AMBIENTE MULTIMDIA DE SUPORTE DISCIPLINA DE PS-GRADUAO

FERRAMENTAS DE DIAGNSTICO DE MQUINAS Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de GuaratinguetPrograma de Ps-graduao em Mecnica rea de Projetos

Contedo do captuloNeste captulo efetuaremos o estudo de:4.1 Diagnstico de mquinas;4.2 Desbalanceamento de eixos;4.3 Desalinhamento de eixos;4.4 Desalinhamento de correias;4.5 Componentes soltos;4.6 Falhas em engrenagens;4.7 Roamento;4.8 Falhas em motores eltricos.4 Mtodos de Diagnsticos de Mquinas

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FERRAMENTAS DE DIAGNSTICO DE MQUINAS Captulo 4.8 Falhas em motores eltricos

RotorFalhas em motores eltricosMotor de Induo trifsico EstatorVentilador

Um motor de induo possui freqncias caractersticas mesmo que no tenha nenhuma falha, so as chamadas assinaturas de vibrao do motor. Estas freqncias so(em parntesis a notao que iremos utilizar neste curso):

Freqncia de alimentao (Fal) Freqncia de rotao (Frt) Freqncia do campo magntico (Fcm) Freqncia de escorregamento (Fes) Freqncia de ranhura (Fran)

Falhas em motores eltricosFreqncias bsicas de um motor eltrico

Freqncia de alimentao (Fal) a freqncia eltrica 60 Hz

Freqncia de rotao (Frt) a freqncia real com que o motor est girando, depende da carga que est aplicada.

Freqncia do campo magntico (Fcm) a freqncia de alimentao dividida pelo numero de plos do motor

Falhas em motores eltricosFreqncias bsicas de um motor eltrico

Freqncia de escorregamento (Fes) O rotor do motor no gira com velocidade sncrona, mas escorrega para trs no campo girante. A freqncia de escorregamento a diferena entre velocidade sncrona e a velocidade do rotor. A Fes calculada multiplicando a freqncia de alimentao pelo escorregamento do motor, que calculado por:

Onde: Nm = Freqncia de rotao do motor (medida no motor) Ns = Rotao sncrona (do campo) Falhas em motores eltricosFreqncias bsicas de um motor eltrico

Freqncia de ranhura (Fran) As ranhuras do entreferro tanto no estator quanto no rotor geram vibrao, pois criam desbalanceamento de foras magnticas de atrao, conseqncia da variao da relutncia do circuito, em funo da taxa de passagem pelas ranhuras do estator e do rotor.Falhas em motores eltricosFreqncias bsicas de um motor eltrico A freqncia de ranhura calculada por:

Fal = Freqncia da redeRs = Numero de ranhuras do rotorS = escorregamento unitrioP = numero de pares de plosK = zero ou n par (2,4,6,8,)

Maquinas com conjunto rotativo leve e estruturas robustas e pesadas tem a maioria das foras geradas pelo rotor, como movimento relativo entre o eixo e o mancal. A estrutura da mquina funciona como amortecimento, assim deve-se medir a vibrao no rotor, atravs de sensores sem contato. Mquinas com conjunto rotativo pesado, apoiado em mancais rgidos e com estrutura leve, tem as foras gerada pelo rotor dissipadas atravs dos mancais da estrutura, assim o melhor ponto para medio est localizado na estrutura da mquina, prximo a mancais de rolamentos ou chapas grossas.Falhas em motores eltricosComo medir a vibrao em motores eltricos

Em um motor de induo os defeitos de origem eltrica podem ser resultado de: Degradao do isolamento da bobina do estator Desequilbrio da alimentao Quebra das barras do rotor Quebra do anel curto-circuito Os defeitos de origem mecnica podem ser identificados como: Rotor excntrico ou desbalanceado Ventoinha quebradaFalhas em motores eltricosDefeitos de origem eltrica e mecnica

As falhas: Degradao do isolamento da bobina do estator Desequilbrio da alimentao Enrolamentos em curto e folgas no entreferro do motorCaracterizam-se por uma freqncia no espectro de vibrao igual a duas vezes a freqncia de alimentao. A amplitude determinada pela carga do motor. 2*Fal (Freqncia de alimentao)Falhas em motores eltricosDefeitos eltricos

As falhas: Quebra das barras do rotor Quebra do anel curto-circuitoCaracterizam-se pelo surgimento de bandas laterais ao redor da freqncia de rotao do motor (Nm) igual ao valor da freqncia de plos que por sua vez igual a 2x o valor da freqncia de escorregamento (Fes)Falhas em motores eltricosDefeitos eltricosNm2*Fes2*Fes

Um rotor excntrico ou um rotor desbalanceado provocam variaes no campo magntico entre os plos do estator e o rotor (altera o chamado air gap distncia entre o rotor e o estator), causando uma freqncia de 1X rpm no sinal medido no motor:Falhas em motores eltricosRotor excntrico ou desbalanceadoNm2*Fs2*Fs

Como saber se o defeito mecnico (Desbalanceamento) ou eltrico (Excntrico)? Deve-se medir a vibrao no momento em que a corrente de alimentao do motor cortada, duas situaes podem ocorrer: 1 - Amplitude de vibrao decai bruscamente: Problema eltrico e pode ser causado por excentricidade do rotor no estator 2 - Amplitude decai lentamente: Problema mecnico possivelmente devido a desbalanceamento do rotor.Falhas em motores eltricosRotor excntrico ou desbalanceado

Mtodo da anlise de corrente Utiliza medidores no-invasivos ao motor para obter o sinal eltrico de entrada das fases do motor, assim possvel efetuar a anlise do espetro da freqncia de alimentao do motor. indicada para identificao de barras quebradas no rotor e desbalanceamento de tenso.Falhas em motores eltricosMtodos de anlise de falhas em motores eltricos

Mtodo do fluxo magntico Utiliza uma bobina imersa no campo magntico girante produzido pelas correntes do estator. Qualquer pequeno desbalanceamento no fluxo magntico perceptvel pela bobina. Este mtodo indicado para identificao de barras quebradas no rotor, desequilbrio de fases e problemas nos enrolamentos do motor. Possui a vantagem de no precisar saber o numero de barras e a carga do motor para identificar anomalias nas espiras.Falhas em motores eltricosMtodos de anlise de falhas em motores eltricos

Utilizando um motor de induo trifsico de 1cv, 4 plos e 220 de alimentao (ligao em tringulo).Com o auxilio de um reostato com entrada 220V e sada varivel entre 0 e 250V foi induzido um desbalanceamento de corrente no motor.Diagnstico de falhas atravs de anlise de vibraesFalhas em motores eltricos exemploBancada de testes

As freqncias bsicas observadas na assinatura de vibrao de um motor sem defeito so: Freqncia de alimentao (Fal) = 60 Hz e Mltiplos da freqncia de alimentao: : 2xFal = 120 Hz

Freqncia de rotao (Frt) = 1750 rpm = 29,17 Hz Mltiplos da freqncia de rotao: 2x Frt = 58,38 Hz, 3xFrt = 87,50 Hz

Freqncia de ranhura (Fran) = 875 Hz e mltiplos: 2x Fran = 1750 Hz

Diagnstico de falhas atravs de anlise de vibraesFalhas em motores eltricos exemplo

Inicialmente foi efetuada uma coleta sem desbalanceamento. A corrente em cada uma das fases foi de 1 Ampere. Diagnstico de falhas atravs de anlise de vibraesFalhas em motores eltricos exemploEspectro normalNo grfico do osciloscpio podemos distinguir dois picos:28 Hz Freqncia de rotao (Frt)360 Hz Mltiplo da freqncia de alimentao (Fal)

Uma segunda medio foi efetuada induzindo-se um desequilbrio em uma das fases. A corrente da fase com o reostato de 1,8A enquanto as demais esto com 3,0A.Diagnstico de falhas atravs de anlise de vibraesFalhas em motores eltricos exemploEspectro com desequilbrio de faseNo grfico do osciloscpio podemos distinguir dois picos:28 Hz Freqncia de rotao (Frt)120 Hz Freqncia de alimentao (Fal)240Hz - Mltiplo da freqncia de alimentao (Fal)