Mecânismos

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A05

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PRINCÍPIOS DE

VIBRAÇÕES MECÂNICAS

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A VIBRAÇÃO

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

posição de referência. O número de vezes de movimentos completos (ciclos), tomados durante o período

de um segundo, é chamado de frequência e é medido em Hertz (Hz = ciclos/segundo). Vibrações

mecânicas podem ser geradas intencionalmente para produzir um trabalho útil, como em alimentadores

vibratórios, britadores de impacto, compactadores, vibradores para concreto, etc...; porém, a vibração

normalmente é considerada indesejável, e sua presença em equipamentos rotativos acelera

consideravelmente o desgaste provocando quebras e por conseguinte paradas inoportunas, elevando os

custos da produção.

Neste curso, nos dedicamos à eliminação da vibração não desejada, identificando a sua origem pelo estudo

de seu comportamento, registrado por instrumentos de medição, de modo a promover um diagnóstico

exato, que permita uma correção definitiva, pois acreditamos ser o entendimento do problema, um precioso

passo no caminho da solução. Na prática, a vibração existe devido à efeitos dinâmicos, tolerâncias de

fabricação, folgas, atrito entre partes em contato, forças desequilibradas em elementos rotativos e

recíprocos.

O aumento do nível de vibração, está relacionado com alterações ocorridas em um ou mais elementos da

máquina, influenciando também outros componentes por estarem interligados. Uma pequena vibração pode

excitar frequências de ressonância de outras partes estruturais e ser amplificada para um nível maior de

vibração, que geralmente será percebido na estrutura e não diretamente na fonte de vibração.

A vibração de um componente simples, como de uma lâmina fina, excitada numa determinada freqüência, é

facilmente identificada.

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CONTROLE PREDITIVO POR ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

Existe um universo de caminhos para a implantação de um controle preditivo via análise de

vibrações e também um universo de parâmetros a serem estabelecidos como padrão para o

sistema.

Tais parâmetros normalmente são os seguintes: intervalo entre medições, parâmetros de vibração

que serão coletados a cada ponto, a definição dos pontos de medição, a codificação dos mesmos

para que se estabeleça o histórico com relação ao ponto e a máquina, níveis iniciais e de

acompanhamento e alarme, organização de rotas de medição, definição de equipamentos a serem

acompanhados e de que maneira eles serão acompanhados, etc.

Todos os parâmetros descritos acima variam para cada tipo de equipamento a ser contemplado

com o controle preditivo.

a. Escolha de equipamentos: Normalmente, no início de um programa preditivo sugere-se que

sejam escolhidos aqueles equipamentos ditos "Classe A", vitais para o processo produtivo, e que

em caso de parada por quebra ou para intervenção provoquem paradas prolongadas quer pelo seu

porte, ou pela falta de peças de reposição, ou por outros motivos característicos a cada empresa.

Com o decorrer do controle preditivo e a evolução do pessoal de campo em análise de vibrações

serão incorporados gradativamente equipamentos de classes inferiores e outros que sejam

justificados sua necessidade pelo melhor desempenho do sistema.

b. Pontos de medição: A vibração da máquina normalmente tem origem em suas partes rotativas,

porém é sentida na sua parte estática, portanto é transmitida através dos mancais dos

equipamentos, pois neles são sentidas as vibrações provenientes dos componentes internos à

máquina.

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c. Nomenclatura/Codificação: O estabelecimento de uma codificação dos pontos de medição e dos

equipamentos envolvidos deve ser construída de forma simples e clara para facilitar o

acompanhamento e a criação das máquinas e pontos de medição para o software, o que facilitará

sobremaneira a comunicação entre os usuários do sistema.

d. Rotas: As rotas são roteiros de equipamentos a serem medidos. São estabelecidas de maneira

racional para que todos os equipamentos cobertos pela coleta de sinal de vibração sejam medidos

no intervalo de tempo especificado e que não se fique andando de um lado para outro dentro da

fábrica.

e. Como medir: Existem diversas formas de avaliarmos uma vibração: através do nível global de

vibração ou espectros em freqüência, o qual pode ser auxiliado através de medições especiais,

tais como: cepstrum, detetor de envoltória (envelope), zoom, scan, fase, etc.

f. Intervalo entre medições: O estabelecimento do intervalo dependerá basicamente das medições

iniciais e que poderá ser alterado ao longo do monitoramento podendo em alguns casos ser desde

diário até semestral. Este parâmetro é definido para cada equipamento dependendo de suas

características mecânicas e de evolução do nível de vibrações.

CONTROLE PREDITIVO POR ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

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CAUSAS DE VIBRAÇÃO EM MÁQUINAS

* Desbalanceamento de massa

* Desalinhamento de eixos

* Folgas generalizadas

* Dentes de engrenagens

* Rolamentos

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TÉCNICAS PREDITIVAS- Análise de vibrações de banda larga.- Análise de bandas oitavas.- Análise de largura de banda constante.- Análise de banda com largura percentual constante.- Análise em tempo real.- Análise da forma de onda no tempo.- Análise de tempo síncrono médio.- Análise de freqüência.- Cepstrum.- Demodulação de amplitude.- Análise do valor de pico.- Spike Energy

(Espigão de energia).

- Análise de proximidade.- Monitoração por pulso de choque.- Análise Ultra-sônica.- Curtose.- Emissão acústica.- Ferrografia- Ferrografia analítica.- Ferrografia de leitura direta (DRF).- Contador de partículas escurecimentode tela (Diferencial de pressão).- Técnicas de bloqueio de poros (Redução do fluxo).- Contador de partícula de extinção de luz.- Contador de partícula de luz difusa.- Sensor ferromagnético em tempo real.- Sensores de partículas de metal em geral.- Filtragem graduada.- Detecção magnética de lascas.- Teste do borrão.- Teste da mancha.- Sedimento (ASTM D-1968).- Detecção de luz e enquadramento (DLE).- Espectrocospia de emissão atômica (EA).- EA – Eletrodo de disco rotativo.

- Espectrometria de raio-x de energia dispersiva.- Força dielétrica (ASTM D-877 e D-1816).- Tensão interfacial (ASTM D-971).- DLEAD (DLE por absorção diferencial).- Espectróscopio infravermelho de transformadade fourier (FT-IR).- Espectroscopia infravermelha.- Cromatrografia de gás.- Espectroscopia ultravioleta e absorção visível.- Ativação de camada fina.- Microscópio analisador eletrônico.- Espectroscopia de Scanning de elétrons de Auger.- Monitoração de corrosão eletroquímica.- Analisadores de emissão de descarga (Análisedos quatro gases).- Titulação com indicador de coloração (ASTM D-974).- Titulação potenciométrica TAN/TBN (ASTM D-664).- Titulação potenciométrica TBN (ASTM D-2896).- Fator de potência (ASTM D-924).- Teste de titulação Karl Fischer (ASTM D-1744).- Monitor de umidade (Cintilação de vapor induzido).- Teste do estalo (Sentidos humanos).- Teste do estalo (Detetor de áudio).- Teste de brilho e luz.- Líquidos penetrantes de coloração.- Líquido penetrante fluorescente eletrostático.- Inspeção de partícula magnética.- Filme magnético.- Ultra-som - Técnica de eco pulso.- Ultra-som - Técnica de transmissão.- Ultra-som - Técnica de ressonância.- Ultra-som - Freqüência modulada.- Teste da plaqueta metálica.- Teste da corrente contrária.- Radiografias de raio-x.

- Endoscopia de dispositivo profundo.- Fibroscópios de visão total.- Fractografia eletrônica.- Coloração (ASTM D-1524).- Aparência do óleo.- Odor do óleo.- Extensômetros.- Monitoração da viscosidade.- Comparador bola caindo.- Viscosidade cinemática (ASMT D-445).- Scanners infravermelho.- Arranjos de planos focais (FPA).- Termometria de Loop de fibra.- Pigmento indicativo de temperatura.- Resistência de polarização linear (Corrator).- Resistência elétrica (Corrosímetro).- Monitoração de potencial.- Teste de fator de potência.- Megôhmetro e outros geradores de voltagens.- Teste de tempo de desligamento.- Teste de resistência dos contatos dos disjuntores.- Análise de circuito de motor (MCA).- Comparação de sobretensão elétrica.- Análise da característica da corrente do motor.- Análise de característica de potência.- Descarga parcial.- Teste de alta potência.- Análise do fluxo magnético.

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A vibração é uma oscilação em torno de uma posição

de referência e é frequentemente um processo

destrutivo, ocasionando falhas nos elementos de

máquina por fadiga.

O movimento vibratório de uma máquina é o

resultado das forças dinâmicas que a excitam. Essa

vibração se propaga por todas as partes da máquina,

bem como para as estruturas ligadas a ela. Geralmente

uma máquina vibra em várias frequências diferentes.

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Toda máquina apresenta um certo nível de ruído e

vibração devido à operação e a fontes externas.

Uma parcela destas vibrações é causada por pequenos

defeitos mecânicos ou excitações secundárias perturbadoras

que atuam na qualidade do desempenho da máquina.

O fato de que os sinais de vibração de uma máquina

trazem informações informações relacionadas com o

seu funcionamento, indica a saúde da máquina e a

decisão sobre uma intervenção ou não nessa máquina.

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Cada máquina apresenta uma forma característica de

vibração, em aspecto e nível. Porém máquinas do

mesmo tipo apresentam variações em seus

comportamentos dinâmicos. Isso se deve às variações de

ajustes, tolerâncias, e principalmente defeitos.

Cada elemento de máquina induz uma excitação

própria, gerando uma perturbação específica.

Geralmente esses elementos são rotores,

engrenamentos, mancais, etc...

O comportamento dinâmico da máquina é uma

composição das perturbações de todos os componentes,

defeitos e excitações oriundos dos movimentos.

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Então, em uma máquina as vibrações se dão em várias

frequências devido às várias excitações. O movimento

em um ponto qualquer será a superposição de várias

harmônicas.

Os diagnósticos para fins de manutenção das

máquinas, com o objetivo de identificar as possíveis

causas destes movimentos são obtidos separando as

harmônicas do sinal global e associando-as com os

elementos defeituosos ou desvios de montagem.

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EFEITOS DAS VIBRAÇÕES

• Altos riscos de acidentes

• Desgaste prematuro de componentes

• Quebras inesperadas

• Aumento dos custos de manutenção

• Fadiga estrutural

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CONTROLE DAS VIBRAÇÕES

Eliminação das fontes

Isolamento das partes

Atenuação da resposta

Faz-se por três procedimentos diferenciados:

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Conforme o acompanhamento de rotina semanal da equipe de Manutenção Preditiva

deste equipamento, observamos uma grande evolução na amplitude na frequência de

engrenamento de saída do redutor e avaria no rolamento de entrada do mesmo.

ANÁLISE DOS ESPECTROS

FREQUÊNCIA DE

ENGRENAMENTOCOM UMA AMPLITUDE

ELEVADA.

Cada engrenagem terá uma série de frequências harmônicas que são múltiplos inteiros da frequência fundamental. A frequência fundamental, também conhecida por Frequência de Engrenamento é calculada pela multiplicação do número de dentes da engrenagem pela rotação do eixo que ela está engastada.

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ANÁLISE DOS ESPECTROS

Espectro utilizando a técnica de Peak-Vue,

com frequências deterministica de defeito na

gaiola (FTF) do rolamento de entrada do

redutor.

Espectro utilizando a técnica de Peak-Vue,

com frequências deterministica de defeito

na pista interna do rolamento (BPFI) do

rolamento de entrada do redutor

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GRÁFICOS DE TENDÊNCIA

GRÁFICO DE TENDÊNCIA DA SAÍDA DO REDUTOR GRÁFICO DE TENDÊNCIA DA ENTRADA DO REDUTOR

ANTES DA INTERVENÇÃO CHEGOU A UMA

AMPLITUDE DE 9,255 mm/s, APÓS A TROCA

FOI PARA 1,182 mm/s

ANTES DA INTERVENÇÃO CHEGOU A UMA

AMPLITUDE DE 26,37 mm/s, APÓS A TROCA

FOI PARA 3,908 mm/s

ANTES DA INTERVENÇÃO

APÓS A INTERVENÇÃO

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Durante a peritagem do redutor na oficina central, confirmamos o

diagnóstico quando encontramos o rolamento de entrada do redutor avariado e

desgaste no engrenamento Z5, como pode ser visto nas fotos abaixo.

FOTOS

DESGASTE EXCESSIVO NOS DENTES DA ENGRENAGEM Z5.

ROLAMENTO DE ENTRADA DO REDUTOR, COM A GAIOLA PARTIDA E A PISTA INTERNA COM ESCAMAMENTO EM TODA A SUA CIRCUNFERÊNCIA

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FOTOS DOS ROLAMENTOS

ROLAMENTO 6212 ZZROLAMENTO 6312 ZZ

Deficiência de Lubrificação

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ANÁLISE DOS ESPECTRO

Conforme pode ser visto no espectro em cascata, após a

intervenção não apresenta frequências com características de defeito.

RM

S A

cc

ele

rati

on

in

G-s

Frequency in CPM

ESTC - CORREIA TRANSPORTADORA TR10

TR10 -P2H MOTOR LA HORIZONTAL PKV

0 20000 40000 60000

0

0.3

0.6

0.9

1.2

Max Amp

1.11

09:43:5111-mai-04

11:20:4327-mai-04

Antes da intervenção

Após a intervenção

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GRÁFICO DE TENDÊNCIA

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VISTA MACRO DA FALHA

Rolamento falhado

Consequência secundária:

Perda das engrenagens da 2ª redução por desalinhamento.

*A consequência primária estárelacionada com a perda deprodução, etc.

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DEPURAÇÃO DOS DADOS

Desgaste progressivo, indicador de fadiga por carga localizada, normal de trabalho (este ponto está localizado conforme slide anterior)que foi acelerado por deficiência de lubrificação

Desgaste dos elementos rolante e gaiola

Ponto de atrito da pista interna na externa, após a quebra do rolamento

EVOLUÇÃO DO DESGASTE NA PISTA EXTERNA E ELEMENTOS

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OBRIGADO PELA

ATENÇÃO