Métodos-e-tecnicas-de-analise-de-vibração

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    Eng Fabiano Vieira (Assessor Tcnico - Montagem de Baterias)Setor: UGB 03 / UN 01

    MTODOS E TCNICAS DE ANLISE DE VIBRAO

    (Parte de um trabalho elaborado por mim)3.1 CONCEITOS BSICOS DE VIBRAO

    O estudo da vibrao diz respeito aos movimentos oscilatrios de corpos

    e s foras que lhes so associadas. Todos os corpos dotados de massa e

    elasticidade so capazes de produzir vibrao. Deste modo, a maior parte das

    mquinas e estruturas est sujeita a certo grau de vibrao e o seu projeto

    requer geralmente o exame do seu comportamento oscilatrio.

    Os sistemas oscilatrios podem ser divididos em duas classes: lineares eno-lineares. Para os sistemas lineares esto desenvolvidos mtodos

    matemticos para o seu estudo que, ao contrario dos no-lineares, so bem

    conhecidos e de fcil aplicao. De uma forma geral, existem duas classes de

    vibrao: a livre e a forada. A vibrao livre acontece devido a ao de foras

    inerentes a seu sistema, que no caso corresponde a sua freqncia natural de

    vibrao. Enquanto que a vibrao forada ocorre devido a atuao de esforos

    externos, que se for de natureza oscilatria, o sistema ser obrigado a vibrar na

    freqncia dessa excitao, e se esta coincidir com uma das freqncias naturais

    do sistema, ocorrer o estado de ressonncia, podendo causar, a partir da,

    amplas e perigosas oscilaes. Este efeito de ressonncia pode ser o agente

    causador de terrvel colapso em estruturas como de pontes, edifcios e asas de

    avio, da torna-se importante o clculo prvio das freqncias naturais do

    sistema no estudo de vibrao.

    3.1.1 Movimento Harmnico

    Movimento harmnico um movimento que se repete em todos os

    particulares aps certo intervalo de tempo, chamado de perodo de vibrao,

    usualmente designado pelo smbolo T. Um diagrama do deslocamento x em

    relao ao tempo t pode ser apresentado de uma maneira bem simples,

    representando um movimento harmnico, de acordo com a Fig.3.1 abaixo.

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    Figura 3.1 Representao de um movimento harmnico.

    O movimento representado na Fig. 3.1 expresso pela seguinte equao:

    ).2

    sen( tT

    Ax

    = (3.1)

    na qual A a amplitude de oscilao, medida a partir da posio de equilbrio da

    massa, e T o perodo, que usualmente medido em segundos. O inverso do

    perodo a freqncia de vibrao f, expressa em Hz. Ainda podemos citar a

    freqncia angular w como sendo funo do perodo ou freqncia, de acordo

    com equao abaixo:

    fT

    w ..2.2

    == (3.2)

    conveniente, para o caso do movimento de um ponto numa

    circunferncia, adotar-se um eixo imaginrio i e admitir que o raio da

    circunferncia seja representado por uma quantidade complexa z chamada fasor

    (THOMSOM,1978).

    O fator z expresso pela equao:

    sencos. iAAAez i +== (3.3)

    a qual define os componentes real e imaginrio. Com = wt, os componentes

    variam senoidalmente com o tempo:

    wtAz sen)Im( = (3.4)

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    wtAz cos)Re( = (3.5)

    Partindo do movimento harmnico pode-se determinar a velocidade e a

    acelerao simplesmente por diferenciao, ou seja:

    Deslocamento: )sen(wtAx = (3.6)

    Velocidade: )2

    sen()cos(

    +== wtwAwtwAx (3.7)

    Acelerao: )sen()sen( 22 +== wtAwwtAwx (3.8)

    Perceba que quanto maior for o w (velocidade angular que proporcional

    freqncia), maior sero os valores de amplitude de vibrao em velocidade e

    acelerao (pois os mesmos sofrem multiplicao). Se pretendermos, trabalhar

    com amplitude em deslocamento, temos um mesmo nvel de leitura de

    amplitude de vibrao em qualquer freqncia. Se pretendermos trabalhar com

    acelerao, ento as freqncias mais altas evidenciaro mais os seus nveis devibrao e consequentemente escondero os nveis de vibrao de freqncias

    mais baixas.

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    Figura 3.2 Movimento harmnico: (a) deslocamento, (b) velocidade e (c)

    acelerao.

    Ento podemos constatar que a velocidade e a acelerao tambm so

    harmnicas, com a mesma freqncia de oscilao do deslocamento, porm

    defasados de /2 e respectivamente (Fig.3.2).

    O matemtico francs J. Fourier (1768-1830) mostrou que qualquer

    movimento peridico pode ser representado por uma srie de senos e co-senos

    que so relacionados harmonicamente. Se adotarmos x(t) como uma funo

    peridica de perodo T (ver Fig. 3.3), ela ser representada pela seguinte srie

    de Fourier (Eq. 3.9):

    ( ) ...2sensen...2coscos2

    121112110 ++++++= twbtwbtwatwa

    atx

    (3.9)

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    Figura 3.3 Exemplo de um movimento peridico.

    A partir da Eq. (3.9) obtm-se uma srie de retas discretas

    correspondentes a w1, 2 w1, 3 w1, etc., com amplitudes correspondentes aos

    coeficientes a1 e b1, a2 e b2, a3 e b3, etc., que chamamos de espectro de Fourrier

    (Fig. 3.4). Da Fig. 3.4 tem-se:

    22

    nnn baC += (3.10)

    n

    n

    a

    btg = (3.11)

    Figura 3.4 Espectro de Fourier: (a) mdulo Cn e (b) fase n.

    5

    x(t

    )

    t

    T

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    Eng Fabiano Vieira (Assessor Tcnico - Montagem de Baterias)Setor: UGB 03 / UN 01

    Com o espectro de Fourier, a anlise harmnica de qualquer tipo de sinal

    se tornou bem mais fcil, e que se aprimorou mais depois do lanamento da

    Transformada Rpida de Fourier (Fast Fourrier Transform - FFT). Para evitar um

    defeito tpico da interpretao da FFT chamado alliasing (no sei se a escrita

    est correta), ento os sinais so filtrados em faixas de freqncia de acordo

    com o tipo de anlise a ser feita (deslocamento, velocidade ou acelerao)

    3.2 AQUISIO DOS SINAIS VIBRATRIOS

    A vibrao em um determinado equipamento codificada em sinal

    eltrico pelo sensor, que por sua vez transmite atravs de cabos condutores at

    o coletor/analisador. A partir da o mesmo sinal eltrico interpretado por um

    software que atravs de um programa passa a apresent-lo na forma de sinal no

    tempo ou espectro de freqncia, tornando a anlise das condies do

    equipamento bem mais fcil, vide figura 3.5, que esquematiza a instrumentao

    para coleta e anlise de dados, segundo COELHO & HANSEN (1993).

    Figura 3.5 Instrumentao para Coleta e Anlise de Dados

    Atualmente existem vrios programas para anlise de vibrao em

    manuteno preditiva, onde se podem definir quais os equipamentos a

    acompanhar e tambm os pontos de cada um que sero monitorados. Alm do

    mais estes programas podem fornecer vrios tipos de relatrios de

    acompanhamento e anlise. A Fig. 3.6 ilustra, esquematicamente, um sistemade coleta e anlise de vibrao. (O filtro o responsvel por limitar as faixas de

    freqencia de cada tipo de coleta de vibrao que se pretenda trabalhar:

    deslocamento, velocidade ou acelerao)

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    eixo giratrio da mquina, gerado por um oscilador/demodulador atravs de um

    cabo de extenso. medida que o eixo se aproxima do sensor so induzidas

    correntes eltricas, chamadas de corrente de Eddy, atravs do material

    condutivo do eixo que extrai energia do sinal excitador. Ento essa variao

    entre o eixo e o sensor devido a vibrao far produzir na sada do

    gerador/demodulador um sinal bem caracterstico, que ser representativo da

    vibrao equivalente no eixo. A Fig. 3.7 mostra, esquematicamente, o sistema

    de aquisio conhecido como sensor sem contato.

    Figura 3.7 - Esquema do sistema de medio de vibrao por deslocamento

    atravs de sensor sem contato por corrente de Eddy.

    Sensor de velocidade

    Neste tipo de sensor temos uma bobina conectada a sua carcaa,

    envolvendo um im permanente suspenso por mola. O sistema de suspenso da

    mola projetado para apresentar baixssima freqncia natural, tal que o

    sistema permanea estacionrio nas freqncias acima de 10 Hz. Quando osensor de velocidade conectado a uma superfcie vibratria, o movimento

    relativo entre o im estacionrio e a bobina, que vibrar em sincronismo com a

    superfcie, far com que as linhas magnticas do im permanente cortem a

    bobina, induzindo na mesma um sinal de tenso proporcional a velocidade de

    vibrao. O sensor de velocidade na verdade um sistema que no necessita de

    sinal eltrico externo para atuar, pois ele gera o sinal eltrico representativo com

    uma baixa impedncia e que pode ser enviado diretamente ao

    coletor/analisador. A estrutura bsica de um sensor de velocidade estrepresentada abaixo na Fig. 3.8.

    8

    Sensor

    Oscilador /

    demodulador

    Sinal de

    vibrao

    modulado em

    alta freqncia

    Sinal de

    sadaVibrao

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    Figura 3.8 - Desenho esquemtico de um sensor de velocidade.

    Sensor de acelerao (acelermetro)

    O acelermetro, quando fixo a uma superfcie vibrante, produz em seus

    terminais de sada uma tenso ou descarga que proporcional acelerao na

    qual est submetido, ou seja, seu princpio de funcionamento est na utilizao

    de discos cermicos piezoelctricos, que por sua vez possuem a propriedade

    fsica de gerarem descargas eltricas quando solicitados a esforos. No projeto

    deste sensor, os elementos piezoeltricos so arranjados de tal forma que sejam

    submetidos a uma carga na forma de massa em uma mola pr-tensionada, onde

    todo este conjunto montado assentado em uma base, sendo que o sistema

    massa-mola fica preso no topo e protegido por um invlucro resistente. A Fig.

    3.9 ilustra de forma esquemtica um acelermetro do tipo compresso.

    9

    Mola

    Massa

    Cristal

    piezoelctric

    o

    Conector

    Meio

    amortecedor

    Conector

    Mola

    Bobina

    Im permanente

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    Figura 3.9 - Sensor de acelerao (tipo compresso).

    3.2.2 Coletores/Analisadores de Vibrao

    Os coletores so instrumentos bsicos de uso simplificado que devem

    fazer parte de qualquer programa de acompanhamento de vibraes. Um coletor

    tpico possui baterias recarregveis e/ou substituveis, e ainda pode receber

    dados de vibraes do tipo deslocamento, velocidade e acelerao. Os coletores

    podem tambm possuir um software instalado, que permite uma pr-anlise nos

    espectros obtidos quando no se pode dispor de um computador. Basicamente

    so executados o mximo possvel de medies dos equipamentos na rea de

    trabalho, e armazenados todos estes dados na memria do coletor, para que

    posteriormente sejam descarregados num PC, e analisados com maior

    comodidade em um ambiente mais favorvel atravs de um software com mais

    recursos (COELHO & HANSEN, 1993).

    3.2.3 Softwares

    Atualmente existem vrios programas para anlise de vibrao em

    manuteno preditiva, onde se podem definir quais os equipamentos a

    acompanhar e tambm os pontos que sero monitorados. Alm disso, estes

    softwares podem fornecer vrios tipos de relatrios de acompanhamento e

    anlise. Dentre estes softwares passamos a descrever sobre o software

    MASTERTREND, por este ser parte constituinte deste trabalho.

    - O MASTERTREND ... (em outro material falo mais sobre este

    item...)

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    3.3 PRINCIPAIS CAUSAS DE VIBRAES EM MQUINAS

    3.3.1 Desbalanceamento

    O desbalanceamento um fenmeno de no uniformidade de massa em

    torno de um centro de giro. Na maioria dos casos se detecta uma alta amplitude

    no espectro exatamente na freqncia de rotao do equipamento, sendo que

    nas direes radiais a sensibilidade maior, embora possa ser detectada

    tambm nas direes axiais quando trata-se de rotores com construo

    estrutural em balano.

    Como a amplitude de vibrao diretamente proporcional ao grau de

    desbalanceamento, se dobrarmos o valor da massa desbalanceadora,

    automaticamente tambm dobraremos a amplitude de vibrao. Este fato

    importante pois permite que a atividade de balanceamento dos rotores seja

    possvel, a partir de instrumentos medidores de vibrao.

    Um outro fato importante para que se possa ter certeza se uma alta

    vibrao ou no provocada por um desbalanceamento, o fato de que sua

    amplitude diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do rotor. Ento

    quando se varia a rotao do mesmo at parar por completo, tem-se que obter

    uma curva de amplitude de vibrao do tipo exponencial inversa.

    Em termos fsicos podemos avaliar um desbalanceamento, considerando

    as seguintes variveis:

    Centro de Giro (CG): a linha imaginria no rotor, onde a rotao nula;

    Centro de Massa (CM): o ponto de equilbrio das massas distribudas.

    Se em um determinado rotor o centro de giro igual ao centro de massa,no ocorre desbalanceamento. Na prtica impossvel tal fato, pois sempre

    existir uma diferena, mesmo que pequena.

    Na Fig. 3.10 representamos os resultados de uma massa desbalanceadora

    m em um rotor a uma distncia r do seu centro de giro.

    A fora centrfuga que a massa m provoca no sistema da Fig. 3.10 dada

    por:

    2. rmFc = (3.12)

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    O produto da massa m pelo raio r chamado de desbalanceamento e

    representado pela letra D:

    mrD = (3.13)

    Figura 3.10 - Representao de uma massa desbalanceadora m a uma distncia

    r do centro de giro C.G., com velocidade angular , fazendo com que ocorra

    tambm deslocamento do centro de massa C.M..

    O balanceamento pode ser feito de duas formas:

    - Esttico: Neste tipo de balanceamento a compensao de

    massas feita num mesmo plano. comumente usado em

    rotores em forma de disco e rotores montados externamente aos

    seus dois mancais. No balanceamento esttico a linha de centro

    do rotor e a linha de centro da rotao devem est paralelas e

    excntricas para que o equipamento esteja balanceado.

    - Dinmico: Neste caso a compensao das massas feita em

    planos distintos. A caracterstica principal do balanceamento

    dinmico que a linha de centro do rotor no paralela a linha

    de centro de rotao, podendo ou no interceptarem-se. Existem

    dois tipos de equipamento para este tipo de balanceamento: um

    deles instalado em oficinas onde o rotor balanceado fora do

    conjunto; o outro porttil e prprio para execuo desse

    trabalho no campo, onde as mquinas encontram-se instaladas,

    evitando a necessidade de desmonta-las , deixando um

    desbalanceamento residual mnimo (REZENDE, 1982).

    12

    r

    C.G.

    C.M.

    m

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    Dentre os equipamentos que realizam balanceamento em campo,

    destacamos aqui um dos mais atuais, VIBROTEST 60, que possibilita

    balanceamento em um e dois planos de rotores sob condies de operao,

    considerando automaticamente o comportamento no linear da mquina e

    eliminao dos efeitos de batimento. Este equipamento possibilita ainda a

    deteco do desbalanceamento e outras falhas relacionadas com a freqncia de

    rotao, atravs do mdulo de rastreamento de harmnicas permitindo ao

    usurio avaliaes rpidas, em banda estreita, dos componentes de vibrao

    sncrona do rotor em modo de funcionamento permanente assim como nos

    modos de acelerao e desacelerao. Permitindo ainda relatrio abrangente do

    balanceamento com a funo VIBRO-REPORT (UPTIME, 2000).

    A Fig. 3.11 apresenta um exemplo prtico de um espectro mostrando um

    caso de desbalanceamento. Nela pode-se verificar uma alta amplitude de

    vibrao exatamente na freqncia de rotao do equipamento.

    Figura 3.11 - Espectro mostrando caso de desbalanceamento em um rotor de

    um exaustor que gira a 2500 rpm, vibrando na sua freqncia de rotao a

    17,26 mm/s RMS.

    3.3.2 Desalinhamento

    O desalinhamento outra grande causa de desgastes prematuros nos

    componentes de mquinas. Fisicamente corresponde a no linearidade nas linhas

    de centro de giro de dois eixos acoplados. Ento podemos detectar alta vibrao

    na freqncia de rotao do equipamento e suas harmnicas, evidenciando o

    tipo de desalinhamento: angular e/ou paralelo.

    13

    RMB ROTOR DO EXAUSTOR 03

    PONTO 3 (HORIZONTAL) MANCAL

    Espectro de freqncia14-JAN-99 14:06

    Valor Global = 20.08 V-DGRMS = 20.05Carga = 100.0 %

    = 2500 rpm = 41.44 rps

    0 6000 12000 18000 24000 30000

    0

    3

    6

    9

    12

    15

    18

    21

    24

    Freqncia em RPM

    Freq:Ordr:Spec:

    2500.31.00117.26

    1x

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    Desalinhamento angular

    As linhas de centro dos eixos formam um ngulo e se interceptam (Fig.

    3.12). Esse tipo de desalinhamento se caracteriza por apresentar alta vibrao

    axial na rotao do eixo, como tambm pode apresentar altas vibraes nas

    freqncias mltiplas (1x rpm, 2x rpm, etc.).

    Figura 3.12 - Esquema de um desalinhamento angular, mostrando dois eixos que

    se interceptam formando um ngulo.

    A figura 13 ilustra um exemplo de um espectro, mostrando o time

    history de um ponto axial de um motor eltrico, enfatizando os picos de

    freqncia harmnicos da rotao do motor. Vale perceber que na freqncia de

    rotao, 1x, o pico tem uma amplitude maior (cerca de 2,7 mm/s), seguido de

    2x .

    Figura 3.13 - Espectro mostrando um caso de desalinhamento angular entre dois

    eixos acoplados, com freqncia de rotao de 1750 rpm, evidenciando que na

    14

    RMB - VENTILADOR centrfugo

    MC-01 -M2A MOTOR

    Route Spectrum14-APR-00 16:02

    OVRALL= 3.87 V-DGRMS = 3.87LOAD = 100.0RPM = 1787.RPS = 29.78

    0 10000 20000 30000 40000

    0

    0.3

    0.6

    0.9

    1.2

    1.5

    1.8

    2.1

    2.4

    2.7

    3.0

    Freqncia em CPM

    RMSVelocidadeemmm/Sec

    Freq:Ordr:Spec:

    1760.9.985.415

    1x

    2x

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    direo axial o nvel de vibrao nesta mesma freqncia bem mais

    considervel: 2,7 mm/s RMS.

    Desalinhamento paralelo

    Neste caso as linhas de centro so paralelas e no se interceptam (Fig.

    3.14). A vibrao dominante aparece na direo radial a 2x a freqncia de

    rotao do eixo, sendo que na direo axial poder apresentar alta vibrao

    exatamente na freqncia de rotao (Fig. 3.15).

    Figura 3.14 Esquema de um desalinhamento paralelo.

    Figura 3.15 - Espectro mostrando um caso de desalinhamento paralelo entre

    dois eixos acoplados, sendo que a duas vezes da rotao do eixo, 3500 rpm, o

    nvel de vibrao bem mais evidente: 2,0 mm/s RMS.

    15

    RMB - MOINHO CRUZETA

    MC-01 -M2A MOTOR

    Route Spectrum14-APR-00 16:02

    OVRALL= 3.87 V-DGRMS = 3.87LOAD = 100.0RPM = 1787.RPS = 29.7 8

    0 10000 20000 30000 40000

    0

    0.3

    0.6

    0.9

    1.2

    1.5

    1.8

    2.1

    2.4

    2.7

    3.0

    Freqncia em CPM

    RMSVelocidadeem

    mm/Sec

    Freq:Ordr:Spec:

    1760.9.985.415

    1x

    2x

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    Recomendao: A excentricidade entre as partes do conjunto segundo REZENDE,

    1982, no deve exceder 0.02 mm a cada 20 mm de dimetro do flange, e a

    inclinao inferior a 0.01 mm a cada 20 mm do flange. Porm recomendado

    que se consulte o fabricante do equipamento para melhor esclarecimento com

    relao a esta tolerncia e deve-se se certificar de que o conjunto est bem

    nivelado.

    3.3.3 Ressonncia

    Para entender o que o fenmeno de ressonncia, torna-se necessrio

    compreender a definio de freqncia natural, que por sua vez aquela na qual

    uma determinada massa vibra, aps sofrer um deslocamento do seu ponto de

    equilbrio. Foras excitadoras tais como quelas geradas por eixos desalinhados

    ou componentes desbalanceados, so peridicas de freqncia . Quando estas

    agem em estruturas elsticas que possuem freqncias naturais o, a interao

    dessas freqncias pode produzir vibraes extremamente elevadas. Ento o

    efeito em que ocorre uma vibrao forada exatamente na freqncia natural do

    material d-se o nome de ressonncia (COELHO & HANSEN,1993).

    possvel determinar as freqncias naturais de uma estrutura por meio

    de teste de impactos. A idia do teste a de que quando um objeto sofre um

    impacto, as freqncias naturais ou ressonantes so excitadas. Se um espectro

    levantado enquanto o objeto est vibrando devido ao impacto, picos espectrais

    aparecem definindo as freqncias naturais do objeto.

    Nos coletores/analisadores se realiza o teste de impactos fixando um

    acelermetro ao objeto de teste (mquina ou estrutura). Numa segunda etapa

    ajusta-se o coletor/analisador para o nvel de trigger adequado, pois quando se

    martela a estrutura provoca-se no transdutor um transiente eltrico que

    corresponde a resposta de vibrao da mquina, e este impacto deve sersuficiente para vencer o nvel de trigger eltrico. Enquanto a estrutura no for

    sofrer o impacto do martelo, se ter uma situao de no disparo, quando esta

    for martelada a mensagem de no disparo desaparecer por alguns segundos

    e um espectro de onda em funo do tempo exibido. Calculado o espectro

    deste sinal o coletor/analisador mostrar as possveis freqncias naturais do

    sistema. Os coletores/analisadores permitem que se armazene vrios resultados

    de testes e se faa uma mdia dos sinais, podendo chegar a resultados mais

    precisos ( SKF, 1997).

    16

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    Eng Fabiano Vieira (Assessor Tcnico - Montagem de Baterias)Setor: UGB 03 / UN 01

    Figura 3.16 - Espectro mostrando um caso de ressonncia estrutural, que se

    torna evidente devido ocorrer alta vibrao apenas na radial vertical do

    mancal.

    3.3.4 Folgas Mecnicas

    As folgas mecnicas geram inmeros picos harmnicos (vibraes a 1x

    rpm, 2x rpm, 3x rpm, etc. relativos a freqncia de rotao do equipamento

    ver Fig. 3.17) e geralmente so acarretados devido base trincada e/ou

    parafusos soltos/folgados (ver Fig. 3.18).

    Figura 3.17 - Espectro caracterstico de folga mecnica no mancal do

    equipamento, evidenciando os vrios picos harmnicos.

    17

    RMB - EXAUSTOR

    EX-01 -M1V MOTOR

    Route Spectrum14-APR-00 16:12

    OVRALL= 8.01 V-DG

    RMS = 7.98LOAD = 100.0RPM = 3500.RPS = 58.33

    0 10000 20000 30000 40000

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    Freqncia em CPM

    Freq:

    Ordr:Spec:

    3550.0

    1.0147.678

    1x

    3x

    2x

    RMB - DEGERMINADORADG-08 -E4H MANCAL

    Route Spectrum17-MAR-00 10:19

    OVRALL= 5.63 V-DGRMS = 5.60LOAD = 100.0RPM = 752.RPS = 12.54

    0 6000 12000 18000 24000

    0

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2.5

    3.0

    3.5

    4.0

    4.5

    5.0

    Frequency in CPM

    Freq:Ordr:Spec:

    750.01.997

    1.799

    1x

    8x

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    Eng Fabiano Vieira (Assessor Tcnico - Montagem de Baterias)Setor: UGB 03 / UN 01

    Figura 3.18 - Desenho esquemtico de uma base com parafusos folgados

    gerando folga.

    3.3.5 Defeitos em Rolamentos

    RMB - MOINHO CRUZETA

    MC-02 -E1H MANCAL

    Route Spectrum17-MAR-00 09:30

    OVRALL= 38 .21 V-DGRMS = 6.04LOAD = 100.0RPM = 3500.RPS = 58.33

    0 60 120 180 240 300

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

    1.4

    1.6

    1.8

    Freqncia em kCPM

    RMSAceleraoemG

    -s

    Freq:Ordr:Spec:

    1.837.525

    .02930

    Figura 3.19 - Espectro caracterstico de falha de rolamento, evidenciando os

    picos harmnicos da freqncia de 1837 rpm, representativa de falha nos

    elementos rolantes (esferas).

    Os rolamentos so elementos de mquinas bastante estudados em

    termos de vibrao e a razo disto que raramente se encontra uma mquina

    onde no os utilizem. Os defeitos de rolamento podem gerar quatro freqncias

    fundamentais caractersticas: uma devido a defeito na pista externa, outra na

    interna, outra nos separadores ou gaiolas e por fim outra devido a defeito nos

    elementos rolantes (esferas ou roletes). Nas equaes apresentadas abaixo, os

    clculos das freqncias fundamentais caractersticas de defeito para cada

    elemento, consideram o rolamento de esfera com rotao no anel interno. As

    freqncias e amplitudes no espectro de vibrao provocado por defeitos nos

    18

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    Eng Fabiano Vieira (Assessor Tcnico - Montagem de Baterias)Setor: UGB 03 / UN 01

    rolamentos, variam em funo do tipo e estgio de deteriorao do elemento

    (SILVA, 1999 apud BRAUN & DATNER, 1975).

    Defeito nas esferas (ball spin frequency):

    = 2

    2

    cos160.

    .2 DP

    Bfr

    B

    DPBSF (3.14)

    Defeito no separador ou gaiola (fundamental train frequency):

    = cos1

    120 DP

    BfrFTF (3.15)

    Defeito na pista interna (ball pass frequency inner):

    += cos1

    120

    .

    DP

    BfrnBPFI (3.16)

    Defeito na pista externa (ball pass frequncy out):

    = cos1

    120

    .

    DP

    BfrnBPFO (3.17)

    Onde: DP: dimetro pitch, B: dimetro da

    esfera,

    fr: freqncia de rotao, : ngulo de

    contato,

    n: nmero de esferas.

    19

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    3.3.6 Falha de Engrenamento

    As vibraes produzidas nos dentes de engrenagens, devido a

    imperfeies de contato ou aes dinmicas associadas, produzem freqncias

    mltiplas da fundamental, que dada como sendo a freqncia de rotao do

    eixo vezes o nmero de dentes das engrenagens, ainda podendo surgir no

    espectro freqncias harmnicas da rotao. Considere que uma engrenagem

    (n 1) tenha t1 dentes e est engrenada a outra engrenagem (n 2) com t2 dentes

    (COELHO & HANSEN,1993).

    f1 = freqncia da engrenagem n 1 = t1 x N (Rotao do eixo)

    f2 = freqncia da engrenagem n 2 = (t1/t2) x f1

    Figura 3.20 - Espectro caracterstico de falha de engrenamento, evidenciando o

    pico de nvel maior correspondente ao de 38 vezes a rotao de seu eixo, que

    tambm corresponde ao nmero total de dentes da engrenagem menor do

    redutor de velocidade.

    20

    RMB - EXTRUSORA

    EXT-01 -R1V REDUTOR

    Route Spectrum14-APR-00 14:09

    OVRALL= 5 .56 V-DGRMS = 1 .96LOAD = 100.0RPM = 1 725.RPS = 28.76

    0 20 40 60 80 100 120 140

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

    1.4

    Freqncia em kCPM

    -

    Freq:Ordr:Spec:

    65.5437.95.996

    38x

    39x37x

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    3.3.7 Altas Vibraes Devido ao Fluxo Hidrodinmico

    O fluxo do fluido que passa pelas ps dos rotores tanto de bombas quanto

    de turbinas, provocam uma freqncia bem caracterstica, que equivalente ao

    nmero de ps multiplicado pela freqncia de rotao do mesmo e, em alguns

    casos, seus harmnicos tambm aparecem (COELHO & HANSEN,1993). Para

    NEPOMUCENO, (1989), o plano dominante quando se trata de bombas o radial,

    na direo da tubulao de descarga, a amplitude se apresenta flutuante e

    aparecem harmnicas da freqncia das ps, quando existe mais de uma sada

    de descarga. Um exemplo de aumento das vibraes devido ao processo

    hidrodinmico em uma bomba mostrado na Fig. 3.21.

    Figura 3.21 - Espectro caracterstico de falha devido ao fluxo hidrodinmico,

    onde pode ser constatado alto nvel exatamente a seis vezes a rotao do rotor,

    que por sua vez tambm possui seis ps.

    21

    RMB - BOMBA

    BB-04 -E4H MANCAL

    Route Spectrum14-APR-99 15:52

    OVRALL= 14 .54 V-DG

    RMS = 14.39CARGA = 100.0

    RPM = 1750.RPS = 29.16

    0 10000 20000 30000 40000

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    Freqncia em CPM

    Freq:

    Ordr:Spec:

    10500

    6.00210.20

    6x

    1x

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    Eng Fabiano Vieira (Assessor Tcnico - Montagem de Baterias)Setor: UGB 03 / UN 01

    O alinhamento de conjuntos comumente realizado de duas formas:

    - Alinhamento com relgio comparador: O procedimento para

    alinhamento desta forma, segue as seguintes etapas:

    a) Antes de realizar o alinhamento propriamente dito, deve-se fazer um pr-alinhamento e posicionar as mquinas com as separaes axiais corretas.b) As medidas tomadas com os relgios comparadores devem ser feitas girandoos dois eixos ao mesmo tempo, para que a falta de concentricidade e/ouirregularidades nas superfcies dos cubos, no mascare os valores obtidos.c) As medies devem ser feitas o mais prximo possvel das linhas de centrovertical e horizontal, dos cubos do acoplamento, usando marcaes que devemser feitas nas faces dos cubos a cada 90.

    d) Antes da tomada de medidas, deve-se apertar firmemente os parafusos dosps dos equipamentos que esto sendo alinhados.e) Deve-se sempre antes de iniciar a tomada de medidas, tocar levemente nosuporte, a fim de verificar se os relgios esto firmemente fixados ao mesmo.f) O giro para tomada de medidas deve parar no ponto de partida, onde osrelgios devero marcar o zero inicial. Caso isso no ocorra, refaa as leituras.g) Nas medidas tomadas com o relgio na radial, a soma algbrica das leiturasverticais, deve ser igual a soma algbrica das leituras horizontais.h) A subtrao algbrica das leituras verticais e horizontais, dividida por dois,fornece respectivamente, o desalinhamento vertical e horizontal entre asmquinas.g) Durante o alinhamento, normalmente fixamos uma mquina e alinhamos aoutra por esta.

    j) Os calos usados no alinhamento devem estar completamente planos, limpos,cortados sem rebarbas e com suas quinas aparadas para evitar dobras durante acolocao (FRANA & SOARES, 1987).

    - Alinhamento laser: Neste tipo de alinhamento as caractersticas

    do conjunto (distncias entre mquinas e cabeotes, rotao do

    conjunto, giro dos sensores etc.) so definidos para o coletor de

    dados. Presos os sensores (possuem um emissor e um receptor

    de laser) aos eixos das mquinas, realiza-se um giro no

    acoplamento no ultrapassando o definido no coletor, em seguida

    esses dados so transferidos ao coletor, que interpreta os dados,

    e informa as distncias que devem ser alteradas nas direes

    horizontais e verticais. Realizadas as alteraes e tomadas novas

    medidas o coletor define a qualidade do alinhamento atravs de

    grfico, que mostra zonas de aceitao do alinhamento.

    22