MINISTRIO DA EDUCAO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

DETECO DE FALHAS EM MANCAIS DE ROLAMENTO POR ANLISE DE VIBRAES EM BANDA LARGA:

UM CASO PRTICO DE APLICAO EM UMA POPULAO DE EQUIPAMENTOS ROTATIVOS

por

Alexandre Ribeiro Menna

Dissertao para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia

Porto Alegre, novembro de 2007

DETECO DE FALHAS EM MANCAIS DE ROLAMENTO POR ANLISE DE VIBRAES EM BANDA LARGA:

UM CASO PRTICO DE APLICAO EM UMA POPULAO DE EQUIPAMENTOS ROTATIVOS

por

Alexandre Ribeiro Menna Engenheiro Mecnico

Dissertao submetida ao Corpo Docente do Programa de Ps-Graduao em En-genharia Mecnica, PROMEC, da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos necessrios para a obteno do Ttulo de

Mestre em Engenharia

rea de Concentrao: Mecnica dos Slidos

Orientador: Prof. Dr. Alberto Tamagna

Aprovada por:

Prof. Dr. Adyles Arato Junior

Prof. Dr. Herbert Martins Gomes

Prof. Dr. Igncio Iturrioz

Prof. Dr. Flvio Jos Lorini

Coordenador do PROMEC

Porto Alegre, 28 de novembro de 2007.

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A melhor maneira de prever o futuro cri-lo Peter Drucker

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AGRADECIMENTOS

A concretizao deste trabalho o resultado de uma soma de esforos. Inmeras pessoas e instituies participaram ativamente de sua elaborao, e desejo do autor registrar um sincero agradecimento, em particular:

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, atravs dos professores, funcionrios e colegas do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica; Ao Professor Alberto Tamagna, orientador deste trabalho; COPESUL, Companhia Petroqumica do Sul, nas pessoas de Jader Weber Brun e Pau-lo Ermida Moretti, pela oportunidade, apoio, e imensurvel compreenso; Aos colaboradores dos times de Engenharia de Manuteno e Avaliao e de Oficinas da COPESUL, entre os quais gostaria de destacar pelas valiosas contribuies: Andr Jober de Cas-tro Gonalves, Erli Tadeu Taschetto, Fbio Almeida Ribeiro de Castro, Jos Lus Rodrigues Ra-badan, Mauro Luis da Silva, Otvio Luiz Dibe Vescovi e Valtemir Zandona; Aos amigos do time de Oficinas da IPQ pelo incentivo constante, em especial: Luis M-rio Alves dos Santos, Paulo Renato Pinho Romo e Paulo Schning.

Shana, pelas valiosas lies de planejamento, revises do texto, e apoio na coleta de dados. Pela compreenso e por todo o amor que compartilhamos.

Aos meus irmos Daniel e Josiane, por terem sido companheiros de casa com conduta exemplar.

E, finalmente, aos meus pais Ademar e Aida. Por quem so, pelos valores a mim transmi-tidos, e por nunca terem poupado na construo de minha maior riqueza: o conhecimento.

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RESUMO

No contexto industrial atual, no qual a mxima disponibilidade dos equipamentos ligados ao processo produtivo representa um fator crtico de sucesso, a manuteno industrial passa a desempenhar funo estratgica, uma vez que se mostra necessrio trabalhar pela preveno e deteco antecipada das falhas. O constante desenvolvimento das tcnicas de anlise de vibrao tem representado um diferencial na manuteno preditiva de equipamentos rotativos. A deteco de defeitos cada vez menores constantemente demandada, a fim de possibilitar a ao planeja-da das equipes de manuteno. O acompanhamento de valores globais de velocidade no to-talmente eficaz nesta situao, e a anlise do espectro em baixas freqncias do sinal de vibrao nem sempre fornece indcios com a antecipao necessria. Nos equipamentos rotativos, a anli-se espectral do envelope de acelerao tem sido a alternativa mais precisa para a deteco de defeitos nos mancais de rolamento. O objetivo deste trabalho avaliar a viabilidade de uma an-lise simplificada do envelope de acelerao atravs do estabelecimento de um valor numrico nico, dotado de referenciais prticos que permitam o diagnstico de pequenos defeitos com a antecedncia adequada. Parte-se da anlise de sinais de vibrao reais obtidos a partir de uma amostra de conjuntos motor bomba centrfuga, no instante em que as intervenes de manuten-o corretiva nos mancais de rolamento foram recomendadas. A obteno de um valor global a partir do espectro do envelope de acelerao representa a simplificao desejada, uma vez que se conhece o valor correspondente a deteco efetiva de um defeito. O resultado da anlise espec-tral confirmado pela desmontagem dos mancais de rolamento danificados e determinao de seu estgio de falha. As concluses apontam para a viabilidade tcnica e econmica de um mo-delo otimizado de monitoramento preditivo de conjuntos motor bomba centrfuga, a partir da medio combinada do Valor Global de velocidade RMS e do Valor Global do envelope de ace-lerao. Ao final do trabalho, uma proposta prtica para aplicao na amostra de equipamentos estudada apresentada.

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ABSTRACT

In the current industry, in which the maximum availability of equipment connected to the production process is a critical factor for success, the industrial maintenance has a strategic role to play, since it appears to work for prevention and early detection of equipment failures. The constant development of the vibration analysis techniques has represented a spread in predictive maintenance of rotating equipment. The detection of smaller defects is constantly becoming pos-sible, in order to enable the planned action of the maintenance teams. The monitoring of overall velocity values is not fully effective in this situation, and the analysis of the low frequencies vi-bration spectrum not always provides evidence with the required anticipation. In rotating equip-ment, the analysis of the acceleration envelope spectrum has been the more accurate alternative to the detection of defects in rolling bearing. The purpose of this study is to assess the feasibility of a brief analysis of the acceleration envelope through the establishment of a single numerical value, with practical benchmarks that allow the diagnosis of small defects with the appropriate notice. This study is the analysis of real vibration signals, obtained from a sample of electrical motors and centrifugal pumps, in the moment which the corrective maintenance of the rolling bearing was requested. Achieving the overall value from the envelope acceleration spectrum is the desired simplification, because the analyzed data corresponds to effective detection of a bear-ing defect. The result of the spectral analysis is confirmed by the disassembly of the damaged rolling bearing, and the determination of their failure stage. The optimized predictive technique composed by the overall envelope spectrum, and the overall velocity has its technical and eco-nomic feasibility confirmed. The proposed model can be successfully applied to the electrical motor and centrifugal pumps studied sample.

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NDICE

1 INTRODUO ........................................................................................................................1 1.1 Descrio do Problema...........................................................................................................3 1.2 Objetivo Geral ........................................................................................................................4 1.3 Objetivos Especficos .............................................................................................................4 2 REVISO BIBLIOGRFICA..................................................................................................6 2.1 Conceituao de Falha de um Componente Mecnico ........................................................10 2.2 Analise de Vibrao em Equipamentos Rotativos ...............................................................12 2.2.1 Anlise da Forma de Onda ................................................................................................12 2.2.2 Anlise de Freqncias......................................................................................................13 2.2.3 Quantificao da Vibrao em Equipamentos Rotativos..................................................15 2.2.4 O Valor Global de Vibrao..............................................................................................17 2.2.5 Referenciais Anlise pelo Valor Global de Vibrao.....................................................18 2.2.5.1 Carta de Rathbone ..........................................................................................................18 2.2.5.2 Critrio IRD....................................................................................................................19 2.2.5.3 Carta de Blake ................................................................................................................20 2.2.5.4 Carta de Severidade do Hydraulic Institute....................................................................21 2.2.5.5 Especificao CDA/MA/NVSH 107..............................................................................22 2.2.5.6 Carta de Severidade FUPAI ...........................................................................................23 2.2.5.7 Normas ISO 2372, VDI 2056 e NBR 10082..................................................................25 2.2.5.8 Mtodo Estatstico..........................................................................................................28 2.3 Mancais de rolamento ..........................................................................................................30 2.3.1 Expectativa de vida para um mancal de rolamento...........................................................32 2.3.2 Caractersticas da Vibrao nos Mancais de Rolamento ..................................................32 2.3.2.1 A seqncia de pulsos em um mancal de rolamento......................................................33 2.3.3 Os estgios primrios de falha nos mancais de rolamento................................................34 2.3.3.1 1 Estgio........................................................................................................................35 2.3.3.2 2 Estgio........................................................................................................................35 2.3.3.3 3 Estgio........................................................................................................................35 2.3.3.4 4 Estgio........................................................................................................................36 2.3.4 Lubrificao ......................................................................................................................37 2.3.5 A origem dos defeitos nos mancais de rolamento.............................................................37 2.3.5.1 Fadiga dos materiais.......................................................................................................38

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2.3.5.2 Corroso .........................................................................................................................39 2.3.6 Caracterizao dos defeitos nos rolamentos......................................................................39 2.3.6.1 Escamamento .................................................................................................................40 2.3.6.2 Descascamento (Peeling) ...............................................................................................41 2.3.6.3 Arranhadura....................................................................................................................42 2.3.6.4 Impresses ......................................................................................................................43 2.3.6.5 Escorregamento..............................................................................................................44 2.3.6.6 Trincas ............................................................................................................................45 2.3.6.7 Fraturas...........................................................................................................................46 2.3.6.8 Pitting .............................................................................................................................47 2.3.6.9 Corroso por Contato .....................................................................................................48 2.3.6.10 Corroso Eltrica..........................................................................................................49 2.3.6.11 Oxidao e Corroso ....................................................................................................50 2.3.6.12 Esmagamento ...............................................................................................................50 2.3.6.13 Superaquecimento ........................................................................................................51 2.3.6.14 Defeito na Gaiola .........................................................................................................52 2.4 Anlise de Vibraes em Mancais de Rolamento ................................................................53 2.4.1 Monitoramento com Medies de Banda Larga ...............................................................53 2.4.2 A Tcnica do Fator de Crista.............................................................................................54 2.4.3 Sinais de Vibrao Modulados..........................................................................................55 2.4.4 Anlise de Sinais de Vibrao Repetitivos A tcnica do Envelope ...............................56 2.4.4.1 A Regio de Maior Relao entre Sinal e Rudo ...........................................................57 2.4.4.2 Separao da Faixa de Freqncias de Interesse............................................................57 2.4.4.3 Deteco da Ocorrncia de Sries de Impacto A Transformada de Hilbert................57 2.4.4.4 Demodulao de Sinais ..................................................................................................61 2.4.4.5 Identificao das Sries de Impacto ...............................................................................63 2.4.4.6 Determinao das Freqncias das Sries de Impacto...................................................64 2.4.4.7 O Clculo Discreto da Transformada de Hilbert............................................................65 2.4.4.8 O Valor Global do Envelope..........................................................................................67 PROCEDIMENTOS METODOLGICOS..................................................................................69 2.5 A manuteno preditiva na COPESUL................................................................................69 2.6 Seleo da amostra a ser estudada........................................................................................70 2.7 Medies de vibrao avaliadas ...........................................................................................72 2.8 Critrios de avaliao do sinal de vibrao..........................................................................73

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2.9 Anlise visual da falha do mancal de rolamento..................................................................73 2.10 Classificao do estgio de dano inicial do rolamento ......................................................74 2.11 Pontos de medio da vibrao ..........................................................................................74 2.12 Instrumentao utilizada ....................................................................................................77 2.13 Fichas de Manuteno........................................................................................................81 2.14 Anlise de viabilidade financeira do modelo proposto ......................................................83 3 ANLISE SIMPLIFICADA DO ENVELOPE DE ACELERAO ....................................85 3.1 Estudo de Caso .....................................................................................................................85 3.1.1 Bomba Centrfuga 02B03A...............................................................................................85 3.1.2 Bomba Centrfuga 03B03A...............................................................................................91 3.1.3 Bomba Centrfuga 22B12B...............................................................................................98 3.1.4 Motor Eltrico 13MB02A ...............................................................................................103

3.2 Discusso dos Resultados...................................................................................................109 3.3 Carta de severidade da amostra estudada...........................................................................116 3.4 Uma Rotina otimizada para monitoramento de moto-bombas centrfugas........................119 3.4.1 Proposta 1: Aplicao do Valor Global do Envelope de Acelerao..............................122 3.4.2 Proposta 2: Coleta e analise executadas pelo tcnico de preditiva .................................124 4 CONSIDERAES FINAIS................................................................................................126 5 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..................................................................................131 ANEXOS.....................................................................................................................................135 ANEXO I Configuraes do Coletor Brel & Kjaer 2526 E...................................................135 ANEXO II Fichas de Manuteno ...........................................................................................136 ANEXO III Jean-Baptiste Joseph Fourier Biografia resumida. ............................................164 ANEXO IV David Hilbert Biografia resumida.....................................................................166

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LISTA DE SMBOLOS

t tempo [s] )(tx sinal de deslocamento que se desenvolve no domnio do tempo [m] )(tm - sinal modulador que se desenvolve no domnio do tempo [m]

)(X sinal de deslocamento que se desenvolve no domnio da freqncia [m] )(M - sinal modulador que se desenvolve no domnio da freqncia [m] )}({ txF - transformada de Fourier de um sinal que se desenvolve no domnio do tempo, indicada

pela aplicao de um operador F [m] )(~ tx transformada de Hilbert de um sinal que se desenvolve no domnio do tempo [m]

)}({ txH - transformada de Hilbert de um sinal que se desenvolve no domnio do tempo, indica-da pela aplicao de um operador H [m]

)(~ tX - transformada de Fourier de )(~ tx )(tz - sinal analtico que se desenvolve no domnio do tempo [m] )(t e )(t - ngulo de fase instantneo em relao ao tempo [rad]

- freqncia do sinal analisado [rad/s] f - freqncia do sinal analisado [Hz]

0f - freqncia constante do sinal portador [Hz]

mf - freqncia moduladora do sinal analisado [Hz]

m - freqncia moduladora do sinal analisado [rad/s]

n - uma das freqncias naturais do sinal analisado [rad/s] T intervalo de tempo em que se desenvolve um ciclo do movimento [s]

nT - perodo associado a uma das freqncias naturais do sinal analisado [s] i designao da parte imaginria de um nmero complexo

FFT Transformada Rpida de Fourier

RMS valor eficaz da varivel monitorada

n nmero de pontos de um sinal no domnio do tempo

m nmero de pontos de um sinal no domnio da freqncia

dttdx )(

- primeira derivada temporal do deslocamento velocidade [m/s]

2

2 )(dt

txd - segunda derivada temporal do deslocamento acelerao [m/s2 ou G]

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0x amplitude do deslocamento [m] )(tA - funo modulao ou envelope de um sinal no domnio do tempo

VG - Valor Global de vibrao (medida overall) V - varivel aleatria

- desvio padro obtido a partir de uma amostra

RPMv - velocidade de rotao do eixo [RPM]

hL10 - estimativa de vida nominal de um rolamento [h] C - capacidade normal de carga dinmica do rolamento [N] P - carga dinmica equivalente do rolamento [N] n - velocidade de rotao do eixo; [RPM] p - expoente da equao de vida do rolamento

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NDICE DE FIGURAS

Figura 1 - [Moubray, 1997] Evoluo das expectativas com relao manuteno industrial ......6 Figura 2 - [Moubray, 1997] Evoluo das aes e tcnicas de manuteno no sculo XX............7 Figura 3 - [Vescovi, 2000] Modelo de modo de deteriorao e mtodos de deteco. ................11 Figura 4 - [Cesa, 2006] Nvel de vibrao ao longo do tempo medido na direo radial de um rolamento NSK 6204 com defeito pr-determinado em sua pista externa. Evidncia da ocorrncia de fenmenos em alta freqncia ..................................................................................................13

Figura 5 - [Cesa, 2006] Espectro de freqncias obtido a partir da FFT. Medio realizada na direo radial de um rolamento NSK 6204 com defeito pr-determinado em sua pista externa. Evidncia da ocorrncia de fenmenos em alta freqncia, como a indicada pelo cursor em 11,19 kHz. .....................................................................................................................................15 Figura 6 - [Almeida et. al. 2006]. Comparao grfica entre as medidas zero-a-pico, pico-a-pico, valor mdio e valor RMS, considerando uma senoide simples e um sinal composto. Apesar de

numericamente inferior, o valor RMS apresenta informaes histricas relacionadas ao nvel de energia do movimento vibratrio. .................................................................................................17

Figura 7 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade de Rathbone, 1939. Utilizada para avaliao de medidas sobre a carcaa, at a freqncia de 6000 RPM.........................................19 Figura 8 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade da IRD. Utilizada principalmente para avaliaes de desbalanceamentos e desalinhamentos, em freqncias de at 100.000 RPM.......20

Figura 9 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade de Blake. Introduo do Fator de servio na avaliao da vibrao em equipamentos rotativos, em freqncias de at 10.000 RPM. ........21

Figura 10 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade do Hydraulic Institute para avaliao dos mancais de bombas centrfugas verticais, onde o ponto de medio encontra-se distante do mancal monitorado. .......................................................................................................................22

Figura 11 - [Almeida, 2006] Grfico de severidade de vibraes FUPAI, aplicvel a vibraes excitadas por desbalanceamentos e desalinhamentos em equipamentos rotativos. ......................24

Figura 12 [Almeida et. al. 2006] Diagrama dos nveis de severidade estabelecidos pelas normas ISO 2372, VDI 2056 e NBR 10082. .............................................................................................27 Figura 13 - [SKF, 1997] Rolamento rgido de esferas. .................................................................30 Figura 14 - [SKF, 1997] Rolamento rgido com dupla carreira de esferas. ..................................31 Figura 15 - [SKF, 1997] Rolamento de esferas de contato angular. .............................................31 Figura 16 - [SKF, 1997] Rolamento de rolos cilndricos. .............................................................31

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Figura 17 - [Almeida et. al., 2007] Dimenses de um rolamento rgido de esferas utilizadas no clculo de suas freqncias caractersticas....................................................................................33

Figura 18 - [NSK, 2001] Escamamento ocorrido em componentes de rolamentos. (a) na pista interna em decorrncia de desalinhamento na montagem; (b) e (c) marcas na pista interna e esferas, respectivamente, por impacto na montagem; (d) descascamento localizado da pista interna em decorrncia de lubrificao deficiente; (e) e (f) nas pistas interna e externa do mesmo rolamento, em decorrncia de sobrecarga na direo axial...........................................................41 Figura 19 - [NSK, 2001] Descascamento da pista do anel interno de um rolamento como conseqncia de lubrificao deficiente; (b) Detalhe ampliado do observado em (a)..................42 Figura 20 - [NSK, 2001] Arranhadura ocorrida em componentes de rolamentos. Em (a) e (b) a pista interna e os elementos rolantes de um rolamento auto-compensador de rolos, respectivamente, em decorrncia de escorregamento dos rolos. Em (c) e (d) detalhe da borda da pista interna e os rolos de um rolamento de rolos cilndricos, respectivamente, em decorrncia de montagem com pr-carga axial elevada. .......................................................................................43

Figura 21 - [NSK, 2001] Impresses provocadas pela presena de impurezas sobre a pista do anel interno de um rolamento de rolos cnicos (a), e sobre os elementos rolantes de um rolamento de rolos cilndricos (b). ................................................................................................44 Figura 22 - [NSK, 2001] Sinais de escorregamento sofrido por componentes de mancais de rolamento. Em (a) e (b) as pistas interna e externa de um rolamento de rolos cilndricos, em decorrncia de deficincia de lubrificao. Em (c) os elementos rolantes de um rolamento auto-compensador de rolos, que funcionaram com lubrificao deficiente. .........................................45 Figura 23 - [NSK, 2001] Trincas observadas em componentes de rolamentos. Em (a) na pista interna de um rolamento de rolos cilndricos, em decorrncia de choque na direo axial. Em (b) no elemento rolante de um rolamento auto-compensador de rolos, devido ao funcionamento em contato com deformidades nas pistas de rolamento. Em (d) detalhe da trinca apresentada em (c), em funo do ajuste de montagem, que no considerava a elevada temperatura de operao do eixo. ...............................................................................................................................................46 Figura 24 - [NSK, 2001] Fraturas no anel interno de rolamentos de contato angular. Em (a) em decorrncia de impacto na montagem, e em (b), de carga excessiva em operao. .....................47 Figura 25 - [NSK, 2001] Pitting sobre a pista do anel externo (a) e o elemento rolante (b) de um rolamento axial, provocado pela exposio ao meio ambiente. ....................................................47

Figura 26 - [NSK, 2001] Corroso por contato sobre a superfcie do furo (a) e no anel externo (b) ocasionada por ajuste inadequado e exposio a vibraes. Em (c) e (d) marcas na pista e elementos rolantes, ocasionada por longo perodo com o equipamento fora de operao. ..........48

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Figura 27 - [NSK, 2001] Exemplos de corroso eltrica ocorrida em mancais de rolamento. Em (a) a pista do anel interno de um rolamento de rolos cilndricos. Em (b) o escurecimento dos elementos rolantes de um rolamento rgido de esferas. Em (c) e (d) detalhes da fuso de material ocorrida na pista de um rolamento rgido de esferas.....................................................................49 Figura 28 - [NSK, 2001] Oxidao provocada sobre a superfcie das pistas de rolamentos provocada pela presena de umidade no interior da caixa de mancal. Em (a) o aspecto da pista do anel externo de um rolamento rgido de esferas. Em (b) a pista do anel interno de um rolamento auto-compensador de rolos............................................................................................................50 Figura 29 - [NSK, 2001] Esmagamento ocorrido na superfcie de componentes de rolamentos em decorrncia de vibrao da circunvizinhana do equipamento. (a) mostra a pista do anel externo de um rolamento rgido de esferas, e (b) os elementos rolantes de um rolamento de rolos cilndricos. .....................................................................................................................................51 Figura 30 - [NSK, 2001] Superaquecimento observado sobre o anel interno (a) e elementos rolantes (b) de um rolamento auto-compensador de rolos. Lubrificao deficiente ocasionou a falha. ..............................................................................................................................................52 Figura 31 - [NSK, 2001] Defeitos ocorridos na gaiola de um rolamento. Em (a) e (b) em decorrncia de desalinhamento entre os anis interno e externo, em rolamento rgido de esferas e de rolos cnicos, respectivamente. Em (c) e (d) deformao da gaiola provocada por choque no manuseio e montagem, em um rolamento rgido de esferas e de rolos cilndricos, respectivamente. ............................................................................................................................53 Figura 32 - [Randall et. al. 1987] Aplicao de seqncia de duas transformadas de Hilbert em uma senoide, visualizada no domnio da freqncia.....................................................................60 Figura 33 - [Almeida et. al. 2006]. Exemplo de sinal de vibrao com amplitude modulada (AM), acompanhado de seu espectro de Fourier, evidenciando o aparecimento de pares de bandas laterais em torno da freqncia portadora 0f . ..................................................................62 Figura 34 - [Almeida et. al. 2007]. Sinal modulado em amplitude, com pulsos oriundos da sucesso de impactos das esferas contra um defeito localizado na pista externa de um rolamento.

Os pulsos excitam uma freqncia natural da pista do rolamento. ...............................................64 Figura 35 [Almeida et. al. 2007]. Princpio bsico da tcnica do envelope, aplicada na determinao das freqncias das sries de impulsos em um sinal de vibrao...........................65 Figura 36 - [Almeida et. al. 2007]. Carta de Severidade para o Valor Global do Envelope aplicvel a rolamentos de esferas lubrificados a leo (linha inferior) ou graxa (linha superior). 1G = 9,81 m/s2...............................................................................................................................67

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Figura 37 - [Almeida et al, 2007]. Carta de Severidade para o Valor Global do Envelope aplicvel a rolamentos de rolos lubrificados a leo (linha inferior) ou graxa (linha superior). 1G = 9,81 m/s2...............................................................................................................................68 Figura 38 Exemplo de conjunto motor-bomba centrifuga, objeto deste estudo. Os equipamentos acionadores e acionados possuem acoplamento direto. As setas indicam o sentido de fluxo do fluido bombeado. .......................................................................................................71

Figura 39 [Sulzer, 2002] Desenho em corte de uma bomba centrfuga horizontal simples-estgio, com rotor montado em balano. As direes tpicas de monitoramento do sinal de

vibrao so apresentadas. ............................................................................................................75 Figura 40 [WEG, 2006] Desenho de conjunto de um motor eltrico trifsico com carcaa a prova de exploso. As direes tpicas de monitoramento do sinal de vibrao so apresentadas. ...........................................................................................................................75 Figura 41 [Sulzer, 2002] Detalhe da caixa de mancais de uma bomba centrfuga horizontal simples-estgio, com rotor em balano. Indicao do ponto LA H, de medio de vibrao,

utilizado neste estudo. ...................................................................................................................76 Figura 42 [WEG, 2006] Detalhe da tampa e rotor de um motor eltrico trifsico a prova de exploso. Indicao do ponto LA H, de medio de vibrao, utilizado neste estudo. ................77 Figura 43 [WEG, 2006] Detalhe da tampa traseira de um motor eltrico trifsico a prova de exploso. Indicao do ponto LOA H, de medio de vibrao, utilizado neste estudo. .............77 Figura 44 - [Brel & Kjaer, 1998] Coletor porttil de vibrao B&K 2526 E .............................78 Figura 45 - [Brel & Kjaer, 2007] Acelermetro B&K 4391 utilizado em aplicaes industriais. .....................................................................................................................................79 Figura 46 - [Brel & Kjaer, 1998] Desenho esquemtico de um acelermetro do tipo Delta Shear. ...............................................................................................................................79 Figura 47 - [Brel & Kjaer, 2007] Curva de sensibilidade tpica para um acelermetro B&K 4391. ....................................................................................................................................79 Figura 48 [Brel & Kjaer, 1998] Comparao da sensibilidade dos diferentes mtodos de acoplamento de acelermetros a superfcie do equipamento a ser medido. A sensibilidade apresentada em funo da faixa de freqncias atendida..............................................................80

Figura 49 - Tela do software de anlises de vibraes Compass utilizado na COPESUL. apresentado o espectro do envelope do mancal LA da bomba centrfuga 13B01A. .................81 Figura 50 Resumo da metodologia proposta..............................................................................84 Figura 51 - Bomba Centrfuga 02B03A em 14/05/07. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. .............................................87

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Figura 52 - Bomba Centrfuga 02B03A em 14/05/07. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. Medio da amplitude em

escala linear. ..................................................................................................................................88 Figura 53 - Defeito localizado em esfera de um rolamento 6207. Posio 1 (LOA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 02B03A .................................................................88 Figura 54 - Defeito localizado e sinais de oxidao na pista externa de um rolamento 6306 NR. Posio 2 (LA) do mancal da bomba centrifuga horizontal simples estgio 02B03A..................89 Figura 55 - Grfico comparativo entre os espectros do envelope antes (segundo plano) e depois (primeiro plano) da interveno de manuteno na bomba 03B02A. Medies executadas em ponto na direo horizontal do lado do acoplamento da bomba. ..................................................90 Figura 56 - Bomba Centrfuga 03B03A em 25/04/07. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. .............................................92 Figura 57 - Bomba Centrfuga 03B03A em 25/04/07. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. Medio da amplitude em

escala linear. ..................................................................................................................................93 Figura 58 - Aspecto geral da pista externa do rolamento 7312 BEP. Posio 2 (LA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 03B03A .................................................................94 Figura 59 - Aspecto geral da pista interna do rolamento 7312 BEP. Posio 2 (LA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 03B03A .................................................................94 Figura 60 - Aspecto geral da gaiola do rolamento 7312 BEP. Posio 2 (LA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 03B03A .................................................................95 Figura 61 - Detalhe do alojamento da esfera na gaiola 7312 BEP. Posio 2 (LA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 03B03A .................................................................95 Figura 62 - Aspecto geral da pista interna do rolamento 6212. Posio 1 (LOA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 03B03A .................................................................96 Figura 63 - Aspecto geral da pista externa do rolamento 6212. Posio 1 (LOA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 03B03A .................................................................96 Figura 64 - Grfico comparativo entre os espectros do envelope antes (segundo plano) e depois (primeiro plano) da interveno de manuteno na bomba 03B03A. Medies executadas em ponto na direo horizontal do lado do acoplamento da bomba. ..................................................97 Figura 65 - Bomba Centrfuga 22B12B em 23/03/05. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. ...........................................100

xv

Figura 66 - Bomba Centrfuga 22B12B em 23/03/05. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. Medio da amplitude em

escala linear. ................................................................................................................................101 Figura 67 - Aspecto geral das pistas externa e interna do rolamento 6304 NR. Posio 1 (LOA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 22B12B .........................................101 Figura 68 - Detalhe da pista externa do rolamento 6304 NR. Posio 1 (LOA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 22B12B................................................................101 Figura 69 - Detalhe da pista interna do rolamento 6304 NR. Posio 1 (LOA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 22B12B................................................................102 Figura 70 - Detalhe do dano localizado em esfera do rolamento 6205. Posio 2 (LA) do mancal da bomba centrfuga horizontal simples estgio 22B12B. ..........................................................102 Figura 71 - Grfico comparativo entre os espectros do envelope antes (segundo plano) e depois (primeiro plano) da interveno de manuteno na bomba 22B12B. Medies executadas em ponto na direo horizontal do lado do acoplamento da bomba. ................................................103

Figura 72 - Motor Eltrico 13MB02A em 06/01/06. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. ........................................................105 Figura 73 - Bomba Centrfuga 13MB02A em 06/01/06. Espectro do Envelope de acelerao medido no mancal do lado do acoplamento, na direo horizontal. Medio da amplitude em

escala linear. ................................................................................................................................106 Figura 74 - Aspecto geral das pistas externa e interna do rolamento 6314 C3. Posio 4 (LA) do mancal do motor eltrico 13MB02A...........................................................................................106 Figura 75 - Detalhe da pista externa do rolamento 6314 C3. Posio 4 (LA) do mancal do motor eltrico 13MB02A.......................................................................................................................107 Figura 76 - Grfico comparativo entre os espectros do envelope antes (segundo plano) e depois (primeiro plano) da interveno de manuteno no motor 13MB02A. Medies executadas em ponto na direo horizontal do lado do acoplamento do motor. .................................................107 Figura 77 - Comparativo entre o Valor Global do envelope de acelerao antes e aps a

interveno de manuteno recomendada com base no espectro do envelope. Os valores so apresentados para os dezessete equipamentos rotativos da COPESUL que compem o presente

estudo de caso..............................................................................................................................109 Figura 78 - Comparativo entre o Valor Global de velocidade antes e aps a interveno de

manuteno recomendada com base no espectro do envelope. Os valores so apresentados para os dezessete equipamentos rotativos da COPESUL que compem o presente

estudo de caso. ..........................................................................................................................110

xvi

Figura 79 - Comparativo entre a reduo do Valor Global de velocidade e do Valor Global do Envelope aps a substituio dos rolamentos danificados. Os valores so apresentados para os

dezessete equipamentos rotativos da COPESUL que compem o presente estudo de caso.......111 Figura 80 - Comparativo entre os Valores Globais do Envelope de acelerao relacionados

velocidade de rotao e ao estgio de falha dos rolamentos. Os valores so apresentados para os dezessete equipamentos rotativos da COPESUL antes de passarem por interveno de

manuteno..................................................................................................................................112

Figura 81 - Comparativo entre os Valores Globais do Envelope de acelerao relacionados

velocidade de rotao e ao lubrificante utilizado nos rolamentos. Os valores so apresentados para os dezessete equipamentos rotativos da COPESUL antes de passarem por interveno de

manuteno..................................................................................................................................113 Figura 82 - Comparativo entre os Valores Globais do Envelope de acelerao relacionados

potncia do equipamento e ao estgio de falha dos rolamentos. Os valores so apresentados para os dezessete equipamentos rotativos da COPESUL antes de passarem por interveno de

manuteno..................................................................................................................................114

Figura 83 - Localizao dos pontos de Valor Global do envelope avaliados em relao aos

valores de referncia propostos por Almeida et. al. [2007] ........................................................115 Figura 84 - Distribuio do Valor Global do envelope de acelerao em torno da mdia. Valores

associados a velocidade de rotao de 3550 RPM......................................................................117 Figura 85 - Carta de severidade para o Valor Global do envelope de acelerao obtida para a amostra estudada, com os limites de Alerta e Crtico obtidos estatisticamente...................118 Figura 86 - Probabilidade de deteco de um defeito em um mancal de rolamento em funo da faixa de alarme aplicada. Valores apresentados para as velocidades de rotao de 1750 e 3550 RPM. ..................................................................................................................................119 Figura 87 - Comparativo entre o custo de monitoramento de um conjunto motor-bomba centrfuga para um perodo operacional de 42 meses. Estimativa com base em valores fornecidos pela COPESUL. ..........................................................................................................................125

xvii

NDICE DE TABELAS

Tabela 1 - [Almeida et. al. 2006] Resumo da especificao do Governo Canadense CDA/MA/NVSH 107 Vibration Limits for Maintenance. Reparar a distino realizada entre equipamentos novos e desgastados. .......................................................................................23 Tabela 2 - [ABNT NBR 10082, 1987] Faixas de severidade fixadas pelas Normas NBR 10082, ISO 2372, VDI 2056, para o intervalo de freqncias de 10 a 1000 Hz.......................................25 Tabela 3 - [Almeida et. al., 2007] Freqncias Caractersticas de Defeitos em Rolamentos .......34 Tabela 4 - [Berry, 1997] Estgios primrios de evoluo dos danos em um mancal de rolamento.......................................................................................................................................36 Tabela 5 [Scheite, 1992] Causas de Falha em Mancais de Rolamento e seu percentual de ocorrncia ......................................................................................................................................40

Tabela 6 - [Almeida et al, 2007] Carta de severidade para monitoramento de mancais de rolamento com base na experincia da Rhodia Qumica. .............................................................54 Tabela 7 [Moubray, 1997] Intervalo entre medies em funo da disponibilidade operacional requerida........................................................................................................................................70

Tabela 8 - Critrio COPESUL para avaliao de rolamentos pelo Valor Global do envelope de acelerao. ...................................................................................................................................123

1

1 INTRODUO

Qualquer planejamento tem inicio na definio do objetivo a ser alcanado. No caso de uma interveno de manuteno, o objetivo reconduzir a mquina s suas condies operacio-nais originais, ou pelo menos, s condies mnimas que atendam s necessidades operacionais atuais. Em outras palavras, busca-se a restaurao da capacidade da mquina cumprir sua funo

no processo para o qual foi projetada. A partir deste ponto fundamental que se iniciaro os es-tudos quanto quantidade de mo de obra, ferramentas, peas sobressalentes e prazos necess-

rios.

O processo de gerenciamento de ativos na indstria mundial tem passado por profundas

modificaes ao longo dos ltimos 30 anos. Os fatores que norteiam este processo esto ligados s crescentes expectativas dos usurios com relao ao desempenho dos equipamentos em servi-

o. Mquinas cada vez mais complexas so projetadas para atender condies de servio cada vez mais severas, e seu bom desempenho tambm estar atrelado reduo das conseqncias de

eventuais falhas, seja no que diz respeito aos impactos ao meio ambiente, ou a segurana dos prprios usurios.

Em um ambiente empresarial de produo continua, assegurar as condies fsicas e fun-cionais dos ativos condio de sobrevivncia. Se particularizarmos o foco ao setor petroqumi-

co, no qual a produo de commodities como os combustveis ou o etileno realizada em eleva-dos volumes, extrema confiabilidade em todos os processos produtivos e de apoio demandada.

A crescente automao industrial de extrema relevncia na observao desta tendncia, uma vez que se passa ao controle cada vez mais responsvel das instalaes. A crescente presso so-

cial e de legislao no que tange a preservao da segurana do usurio e do meio-ambiente deve tambm ser levada em conta, uma vez que a responsabilidade scio-ambiental ser conseqncia da robustez e da operabilidade dos equipamentos.

Em resposta a este contexto, o processo de Manuteno passa a constituir fator crtico de sucesso para o ambiente industrial, e a combinao ideal de tcnicas, procedimentos e novas

tecnologias deve ser constantemente revisada. Passam a ganhar fora as tcnicas de manuteno preditiva, nas quais os tcnicos de manuteno e usurios passam a observar variveis operacio-

nais do equipamento, e a analisar seus eventuais desvios. Uma vez que todo equipamento rotativo apresenta um determinado nvel de vibrao,

uma alterao do comportamento vibratrio pode ser indcio do agravamento de um defeito. Um nvel de vibrao elevado costuma ser conseqncia de desbalanceamento de rotores, desalinha-

mento entre equipamentos acionador e acionado, deformaes na carcaa do equipamento, ro-

2

amentos, falhas de lubrificao, desgaste e defeitos superficiais nos seus componentes. O pre-sente trabalho faz uso da anlise de vibraes para a investigao de defeitos em mancais de ro-

lamento, onde a deteco de um defeito e o acompanhamento de sua progresso geram os subs-dios necessrios tomada de deciso. A possibilidade de antecipar as falhas proporciona o plane-

jamento adequado das intervenes de manuteno, otimizando recursos humanos e financeiros, racionalizando o consumo de materiais sobressalentes, reduzindo os impactos ambientais.

Os primeiros grandes desenvolvimentos da anlise de vibraes aplicada manuteno industrial datam do final da dcada de 30. A ampla aplicao destes princpios, entretanto, s foi

possvel a partir do desenvolvimento de ferramentas eletrnicas portteis e robustas que possibi-litassem maior facilidade na coleta e processamento de dados. O advento da computao digital

possibilitou a gradual compactao destes instrumentos, que culminou com a popularizao dos coletores e analisadores portteis a partir da metade da dcada de 80.

A correta aplicao da tecnologia disponvel deve ser precedida de anlise acerca das va-riveis que se deseja monitorar, e dos limites de avaliao aplicveis para a correta tomada de deciso. A escolha da varivel a ser monitorada est ligada aos distrbios que se deseja detectar. Assim, as medies de deslocamento, velocidade e acelerao cumpriro diferentes funes de

diagnstico. A medio de velocidade em banda larga o parmetro de avaliao mais comumente u-

tilizado nas cartas de severidade de vibrao, e a partir dele que so estabelecidos os limites de Alerta e Crtico que subsidiam a tomada de deciso. O analista de vibrao dever dispor de

um conhecimento aprimorado da tcnica e das caractersticas construtivas do equipamento rota-tivo, afim de que possa estabelecer os requisitos de monitoramento mais adequados a cada caso.

Chama ateno o fato de nem todos os defeitos que se desenvolvem em um equipamento rotativo poderem ser detectados atravs do monitoramento de uma nica varivel. Medies de acelerao so as mais confiveis para deteco de defeitos perceptveis em altas freqncias,

casos em que a anlise de velocidade em banda larga deixa a desejar em termos de preciso. O presente trabalho apresentara uma ampla discusso em torno do tema anlise de vibra-

es e sua aplicao como tcnica de manuteno preditiva. Um estudo de caso desenvolvido a partir de dados coletados em uma populao de equipamentos rotativos (conjuntos motor bom-ba centrfuga), no qual a eficincia da tcnica ser posta prova, e uma srie de consideraes tericas e prticas podero ser realizadas.

3

1.1 Descrio do Problema

A escolha da varivel a ser medida constitui uma das etapas mais importantes do proces-so de implantao de um programa de manuteno preditiva por anlise de vibrao. O processo

de deteco de um defeito est diretamente ligado ao nvel energtico com que este se manifesta quando o equipamento encontra-se em funcionamento. A energia evolvida est diretamente liga-

da ao tamanho dos defeitos e a massa relativa dos componentes em que o defeito se manifesta. Componentes defeituosos com maior massa, se comparados com a massa bruta total do equipa-

mento, ou com defeitos em estgio avanado de progresso tero maior facilidade de serem de-tectados. J os componentes menores demandaro maior complexidade no seu processo de moni-

toramento. No processo de manuteno preditiva em plantas industriais no so raros os casos em que falhas catastrficas dos mancais de rolamento, por exemplo, no foram sequer alerta-

das pelos mtodos mais usuais de anlise pela medida eficaz do Valor Global de velocidade. Os problemas mecnicos que se manifestam em baixas freqncias so mais facilmente

detectados pela anlise espectral, ou pela simples leitura do Valor Global de velocidade RMS. Ocorrncias de desbalanceamentos de eixos e rotores, desalinhamento entre uma bomba centr-

fuga e seu equipamento acionador, roamentos entre partes girantes e estticas costumam ser precisamente detectados antes de assumir maior criticidade. No espectro de freqncias em velo-

cidade, as amplitudes associadas s freqncias que caracterizam os defeitos dos mancais de rolamento tornam-se imperceptveis em meio s freqncias associadas aos defeitos anterior-

mente citados. A aplicao da tcnica de espectro do envelope de acelerao, que parte da demodula-

o do sinal de vibrao com amplitude modulada, em alta freqncia, como o meio de obter o espectro da onda demodulada, tem se mostrado o mtodo mais eficaz para diagnostico de defei-tos em mancais de rolamento. Alguns trabalhos disponveis na literatura atestam esta efetividade

ao comparar a magnitude dos defeitos detectveis, significativamente menores que os encontra-dos em intervenes de manuteno motivadas pelos mtodos tradicionais, tais como o Valor

Global de velocidade RMS e a anlise do espectro de velocidade da onda completa. No caso dos mancais de rolamento, entender os mecanismos de desgaste, e a influencia

dos defeitos de diferentes tamanhos no comportamento dinmico da mquina, constituem o prin-cpio do desenvolvimento de uma tcnica preditiva que possibilite a antecipao dos defeitos

mais comuns com uma margem segura. Planejar intervenes de manuteno corretiva com rela-tiva antecedncia proporciona uma melhor aplicao dos recursos disponveis, reduz o tempo de

4

maquina parada, minimiza a incidncia de impactos ambientais e a exposio do homem de ma-nuteno aos riscos inerentes s tarefas de manuteno.

fato que a anlise espectral se mostra um procedimento mais complexo. A grande mai-oria dos critrios de avaliao de vibrao (ou de severidade de vibrao) busca a simplicidade de diagnostico, e concebida com base na medio de vibrao em banda larga. A varivel mais usual o Valor Global em velocidade RMS, e sua simples avaliao pode implicar nas desvanta-

gens anteriormente citadas. A possibilidade de simplificar a anlise do envelope de acelerao pode ser avaliada. O

clculo de um Valor Global do envelope de acelerao a partir do espectro do envelope pode complementar a avaliao realizada atravs dos padres disponveis na literatura para o Valor

Global de velocidade. O presente trabalho apresenta o estudo realizado em uma populao de conjuntos motor

bomba centrfuga de uma planta industrial petroqumica. A anlise dos dados de vibrao coleta-dos possibilitar concluir acerca da viabilidade tcnica destas proposies.

1.2 Objetivo Geral

A anlise espectral do envelope de acelerao, alm de bastante difundida, tem apresen-tado resultados bastante satisfatrios na deteco de falhas de mancais de rolamentos. O princi-

pal objetivo deste trabalho o de qualificar uma metodologia capaz de simplificar esta anlise, partindo da obteno de um valor numrico nico a partir do espectro do envelope de acelerao.

1.3 Objetivos Especficos

Obter um valor numrico nico para avaliao da condio de mancais de rolamento.

Parte-se da observao de dados prticos de uma populao de conjuntos motor - bomba centr-fuga, em que intervenes de manuteno para substituio dos rolamentos foram recomendad

De posse destes valores de referncia, as pela anlise espectral do envelope de acelerao. Uma vez que os espectros analisados refletem uma condio de falha dos rolamentos, estabelecer um

critrio de avaliao especfico dotado de valores de Alerta e Crtico para o monitoramento da amostra estudada.

5

Verificar a viabilidade de um programa de monitoramento de conjuntos motor bomba centrfuga que utilize a anlise simplificada do envelope de acelerao. Agregar estes valores a

tradicional medio do Valor Global de velocidade RMS e seu julgamento atravs dos critrios de severidade de vibrao disponveis na literatura. O estudo de viabilidade compreender a ca-

pacidade tcnica do mtodo, os possveis ganhos em disponibilidade operacional do equipamen-to, e sua viabilidade econmica.

6

2 REVISO BIBLIOGRFICA

A expressiva evoluo das tcnicas de manuteno nos ltimos trinta anos decorre de dois aspectos bsicos: primeiro a complexidade crescente dos equipamentos e suas condies de

servio cada vez mais severas, segundo, pela expectativa criada com relao s conseqncias de eventuais falhas, no que diz respeito aos impactos ao meio ambiente e aos usurios. Moubray

[1997] divide a evoluo da manuteno ao longo do sculo XX em trs geraes, como pode ser observado na figura 1 abaixo.

Figura 1 - [Moubray, 1997] Evoluo das expectativas com relao manuteno industrial

No incio do sculo XX impera o conceito de Manuteno meramente Corretiva, atendo-se a cultura de conserto aps a avaria, onde a funo do equipamento restaurada quando de sua

quebra ou parada. Neste caso, observam-se os elevados custos de manuteno atrelados a que-bras catastrficas e lucros cessantes em funo de grandes intervenes para restaurao. Ainda

so avaliadas as graves conseqncias da exposio de pessoas e do meio ambiente ao risco de-corrente das quebras (vazamentos, altas temperaturas, estilhaos, contaminao). A cultura da manuteno preventiva surge em idos de 1970, da observao do perodo semelhante entre quebras de componentes, correspondessem ao seu final de vida. A partir deste

histrico, passa-se a programar parada de tempos em tempos para a substituio dos componen-tes frgeis de um equipamento. A generalizao de tal prtica em uma planta de processo acaba

por reduzir as conseqncias das falhas, mas acaba por elevar o custo financeiro com a substitui-

7

o de partes ainda em bom estado, alm de incorrer na possibilidade de introduo de falhas no equipamento a ser mantido.

O desenvolvimento de tcnicas para diagnstico de falhas, a necessidade de reduo de custos atrelados substituio desnecessria de componentes, e a necessidade de explorar ao

mximo a vida til dos equipamentos revelou na dcada de 90 a manuteno preditiva, quando intervenes de manuteno so executadas somente com grande e real necessidade, atravs de

monitoramento de condio operacional que possibilita antecipar as falhas [Moubray, 1997]. A figura 2 sintetiza a evoluo das tcnicas em resposta as expectativas com relao a manuteno

industrial.

Figura 2 - [Moubray, 1997] Evoluo das aes e tcnicas de manuteno no sculo XX

A definio de manuteno preditiva apresentada por Affonso [2002] (...) No processo de manuteno de ativos industriais, alm de analisar as falhas que ocorrem e programar aes

corretivas, tambm necessrio agir para evitar falhas previsveis. Programas de monitorao e de manuteno preditiva tratam desta parte da questo. A definio de manuteno preditiva

passa pela compreenso dos seguintes conceitos: a) Monitorao do desempenho dos equipamentos: avaliaes de desempenho so feitas a-

travs da monitorao de presses, vazes e temperatura do fluido de processo em siste-mas de bombeamento, monitorao de rotao, corrente eltrica de motores, vazo de va-

por de turbinas, etc. O mecanismo ideal fazer toda a coleta de dados e a avaliao au-tomaticamente, estabelecendo nveis de alarme para todas as variveis.

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b) Monitoramento de condio: visa a subsidiar um programa de manuteno preditiva (ba-seado na condio do equipamento), utilizando o monitoramento de vibrao, temperatu-ra dos mancais, temperatura e presso de leo, vazamentos de selo, rudo, etc. Idealmente executado atravs de coleta e anlise automtica dos parmetros. (...)

Tamagna [2002] resume como Forma moderna de manuteno que visa assegurar a ope-rao contnua do equipamento com o objetivo de prevenir as falhas esperadas. De maneira generalista pode ainda se definir como qualquer atividade de monitoramento

que seja capaz de fornecer dados suficientes para uma anlise de tendncia, emisso de diagns-tico para tomada de deciso. A anlise e interpretao do registro histrico destes dados so faci-

litadas atravs do estabelecimento de nveis limite (ou de alarme). [Kardec et. al. 2002] Toda mquina apresenta um determinado nvel de vibrao, e qualquer defeito mecnico,

excitao secundrias perturbadora, alterao de varivel operacional podem agrav-lo. Sob este ponto de vista, alterao do comportamento vibratrio pode ser indcio do agravamento de um

defeito, seja ele um desbalanceamento, um empenamento de eixo, um defeito de rolamento. Alm da comprovada influncia dos defeitos mecnicos no comportamento vibratrio,

mostra-se importante avaliar a relao dos defeitos com as variveis operacionais do equipamen-to. A dilatao trmica devida a gradientes de temperatura pode gerar empenamentos de eixo e

rotores, que por sua vez influenciam no comportamento vibratrio. [Almeida et. al. 2007] Vescovi [2000] atribui a crescente aplicao da anlise de vibrao ao desenvolvimento de equipamentos e sistemas de medio, atestando o incremento experimentado na eficcia dos custos de manuteno:

(...) Os conceitos bsicos da teoria de vibrao evidentemente j eram conhecidos h muitos anos, porm sua aplicao prtica na indstria somente foi possvel com o desenvolvi-

mento de equipamentos eletrnicos portteis e robustos. Isto fez com que o uso da anlise de sinais, e consequentemente a pesquisa e as bases de dados relativas ao assunto, tomassem impul-

so a partir do final dos anos setenta (...). Esta estratgia preditiva tem permitido a execuo da manuteno com custos decrescentes e com poucas ocorrncias de falhas sbitas de equipamen-

tos, pois um dos itens fundamentais de qualquer programa de qualidade aplicado manuteno o conhecimento profundo dos equipamentos e seus processos, para que possamos nos antecipar

s falhas (...). [Vescovi, 2000]

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Mitchell [2007] realiza um apanhado histrico da evoluo da anlise de vibraes apli-cada manuteno preditiva nos ltimos 70 anos. O marco inicial a publicao da carta de se-

veridade de vibrao de Rathbone, em 1939, com o intuito de acompanhar a condio operacio-nal dos equipamentos mecnicos. O segundo grande avano ocorre em 1953 com as aplicaes iniciais da anlise espectral, que possibilitaram maior preciso de diagnstico ao mtodo. Em 1965, com o avano da eletrnica, inicia-se a medio de deslocamento diretamente sobre o eixo dos equipamentos. At ento, todos os sinais de vibrao eram gravados e posteriormente anali-sados pelo usurio, em laboratrio. A grande evoluo que promoveu a rpida identificao e

soluo de problemas foi o surgimento dos primeiros analisadores FFT em tempo real, em idos de 1972. Ainda segundo Mitchell [2007], a popularizao da anlise de vibraes como tcnica de manuteno surge em 1985 com os primeiros coletores portteis de vibrao. As expectativas para o futuro surgem em torno da integrao das diferentes tcnicas de manuteno preditiva para um diagnostico integrado de defeitos nos equipamentos rotativos. Vescovi [2000] menciona a aplicao de redes neurais e inteligncia artificial incrementando a anlise espectral. Uma srie de autores tem apresentado os bons resultados alcanados na predio de de-

feitos a partir da anlise de vibraes. A integrao com outras tcnicas preditivas tambm bastante referenciada.

Bebbe [2003] apresenta uma srie de boas prticas ligadas ao monitoramento vibratrio de bombas centrfugas, recomendando amplitudes inferiores a 1 mm/s associadas as freqncias

de 0,5 e 1 vez a velocidade de rotao da bomba. A experincia da indstria norte-americana no monitoramento de turbo geradores

relatada por Bloch [2006], ao afirmar que os limites de alarme praticados com base na experin-cia das equipes de manuteno tendem a ser mais conservativos que o padro internacional esti-pulado pela norma ISO 7919. Randall [2004], em seu artigo Estado da Arte no Monitoramento de Mquinas Rotati-vas realiza um apanhado geral das tcnicas mais avanadas de monitoramento dos ltimos 30

anos, comentando que a anlise de vibraes deve ser tratada como mtodo de deteco de fa-lhas, diagnstico e prognstico. Para a efetivao destes dois ltimos, a atuao do analista de

vibrao mostra-se indispensvel, enquanto que a tarefa de deteco de defeitos poder ser de-sempenhada pelo prprio usurio do equipamento. Aes oriundas de um prognstico a partir da

analise de vibraes podem se concentrar no estreitamento das faixas de alarme, a fim de refinar os critrios de parada do equipamento em limites mais confiveis.

10

Doan et. al. [2003] relata o bom resultado da aplicao do monitoramento da corrente el-trica na predio de defeitos em ventiladores axiais. Alteraes na corrente eltrica so evidenci-

as, inclusive, de defeitos nos rolamentos do ventilador. Sayer [2004] apresenta os benefcios da anlise pelo Mtodo dos Elementos Finitos, que contribui no somente com a anlise de equipamentos rotativos j existentes, mas tambm con-tribui para a melhorias estruturais ainda na etapa de projeto, especialmente para problemas de tenses em componentes rotativos como rotores de bombas e ventiladores, eixos de motores. Discenzo et. al. [2006] apresentam uma alternativa interessante para o monitoramento de equipamentos rotativos a distncia, como o caso de bombas instaladas em navios. Trata-se de um sistema sem-fio, com baterias carregadas por energia oriunda do prprio meio ambiente.

Apesar da srie de benefcios observados nas ltimas dcadas, que qualificaram a anlise de vibraes como uma das tcnicas mais eficientes para diagnostico de falhas em equipamentos

rotativos, uma grande dificuldade ainda encontrada para justificar financeiramente um progra-ma de monitoramento de vibrao na indstria. Mitchell [2007] menciona a clara justificao financeira como o elo perdido deste processo. Um ambiente industrial em que somente os ga-nhos imediatos so claramente justificveis, a possibilidade de evitar gastos no futuro acaba sen-do deixada em segundo plano.

2.1 Conceituao de Falha de um Componente Mecnico

Um comentrio interessante, ainda que apresentado sinteticamente, o conceito de falha

de um componente que ser aplicado ao longo deste trabalho. Uma falha, neste contexto, no significar necessariamente o colapso total do elemento

estrutural. O estado de falha do equipamento o instante a partir do qual ele se torna incapaz de

atender alguma ou vrias de suas funes, primrias ou secundrias, segundo os padres de de-sempenho que so aceitveis pelo usurio. Assim sendo, um mancal de rolamento que ainda es-

teja operando e cumprindo sua funo primria, pode ser considerado em estado de falha parcial quando exceder algum limite ou comportamento preestabelecido, como temperatura, rudo, vi-

brao, deslocamento, integridade estrutural, entre outros. [Vescovi, 2000; Moubray, 1997] A funo primria definida como a razo da existncia daquele componente (raramente

mais de uma). No caso de mancais de rolamento, os mesmos podem simplesmente suportar e transmitir cargas nas condies de processo desejadas pelo usurio. As funes secundarias deste mesmo rolamento sero funes acessrias, algumas das quais podem ser definidas pelo prprio

11

usurio. As funes secundarias no necessariamente so menos importantes, como por exem-plo, a manuteno dos padres de integridade ambiental, integridade estrutural e de segurana,

condies de controle pelo usurio, conteno ou conforto, aparncia, economia, eficincia, entre outras. [Moubray, 1997]

O presente trabalho estabelece como critrio de classificao de falha o cumprimento sa-tisfatrio das seguintes funes secundarias:

a integridade estrutural;

a integridade dimensional;

a segurana operacional do equipamento;

a segurana das pessoas e do meio ambiente;

os aspectos perceptveis da qualidade da operao do componente (rudo, aquecimento excessivo);

os valores de vibrao medidos.

Algumas destas funes so de interpretao subjetiva ou sujeitas ao arbtrio dos usurios do equipamento, e assim tem de ser aceitas. Isso implica que o estado incipiente de falha que se deseja perceber atravs da anlise preditiva ser aquele no qual uma ao corretiva antecipada a falha seja possvel, de modo a evitar o descumprimento de qualquer funo atribuda ao equipa-mento, primria ou secundaria. A figura 3 ilustra este conceito, apresentando o decrscimo da

condio funcional em funo do tempo no qual o estado de falha se desenvolve. Vale ressaltar que o perodo operacional isento de falhas no est representado.

Figura 3 - [Vescovi, 2000] Modelo de modo de deteriorao e mtodos de deteco.

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O conceito apresentado pressupe que as falhas em questo se desenvolvem gradativa-mente. O mtodo de monitoramento, seja ele a anlise de vibrao ou outro qualquer, dever ser aplicvel neste mesmo intervalo de tempo, com a freqncia necessria percepo da passagem do estado saudvel para o estado falha em progresso. Todo o mtodo de monitoramento

tecnicamente vivel tem de ser suficientemente sensvel, de modo a perceber as alteraes de desempenho funcional com antecedncia superior aos sentidos humanos.

2.2 Analise de Vibrao em Equipamentos Rotativos

Todo equipamento rotativo apresenta determinados nveis de rudo e vibrao quando em funcionamento. Uma parcela destas vibraes ocasionada por defeitos mecnicos ou excitaes

secundrias perturbadoras, que interferem diretamente no desempenho do equipamento. Qual-quer que seja o incremento no nvel de vibrao, o mesmo ser indcio do agravamento de um defeito, seja ele um desbalanceamento, um rolamento em estado de falha, uma folga mecnica acima da especificada pelo projeto, etc. Cada equipamento rotativo possui uma forma caracterstica de vibrao em aspecto e nvel, sendo a mesma dependente das caractersticas de projeto e da observao dos limites ope-racionais por parte do usurio. Em contrapartida, variaes neste comportamento dinmico pode-ro ocorrer atreladas a ajustes de montagem inadequados, variaes de tolerncia, e principal-mente, a defeitos em seus componentes. Cada componente de um equipamento rotativo induz uma excitao prpria, gerando formas especficas de vibrao.

Um criterioso monitoramento das vibraes de um equipamento rotativo poder indicar as principais causas de desvios no comportamento dinmico, constituindo a base das tcnicas de manuteno preditiva.

2.2.1 Anlise da Forma de Onda

A observao do nvel de vibrao ao longo do tempo permite concluir quanto a intensi-dade de vibrao, taxas de repetio de um determinado fenmeno, suavidade ou rapidez com

que as mudanas de direo e sentido ocorrem. A ocorrncia de alteraes na forma original do sinal poder indicar o incio de um mecanismo de falha do equipamento ou um de seus compo-

nentes.

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bastante comum a deteco de problemas de folga em pinos e parafusos chumbadores, sucesses de impactos ou pontos de atrito, pela simples observao do nvel de vibrao ao lon-

go do tempo. A figura 4 apresenta o sinal de vibrao ao longo do tempo em mancal de rolamen-to com defeito pr-determinado em sua pista externa, onde possvel identificar a incidncia de

fenmenos em alta freqncia.

Figura 4 - [Cesa, 2006] Nvel de vibrao ao longo do tempo medido na direo radial de um rolamento NSK 6204 com defeito pr-determinado em sua pista externa. Evidncia da ocorrncia

de fenmenos em alta freqncia

2.2.2 Anlise de Freqncias

Na observao de um fenmeno vibratrio, o contedo de freqncias depende do agente

causador e do ambiente pelo qual ele se propaga. A observao das componentes de um sinal em amplitude e freqncia que levar a correta identificao dos agentes causadores do fenmeno.

Tipicamente, a anlise do contedo de freqncias realizada atravs de uma funo ma-temtica desenvolvida pelo fsico e matemtico francs Jean Baptiste Fourier (1768 1830). A Transformada de Fourier aplicada a um sinal x(t) que se desenvolve no tempo faz sua transposi-o para o domnio da freqncia X(). Tal transformao possibilita a identificao das diversas componentes de freqncia de um sinal, como informaes precisas quanto aos valores individu-

ais de amplitude e de possveis defasagens entre elas.

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A transformada de Fourier para sinais contnuos que se desenvolvem desde at +, na

forma complexa :

+

= dtetxX ti )()( (1)

Onde: 1=i e )(X a Transformada de Fourier de )(tx .

Na anlise de vibrao de equipamentos rotativos a visualizao do espectro de freqn-cias de grande valia, uma vez que possibilita associar as componentes de freqncia e suas res-pectivas amplitudes aos componentes mecnicos do equipamento, criando subsdio para o diag-nstico das causas da vibrao. Com o advento dos mtodos computacionais foi desenvolvida a Transformada Discreta de Fourier, que trabalha com o sinal desenvolvido no domnio do tempo na forma discreta. Em 1965, a publicao do algoritmo de Cooley-Tukey reduziu significativamente o nmero de ope-raes aritmticas para a obteno do espectro de freqncias. A relativa agilidade com a qual passaram a ser realizados os clculos possibilitou o desenvolvimento de analisadores de sinais portteis equipados com a Transformada Rpida de Fourier FFT. esta a tcnica que, a partir de n amostras do sinal no domnio do tempo, calcula o espectro de freqncias composto de m valores distintos.

=

=

1

0

2)(1)(

a

a

N

n

Nnmi

a

enxN

mXpi

(2)

Onde: )(mX o resultado da FFT de um sinal discretizado no domnio do tempo com m bandas discretas. maN a .= o nmero de amostras a serem coletadas para a confeco do espectro de

freqncias, sendo que a maioria dos analisadores de sinais adota a = 2,56 [Almeida et. al. 2006].

A figura 5 apresenta o espectro de freqncias do sinal desenvolvido no tempo apresenta-do pela figura 4 obtido pela aplicao da FFT. O espectro de um rolamento rgido de esferas NSK 6204 com um defeito pr-determinado em sua pista externa.

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Figura 5 - [Cesa, 2006] Espectro de freqncias obtido a partir da FFT. Medio realizada na direo radial de um rolamento NSK 6204 com defeito pr-determinado em sua pista externa.

Evidncia da ocorrncia de fenmenos em alta freqncia.

2.2.3 Quantificao da Vibrao em Equipamentos Rotativos

Todo o movimento oscilatrio pode ser caracterizado de vrias formas. Movimentos com caractersticas senoidais compostas como a vibrao podem ser expressos em termos de seu des-locamento, suas velocidade e acelerao. O movimento tornar-se- completamente definido se, alm destas caractersticas, a freqncia for conhecida. Uma vez que a relao entre deslocamento, velocidade e acelerao para uma composi-o de senoides similar a de uma senoide simples, pode-se escrever:

)(.)( 0 tsenxtx =

)cos(..)( 0 txdttdx

= (3)

)(..)( 0222

tsenxdt

txd=

Onde: 0x a amplitude do deslocamento.

Cada um destes parmetros tem diferentes utilidades na anlise dinmica de equipamen-tos rotativos. A medida de deslocamento utilizada no monitoramento do excesso de desbalan-ceamento, de empenamentos do eixo, da progresso de folgas mecnicas e contagem de ciclos para verificao de fadigas. A medida de velocidade o indicador do nvel de energia envolvido no movimento, sendo ela a medida utilizada na identificao da maioria dos problemas que pro-vocam vibrao.

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A relao da medida de acelerao com a freqncia do movimento pode ser observada na equao (3). Tal relao indica sua aplicao na identificao de problemas que se manifes-tam em altas freqncias, como o defeito na pista externa de um rolamento, como o que foi apre-sentado da figura 4. Alm da grandeza a ser mensurada dever ser definida a forma de quantificar a vibrao. Almeida et. al. [2006] apresenta as medidas mais tradicionais. Os valores de zero-a-pico e pico-a-pico so as diferenas entre o maior valor da onda e zero, e entre o maior e o menor valor da onda em um determinado intervalo de tempo. Apesar de no apresentarem relao com a histria do fenmeno, representam bom indicativo da resposta do equipamento a choques mecnicos, folgas e tenses dinmicas geradas pela vibrao.

O valor mdio apresentado pela equao (4), apesar de no estar relacionado com a mag-nitude de nenhuma grandeza fsica, contempla em sua formulao dados histricos da vibrao

em um determinado intervalo de tempo t.

Valor Mdio

=

tdttf

t 0)(1 (4)

Onde: f (t) a grandeza de vibrao que se deseja mensurar, e T o intervalo de tempo em que o movimento estudado se desenvolve.

Outra medida bastante utilizada a de valor eficaz, ou valor quadrtico mdio (root mean square - RMS). O valor RMS, como usualmente conhecido, est diretamente relacionado com o nvel de energia da vibrao, ou seja, com o potencial de dano associado ao movimento vibrat-rio. O valor RMS tambm possui caractersticas histricas da vibrao.

=

tdttf

tRMS

02 )(1 (5)

A figura 6 apresenta comparao grfica das medidas de vibrao anteriormente apresen-tadas, aplicadas a uma senoide simples e a um sinal composto. A observao da figura permite concluir que, apesar de numericamente menor, o valor RMS torna-se mais significativo quando tratamos de ondas compostas por vrias senoides. Os valores de zero-a-pico e pico-a-pico trazem informaes instantneas, e no contemplam o comportamento da vibrao ao longo do tempo.

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Figura 6 - [Almeida et. al. 2006]. Comparao grfica entre as medidas zero-a-pico, pico-a-pico, valor mdio e valor RMS, considerando uma senoide simples e um sinal composto. Apesar de

numericamente inferior, o valor RMS apresenta informaes histricas relacionadas ao nvel de energia do movimento vibratrio.

2.2.4 O Valor Global de Vibrao

A maneira mais bsica de medir o nvel de vibrao de um equipamento atravs de um nico nmero. Uma destas medidas o Valor Global de vibrao (overall), que obtido atravs da anlise do sinal de vibrao em banda larga (entre 10 e 1.000 Hz, ou 10 e 10.000 Hz, por exem-plo). Usualmente, a largura da banda de interesse estar entre 30% e 400% da velocidade de ro-tao do eixo do equipamento que se deseja medir [Almeida et. al. 2006; Brel & Kjaer, 1983].

A instrumentao aplicada nestas medidas retornar o Valor Global de vibrao (pico, pi-co-a-pico ou RMS) na faixa de freqncia especificada. Seu princpio de funcionamento parte da medio da vibrao total resultante da ao de todas as freqncias presentes no sinal de vibra-o. O Valor Global poder ser obtido para quaisquer grandezas que se desejem avaliar (desco-lamento, velocidade ou acelerao). De maneira prtica, realiza-se o somatrio das influncias de cada freqncia atravs da seguinte relao [Brel & Kjaer, 1983; Almeida et. al. 2007]:

=

=

m

kkXVG

1

2)( (7)

Onde: )(kX a amplitude do sinal de vibrao na freqncia analisada, que varia para valores de k correspondentes a banda de freqncias de interesse.

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A anlise de tendncia do Valor Global consiste numa robusta ferramenta de monitora-mento de equipamentos rotativos, uma vez que um incremento de seu valor ao longo do tempo ser indicativo de deteriorao da mquina. A seo (2.2.5) apresentar uma srie de critrios que podem auxiliar no estabelecimento de limites de vibrao praticveis em equipamentos rota-tivos.

2.2.5 Referenciais Anlise pelo Valor Global de Vibrao

Na anlise do comportamento do equipamento rotativo pelo Valor Global de Vibrao, o controle do estado do equipamento realizado com base no Valor Global calculado para o sinal de vibrao medido em pontos crticos da superfcie da mquina. Como esse valor decorrente de um sinal de resposta da estrutura s excitaes dinmicas decorrentes do funcionamento do equipamento, ele representa uma medida do nvel de amplitudes do seu sinal vibratrio.

Na aplicao da analise de vibraes como tcnica preditiva, organismos nacionais e in-ternacionais definem critrios para avaliao do Valor Global. Uma coletnea histrica destes critrios ser apresentada a seguir.

2.2.5.1 Carta de Rathbone

Em novembro de 1939, T. C. Rathbone publicou na revista Power Plant Engineering, a carta de severidade designada pelo seu nome, um dos primeiros trabalhos sobre avaliao de vibrao. Criada para avaliar a amplitude de vibrao para freqncias de at 6000 RPM medi-das nos mancais e filtrada, apresenta como limitaes no poder ser utilizada para vibrao me-dida diretamente no eixo, e nem para valores medidos em banda larga. A figura 7 apresenta a carta de Rathbone.

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Figura 7 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade de Rathbone, 1939. Utilizada para avalia-o de medidas sobre a carcaa, at a freqncia de 6000 RPM.

2.2.5.2 Critrio IRD

Outra referncia bastante utilizada a carta da IRD, tambm para valores filtrados e me-didos sobre a carcaa dos mancais. Tambm conhecida como Carta de Severidade para Mqui-nas em Geral, tem como principais aplicaes a deteco de problemas de desalinhamento e des-balanceamento. importante ressaltar que a classificao da severidade depender da avaliao do deslocamento e da velocidade, aquele que mais severo o for. A figura 8 apresenta a carta de severidade proposta pela IRD. [Bruel & Kjaer, 1983; Almeida et. al. 2006]

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Figura 8 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade da IRD. Utilizada principalmente para ava-liaes de desbalanceamentos e desalinhamentos, em freqncias de at 100.000 RPM.

2.2.5.3 Carta de Blake

Em janeiro de 1964, Mitchel Blake publicou na revista Hydrocarbon Processing a sua carta de severidade. A carta baseia-se no mesmo principio de avaliao da carta da IRD, sendo acrescentado ainda valores limites de acelerao, para freqncias de at 10.000 RPM. A grande inovao introduzida por Blake foi o conceito de vibrao efetiva, no qual o valor medido dever ser multiplicado por um fator de servio a ser definido para cada categoria de mquina. A figura 9 apresenta a carta de Blake, bem como os fatores de servio a serem aplicados na avaliao.

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Figura 9 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade de Blake. Introduo do Fator de servio na avaliao da vibrao em equipamentos rotativos, em freqncias de at 10.000 RPM.

2.2.5.4 Carta de Severidade do Hydraulic Institute

Em 1967, o Hydraulic Institute, dos EUA, apresentou a Norma B-74-1, com carta de se-veridade para vibrao em bombas centrfugas, contemplando medies realizadas sobre a car-

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caa da bomba, para freqncias filtradas de at 3.600 RPM. A grande inovao introduzida pelo Hydraulic Institute nesta ocasio foi a possibilidade de avaliar bombas verticais, quando o ponto de medio encontra-se distante do mancal monitorado. A figura 10 reproduz o trecho da norma exclusivo avaliao de bombas verticais.

Figura 10 - [Almeida et. al. 2006] Carta de Severidade do Hydraulic Institute para avaliao dos mancais de bombas centrfugas verticais, onde o ponto de medio encontra-se distante do man-

cal monitorado.

2.2.5.5 Especificao CDA/MA/NVSH 107

Outro exemplo interessante a especificao do Governo Canadense CDA/MA/NVSH 107 Vibration Limits for Maintenance, desenvolvida pela Marinha Canadense para medies realizadas sobre a carcaa dos mancais, mas apresentando diferencial ao contemplar faixa de freqncias entre 10 Hz e 10.000 Hz. Outro aspecto interessante a segmentao entre mquinas

novas e desgastadas, representando o momento a partir do qual o equipamento deve ser parado para manuteno. Atualmente, esta especificao no se encontra vigente. A tabela 1 apresenta o resumo da CDA/MA/NVSH 107. considerado o valor eficaz da velocidade (RMS).

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Mquinas Novas Mquinas Desgastadas

Vida Longa 1 Vida Curta 2 Verificar e

Realizar An-lise de Oitavas

3

Revisar o Equipamento4

Medies do Valor Global de Velo-cidade RMS e limites admissveis aos seguintes tipos de mquinas:

mm/s mm/s Mm/s mm/s Turbinas a Gs acima de 20.000 HP 7,9 18 18 32 entre 6.000 e 20.000 HP 2,5 5,6 10 18 at de 6.000 HP 0,79 3,2 5,6 10 Turbinas a Vapor acima de 20.000 HP 1,8 18 18 32 entre 6.000 e 20.000 HP 1,0 5,6 18 32 at de 6.000 HP 0,56 3,2 10 18 Compressores de Pisto 10 32 32 56 Ar alta presso / Ar Condicionado 4,5 10 10 18 Ar baixa presso 1,4 5,6 10 18 Refrigerao 0,56 5,6 10 18 Geradores Diesel 1,4 10 18 32 Centrfugas e separadores de leo 1,4 10 18 32 Redutores de Velocidade Mais de 10.000 HP 1,0 10 18 32 entre 10 e 10.000 HP 0,56 5,6 18 32 at 10 HP 0,32 3,2 10 18 Caldeiras (equipamentos auxiliares) 1,0 3,2 5,6 10 Conjuntos Moto-gerador 1,0 3,2 5,6 10 Bombas acima de 5 HP 1,4 5,6 10 18 at 5 HP 0,79 3,2 5,6 10 Ventiladores acima de 1800 RPM 1,0 3,2 5,6 10 at 1800 RPM 0.56 3,2 5,6 10 Motores Eltricos acima de 5 HP ou abaixo de 1200 RPM 0,25 1,8 3,2 5,6 at 5 HP ou acima de 1200 RPM 0,14 1,8 3,2 5,6

Transformadores acima de 1 kVA 0,14 - 0,56 1,0 at 1 kVA 0,10 - 0,32 0,56 1) Vida longa um perodo de vida remanescente de 1.000 a 10.000 horas 2) Vida curta um perodo de vida remanescente de 100 a 1.000 horas 3) Quando este nvel atingido, o servio de manuteno dever ser solicitado. A partir deste ponto, dever ser intensificada a rotina de anlise, incluindo o monitoramento de oitavas de banda. 4) Se este nvel de vibrao for excedido em alguma das oitavas de banda, o reparo do equipamento dever ser imediato

Tabela 1 - [Almeida et. al. 2006] Resumo da especificao do Governo Canadense CDA/MA/NVSH 107 Vibration Limits for Maintenance. Reparar a distino realizada entre

equipamentos novos e desgastados.

2.2.5.6 Carta de Severidade FUPAI

Almeida et. al. [2006] apresenta um grfico de severidade especfico para o Valor Global do sinal de vibrao em equipamentos rotativos excitadas por desbalanceamentos e/ou desali-

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nhamentos. A carta reproduzida na figura 11 aplicvel a motores eltricos, bombas centrfugas, ventiladores, exaustores, compressores rotativos e turbinas.

Figura 11 - [Almeida, 2006] Grfico de severidade de vibraes FUPAI, aplicvel a vibraes excitadas por desbalanceamentos e desalinhamentos em equipamentos rotativos.

A seguinte escala dever ser considerada no grfico de severidade:

A) Mquinas novas Sem defeito; B) Mquinas com pequenos problemas; C) Mquinas com defeito Corrigir; D) A falha est prxima Corrigir com urgncia; E) Perigo Parada imediata.

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2.2.5.7 Normas ISO 2372, VDI 2056 e NBR 10082

Para mquinas girantes com velocidades de rotao na faixa de 600 a 12.000 rpm (10 a 200 Hz), a norma ISO 2372, o critrio VDI Richiline 2056, e no Brasil, a NBR 10082, adotam o valor eficaz da velocidade do sinal de vibrao, conhecido como Valor Global de Velocidade RMS do sinal, como unidade de medida para identificao da severidade de vibrao. [Arato Jr., 2004] A norma NBR 10082 abrange mquinas de 600 a 12.000 RPM medidas em RMS e banda larga.

O Valor Global de velocidade do sinal de vibrao no representado por uma escala de valores nica. Isto se deve grande diversidade de formas, massa, montagem e condies opera-cionais dos equipamentos, o que acarreta valores da velocidade RMS diferentes para nveis de severidade aceitveis, [Arato Jr, 2004].

A despeito desse fato e com base em experincia, assumido que vibraes com mesma velocidade eficaz em qualquer ponto, no intervalo de freqncia de 10 a 1000Hz, so de igual severidade. Considerando que uma diferena de 1 para 1.6 na vibrao (4 dB) representa uma variao de velocidade absoluta de vibrao que acarreta uma mudana, possvel a construo de uma escala geral, independente, para severidade de vibrao [Arato Jr, 2004; Almeida et. al. 2006].

A tabela 2 apresenta a escala publicada na NBR 10082, baseada na norma ISO 2372, se-gundo a qual a severidade de vibrao classificada em 15 faixas distintas.

Tabela 2 - [ABNT NBR 10082, 1987] Faixas de severidade fixadas pelas Normas NBR 10082, ISO 2372, VDI 2056, para o intervalo de freqncias de 10 a 1000 Hz.

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A partir desta escala, as normas anteriormente mencionadas estabelecem uma classifica-o de nveis aceitveis de severidade de vibrao para mquinas semelhantes, agrupadas em classes. A tabela da figura 13 reproduz a orientao oferecida pela NBR 10082 (sendo que a ISO 2372 faz meno apenas aos quatro primeiros grupos) [Almeida et. al. 2006], onde:

Classe I (Grupo K da ISO 2372) Mquinas pequenas, com acionamento por motor eltrico di-retamente acoplado, potncia mxima de 15 KW. Classe II (Grupo M da ISO 2372) Mquinas mdias, do tipo da classe I, com potncia maior que 15 KW, at 75 KW. Motores ou mquinas montadas rigidamente at 300 KW. Classe III (Grupo G da ISO 2372) Mquinas motrizes grandes e outras mquinas grandes (>75 KW), com massas rotativas montadas sobre fundaes rgidas e pesadas, que so relativamente rgidas na direo de medio de vibrao. Classe IV (Grupo T da ISO 2372) Mquinas do tipo da classe III, montadas sobre fundaes relativamente flexveis na direo de medio de vibrao, por