Curso análise de vibração em máquinas rotativas críticas

Eduardo Grachten - Eng. Eletricista Observe Pense Solucione

Introdução à Manutenção

Preditiva

A medição de vibração e a evolução da manutenção preditiva

1. Corretiva:

– Repara-se após a falha;

– Paradas imprevistas e alto custo de reparação;

– Aplica-se em equipamentos de baixo custo e fora de processos.

2. Preventiva:

– Repara-se antes da falha. Estatística;

– Alto custo de reparação e funcionamento incerto;

– Aplica-se onde se pode utilizar a Preditiva.

3. Preditiva:

– Repara-se segundo o estado da máquina;

– Otimização do funcionamento e aumento da vida útil;

– Aplica-se a todo processo contínuo , independente do tamanho.

Evolução da Manutenção


Preditivo: A Ferramenta para Engenharia de

Manutenção

ENGENHARIA

ESTUDO DE FALHAS MODIFICAÇÕES DE DESENHO ESPECIF. DE REPARAÇÕES PROGRAMÃÇÃO

CORRETIVO INSTRUMENTOS ADEQUADOS RESPEITAR ESPECIFICAÇÕES RELATÓRIO DAS MEDIÇÕES FINAIS SUGESTÕES

PREDITIVO CONTROLE DE ARRANQUE CONTROLE DE CONDIÇÕES

OTIMIZAR A LUBRICAÇÃO DIAGNÓSTICO: MAXIMA ANTECIPAÇÃO

TEMPO MÉDIO ENTRE REPARAÇÕES OBJETIVOS


1970-1980: Sensores de bobina móvel, filtros manuais, osciloscópios, análise orbital.

1980-1990: Acelerômetros, domínio das altas frequências.

1990-2000: Coletores de dados / analisadores digitais.

2000-2010: Normas ISO9000/2000, otimização de técnicas e procedimentos, diagnósticos inteligentes.

Evolução da Manutenção Preditiva por

décadas


Vibrações absolutas e relativas

Relativas: mede-se o movimento relativo entre o eixo e o mancal: 1 e 2.

Absolutas: mede-se o movimento absoluto do mancal. Eles refletem os esforços que está submetido o rolamento: 3.


Sensor de vibrações: Acelerômetro


Vibrações Absolutas: parâmetros

Deslocamento X(t) =X○ (sen ωt)

Xmax = X○

[ µmm]

Velocidade

V(t)= ω X○ (cos ωt)

Vmax = ω X○

[ mm/seg]

Aceleração

a(t) = - ω ² X○ (sen ωt)

Amax= ω² X○

[ g]


Parâmetros: Valores Globais - Frequência

RMS

0-PICO

PICO-PICO

2

V

rms

0

Magnitude

Hz100 0 Hz

Pwr Spec 1

2

V

Peak

0

Magnitude

Hz100 0 Hz

Pwr Spec 1

2

V

Pk-Pk

0

Magnitude

Hz100 0 Hz

Pwr Spec 1

1

V

-1

Real

ms62.469480 s

Time 1

1

V

-1

Real

ms62.469480 s

Time 1

1

V

-1

Real

ms62.469480 s

Time 1

X:55 Hz Y:706.8129 mV

X:55 Hz Y:999.5843 mV

X:55 Hz Y:1.999169 V

dX:2.288818 ms dY:709.1976 m

X:27.00806 ms Y:3.579427 mV

dX:4.516602 ms dY:997.4356 m

X:27.00806 ms Y:3.579427 mV

dX:9.094238 ms dY:1.994871 V

X:22.43042 ms Y:-993.8563 mV

FREQUÊNCIA: Indica o número de ocorrências de um evento em um determinado intervalo de tempo.

Exempos: Do dia-a-dia: Frequência em que uma determinada linha de ônibus parte da rodoviária.

Frequênica de vibração: Ciclos por segundo (Hz)

Frequênica de vibração: Ciclos por por minuto (CPM, RPM)


Sobreposição de efeitos vibratórios -

Epectro

1 -DESBALANCIAMENTO

2- DESALINHAMENTO 3-FALHA DE ROLAMENTO

→

FFT


Efeitos da integração

ESPECTRO DE ACELERAÇÃO

SINAL VINDO DO ACELERÔMETRO

ESPECTRO DE VELOCIDADE

APÓS INTEGRAR O SINAL DO ACELERÔMETRO


Parâmetros: Fase

• Fase é o ângulo entre duas ondas da mesma frequência (a) ou uma onda em relação

a um impulso gerado por um ponto sobre o eixo (b).

Aplicação:

a) Análise complementar

do espectro de vibrações.

b) Método de balancamento


Parâmetros: Envelope

A. Forma de onda direto do acelerômetro

B. Onda filtrada

C. Onda envelope dos fenômenos cíclicos (batidas)

D. Espectro envelope, calculado sobre a onda que “envolve”, sua frequência é

menor que a original.

A

B

C

D


Parâmetros: Envelope

Avaliação do espectro de envelope:

Ao configurar a RPM e o número do

rolamento, surgem marcas no espectro

que correspondem às frequencias de

falhas distintas: pista interna e externa,

elemento rolante e gaiola.

Se algumas das componentes da

medição coincidirem com a marca de

alguma falha, já temos condições de

diagnosticar esta falha no componente.


Envelope e seu espectro


Análise: Metodologia

• A) Problemas de montagem: Velocidade

Parâmetro base: espectro com alarmes (bandas).

Análise complementar: fase.

Frequências: 1 Hz a 500 Hz

As componentes são múltiplas da RPM (harmónicas)

• B) Problemas de desgaste: Aceleração

Parâmetro base: espectro com alarmes (bandas).

Análise complementar: espectro envelope.

Frequências: 500 Hz a 10.000 Hz

As componentes não são múltiplas da RPM do eixo.


• Desbalanceamento

• Desalinhamento

• Excentricidade de rotores

• Problemas em correias

• Eixos flexionados

• Motores elétricos

• Folga mecânica (jogo)

A) Velocidade: Falhas detectáveis


• Estas normas são aplicáveis de

forma rigorosa em equipamentos

novos e reparados.

• Para equipamentos já instalados,

se utiliza somente como um guia.

O que define a parada do

equipamento é o esforço real dos

mancais e o tipo de vibração

detectada.

Normas de severidade: ISO 10816-3


Normas de severidade: Conceito de esforço

É absolutamente negativo aumentar

a rigidez para diminuir as vibrações,

exceto em condições de

ressonância.

Ao enrijecer para diminuir a

vibração, se aumenta o

esforço no rolamento, já que

se enrijece a pista externa do

mesmo, diminuindo sua vida

útil.


Desbalanceamento de força

Sua amplitude aumenta com o quadrado da velocidade.

Se apresenta em fase e constante.

A 1X sempre domina no espectro, radial.

Se corrige com um só peso central.


Desbalanceamento de cupla

Sua amplitude aumenta com o quadrado da velocidade.

Se apresenta defasado em 180º e constante.

A 1X sempre domina no espectro, radial e axial.

Se corrige com dois pesos em planos separados.


Desalinhamento angular

Se caracteriza por amplitudes axiais elevadas.

No espectro, podem predominar a 1X, 2X ou 3X,

dependendo do tipo de acoplamento, rigidez, etc.

Leituras axiais defasadas em 180º através do acoplamento.


Se caracteriza por amplitudes radiais (frequentemente verticais) elevadas.

No espectro predomina a 1X. Para diagnosticar é necessário analisar a fase

(o espectro é similar ao caso de desbalanceamento).

Leituras axiais defasadas em 180º através do acoplamento e leituras de

sensores a 90º radiais sobre o mancal resultam em fase não correspondente

com balanceamento: 0º a 180º.

Desalinhamento paralelo


Folga mecânica: base solta

No espectro predomina a 2X e pode aparecer a 0,5X se for crítico.

É altamente direcional.

Leitura defasada em 180º entre perna e base.


Folga mecânica: entre eixo e mancal

No espectro predomina a 2X com múltiplas harmônicas e

pode aparecer a 0,5X e harmônicas.

É altamente direcional.

Leitura de fase instáveis.


Rotor excêntrico

Maiores vibrações a 1X do componente excêntrico

Leituras ortogonais em fase ou oposta

Amplitude predominante em direção aos centros

Não se corrige com balanceamento


Eixo curvado

Predomina a 1X se está curvado para o centro, tende a 2X se está curvado para

as junções.

Leituras axiais defasadas em 180º em cada componente.

Maiores amplitudes na direção axial.


Forças hidráulicas: passo de palhetas

Observa-se no espectro a componente do passo de palhetas

Pode se apresentar a 2X de FPA (Frequência de passo de

palhetas)

Causas: obstruções na tubulação, difusores danificados,

lâminas com ângulos distintos.


Motor elétrico: excentricidade do estator

O espectro apresenta uma componente importante em 2X

da frequência de linha.

Predomina a direção radial.

Não se pode confundir com a 2X de um motor de 2 polos.


Motor elétrico: problemas do rotor

Fp Fp

Fp Fp Fp Fp Fp Fp Fp Fp

Fs = Ns – RPM do rotor

Fp = Nº de polos x Fs

Fs – frequência de deslizamento

Fp – frequência de passo de polos

No espectro de baixa frequência observa-se Bandas

Laterais (BL) ao redor de 1X e suas harônicas (Fp).

Na alta frequência predomina a FPB (Frequência de passo

de barras do núcleo) rodeada de BL com frequência = 2FL.

Maiores amplitudes na direção radial.


Diagnóstico: barras cortadas motor CA

Espectro de vibração em escala linear.

Espectro de corrente em escala

logarítmica e diagnóstico automático.

O diagnóstico é baseado na diferença

entre amplitude de corrente da

frequência de linha e as bandas laterais

da frequência de passo dos polos, Fp.


Tabela para diagnóstico de motores elétricos

com análise de corrente FL/FP Evolução da condição do motor Ação corretiva recomendada

≥ 60 dB

Excelente. Nenhuma.

54-60 dB

Bom. Nenhuma.

48-54 dB

Moderado. Continuar monitorando a tendência.

42-48 dB

Pode estar se desenvolvendo rachaduras nas barras do rotor ou nas juntas de alta resistência.

Reduzir tempo entre verificações.

36-42 dB

duas barras provavelmente rachado ou quebrado, problemas com juntas de alta resistência.

Realizar testes de vibração para confirmar a fonte e gravidade do problema.

30-36 dB

Múltiplas barras e anéis de extremidade quebrados ou rachados. Também problemas de anéis de extremidade e juntas quebradas.

Reparar motor.

≤ 32 dB

Provavelmente problema grave de barra quebrada e anéis de extremidade, estendido a todo o rotor.

Reparar ou substituir o motor.


• Desgaste de rolamentos:

– 5000 – 10000 Hz: falha de lubrificação;

– 2000 – 5000 Hz: falha inicial de rolamento;

– 0 – 2000 Hz: falha severa de rolamento. Confirmação com função envelope.

• Baixa RPM: Espectro de alta resolução, envelope e 0-pico.

• Desgaste de engrenagens: harmônicas da frequência de

engrenagem e bandas laterais.

• Cavitação: Bombas centrífugas. Amplificação no corpo da bomba.

Aceleração: falhas detectáveis


Avaliação da falha de rolamento

Direção de agravamento de falha de rolamentos

Zona C Falhas de rolamento

As componentes de

falhas internas do

rolamento:

PI, PE, ER, J e suas

harmônicas crescem,

evidenciando a

deterioração.

Zona B Falha inicial

Pequenos defeitos

excitam as partes do

relamento em suas

frequências naturais.

Zona A Falha da película lubrificante

As componentes são geradas pelas

fricção metal com metal.

500 Hz 2 kHz 5 kHz 10 kHz


• Localizado em altas frequências > 5kHz.

• Não apresenta componentes de frequência bem definidos.

• Pode ser visto no espectro da esquerda, antes (em vermelho) e depois de engraxar (em

azul).

Zona A: falhas de lubrificação


Influência da lubrificação nas batidas

internas do rolamento

Espectro com falha Espectro após lubrificação

Batida interna do

rolamento

Falha de lubrificação


Comparativo antes/depois da lubrificação


Zona B: falha inicial de rolamentos

As frequências naturais internas do rolamento se localizam entre 2 e 5kHz.

As batidas só excitam as partes internas e vibram na sua frequência natural que é alta.

Já que: K=rigidez, dureza -> alta.

M=massa -> baixa.


Cálculo das frequências de falha de

rolamento


Cálculo das frequências de falha de

rolamento


Espectro de aceleração


Espectro de envelope


Falha severa de rolamento

Espectro de aceleração Espectro de envelope

Espectro de velocidade



Espectro de aceleração: falha severa


Espectro de espectro: falha severa


Espectro de velocidade: falha severa



Medição de vibração: Pontos

A ) B)

A) Na medição de

aceleração, o espaço

entre o sensor e o

rolamento deve ser

sólido e contínuo.

B) O acelerômetro sem

ímã só mede até 1 kHz.


A) B) C)

Montagem: conceitos

A) Se a bomba vibra, é conveniente isolar do tubos;

B) Esta seria a montagem ideal, porém deve-se considerar:

- O bastidor onde se apoia o equipamento deve ser RIGIDO;

- É conveniente prever acrescentar massa para manter a vibração

dentro dos limites permitidos, é o mais "saudável" a fazer;

C) Verificar que só um dos rolamentos está fixado em mancal. O outro está montado com

manguito (adpatador cônico para fixação), SEMPRE É necessário verificar se o rolamento não

está trancado, logo após o ajuste da porca.


Controle de Vibrações: requisitos mínimos

• 100% ESPECTROS (MÍN 800 LINHAS)

• VELOCIDADE

• ACELERAÇÃO

• ENVOLVENTE COM FALHAS CALCULADAS DO ROLAMENTO

• ALARMES SELECIONÁVEIS POR FREQUÊNCIA


Monitoramento on line: Valores Globais

2

V

rms

0

Magnitude

Hz100 0 Hz

Pwr Spec 1

2

V

Peak

0

Magnitude

Hz100 0 Hz

Pwr Spec 1

2

V

Pk-Pk

0

Magnitude

Hz100 0 Hz

Pwr Spec 1

1

V

-1

Real

ms62.469480 s

Time 1

1

V

-1

Real

ms62.469480 s

Time 1

1

V

-1

Real

ms62.469480 s

Time 1

X:55 Hz Y:706.8129 mV

X:55 Hz Y:999.5843 mV

X:55 Hz Y:1.999169 V

dX:2.288818 ms dY:709.1976 m

X:27.00806 ms Y:3.579427 mV

dX:4.516602 ms dY:997.4356 m

X:27.00806 ms Y:3.579427 mV

dX:9.094238 ms dY:1.994871 V

X:22.43042 ms Y:-993.8563 mV

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14Equipo BANBURY ENT 3V F-ONDA-A 26/07/2012

G

seg1,22 1,46 1,7 1,95


Falha de rolamento: Versão Inst. Charlotte, USA www.technicalassociates.net

Critérios comuns: fenômeno físico

de deterioramento do rolamento.

1) Os primeiros sintomas excitam as partes

internas em suas frequências naturais.

2) Surgem componentes na frequência de falha

das partes internas.

3) Ao aumentar a batida, surgem harmônicas

nas frequências de falha.

4) No final, surgem bandas laterais, (1X) ao

redor das frequências de falha e aumenta 1X.


Falha de rolamento: Versão Austrália www.ilearninteractive.com


Comparação de critérios dos métodos


Evolução da falha de rolamento

Critério Latinoamericano

Direção de agravamento de falha de rolamentos

Zona C Falhas de rolamento

As componentes de

falhas internas do

rolamento:

PI, PE, ER, J e suas

harmônicas crescem,

evidenciando a

deterioração.

Zona B Falha inicial

Pequenos defeitos

excitam as partes do

relamento em suas

frequências naturais.

Zona A Falha da película lubrificante

As componentes são geradas pelas

fricção metal com metal.

500 Hz 2 kHz 5 kHz 10 kHz


Vantagens do modelo Latinoamericano

1. Medição com um só tipo de sensor, podendo avaliar os problemas de montagem, falhas de

rolamentos e lubrificação: PRÁTICO!

2. Avaliação instantânea de lubrificação e estado dos rolamentos ao ter definido setores fixos do

espectro independente da RPM: problemas visíveis e quantificáveis facilmente: SIMPLES!

3. Várias ferramentas para verificação de falhas em rolamentos: SEGURO! -Espectro de aceleração com bandas de alarme em falha de lubrificação, inicial e severa.

-Envelope com alarmes e indicador de falhas: PI, PE, ER e G.

-Densidade espectral nas zonas de falha: lubrificação e falha de rolamento.

-Evolução do estado das partes internas.

-Energia de batida do elemento interno danificado.

-Também de dispõe de espectro de velocidade.

4. Amplificação natural das falhas da película lubrificante, com detecção precoce, aumentando a vida

útil dos equipamentos. CUSTOS!

5. A simplicidade do método o faz mais seguro ante as falhas humanas e com muitas vantagens para a

implementação de sistemas inteligentes. COM FUTURO!


Analisador Remoto de Vibração

6 canais de acelerômetro

4 canais AC

2 canais DC

Rotação

6 saídas digitais

AV2000

Nova tecnologia: Monitoramento on line de

espectros


Dispondo de 6 canais para acelerômetros, o Analisador Remoto de Vibração

AV2000 permite medir e registrar a vibração de máquinas à distância. Por meio de

suas saídas a relé (duas), o equipamento pode alarmar e interromper o

funcionamento das máquinas sob supervisão. O AV2000 monitora vibração,

temperatura, aceleração, velocidade, deslocamento e envelope.

Um poderoso DSP realiza o processamento matemático por FFT. A

supervisão remota se dá por software gráfico comunicando pela WEB. Os dados são

armazenados pelo equipamento e transmitidos ao software de análise e monitoração

das máquinas controladas.

AV2000 - Apresentação


AV2000 – Ferramentas de diagnóstico

CONTROLE POR INTERVALOS CONFIGURÁVEIS:

• ACELERAÇÃO, VELOCIDADE, DESLOCAMENTO E ENVELOPE

• FORMA DE ONDA, ESPECTROS, ORBITAS, RPM

• BASE DE DADOS DAS FALHAS DE ROLAMENTO

• LUBRIFICAÇÃO E FALHA DE ROLAMENTOS

• DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO.


AV2000 – Características Técnicas


Um corpo é dito estar vibrando quando ele descreve um movimento de oscilação em torno

de uma posição de referência.

Causas:

Dentre as diversas fontes de vibração, aquelas

mais comuns e que portanto, podem ser

responsabilizadas pela quase totalidade das

vibrações mecânicas indesejáveis são:

• Desbalanceamento;

• Desalinhamento ( Eixos/Correias/Correntes );

• Folgas Generalizadas;

• Dentes de Engrenagens;

• Rolamentos;

• Corrente Elétrica;

• Campo Elétrico Desequilibrado;

• Outros.

Efeitos:

Os efeitos em consequência de um

equipamento vibrando poderão ser:

• Altos Riscos de Acidentes;

• Desgaste Prematuro de Componentes;

• Quebras Inesperadas (EDT);

• Aumento de Custos de Manutenção;

• Outros.

AV2000 – Análise de Vibração


• Versatilidade: Os canais AC

podem ser transformados em

canais de acelerômetro para

aplicações específicas (2AC +

2CC).

• Saídas à transistor, configuráveis

via software.

• Opções de comunicação via

ethernet, wi-fi, serial RS232, 3G.

• Opções de gabinete / instalação

variados.

• Software de fácil configuração.

AV2000 – Aplicação

http://www.seara.ufc.br/tintim/tecnologia/acelerometro/acelerometro01.htm


•Sistema ampliável.

•Sistema de monitoração preditivo, antevendo situações.

•Monitoração 24/7 confiável e sem intervenção.

•Fácil realocação e reinstalação do conjunto.

•Conexão fácil por WI-FI e rede cabeada.

•Fácil instalação em máquinas que se movimentam.

•Implementação e posta em marcha rápidas, reduzindo custos de instalação. Hardware e

software adaptáveis a sistemas de controle de produção de máquinas.

AV2000 – Vantagens


HISTÓRIA: Monitoramento com coletores de

dados

70 • SOMENTE EQUIPAMENTOS CRÍTICOS

80/90 • EQUIPAMENTOS CRÍTICOS E SEMICRÍTICOS

00/10 • TOTALIDADE DOS EQUIPAMENTOS

EVOLUÇÃO EM DÉCADAS


PREVISÃO: Monitoramento on line de

espectros

10 • SOMENTE EQUIPAMENTOS CRÍTICOS

20 • EQUIPAMENTOS CRÍTICOS E SEMICRÍTICOS

30 • TOTALIDADE DOS EQUIPAMENTOS

EVOLUÇÃO EM DÉCADAS


OBRIGADO A TODOS

ALFACOMP AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL LTDA.

Rua Visconde do Herval, 1195 – Azenha – Porto Alegre - RS

Fone: +55 51 3029-7161

[email protected]

www.alfacomp.ind.br

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