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RAFAEL SAMPAIO, DANIEL JUSTINIANO, FERNANDO ASTOLFO E ANDRÉ
DUARTE
DIAGNÓSTICO DE VIBRAÇÕES
Trabalho apresentado ao Curso Engenharia Mecânica, DTMM – Departamento de Tecnologia Mecanica e Materiais, IFBA – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, como requisito parcial para a obtenção de aprovação na disciplina ENG314 - Vibrações Mecânicas.
Orientador: Antônio Carlos Bitencourt
SALVADOR
2014
RAFAEL SAMPAIO, DANIEL JUSTINIANO, FERNANDO ASTOLFO E ANDRÉ
DUARTE
DIAGNÓSTICO DE VIBRAÇÕES
Trabalho apresentado ao Curso Engenharia Mecânica, DTMM – Departamento de Tecnologia Mecanica e Materiais, IFBA – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, como requisito parcial para a obtenção de aprovação na disciplina ENG314 - Vibrações Mecânicas.
Orientador: Antônio Carlos Bitencourt
SALVADOR
2014
FICHA CATALOGRÁFICA
Sampaio, Rafael; Justiniano, Daniel; Astolfo, Fernando; Duarte, André
Diagnóstico de Vibrações – Salvador, 2014.
Nº de páginas
Área de concentração: Vibrações Mecânicas.
Orientador: Prof. Antônio Carlos Bitencourt.
Trabalho Acadêmico – DTMM – Departamento de Tecnologia Mecanica e Materiais, IFBA – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia
1.Diagnóstico de Vibrações; 2.Vibrações Mecânicas; 3.Elementos de Máquinas
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES..........................................................................................5
INTRODUÇÃO.............................................................................................................6
1.1 APRESENTAÇÃO..............................................................................................6
1.2 JUSTIFICATIVA..................................................................................................7
1.3 OBJETIVO..........................................................................................................7
1.4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................7
1.4.1 ANÁLISE DE VIBRAÇÃO................................................................................7
1.4.2 TRANSFORMADA RÁPIDA DE FOURIER.....................................................8
1.4.3 TIPOS DE FALHA..........................................................................................11
1.4.3.1 DESBALANCEAMENTO............................................................................11
1.4.3.2 FALHA DE DESALINHAMENTO................................................................12
1.4.3.3 EXCENTRICIDADE....................................................................................13
1.4.3.4 FALHAS EM ROLAMENTOS.....................................................................14
1.4.3.5 ELEMENTOS MECÂNICOS SOLTOS.......................................................15
1.4.3.6 VIBRAÇÕES EM CORREIAS.....................................................................15
1.4.3.7 VIBRAÇÕES EM ENGRENAGENS............................................................16
1.4.3.8 ROÇAMENTO DO ROTOR........................................................................16
2 MÉTODO E RESULTADO...................................................................................19
2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS............................................................................19
2.2 DESCRIÇÃO DOS MÉTODOS E RESULTADOS............................................19
3 RESULTADOS E CONCLUSÕES.......................................................................27
4 CRONOGRAMA..................................................................................................30
REFERÊNCIAS.........................................................................................................31
INTRODUÇÃO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 - SINAL NO DOMÍNIO DO TEMPO (DIAS, 2009)...............................11
FIGURA 2 - SINAL NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA (DIAS, 2009)....................11
FIGURA 3 - PRINCIPAIS CAUSAS E CARACTERISTICAS DE VIBRAÇÃO.... .12
FIGURA 4 - DESBALANCEAMENTO CARACTERIZADO POR ALTA AMPLITUDE EM 1X RPM (DIAS, 2009)..............................................................13
FIGURA 5 - DESALINHAMENTO ANGULAR REPRESENTADO POR HARMÔNICAS AXIAIS (DIAS, 2009).................................................................14
FIGURA 6 - DESALINHAMENTO ANGULAR REPRESENTADO POR HARMÔNICAS RADIAIS (DIAS, 2009)...............................................................14
FIGURA 7 - TIPOS DE EXCENTRICIDADE.........................................................14
FIGURA 8 - TIPOS DE EXCENTRICIDADE.........................................................16
FIGURA 9 - DIFERENÇA ENTRE DESBALANCEAMENTO E DENTE DE ENGRENAGEM QUEBRADO.............................................................................17
FIGURA 10 - SÉRIE DE FREQUÊNCIAS CARACTERÍSTICAS DE ROÇAMENTO (DIAS, 2009)................................................................................18
FIGURA 11 - ONDAS NO DOMÍNIO DO TEMPO (DIAS, 2009).............................21
FIGURA 12 - ONDAS NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA (DIAS, 2009)..................21
FIGURA 13 - FREQUÊNCIAS CORRESPONDENTES À FALHAS (DIAS, 2009).22
FIGURA 14 - CALCULADORA DE FREQUÊNCIAS EM ROLAMENTOS (SKF).. 22
FIGURA 15 - DADOS TÉCNICOS DO EQUIPAMENTO (MGS TECNOLOGIA)....23
FIGURA 16 - LAYOUT DA BOMBA MULTIFÁSICA (MGS TECNOLOGIA)..........24
FIGURA 17 - PONTOS DE MEDIÇÃO DO EQUIPAMENTO (MGS TECNOLOGIA)....................................................................................................24
FIGURA 18 - ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS MANCAIS DO MOTOR DO VENTILADOR (MGS TECNOLOGIA).................................................................24
FIGURA 19 - ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS MANCAIS DO MOTOR DO VENTILADOR VENTILADOR (MGS TECNOLOGIA).........................................25
FIGURA 20 - ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS MANCAIS DO MOTOR DO VENTILADOR VENTILADOR (MGS TECNOLOGIA).........................................25
FIGURA 21 - NÍVEIS GLOBAIS DE VIBRAÇÃO MEDIDOS NA ESTRUTURA DO EQUIPAMENTO (MGS TECNOLOGIA)........................................................25
FIGURA 22 - RELATÓRIO FINAL DA MEDIÇÃO DE VIBRAÇÕES (MGS TECNOLOGIA)....................................................................................................26
FIGURA 23 - CRONOGRAMA SIMPLIFICADO.....................................................31
5
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO
A Manutenção, a partir de seu principio e até aproximadamente três décadas
atrás, era constituída basicamente pela atuação corretiva da falha, ou seja, somente
quando o equipamento apresentava uma quebra, substituía-se o componente
defeituoso, retomando as condições normais de funcionamento do equipamento ou
sistema. Após este período, houve um crescimento tecnológico industrial
importantíssimo, mudando significativamente o conceito de Manutenção, evita-se ao
máximo uma manutenção corretiva não planejada, devido aos danos e altos custos
envolvidos. Uma nova filosofia e prática são desenvolvidas, onde a Manutenção é
condicionada para que não haja manutenção.
A competitividade do mercado impõe a necessidade de equipamentos e
sistemas mais confiáveis, é de fundamental importância ter o domínio sobre as
condições de operação dos mesmos. Deseja-se evitar a perda de produção e o
custo elevado da manutenção corretiva em um equipamento, que em alguns casos,
chega a ser equivalente ao custo de aquisição de uma nova máquina (ABREU,
2007). Os ruídos excessivos causados por vibração e o risco de acidentes devidos
ao mau funcionamento de uma máquina são fatores críticos quando pensamos nos
seres humanos envolvidos no cenário industrial, portanto, os mesmo são
considerados neste novo cenário.
As técnicas preditivas surgem com o objetivo de prevenir falhas e prolongar
a disponibilidade dos equipamentos. Os parâmetros de máquina são analisados
periodicamente com a finalidade de obter a natureza da falha e definir quais são os
fatores críticos do sistema. Os métodos mais utilizados são a termografia, ultrassom,
análise de óleos lubrificantes, ferrografia e análise de vibrações.
Em diversas aplicações industriais o acompanhamento e análise de vibração
tem se tornado um dos mais importantes métodos de monitoramento de parâmetros
e predição de falhas. Dentro do diagnostico de falhas através do monitoramento de
ruídos e vibrações, diversas técnicas e modelos matemáticos foram estudados e
desenvolvidos, os quais se baseiam basicamente na identificação dos espectros de
6
INTRODUÇÃO
frequência de cada tipo de defeito associado a um componente ou elemento do
equipamento.
Este trabalho pretende apresentar um estudo das técnicas e ferramentas
utilizadas, de forma generalizada, em análise de vibração em elementos de
máquina, tais como, acoplamentos, mancais e eixos de transmissão. Uma pesquisa
e possível estudo de caso sobre análise de vibração e simulação das condições de
trabalho de um mancal e rolamentos de uma máquina rotativa serão abordadas,
avaliando o estudo dos gráficos dos padrões de falhas com a finalidade de identificá-
las e caracterizá-las antes do surgimento de um defeito no equipamento monitorado.
1.2 JUSTIFICATIVA
A necessidade de uma manutenção mais eficiente e eficaz, visando uma
menor intervenção em um sistema e com baixo custo de execução justifica o estudo,
desenvolvimento e aplicação de técnicas que possam predizer as condições
operacionais e de funcionamento de um elemento mecânico, identificando
antecipadamente as causas de falhas mais comuns.
1.3 OBJETIVO
Este trabalho objetiva avaliar:
1. Estudo teórico generalizado sobre mecanismos de identificação de fontes
de falhas em elementos de máquinas tais como acoplamentos, mancais e
sistemas de transmissão – árvores;
2. Estudo de caso sobre aplicação de métodos e ferramentas na
identificação de fontes de falhas em mancais.
1.4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.4.1 ANÁLISE DE VIBRAÇÃO
O conceito de vibração pode ser definido como, qualquer movimento que se
repita de forma regular ou irregular, durante um intervalo de tempo. O movimento de
um pêndulo e da corda de um violão são os exemplos mais simples de vibração em
7
INTRODUÇÃO
eventos do cotidiano. Em engenharia, estes movimentos são encontrados e
verificados em elementos de máquina e nas estruturas, quando estes são
submetidos a ações dinâmicas. A frequência, que pode ser medida em Hertz (Hz) é
definida pelo número de ciclos de um movimento em um segundo. A frequência
natural, por sua vez, pode ser definida como a frequência que um sistema,
submetido a ação de um esforço, continua oscilando mesmo após a suspensão das
atuações de forças externas.
Um sistema de vibração pode ser composto por um único componente de
frequência ou em vários espectros de frequência, ou seja, frequências múltiplas. A
frequência básica que todo corpo apresenta em quanto vibra é chamada de
frequência fundamental. as frequências múltiplas oriundas das frequências
fundamentais são conhecidas por harmônicos.
Através da análise espectral (domínio de frequências) é possível a
identificação de cada frequência, com os seus respectivos níveis de vibração
(FERNANDES, 2000). Em situações práticas, os sinais obtidos em aquisição de
dados de vibração fornecem um somatório de sinais periódicos de diferentes
frequências, a distinção clara entre estas frequências no domínio do tempo é uma
tarefa impossível.
A identificação de falhas em máquinas é fundamentada na análise da
representação da amplitude em função da frequência dentro de um grande conjunto
de componentes per iódicos, Cada sinal caracteristico pode representar um
tipo de falha e como cada componente destas máquinas apresentam frequências
fundamentais de comportamentos distintos, é possível a identificação de forma
facilitada.
1.4.2 TRANSFORMADA RÁPIDA DE FOURIER
A transformada de Fourier é considerada, provavelmente a principal
ferramenta matemática de engenharia, quando se trata de processamento de sinais.
É bastante útil, pois, permite a transição entre as variáveis de um sinal no domínio
do tempo para o domínio da frequência.
Sendo x uma função integrável, a transformada de Fourier para o domínio da
freqüência ω, é dada pela função abaixo (AMARO, 2003):
8
INTRODUÇÃO
X (w )=∫−∞
∞
x (t)e−iwtdt
para cada número real ω.
Se a variável independente t representa o tempo em segundos, a variável ω
representa a freqüência angular, em radianos por segundo.
Se X(ω) é definida como acima, e x(t) é suficientemente suave, a
transformada inversa pode ser construída como:
x (t )= 12π
∫−∞
∞
X (w)e−iwtdt
para cada número real t.
Em aplicações científicas e em processamentos digitais são utilizadas
funções discretas. Para isso, usamos a Transformada Discreta de Fourier (DFT, do
inglês Discrete Fourier Transform) (DIAS, 2009).
Uma seqüência de N números complexos x0 ,…,xN−1, pode ser transformada
em uma seqüência de N números complexos X 0 ,…, X N−1, pela DFT de acordo com a
fórmula:
X k=∑n=0
N−1
xne−2πiN
knk=0 ,…,N−1
E a transformada inversa discreta (IDFT) é dada por:
X k=∑n=0
N−1
xne−2πiN
knk=0 ,…,N−1
Avaliar estas somas da forma mostrada levaria a um número de operações
aritméticas da ordem de N², enquanto que o algoritmo da transformada rápida de
Fourier computa o mesmo resultado em um número de operações da ordem de N
log N (AMARO, 2003).
O conceito por trás do uso da FFT em análise de vibração pode ser exemplificado
graficamente. A Figura 1 ilustra um sinal senoidal gerado com amplitude de 0,5 e
9
INTRODUÇÃO
frequência fundamental de 1 Hz. Através da FFT, o sinal pode ser representado no
domínio da frequência, facilitando a interpretação de seus valores e a distinção clara
entre as componentes, no caso de haver mais de uma frequência. A Figura 2
representa o sinal após a utilização da FFT (DIAS, 2009).
FIGURA 1 - SINAL NO DOMÍNIO DO TEMPO (DIAS, 2009).
FIGURA 2 - SINAL NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA (DIAS, 2009).
10
INTRODUÇÃO
1.4.3 TIPOS DE FALHA
O diagnostico de falhas em máquinas é um processode identificação das
causas do movimento vibratório através da analise de vibração, deve-se portanto
conhecer as principais características provocadas por um conjunto de causas mais
comuns ou frequentes. A figura 3 mostra de forma resumida as causas mais
frequentes e as características principais destas falhas no domínio da frequência.
FIGURA 3 - PRINCIPAIS CAUSAS E CARACTERISTICAS DE VIBRAÇÃO.
1.4.3.1 DESBALANCEAMENTO
O desbalanceamento é uma das fontes mais comuns de vibração em
máquinas e equipamentos (EISENMANN, 1997) e que ocorrem devido a uma
11
INTRODUÇÃO
alteração no equilíbrio das forças radiais que atuam sobre o eixo da máquina.
Caracterizá-se, normalmente, pelo predomínio de uma alta amplitude em 1X RPM.
Sua amplitude tem um crescimento diretamente proporcional ao quadrado da
velocidade (2X de aumento da velocidade = 4X aumento da vibração). A correção
desta falha pode ser feita, simplesmente, pela colocação de um peso de
balanceamento em um plano no centro de gravidade do rotor.
FIGURA 4 - DESBALANCEAMENTO CARACTERIZADO POR ALTA AMPLITUDE EM 1X RPM (DIAS, 2009).
1.4.3.2 FALHA DE DESALINHAMENTO
O desalinhamento, normalmente, acontece quando existe um deslocamento
angular ou paralelo dos eixos de duas máquinas, também, podendo ocorrer o
desalinhamento combinado quando a superposição dos dois sinais. Como exemplos
pode-se citar, falha de montagem, defeito na base, parafusos de fixação folgados,
problemas de fundação, dilatação térmica ou acoplamento travado.
O desalinhamento angular pode apresentar como característica principal
uma alta vibração axial com valores em 1X e 2X RPM. O desalinhamento paralelo é
bastante semelhante ao angular, neste caso, pode apresentar altas vibrações
radiais, nas quais a amplitude de 2X é mais frequente que a de 1X RPM,
dependendo do tipo de material do acoplamento a altura em 1X pode variar.
12
INTRODUÇÃO
FIGURA 5 - DESALINHAMENTO ANGULAR REPRESENTADO POR HARMÔNICAS AXIAIS (DIAS, 2009).
FIGURA 6 - DESALINHAMENTO ANGULAR REPRESENTADO POR HARMÔNICAS RADIAIS (DIAS, 2009).
1.4.3.3 EXCENTRICIDADE
A excentricidade é considerada uma causa comum de vibração em máquinas
rotativa. Diferente do desbalanceamento, o centro de rotação difere do centro
geométrico, independente da peça estar balanceada.
FIGURA 7 - TIPOS DE EXCENTRICIDADE
13
INTRODUÇÃO
Os sintomas da excentricidade são, comumente, idênticos aos do
desbalanceamento. Os efeitos da excentricidade podem ser reduzidos através do
balanceamento, mas, geralmente, não são obtidos resultados satisfatórios. Os
problemas podem ser corrigidos através da montagem correta dos elementos do
equipamento.
Nas correias em V, a excentricidade provoca variação nas direções das
tensões da correia e a maior amplitude de vibração na direção do ramo tensionado
da correia em frequência igual a 1X RPM. Em armaduras de motores elétricos a
excentricidade varia com a interação magnética entre a armadura e os polos do
motor elétrico, criando uma vibração de frequência 1X RPM. Nas engrenagens
excêntricas, a maior amplitude ocorre na direção da linha de centro das engrenages
na frequência de 1X RPM.
1.4.3.4 FALHAS EM ROLAMENTOS
Os rolamentos são considerados um dos componentes mais
importantes e utilizados em máquinas rotativas. Suas principais funções é propiciar
um melhor deslizamento de eixos rolantes e suportar as cargas oriundas do
movimento e da aplicação da máquina em questão. Segundo Taylor (2008), os
pontos mais comuns de falhas em rolamentos são: pista externa (BFPO - Ball Pass
Frequêncy Outer Race), pistas internas (BFPO - Ball Pass Frequêncy Outer Race),
elemento rolante (BSF - Ball Spin Frequency) e gaiola (FTF - Fundamental Train
Frequency), representadas respectivamente pelas equações:
BSFO=S( Nb2 )(1−Bd cos∅Pd )
BSF I=S ( Nb2 )(1+Bd cos∅Pd )
BFS=S( Pb2Bb )(1−Bd ² cos ²∅Pd ² )
14
INTRODUÇÃO
FTF=S ( 12 )(1+
Bd cos∅Pd )
Em que, S é frequencia de rotação (Hz), Bd é o diametro da esfera ou do
rolo (mm); Pd é o diametro primitivo do rolamento (mm), Nb é o numero de esferas
ou rolos e ∅ é o angulo de contato do rolamento.
1.4.3.5 ELEMENTOS MECÂNICOS SOLTOS
Elementos mecânicos soltos produzem como vibração característica em
uma frequência normalmente igual ao dobro ou múltiplos inteiros da velocidade de
rotação do eixo rotativo.
FIGURA 8 - TIPOS DE EXCENTRICIDADE
A principal característica de vibração devido a elemento mecânico solto é a
predominância da segunda frequência harmônica.
1.4.3.6 VIBRAÇÕES EM CORREIAS
As correias em V são frequentemente consideradas como fontes de vibração
porque é muito fácil visualizar a sua vibração, o que não ocorre com outras partes da
máquina. Entretanto, é bastante provável que a correia vibre em função de outros
15
INTRODUÇÃO
distúrbios na máquina, sendo apenas um indicador de um problema vibratório.
Todavia, quando a vibração ocorrer por defeito da correia, a frequência de vibração
é igual ao múltiplo inteiro (1, 2, 3 ou 4 vezes) da rotação da correia.
A identificação de defeitos na correia geralemente pode ser feita medindo-se
a vibração em um mancal próximo à mesma, inicialmente em direção perpendicular
à direção da tensão na correia e, a seguir, em direção perpendicular à primeira.
Correias defeituosas geralemente apresentam uma amplitude de vibração maior em
uma direção paralela à direção de sua tensão.
1.4.3.7 VIBRAÇÕES EM ENGRENAGENS
As vibrações originadas por problemas em engrenagens são fáceis de ser
identificadas por ocorrerem em uma frequência alta, igual à frequência de rotação da
engrenagem multiplicada pelo seu número de dentes (frequência de engrenamento).
Alguns problemas comuns causadores de vibrações em engrenagens são, desgaste
excessivos, imperfeições nos dentes ou dentrs quebrados, lubrificação deficiente e
impuresas incrustadas nos dentes.
16
INTRODUÇÃO
FIGURA 9 - DIFERENÇA ENTRE DESBALANCEAMENTO E DENTE DE ENGRENAGEM QUEBRADO
1.4.3.8 ROÇAMENTO DO ROTOR
O roçamento entre partes estacionárias e rotativas de uma máquina pode
causar aumento dos níveis de vibração nas frequências de 1x e 2x RPM. Se o atrito
for contínuo poderão aparecer vibrações numa faixa larga em altas frequências..
Quando o roçamento for parcial, aparecem no espectro picos correspondentes às
frequências naturais do sistema.
FIGURA 10 - SÉRIE DE FREQUÊNCIAS CARACTERÍSTICAS DE ROÇAMENTO (DIAS, 2009).
17
2 MÉTODO
MATERIAL E MÉTODO
2 MÉTODO E RESULTADO
2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O trabalho consiste em avaliar os métodos e ferramentas utilizadas no
diagnóstico de vibrações mecânicas, onde inicialmente a intenção era simular
através de ferramentas de modelagem matemática como o Matlab, Scilab e
similares as falhas mais comuns em equipamentos mecânicos, neste trabalho
especificamente, em arvorés de transmissão, mancais ou engrenagens. Devido a
falta de experiência e dificuldades encontradas na manipulação e obtenção dos
gráficos dos sinais nas ferramentas de modelagem matemática citadas, optou-se por
selecionar trabalhos acadêmicos e profissionais realizados e avaliá-los
fundamentados referência bibliográfica adotada.
2.2 DESCRIÇÃO DOS MÉTODOS E RESULTADOS
Baseado no trabalho de DIAS (2009), no qual foi utilizada uma análise
baseada no espectro de frequência para diagnosticar alguns princípios de falhas em
rolamentos. Para avaliação do método, foram realizadas algumas simulações de
defeitos em máquinas rotativas, em especial mancais de rolamentos. Foram gerados
sinais artificiais equivalentes a alguns equipamentos com falhas eminentes.
O trabalho consiste em gerar os sinais artificiais que simulem falhas em
rolamentos, obter o gráfico de amplitudes em função do tempo e através da
aplicação do algoritmo da FFT neste sinal, obter posteriormente gerar o gráfico de
amplitudes em função doa frequência, desta forma, obter resultados com maior
facilidade de análise e disgnóstico das falhas.
DIAS (2009), primeiramente, foi gerado o sinal da vibração de um rolamento
da SKF 7321 (ver Figura 11), com uma rotação de 600 RPM (10 Hz). Aplicando a
FFT neste sinal, obtém-se o espectro de frequência ilustrado na Figura 12.
19
MATERIAL E MÉTODO
FIGURA 11 - ONDAS NO DOMÍNIO DO TEMPO (DIAS, 2009).
FIGURA 12 - ONDAS NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA (DIAS, 2009).
Utilizando as equações de falhas em rolamentos apresentada na seção
1.4.3.4, foram encontradas algumas frequências referenciais de falhas,
apresentadas na figura 13 e consultando a ferramenta de engenharia, “Bearing
Frequencies Calculator”, forncecida pela empresa SKF, podemos encontrar
disponível as frequências naturais dos rolamentos comercializados pela mesma e
utilizar estes dados com base referêncial para a análise em questão conforme figura
14.
20
MATERIAL E MÉTODO
FIGURA 13 - FREQUÊNCIAS CORRESPONDENTES À FALHAS (DIAS, 2009).
FIGURA 14 - CALCULADORA DE FREQUÊNCIAS EM ROLAMENTOS (SKF).
DIAS (2009), Interpretando o gráfico da Figura 12, percebe-se que o pico
que está próximo de 10 Hz, equivale à rotação do sistema. O pico de amplitude de
21 Hz representa a falha no elemento rolante (BSF). A falha na pista externa (BSFO)
é evidenciada pelo pico de amplitude na frequência de 49 Hz. A frequência de 71 Hz
indica falha na pista interna (BPFI).
21
MATERIAL E MÉTODO
O diagnostico de vibrações baseado nas medições obtidas em campo levam
em consideração, normalmente, os niveis globais de vibrações. A avaliação destes
parâmetros é sustentada por normas técnicas, tais como, ISO 10816 e ISO 8528-9,
e pelos dados forneceidos pelos fabricantes dos equipamentos que estão sendo
avaliados. O exemplo estudado neste trabalho está fundamentado no relatório nº
xxxXxxxxM0901 – “Relatório de Monitoramento por Análise de Vibração Mecânica”
emitido pelo emprasa MGS Tecnologia – Prestação de Serviços em Manutenção
Preditiva Eletromecânica, em 25 de setembro de 2009, São Leopoldo, Minas Gerais,
Brasil.
As medições foram coletadas na unidade de bombas multifásicas na
empresa XXX (o nome da empresa foi suprimiada pela MGS devido a questões
legais de imagem e dados condidenciais), os dados coletados de medição
vibracional foram obtidos com equipamentos operando em condições normais de
produção e para grande maioria dos mancais de máquinas rotativas, foram
coletados os dados em três direções, vertical (V), horizontal (H) e axial (A).
Utilizados também, coletor de dados Pruftechnik Vibxpert e software Omnitrend para
tratamento de dados.
FIGURA 15 - DADOS TÉCNICOS DO EQUIPAMENTO (MGS TECNOLOGIA).
22
MATERIAL E MÉTODO
FIGURA 16 - LAYOUT DA BOMBA MULTIFÁSICA (MGS TECNOLOGIA).
FIGURA 17 - PONTOS DE MEDIÇÃO DO EQUIPAMENTO (MGS TECNOLOGIA).
FIGURA 18 - ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS MANCAIS DO MOTOR DO VENTILADOR (MGS TECNOLOGIA).
23
MATERIAL E MÉTODO
FIGURA 19 - ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS MANCAIS DO MOTOR DO VENTILADOR VENTILADOR (MGS TECNOLOGIA).
FIGURA 20 - ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS MANCAIS DO MOTOR DO VENTILADOR VENTILADOR (MGS TECNOLOGIA).
FIGURA 21 - NÍVEIS GLOBAIS DE VIBRAÇÃO MEDIDOS NA ESTRUTURA DO EQUIPAMENTO (MGS TECNOLOGIA).
24
MATERIAL E MÉTODO
FIGURA 22 - RELATÓRIO FINAL DA MEDIÇÃO DE VIBRAÇÕES (MGS TECNOLOGIA).
25
3 RESULTADOS E CONCLUSÕES
PRODUTO DO PROJETO
3 RESULTADOS E CONCLUSÕES
Neste trabalho, foram apresentados diferentes vertetentes de aplicação do conhecimento existente em vibrações mecânicas com foco em análise e diagnóstico de vibrações em equipamentos mecânicos, dando ênfase aos elementos mecânicos, tais como, eixos, mancais, correias e engrenagens.
Em relação às técnicas artificais de análise de vibrações pode-se concluir que, a fim de caracterizar diferentes tipos de falhas em máquinas rotativas, o estudo do espectro gerado permite uma melhor compreensão de como é feita a analise pelos equipamentos industriais e laboratoriais existentes no mercado. A escolha do método da FFT foi fundamental, pois, este método permite a analise do espectro de frequências dos sinais de vibração e identificação das harmônicas correspondentes a possíveis falhas mecânicas.
Através da análise do sinal de vibração de uma máquina, é possível subtrair informações importantes sobre o estado de componentes, assim como os diferentes tipos de defeitos que ela pode apresentar. A partir dessas informações pode-se planejar a realização de uma reparação, prevenindo uma manutenção corretiva, que ocasiona prejuízo inesperado a uma indústria. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a diferença de como cada falha afeta a frequência de um equipamento e o quão prejudicial pode-se apresentar.
Em relação às técnicas e métodos utilizados nas medições em campo para posterior análise, dependerá muito do tipo de equipamento utilizado, pontos selecionados para medição e das condições operacionais encontradas no momento da medição e obtenção dos dados de medições. É bastante difícil, partindo somente da analise dos dados uma resposta e diagnostico preciso para identificar a causa raiz dos sinais de vibrações e os elementos correspondentes às falhas. Deve-se avaliar um histórico prévio do equipamento, as condições do ambiente no qual o equipamento está inserido, vericação de fontes externas de propagação de vibrações, condições de manutenção dos equipamentos, outros elementos associados às condições operacionais e o fator mais importante neste momento, a experiência dos técnicos e engenheiros que responsáveis pela coleta e tratamento dos dados.
Dentro deste cenário, o processo de diagnostico de vibrações obtidas por medições em campo, procurar determinar, através da medição dos níveis globais de vibração e das normas dedicadas a este campo de estudo, as prováveis falhas comparando os valores obtidos com valores predeterminados e normatizados, propondo intervenções de inspeção e posterior atuação em determinado elemento. Mesmo que determinada falha apresente um comportamento padrão de resposta previamente conhecido e identificado pelo gráfico de espectro é sempre importante avaliar com cautela as condições de operação do equipamento, e posteriormente,
27
PRODUTO DO PROJETO
indicar quais são os elementos que apresentam falhas e quais os componentes afetados.
28
4 CRONOGRAMA
CRONOGRAMA
4 CRONOGRAMA
FIGURA 23 - CRONOGRAMA SIMPLIFICADO
30
ANEXO 2
REFERÊNCIAS
ABREU, R. D. A.; BRITO, J. N.; FILHO, P. C. L. Diagnóstico de Falhas em Rolamentos Utilizando as Técnicas de Decomposição em Wavelet e Detecção de Envelope. In: CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECÂNICA, 8., 2007, Cusco. Anais... Cusco: Universidad Católica del Peru, 2007.
GONÇALVES, L. A. Um Estudo sobre Transformada Rápida de Fourier e seu uso em processamento de imagens. 2004. 61 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004.
RAO, S. S. Vibrações Mecânicas. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. Tradução de: Arlete Simille. SÁ, M. Curso de Vibrações. Macaé: Petrobras, 2000.
SÁ, M. Curso de Vibrações. Macaé: Petrobras, 2000.
DIAS, A. S.; RODRIGUES, J. C.; RAMALHO, G. L. B. Detectação de Falhas em Máquinas Rotativas Através da Análise de Vibração. Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte e Nordeste de Educação e Tecnologia, 4, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, 2009.
AMARO, C. M.G.; Sistema Especialista para Diagnostico de Máquinas de Plataformas Offshore por Análise de Vibração. 2003 . 45 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2003.
MGS Tecnologia; Relatório de Monitoramento por Análise de Vibração Mecânica. nº xxxXxxxxM0901 MGS Tecnologia – Prestação de Serviços em Manutenção Preditiva Eletromecânica, São Leopoldo, Minas Gerais, 2009.
31
