reais na correia. • segunda harmônica é predominante.

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Gráfico de Desgaste em Correias

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• As correias em V são freqüentemente consideradas como fontes de vibrações porque é muito fácil visualizar a sua vibração, o que não ocorre com outras partes da máquina. As correias são as peças de maior facilidade de substituição. Entretanto, é bastante provável que a correia vibre em função de outros distúrbios na máquina, sendo apenas um indicador de um problema vibratório. Alguns problemas que normalmente produzem vibrações em correias são o desbalanceamento excessivo, polias excêntricas, desalinhamentos e elementos soltos. Deve-se, portanto, investigar profundamente as causas da vibração antes de efetuar uma troca de correia. O fator chave para determinar a natureza do problema é a frequência da vibração da correia. Se a vibração da correia é produzida por uma causa proveniente de outro elemento, então a frequência da vibração estará associada ao problema gerador. Por outro lado, quando a vibração ocorre por defeito na correia, a frequência de vibração é igual a um múltiplo inteiro (1, 2, 3 ou 4 vezes) da rotação da correia.

• Com correias múltiplas é importante que todas as correias tenham a mesma tensão. Se algumas correias estiverem frouxas enquanto que outras estão tensionadas, as correias frouxas apresentarão fortes vibrações mesmo que as forças perturbadoras sejam fracas. Esta condição causa deslizamento e acelera o desgaste na correia e na polia.

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• A identificação de defeitos na correia geralmente pode ser feita medindo-se a vibração em um mancal próximo à mesma, inicialmente em direção perpendicular à direção da tensão na mesmo e, a seguir, em direção perpendicular à primeira. Correias defeituosas geralmente apresentam uma amplitude de vibração maior em uma direção paralela à direção de sua tensão.

• Os defeitos mais comuns em correias são: • Rachaduras, • Pontos endurecidos ou enfraquecidos. • Engrenagens • Normalmente, as vibrações originadas por problemas em engrenagens são

fáceis de ser identificadas por ocorrerem em uma frequência alta, igual à frequência de rotação da engrenagem multiplicada pelo seu número de dentes (frequência de engrenamento). Alguns problemas comuns que apresentam estas características são:

• Desgaste excessivo, • Imperfeições nos dentes, Lubrificação deficiente, e Impurezas incrustadas

nos dentes.

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Gráfico de Desgaste em Engrenagens

Frequência de Engrenamento

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• As engrenagens também podem gerar vibrações em outras freqüências não relacionadas com a freqüência de engrenamento. Quando, por exemplo, a engrenagem apresenta apenas um dente quebrado ou deformado, pode surgir uma vibração na freqüência de rotação. Neste caso o problema pode ser identificado analisando-se a forma da onda vibratória (em um osciloscópio): ocorrem picos elevados em intervalos de um período de rotação, comparando a vibração resultante com a que seria gerada por um desbalanceamento. Se existirem mais de um dente danificados a freqüência será multiplicada pelo número destes. Quando um trem de engrenagens opera com condição de carga muito leve as vibrações podem apresentar amplitudes e freqüências erráticas. Esta condição de operação pode ocasionar impactos entre as diversas engrenagens de forma desordenada. Os impactos excitam as freqüências naturais das engrenagens, mancais e componentes a eles ligados. Este tipo de problema pode ser distinguido de um problema em um mancal, por exemplo, observando-se que as amplitudes originadas pelo problema do mancal são muito maiores próximas ao próprio mancal, enquanto que as originadas por engrenagens são detectadas em dois ou mais pontos da máquina.

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• Problemas elétricos • As vibrações causadas por falhas elétricas ocorrem em sistemas que possuem

máquinas elétricas (motores, geradores, alternadores, etc.) e são causadas normalmente por forças magnéticas desequilibradas atuantes em rotores ou estatores. Algumas causas comuns destas forças são:

• Rotor não redondo; • Armaduras excêntricas; • Rotor e estator desalinhados; • Estator elíptico; • Circuito aberto ou curto circuito; • Problemas no enrolamento do rotor. • Os problemas elétricos geralmente apresentam vibrações na freqüência de

rotação, o que torna difícil a distinção de outras fontes como desbalanceamento. Uma maneira de se verificar se a vibração é causada por problema elétrico é desligar a energia elétrica durante a medição da amplitude de vibração e verificar se a mesma desaparece ou diminui significativamente rapidamente. Em caso positivo a causa é certamente elétrica. Se a diminuição da amplitude for lenta e acompanhar a queda na freqüência de rotação, então a causa é de natureza mecânica. Uma outra característica deste tipo de problema é que os níveis vibratórios dependem da carga.

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• Muitas vezes, motores elétricos são testados em vazio e não apresentam amplitudes de vibração elevadas e quando em operação com carga vibram violentamente, evidenciando problemas elétricos.

• Em motores de indução podem ocorrer vibrações na freqüência de deslizamento que é igual à diferença entre a freqüência de rotação do rotor e a freqüência elétrica (do campo magnético rotativo) chamada de síncrona que é sempre igual à freqüência da linha de corrente alternada (freqüência da rede, 60 Hz). Neste caso a amplitude da vibração é pulsante. O fenômeno do batimento se intensifica quando ocorre um problema mecânico associado (como o desbalanceamento) e a pulsação da amplitude se torna regular, especialmente quando as duas freqüências são relativamente próximas.

• Os motores elétricos também podem apresentar vibrações devido a pulsos de torque gerados quando o campo magnético do motor energiza os pólos do estator. A freqüência associada é igual ao dobro da freqüência da linha de corrente alternada.

• Os pulsos de torque são raramente problemáticos exceto quando são exigidos níveis de vibração extremamente baixos ou os pulsos excitam ressonâncias em outras partes da máquina.

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• Vibrações devido a forças aerodinâmicas e hidráulicas • Máquinas que operam com fluidos como ar, água, óleo ou gases podem

apresentar vibrações originadas pela interação entre elementos sólidos móveis (pás) e fluidos. Isto acontece freqüentemente em bombas, ventoinhas e similares. As vibrações geradas ocorrem em freqüências altas (número de pás vezes a freqüência de rotação). As causas da vibração são forças hidráulicas que normalmente são pequenas, mas se tornam importantes quando excitam alguma ressonância na máquina. Se não ocorre ressonância o problema pode ser originado por cavitação, recirculação ou turbulência.

• A cavitação ocorre quando uma bomba opera com excesso de capacidade ou baixa pressão de sucção. Como o fluido que já entrou não preenche completamente o espaço, o fluido que está entrando é puxado aos pulos para preencher os espaços vazios. Isto cria bolsas de vácuo que são altamente instáveis que podem literalmente implodir muito rapidamente. Os impactos gerados excitam freqüências naturais localizadas em partes da bomba. Como as implosões podem ocorrer em tempos e posições aleatórios na bomba ou na tubulação a amplitude e a freqüência da vibração também são aleatórias.

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• A recirculação pode ocorrer quando uma bomba está operando em baixa capacidade ou alta pressão de sucção. Na tentativa de se mover uma quantidade excessiva de fluido da bomba, uma porção do fluido retorna. Este fluxo reverso e a conseqüente mistura de fluido movendo-se em direções opostas causa vibração. A recirculação ocorre algumas vezes dentro de uma bomba de múltiplos estágios com folga excessiva entre o rotor e seu alojamento. Esta forma de recirculação pode mostrar uma freqüência quase constante não relacionada com a freqüência de rotação. Em qualquer situação, as vibrações devidas à recirculação apresenta flutuações aleatórias na freqüência e na amplitude similares às causadas pela cavitação.

• O fluxo turbulento é o resultado da resistência ao fluxo normal de fluidos. Esta resistência pode ser causada por obstruções, curvas agudas ou apenas atrito superficial entre fluido e tubulação. A turbulência também pode ser causada pela mistura de fluidos de alta e baixa velocidades. Um exemplo é um motor a jato quando os gases de exaustão de alta velocidade se misturam ao ar externo quase estacionário. Embora os níveis de ruído gerado por fluxo turbulento sejam muito altos, a máquina vibra pouco, pois a condição de turbulência é externa a ela.

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• Controle • O controle dos fenômenos vibratórios podem ser conseguidos por 3 (três)

procedimentos diferenciados. • Eliminação das fontes com: Balanceamento,Alinhamento,Troca de peças

defeituosas aperto de bases soltas,etc. • Isolamento das partes com: Colocação de um modo elástico amortecedor

de modo a reduzir a transmissão da vibração a níveis toleráveis. • Atenuação da resposta com: Alteração da estrutura (Reforços, Massas

Auxiliares, Mudanças de Frequência Natural, Etc ).

• O fenômeno do desbalanceamento é a causa mais comum das vibrações, sendo caracterizado por uma forte vibração radial que apresenta a mesma freqüência de rotação do rotor.

• O desalinhamento também é bastante comum em máquinas e provoca vibrações na mesma freqüência de rotação do rotor, ou em freqüências múltiplas, notadamente no caso de dentes acoplados.

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• Quando se tem um mau ajuste mecânico de um mancal, por exemplo, ou quando ocorre a possibilidade de um movimento parcial dele, no plano radial surge uma vibração numa freqüência duas vezes maior que a velocidade de rotação do eixo. Essa vibração aparece por causa do efeito de desbalanceamento inicial e pode adquirir uma grande amplitude em função do desgaste do mancal. No caso de engrenamento entre uma coroa e um pinhão, por exemplo, ocorrerá sempre um choque entre os dentes das engrenagens. Isto gera uma vibração no conjunto, cuja freqüência é igual à velocidade de rotação do pinhão multiplicado pelo seu número de dentes.

• O mau estado de uma correia em “V” provoca variação de largura, sua deformação etc., e como conseqüência faz surgir variações de tensão que, por sua vez, criam vibrações de freqüência iguais àquela da rotação da correia.

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• Se as polias não estiverem bem alinhadas, haverá um grande componente axial nessa vibração. Picos que aparecem em velocidades independentes da velocidade desenvolvida pelo rotor. Os principais fenômenos que podem criar picos com freqüências não relacionadas à freqüência do rotor são causados pelos seguintes fatores:

• Vibração de máquinas vizinhas - O solo, bem como o apoio de alvenaria que fixa a máquina, pode transmitir vibração de uma máquina para outra.

• Vibrações de origem elétrica - As vibrações das partes metálicas do estator e do rotor, sob excitação do campo eletromagnético, produzem picos com freqüências iguais às daquele rotor. O aumento dos picos pode ser um indício de degradação do motor; por exemplo, diferenças no campo magnético do indutor devido ao número desigual de espiras no enrolamento do motor.

• Ressonância da estrutura ou eixos - Cada componente da máquina possui uma freqüência própria de ressonância. Se uma excitação qualquer tiver uma freqüência similar àquela de ressonância de um dado componente, um pico aparecerá no espectro.

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• As máquinas são sempre projetadas para que tais freqüências de ressonância não se verifiquem em regime normal de funcionamento, aceitando-se o seu aparecimento somente em regimes transitórios. Densidade espectral proveniente de componentes aleatórios da vibração

• Os principais fenômenos que provocam modificações nos componentes aleatórios do espectro são os seguintes:

• Cavitação - Esse fenômeno hidrodinâmico induz vibrações aleatórias e é necessário reconhecê-las de modo que se possa eliminá-las, modificando-se as características de aspiração da bomba. A cavitação pode ser também identificada pelo ruído característico que produz.

• Escamação dos rolamentos - A escamação de uma pista do rolamento provoca choques e uma ressonância do mancal que é fácil de identificar com um aparelho de medida de ondas de choque.

• Na análise espectral, esse fenômeno aparece nas altas freqüências, para uma densidade espectral que aumenta à medida que os rolamentos dete-rioram. Se a avaria no rolamento fosse em um ponto apenas, seria possível ver um pico de freqüência ligada à velocidade do rotor e às dimensões do rolamento (diâmetro das pistas interiores e exteriores, número de rolamen-tos etc.), porém isto é muito raro.

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• Na verdade, um único ponto deteriorado promove a propagação da deterioração sobre toda a superfície da pista e sobre outras peças do rolamento, criando, assim, uma vibração do tipo aleatória.

• Atrito - O atrito gera vibrações de freqüência quase sempre elevada. • O estado das superfícies e a natureza dos materiais em contato têm

influência sobre a intensidade e a freqüência das vibrações assim criadas. Parâmetros deste tipo são freqüentemente esporádicos, difíceis de analisar e de vigiar.

• Sensores ou captadores • Existem três tipos de sensores, baseados em três diferentes sistemas de

transdução mecânico-elétricos: • sensores eletrodinâmicos: detectam vibrações absolutas de freqüências

superiores a 3 Hz (180 cpm).

• sensores piezoelétricos: detectam vibrações absolutas de freqüências superiores a 1 Hz (60 cpm).

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• sensores indutivos (sem contato ou de proximidade): detectam vibrações relativas desde 0 Hz, podendo ser utilizados tanto para medir deslocamentos estáticos quanto dinâmicos.

• Registradores • Medem a amplitude das vibrações, permitindo avaliar a sua magnitude.

Medem, também, a sua freqüência, possibilitando identificar a fonte causadora das vibrações. Os registradores podem ser analógicos ou digitais, e estes últimos tendem a ocupar todo o espaço dos primeiros.

Registrador gráfico sem papel, • Analisadores Existem vários tipos e, entre eles, destacam-se: analisadores

de medição global; analisadores com filtros conciliadores (fornecem medidas filtradas para uma gama de freqüência escolhida, sendo

que existem os filtros de porcentagem constante e os de largura da banda espectral constante) e os analisadores do espectro em tempo real.

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• Os analisadores de espectro e os softwares associados a eles, com a presença de um computador, permitem efetuar:

• o zoom, que é uma função que possibilita a ampliação de bandas de freqüência;

• a diferenciação e integração de dados; • a comparação de espectros; • a comparação de espectros com correção da velocidade de rotação.

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• Tabela de Defeitos • Desbalanceamento de Massa • O Desbalanceamento de Forças estará em fase e será permanente. A

amplitude devida ao Desbalanceamento crescerá com o quadrado da velocidade (3X de aumento da velocidade = 9X de aumento na vibração). 1X RPM sempre está presente e normalmente domina o espectro. Pode ser corrigida pela colocação, simplesmente, de um peso de balanceamento em um plano no centro de gravidade do Rotor (CG).

• O Desbalanceamento do Rotor em Balanço causa elevado 1X RPM tanto na direção axial como na direção radial. Leituras axiais tendem a estar em fase, enquanto leituras de fase radiais podem ser instáveis. Rotores em balanço comumente têm desbalanceamento de força e de acoplamento, cada um dos quais exigirá igualmente que se faça a correção.

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• Ocorre Excentricidade quando o centro de rotação está fora do centro geométrico de uma polia, uma engrenagem, um mancal, uma armadura de motor, etc. A maior vibração ocorre a 1X RPM do componente excêntrico na direção das linhas dos centros dos dois rotores. Leituras comparativas de fases horizontal e vertical usualmente diferem de 0° ou de 180° (cada uma delas indica movimento em linha reta). Tentativas de balancear um rotor com excentricidade resulta, muitas vezes, na redução da vibração em uma direção, porém em seu aumento na outra direção radial (dependendo da quantidade da excentricidade).

• Problemas de Arqueamento do eixo causam alta vibração axial com as diferenças de fase axial tendendo para 180° no mesmo componente da máquina. A vibração dominante é normalmente de 1X se a curvatura for próxima ao centro do eixo, mas será de 2X se a curvatura estiver próxima ao acoplamento (Ao fazer as medições seja cuidadoso com a orientação do transdutor, invertendo a direção do transdutor para cada medição axial).

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• Rolamento Engembrado pode gerar considerável vibração axial. Causará Movimento de Torção com aproximadamente 180° de variação de fase de alto a baixo e/ou lado a lado quando medido na direção axial do mesmo local do mancal. Tentativas de realinhar o acoplamento ou balancear o rotor não aliviarão o problema. O Rolamento deve ser r

• A folga Mecânica é indicada pelos espectros dos tipos A, B e C. O Tipo A é causado por folga/fragilidade Estrutural nos pés, base ou fundação da máquina; também pela deterioração do apoio ao solo, folga de parafusos que sustentam a base; e distorção da armação ou base (ex.: . pé frouxo). A análise de fase revelará aproximadamente 180° de diferença de fases entre medições verticais no pé da máquina, local onde está à base e a própria base. É movido e corretamente instalado.

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• O Roçamento do Rotor produz espectro similar à folga mecânica quando as partes rotativas entram em contato com componentes estacionários. O atrito pode ser parcial ou em toda a rotação. Usualmente, gera uma série de freqüências, muitas vezes excitando uma ou mais ressonâncias. Muitas vezes excita uma série completa de sub-harmônicos frações da velocidade de marcha (½, ⅓, ¼, ⅕, 1/n), dependendo da localização das freqüências naturais do rotor. O Roçamento do Rotor pode excitar muitas freqüências altas (ruído de banda larga semelhante ao ruído do giz quando risca o quadro-negro). Ele pode ser muito sério e de curta duração se provocado pelo contato do eixo com o (Babbit) metal-patente do mancal; mas menos sério quando o eixo roça em uma vedação, a pá de um misturador roça na parede de um tanque, e o eixo ou a luva roça no guarda-acoplamento .

• Os últimos estágios de desgaste dos mancais de bucha são normalmente evidenciados pela presença de séries inteiras de harmônicos da velocidade de operação (acima de10 ou até 20). Mancais de bucha desgastados comumente admitirão altas amplitudes verticais se comparadas com as horizontais. Mancais de bucha com excessiva liberdade podem permitir um menor desbalanceamento e/ou desalinhamento, provocando vibração alta, que poderia ser muito menor se as folgas do mancal fossem apertadas.

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• MANCAIS DE BUCHA: PROBLEMAS• A- FOLGA E DESGASTE A Instabilidade do Filme de Óleo por

Turbilhonamento ocorre de 0.42 a 0.48X RPM e é muitas vezes bastante severa e considerada excessiva quando a amplitude exceder 50% das folgas dos mancais. O Turbilhonamento do Óleo é uma vibração firmemente excitada do óleo causada por desvios nas condições normais de operação (posição do ângulo e razão de excentricidade) fazem com que a cunha de óleo empurre o eixo ao redor da parte interna do mancal. A força desestabilizadora na direção de rotação resulta em um turbilhonamento.

• O Turbilhonamento é inerentemente instável, uma vez que ele aumenta as forças centrífugas que aumentam as forças do turbilhonamento. Pode levar o óleo a não sustentar o eixo, ou pode se tornar instável quando a freqüência do turbilhonamento coincide com a freqüência natural do rotor. Mudanças na viscosidade do óleo, pressão no tubo e cargas externas podem causar o turbilhonamento do óleo.

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• INSTABILIDADE DO FILME DE ÓLEO – TURBILHONAMENTO DO ÓLEO• Pode ocorrer Chicoteamento do Óleo se a máquina operar em ou acima de

2X a Freqüência Crítica do Rotor. Quando o Rotor atinge duas vezes a Velocidade Crítica, o Chicoteamento do Óleo estará muito próximo da Crítica do Rotor e talvez cause excessiva vibração a qual leva a película de óleo a não mais ser capaz de suportar o eixo por muito tempo. Agora a Velocidade do Turbilhonamento se amarrará à Crítica do Rotor e seu pico não ultrapassará mais esta, mesmo que a máquina atinja velocidades cada vez mais altas.

• Freqüência de Passagem de Palheta (BPF) = Nº. De Palhetas(ou Pás) X RPM. Esta Freqüência é inerente à bombas, ventiladores e compressores, e, normalmente não constitui um problema. Entretanto, grande amplitude de BPF (e harmônicos) podem ser gerados em uma bomba se o intervalo entre as pás rotativas e os difusores estacionários não for mantido igual ao longo de todo o caminho. Também BPF (ou harmônico) pode coincidir algumas vezes com a freqüência natural do sistema causando alta vibração. Alto BPF pode ser gerado se formarem desgastes nos impulsores ou caírem as travas dos difusores. BPF alto também pode ser causado por bandas abruptas na tubulação (ou duto), obstruções que prejudiquem o fluxo, ou se o rotor da bomba ou do ventilador estiver descentralizado dentro de sua carcaça.

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• A turbulência muitas vezes ocorre em sopradores devido às variações de pressão e velocidade do ar passando através do ventilador ou do sistema de dutos conectados. A passagem do fluxo causa turbulência, que gerará vibração aleatória de baixa freqüência.

• A cavitação normalmente gera energia em banda larga, de freqüência mais alta, de caráter aleatório, que algumas vezes se superpõe a harmônicos de freqüência de passo de lâmina. Normalmente, indica pressão de sucção insuficiente. A cavitação pode ser bastante destrutiva para a parte interna da bomba, se deixada sem correção. Ela pode particularmente erodir as palhetas do rotor. Quando presente, ela soa muitas vezes como se pedras estivessem passando através da bomba.

• O indicador chave do Dente Gasto é a Freqüência Natural da Engrenagem, junto com bandas laterais em volta dela, espaçadas na velocidade de operação da engrenagem em mau estado. A Freqüência da Rede de Engrenagens pode mudar ou não em amplitude, embora ocorram bandas laterais de alta amplitude envolvendo GMF, (geração máxima de freqüência) em geral quando o desgaste é perceptível. As bandas laterais podem ser melhores indicadores do desgaste que as próprias freqüências GMF. (geração máxima de freqüência)

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• Freqüências de Dentes de Engrenagens são muitas vezes sensíveis à carga. Altas amplitudes GMF não indicam necessariamente um problema, particularmente se as freqüências de banda lateral se mantêm em nível baixo e as freqüências naturais das engrenagens não são excitadas. Cada análise deve ser executada com o sistema operando com carga máxima.

• Um Dente Trincado ou Quebrado gerará uma amplitude alta em 1X RPM desta engrenagem e, além disso, excitará a Freqüência Natural da Engrenagem (Fn) com a banda lateral em sua velocidade de operação. Ele é melhor detectado em Forma de Onda de Tempo, a qual mostrará uma ponta pronunciada cada vez que o dente com problema tentar engrenar nos dentes da engrenagem com que trabalha. O tempo entre impactos (Δ) corresponderá a 1/velocidade da engrenagem com problema. Amplitudes de Pontas de Impacto na Forma de Onda de Tempo habitualmente serão muito maiores que aquela de 1X RPM.

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• A Freqüência de Dente Não Encaixado é particularmente efetiva para detectar defeitos, tanto na engrenagem como no pinhão, que provavelmente ocorreram durante a fabricação ou foram provocados pela má utilização. Ela pode causar vibrações bastante elevadas, mas enquanto isto ocorre em freqüências baixas, predominantemente menores que 600 CPM(Ciclos por minutos), não é geralmente percebida. Um conjunto de engrenagens com este problema repetido de dente emite, normalmente, um som crescente a partir do equipamento. O máximo de efeito ocorre quando o pinhão defeituoso e os dentes da engrenagem engatam ambos ao mesmo tempo (em alguns equipamentos isto deverá ocorrer somente 1 vez cada 10 a 20 RPM.

• Uma Freqüência de Batimento é o resultado de duas freqüências muito próximas entrando e saindo de sincronismo, uma com a outra. O espectro de banda larga normalmente mostrará um pico pulsando para cima e para baixo. Quando se olha mais de perto nestes picos (espectro mais abaixo), vêem-se dois picos muito próximos. A diferença entre estes dois picos (F1-F2) é a Freqüência de Batimento que aparece, ela mesma, no Espectro de Banda Ampla. A Freqüência de Batimento não é comumente vista nas medições de faixa freqüência normal, uma vez que ela tem como característica inerente ser uma freqüência baixa, usualmente ficando numa faixa de aproximadamente 5 a 100 CPM. A vibração máxima se verificará quando a forma de onda no tempo de uma freqüência (F1) estiver em fase com a outra freqüência (F2). A vibração mínima ocorre quando as formas de onda destas duas freqüências estiverem defasadas de 180°.

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• Correias Desequilibradas, Soltas ou Frouxas • Freqüências de correias estão abaixo tanto da RPM do motor como da RPM

do equipamento acionado. Quando elas estão gastas, frouxas ou desiguais, elas causam normalmente freqüências múltiplas, de 3 a 4, da Freqüência da Correia. Muitas vezes à 2X a Freqüência da Correia é o pico dominante. Amplitudes são normalmente instáveis, algumas vezes pulsando com a RPM do equipamento acionador ou do acionado. Em equipamentos com correias dentadas, o desgaste ou o desalinhamento da polia é indicada por altas amplitudes na Freqüência da Correia Dentada.

• O Desalinhamento das polias produz alta vibração em 1X RPM, predominantemente na direção axial. A relação de amplitudes da RPM do acionador para a do acionado depende do local de obtenção dos dados, bem como da massa relativa e da rigidez da armação. Muitas vezes, com o Desalinhamento dos eixos, a vibração axial mais alta no motor ocorrerá a RPM do acionado ( ex.: ventilador).

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• Polias excêntricas ou desbalanceadas ocasionam alta vibração em 1X RPM da polia. A amplitude é normalmente mais elevada quando em linha com as correias, e poderá ser identificada nos mancais do acionador e do acionado. Algumas vezes é possível balancear polias excêntricas prendendo arruelas aos parafusos de fixação. Entretanto, mesmo balanceada, a excentricidade induzirá à vibração e à tensões de fadiga reversíveis na correia.

• A Ressonância da Correia pode provocar amplitudes elevadas, se ocorrer que a Freqüência Natural da Correia se aproxima ou coincide com a RPM do acionador ou da polia acionada. A Freqüência Natural da Correia pode ser alterada tanto pela mudança da Tensão da Correia como do seu Comprimento. Ela pode ser detectada tencionando e depois reduzindo a tensão da correia enquanto se mede a resposta nas polias ou nos mancais.

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•Boa sorte na prova.