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agostoLivroBrancode2011

HighFrequencyAnlisedeVibraoAnfasenestetrabalhoacapturaeanlisedeondasdetensointroduzidosmquinasrotativasporeventoscomoimpactante,fatigante,eatrito.Oseventosdeondasdetensointroduzidosmquinasrotativassoondasprincipalmenteflexo(tambmconhecidoscomodobrarouondasS).Estasondassepropagamlongedolocaldeiniciaodaintroduodeumaondacurtoprazosobreasuperfciedamquina.Umsensordemovimentoabsoluto(comoumacelermetroousensordeultrasom)comlarguradebandaesensibilidadesuficienteirdetectaraatividadedeondascurtoprazofornecendoinformaesimportantesparaaassistncianadetecodefalhaseavaliaodagravidade.Brevediscussosobreageraodeondasdetensoeasuapropagao,comoondasdedistnciaapartirdolocaldeiniciaosoapresentados.Asprevisestericassobrevementeverificadaporalgunsresultadosexperimentaissimples.Apartirdosresultadostericoseexperimentais,afaixadefreqnciaesperadaaolongodoqualaenergiadominanteapareceparaasvriasondasdetensocausandoeventossoidentificados.Osestudosdecasoqueempregamtantosensordeultrasomeumacelermetro(utilizandoametodologiaPeakVue)soapresentados. 2011 Emerson Process Management. Todos os direitos reservados. O contedo desta publicao so apresentados apenas para fins informativos, e embora tenham sido feitos esforos para garantir a sua preciso, eles no devem ser entendidas como garantias, expressas ou implcitas, relativamente aos produtos ou servios descritos aqui ou sua utilizao ou aplicao . Todas as vendas so regulamentadas pelos nossos termos e condies, que esto disponveis a pedido. Reservamonos o direito de modificar ou melhorar os projetos ou especificaesdenossosprodutosemqualquermomentosemavisoprvio.

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IntroduoAnlisedeVibraoaanlisedomovimentointroduzidapelaperturbaodeumcorpo(mquina)sobreoseuequilbrioposio.Odistrbiopodeser:a)omovimentodocorpoemumaescalamacroscpicaoub)aperturbaodeumapequenasecodomaterialdedentrodocorposobreumaescalamicroscpica.Omovimentomacroscpicopodeserintroduzidoporforascomoodesequilbrio,desalinhamento,etal.Omovimentomicroscpicopodeserintroduzidoporperturbaodomaterialnointeriordocorpo,devidoaoseventosdeimpacto,taiscomo,fatigante,efrico.Vibraesmicroscpicassogeralmenteeventostransitriosqueocorremaoacasoouataxasperidicascurtoprazo(ordemdemilissegundosfracionrios).Asfrequnciasdoseventosexcitadospormicroscpicossodealtafrequncia(tipicamentenagamadekHzevriosKHz)emrelaoaosexcitadoporvibraomacroscpica(kHzoumenos).Nesteartigo,ofocodiretoparaaanlisedasvibraesdealtafrequnciamicroscpicasfrico.

Aocolidir,ocorremeventosfatigantesouaenergiadepositadanamquinanumaregiomuitopequenaintroduodemovimentodeafastamentodoequilbrioemumcurtointervalodetempo.Estaenergiadissipadaporondasdepressoquesedeslocamparalongedolocaldeiniciaovelocidadedosomnointeriordometal.medidaqueasondasdetensopropagamlongedolocaldeiniciao,queintroduzemumapequenaondacurtoprazosobreasuperfciedamquina(metal).Umsensordemovimentoabsolutocomlarguradebandaesensibilidade(comoumacelermetro)suficienteircapturaresseseventos.

Nasseesseguintesdesteartigo,adiscussovaicentrarsenaintroduodevibraomicroscpica(atividadeondadetenso)emummeioelsticodevriasfontes,apropagaodasondasdetensoformarolocaldeiniciaoaolocaldedeteco,adetecodasondasdetenso,emetodologiasdeanlise.Vriosestudosdecasosoapresentadosparademonstrarvriospontosenfatizadosnasdiscussesformais.2011EmersonProcessManagement.Todososdireitosreservados.

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EstresseOndaAtividadeemMquinasRotativasondasdetensopodesergeradoemqualquermeioelstico.Oprincipalinteressefocadoemnesteestudoestarodarmquinas.Ondasdetensoacompanharodeslocamentosbitodepequenasquantidadesdematerialemumcurtoespaodetempoperiod.1,2Emmquinasrotativas,issoocorreemcasodeimpacto,trincasporfadiga,desgaste,desgasteabrasivo,etc.ocorre.Asocorrnciasmaisfreqentesdegeraodeondasdetensoemmquinasrotativassoobservadasnoinciodefalhaseprogressoemambososmancaisderolamentoeemdentesdeengrenagens.Ageraodeondasdetensodevrioseventoscomumenteexperimentadosemmquinasrotativasdiscutidonaprximasubseo.Istovaiserseguidoporumadiscussosobreapropagaodasondasdetensoapartirdolocaldeiniciaoaolocaldedeteco.Adetecodasondasdetensosodiscutidosnaseo2.4.

GeraodeondasdetensoUmquadroquantitativoparaageraoedetecodeondasdetensopodemserdesenvolvidosusandoateoriadeHertzparaometalmetaleimpacting3ondatheory4paraapropagaodeondasdetensoemdemetal.Asondasdepressodominantesgeradosporumaesferametlicacomimpactosobreumaplacasorelativamentegrandesondasrefractadas*demeioperodoigualduraodoimpacto.Olma5realizouumestudoparamtricousandoateoriadeHertzdeimpactaraestabelecerumabandadefreqnciaesperadaquepodeseranimadodevidoaoimpactodasesferasmetlicasdetamanhoevelocidadevariandoemgrandesplacasmetlicas.AsrepresentaesgrficasdosseusresultadossoapresentadosnaFigura1.Oobjectodeimpactofoiassumidocomosendoesfricoporconseguinte,odimetrodeumabolaesfricadeaoapresentadanaFigura1,emvezdamassa.Oparmetrochavequeinstituiafaixadefrequnciaondeseriaesperadoenergiaaseranimadoapartirdeumobjetoimpactanteotempodecontato.Pequenasbolasdedimetrotermenostempodecontatodoqueavontadebolasmaiores(verFigura1).Temposdecontatomenordurao(bolasdemenordimetro)levaraumabandadefrequnciamaiselevadadoqueavontadedeseranimadomaistemposdecontato(bolasdedimetromaior).*OndasdedobratambmsoreferidoscomoondasdeflexoeondasS.

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Paraexplorarexperimentalmenteoconceitobsicodelarguradebandadefrequnciaaserinversamentecorrelacionadocomotamanhodabola,umacelermetrodealtafreqnciafoicolocadoemumrazoavelmentegrandeplacademetalnaproximidadeondeimpactantefoirealizado.Oespectrofoicapturadocomumalarguradebandade80kHzusandoomododeclculodamdia"PeakHold".Osresultadosparaasesferasdedimetrode0,5pol.E1,5emsoapresentadosnaFigura2.Osinalcaptado,apresentadonaFigura2,muitosemelhanteaoqueseriaesperadoapartirdateoriadasondasdeimpactoHertz(ilustradonaFigura1).

Otempodecontactoparaabola1.5''Destimadaem100microssegundos(s)conformeFigura1B.Para100stempodecontacto,alarguradebandade10dBdeatenuaoseriadecercade10kHz(Figura1A).Estalarguradebandaconsistentecomoobservadoparaa1,5''bolaDmostradanaFigura2.Otempodecontactoparaa0,5''bolaDserianagamade3040mS(verFigura1A).Paraestetempodecontacto,alarguradebandaparaonveldeatenuaode10dBestimadaestarnointervalode30kHz(Figura1B).Istomuitoconsistentecomosdadosespectraisdeimpactoparaa0,5''bolaDapresentadosnaFigura2.

Almdeimpactocomoumafontedeactividadedeondadetensoemmquinas,frico(atritodemetaldemetal)efadigacraqueamentorotativodevetambmserconsiderado.AbandadefrequnciaanimadonospacotesdeondastressaindageralmenteseguemateoriaHertzseotempodecontactopodeseraproximadaequivalente(otempoemqueomovimentodematerialestpresentenumaescalamicroscpica).

Paraocasodefrico,soapresentadosdoisexemplosnoformadedadosespectrais.Oprimeiroparaumrolamentorazoavelmentepequenodimetroecomrolosdecercade3/8''Drodandoacercade3600RPM,ondeolubrificanteeraescassa.Osegundodeumpedestalaneldedivisorolamentocomrolosno1,0a1,5polegadasfaixadedimetrodeviragemde700rpm,oquedefinitivamentetinhaoatritoqueocorretalcomofoiconfirmadoporgrandespartculasesfricaspretasencontradasnoleodelubrificaonorolamento.

OsdadosespectraisdamenorrolamentosoapresentadosnaFigura3.Aqui,amaioriadaenergiaestno

Oaumentodaactividadeacercade15kHznarespostaespectralparaa1,5''Diam.boladaFigura2deressonnciaestrutural.Estarespostafoileestacionrioparavriasbolasimpactantesdiferentesdevriosdimetros

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20kHza30kHzgamaprincipalmentedevidoaoatrito(limiteinferioraumentoude10kHza20kHzemrelaobola1/2''DafetarosdadosapresentadosnaFigura2).Areduodosdadosespectraisnointervalode30kHzmaisprovavelmentedevidoaosensordemontagem,enodevidofaltadeenergia.Umavezqueafrequnciamaisbaixafoideslocadaparacimaemrelao1/2''bolaDporumfactorde2,amaiselevadafrequnciamuitoprovavelmentetambmaumentadaporumfactorde2(de60kHza30kHzcontraobservado).Istoiriacolocarotempodecontactoequivalenteduranteageraodeondasdetensonafaixade2025ms.

Osdadosespectraisedeformadeondatempocaptadosparaorolamentomaiorgirandoemtornode700RPMsoapresentadosnaFigura4.Aformadeondadotempoparaumperodode40msegondefoicapturadoumgrandeevento(gnvelPkPkde216gde).Aenergiaapartirdesteevento"atrito"estconcentradanointervalode5a18kHz,oqueumfactordeaproximadamente3vezesmaiordoqueaobservadaapartirdadeimpactodebolathe1.5''D(verFigura2).

OsdadosespectraisapresentadosnasFiguras2,3e4deimpactareeventosdeatritoforamexibidosemumaescalalineare,portanto,mostrouumabandadefrequnciarazoavelmentepequenoondeaenergiaestpresente.ReferindonosFigura1,teoricamente,aenergiadebandalarga,mascomoaumentodaatenuaocomoaumentodafrequncia,comumefeitocercadeestacasnodais(pontos).OsdadosespectraisapresentadosnaFigura4comumaescalalineardeamplitudemostradanaFigura5numaescalalogartmica.Aquianaturezadebandalargacomoaumentodaatenuaocomoaumentodafrequnciaeoefeitocercadepiquetesoaparentes.Apartirdascomparaesdadistribuiodaenergiaemfunodafrequnciadentrodeeventosgeradoresdeondadetenso,concluisequeelessosemelhantescomaexcepodequeotempodecontactodefricoequivalenteamenosdoqueacausadapeloimpactodeumfactorde24vezes.Istotraduzseafaixadefrequnciaondeasenergiasdominantesresidirsermaior(factorde24)paraeventosdeatritogeradodoqueasdeeventosimpactantes.

Oterceirograndeeventoparaageraodeondasdetensoemmquinasrotativastrincasporfadiga.NohdadosespecficosestprontamentedisponvelparaquantificarotempodecontatoequivalenteNoentanto,experinciasanterioressugeriramqueadurao(e,portanto,aduraodecontacto)desteseventosmenordoqueapartirdeeventosgeradosporatrito.Eles

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Figura1.PrevisoHertzTeoriadeMetalBolasdetamanhovarivelevelocidadecomimpactosobreGrandesplacasdemetalManagement..

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2011EmersonProcessTodososdireitosreservadosnanossegundos.)

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provavelmenteaindaestarnasdiversasfaixasms(nodafaixadedaaenergiadominanteestariaemmesmointervaloatividadeatrito.

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Figura2.DadosSpectralCapturadoporum0.5''Dia.eum1,5''Dimetro.Bolademetalimpactandoemumagrandeplacademetal.

Figura3.Spectraldadoscapturadosempequenamquinacom3/8''BallDimetroRunningDryemcercade3600RPM(NotaDiferenanoImpact&fricorespostaRegies).

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0,5emDia.Bola

1.5emDia.Bola

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Figura4.espectraiseHoradeformadeondadadosdeumAnelPedestalDividirrolamentocomrolosno1.0''e1,5''Faixadedimetroa700RPMcomFrictioncom.

Figura5.SpectraldeDadosparaaFigura4LogAmplitudeScale.

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depropagaodeondasdetensosdeDetecodositeondasdobrasoasondasdetensomaisdominantesgeradosemeventosexperimentadosemrotaomachinery.3,5,6avelocidadecomqueasondasdeflexopropagamlongedolocaldeiniciaoproporcionalraizquadradadafrequncia.Assim,nohaverdispersodentrodopacotedeondasdetensoquandovisto(detectada)emlocaisforadolocaldeiniciao.Aamplitudedoeventovaidiminuireaduraodoeventoiraumentarmedidaqueopontodeobservaomaisafastadadolocaldeiniciao.

Paraalmdadifusodopacotedeondasdetenso,aatenuaodasondasdetensotambmsodependent4,7frequnciacomoscomponentesdefrequnciamaiselevadaatenuarmaisrapidamentedoqueoscomponentesdefrequnciamaisbaixacomoaobservao(medio)pontoremovidoapartirdopontodeorigem.Istoespecialmenteverdadequandoospacotesdeondadestressdeveatravessarasinterfacesfsicas,taiscomoapartirdoeixo(oupistainternadeumrolamento)paraopontodeobservaosobreaestruturaexteriordamquina.

Aatenuaosignificativadapreocupaoqueassociadocomatravessarbarreirasfsicas.Parademonstraresteefeitoeparaobterumaconfirmaoaproximadadaatenuaoeasuadependnciadefrequncia,umsensordeultrasonsdefrequnciamulti**eraum)montadosnointeriordeumeixoestacionrio15HPmotoreb)emseguida,sobreocorpodomotor.Arespostafoimedidaenquantoimpactandoseparadamenteoeixocoma''bolaDecomum0,5'1,5'bolaD.Arespostautilizandoastrsbandasestreitasde4kHz,30kHze150kHz,emdB,foramregistadosesoapresentadosnaTabela1.A**A700080sensordeCSIModelomodificadoparaincluirbandade150kHzfoiutilizada.

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TABELAIRESPOSTADEESTREITOSENSORbandadefrequnciasbolasimpactandonoeixo(dB)

BolaTamanho

4kHz30kHz150kHz

ShaftHabitaoShaftHabitaoShaftHabitao

0,5''77424632320

1,5''8057432850

Olhandoparaarespostaaos30kHz,umfactordeatenuaodecercade14dB(factor5)nosinaldepassagemdoeixocomacaixadomotor(verTabelaI).Istoconsistentecomobservaesfeitasnopassadoecomasprevisestericasaproximados.Osinalde150kHznotransmitirapartirdoeixodomotorparaacarcaadomotorparaabola0.5''Dimpacto.Assim,aatenuaoforsuperiora30dB(fatorde30)nessafreqncia.Paraagamade4kHz,aatenuaoaparenteapartirdoeixodecercade25a35dB(7742dBparao0.5''De8057dBparao1.5''D)aoinvlucroexteriorexcedeasexpectativasbaseadasemteoriaenaexperincia(umasesperaria610dBdeatenuao).Aexplicaomaisprovvelparaesteresultadoqueasondasdetensotalvezexcitantes(modoA)desteeixo,afrequncianatural,introduzindodestemodoomovimentoexcessivonaproximidadedosensordemontarsobreoeixo.

Apartirdadiscussoacimasobreapropagaodaondadetensoolocaldeiniciaoaopontodeobservaoprovvelnasuperfcieexterior,oscomponentesdefrequnciamaiselevadaseratenuadomaisrapidamentedoqueseromaisbaixo.Mesmoqueasfrequnciassuperioresa100kHz~sogeradosporimpactodebolaspequenas(