análise vibração (1)

8/3/2019 Anlise Vibrao (1)

1/42

CURSO DE ANLISE DE

VIBRAES MECNICASPrograma de transferncia detecnologia

Anlise espectral


2/42

FORA DE DESBALANCEAMENTO

A fora de desbalanceamento estar estvel e em fase. A amplitude

do desbalanceamento ganhar um incremento igual ao quadrado darotao (3X a rotao = 9X a amplitude de vibrao). A frequncia derotao do eixo estar sempre presente e normalmente dominar oespectro. Pode ser corrigido pela colocao de apenas uma massa decorreo em apenas um plano do centro de gravidade do rotor.

RADIAL

1X rpm do rotor

mm/s


3/42

DESBALANCEAMENTO ACOPLADO

RADIAL

1X rpm do rotor

O desbalanceamento acoplado tende a estar 180 fora de fase ao

longo do eixo. 1x rpm sempre presente e normalmente dominando oespectro. A amplitude do desbalanceamento ganhar um incrementoigual ao quadrado da rotao (3X a rotao = 9X a amplitude devibrao). Pode causar grandes vibraes tanto radiais como axiais.A correo requer balanceamento em dois planos de correo. Noteque existir uma diferena de fase de aproximadamente 180 nosmancais tanto na direo horizontal quanto na vertical.

mm/s


4/42

DESBALANCEAMENTO DE ROTOR

EM BALANO1X rpm do rotor

O desbalanceamento de rotores em balano causa altas amplitudes

na rotao do eixo do rotor tanto na direo axial como na direoradial. As leituras axiais tendem a estar em fase enquanto que asradiais tendem a estar instveis. Rotores em balano podemapresentar desbalanceamento forado e acoplado. A correo se farde acordo com o tipo de desbalanceamento.

RADIAL & AXIAL

mm/s


5/42

ROTOR EXCNTRICO

1X rpm do rotor

A excentricidade ocorre quando o centro de rotao est deslocado do centrogeomtrico de rotores, polias, engrenagens, mancais, etc. Grandes amplitudes

de vibrao ocorrem em 1X rpm do componente excentrico na direo entre oscentros dos dois rotores pertencentes ao sistema. A leitura comparativa dasfases nas direes horizontal e vertical usualmente diferem de 0 ou 180(ambas indicaro a linha de centro do movimento). A tentativa debalanceamento de rotores excntricos resultar em uma diminuio das

amplitudes de vibrao em uma direo, porm aumentar em outra (dependeda dimenso da excentricidade).

1X rpm do motor

e

RADIALmm/s


6/42

EIXO EMPENADO

1X rpm do rotor

O empenamento do eixo causa grandes vibraes na direo axial

com diferena de fase de 180 ao longo do eixo da mquina. 1X rpmdominar o espectro se o empenamento estiver prximo ao centro doeixo e 2X rpm aparecer se o empenamento estiver prximo aosacoplamentos (tome cuidado para que a orientao do transdutorno esteja na direo invertida no momento da medio).

2X rpm do rotor

AXIALmm/s


7/42

DESALINHAMENTO ANGULAR

1X rpm

O desalinhamento angular causa grandes vibraes na direo axial

com diferena de fase de 180 ao longo do acoplamento. 1X rpm e 2Xrpm dominar o espectro, contudo 3X rpm poder aparecer. Estessistemas podem tambm indicar problemas no acoplamento.

2X rpm

AXIAL3X rpm

mm/s


8/42


9/42

DESALINHAMENTO ENTREROLAMENTO E EIXO

1X rpm

O desalinhamento entre rolamento e eixo geralmente

causa grandes vibraes na direo axial. Causar torocom fase aproximada de 180 entre o lado de cima do eixoe o assento do rolamento ou em medies axiais defasadasde 90 ao redor do eixo. Alinhar ou balancear oequipamento no resolver o problema, o rolamentodever ser retirado e montado novamente.

2X rpm

AXIAL3X rpm

mm/s


10/42

RESSONNCIA

Ressonncia ocorre quando a frequncia da fora de excitao muito prxima ouigual a frequncia natural do sistema. Causa dramticos ganhos de amplitude que

podem causar danos prematuros ou mesmo levar o sistema ao colapso total. As forasde excitao em mquinas normalmente so provenientes do motor de acionamento,porm podem advir de bases, fundaes, engrenamentos, correias de transmisso, etc.Se um rotor est em ou prximo da ressonncia, ser quase impossvel balance-lodevido a grande variao de fase (90 na ressonncia e perto de 180 quando passarpor ela), Normalmente necessita mudanas na localizao da frequncia natural. Afrequncia natural de um sistema no muda com a rotao, o que facilita sua

localizao.

180

FASE

AMPLITUDE

90

2 CRTICA

mm/s


11/42

FOLGAS MECNICASFALTA DE RIGIDEZ

1X rpm

Folgas mecnicas por falta de rigidez so causadas por folgasestruturais, fragilidade dos ps da mquina, toro da basemetlica ou problemas estruturais da base de concreto. Haverinverso de fase de 180 entre as medies verticais do p e dabase metlica em comparao com as medies da base deconcreto.

RADIALP

BASE METLICA

BASE DE CONCRETO

mm/s


12/42

FOLGAS MECNICASFALHA DE FIXAO

1X

Folgas mecnicas por falha de fixao geralmente so ocasionadaspor parafuso de fixao solto, folgas nos chumbadores, trincas nop, mancal ou em uma das bases. usualmente chamado de pmanco.

RADIALBASE METLICA

BASE DE CONCRETO

PARAFUSO DEFIXAO SOLTO

0,5X

1,5X2X

mm/s


13/42


14/42

ROAMENTO DE ROTOR

1X

O roamento de rotor produz espectro similar ao de folgas mecnicas onde as partes rotativas

entram em contato com as estacionrias. O roamento pode ser parcial ou em toda a revoluo.Normalmente gera uma srie de frequncias que excitam uma ou mais ressonncias.Freqentemente excitam sub-harmnicos da frequncia de rotao de fraes inteiras (1/2, 1/3, 1/4,1/5, ... 1/n) dependendo das frequncias naturais do rotor. Roamento do rotor pode excitar vriasaltas frequncias. Isto pode ser muito srio e de curta durao se causada pelo contato do eixo como metal patente do mancal, mas menos srio quando o eixo roa com a selagem, uma p deagitador com a parede do tanque, ou a capa de um acoplamento pressionando o eixo.

RADIAL0,5X1,5X

2X

2,5X

3X4X4,5X

5X

Ressonncia

7X

Forma de onda truncada

3,5X

mm/s


15/42

MANCAL DE ESCORREGAMENTODESGASTE / FOLGAS

1X

No ltimo estgio de desgaste de mancais de escorregamento normalmente

aparecem evidncias de presena de uma srie de harmnicos da frequncia derotao (acima de 10 ou 20). Mancais desgastados normalmente tempredominncia de vibraes na direo vertical em relao a horizontal.Mancais de deslizamento com folga excessiva podem permitir um menordesbalanceamento e/ou desalinhamento causando altas vibraes em relao as

das folgas nominais dos mancais.

RADIAL2X

3X 4X5X

mm/s


16/42

MANCAL DE ESCORREGAMENTOOIL WHIRL- INSTABILIDADE

0,42 ~ 0,48 x rpm

A instabilidade (oil-whirl) ocorre a 0,42 ~ 0,48 x rpm) e normalmente muito severaquando as amplitudes ultrapassam 50% das folgas nominais do mancal. Oil -Whirl uma excitao do filme de leo, onde um desvio da condio normal de trabalho (ngulode atitude e relao de excentricidade) gerada pela cunha de leo empurrando o eixo aoredor do mancal. A fora desestabilizadora na direo de rotao resulta em umaprecesso (whirl). Pode ser causada pela coincidncia entre a frequncia de precesso ea frequncia natural do eixo. Mudanas na viscosidade do leo, presso do lubrificantee pr cargas externas podem causar Oil-Whirl

RADIAL

1X

mm/s


17/42

MANCAL DE ESCORREGAMENTOOIL WHIP- INSTABILIDADE

A instabilidade (oil-whip) ocorre quando a mquina opera acima de 2x afrequncia critica do rotor. Quando o rotor ultrapassa 2x sua velocidade criticaa precesso ou instabilidade pode estar muito prxima da critica do rotor ecausar grandes vibraes que o filme de leo pode no suportar. A frequnciada instabilidade ir sintonizar com a velocidade critica gerando um pico queno desaparecer mesmo com o aumento da velocidade de rotao.

Velocidade crticaVelocidad

edorotor

Frequncia

Oil-Whirl Oil-Whip Desbalanceamento


18/42

FORAS HIDRULICAS E AERODINMICASPASSAGEM DE PS OU PALHETAS

1X

Frequncia de passagem de ps (ou palhetas) igual ao n de ps (ou palhetas) vezes a rotao doeixo. Est presente em bombas, ventiladores, sopradores e normalmente no representamproblemas, porm grandes amplitudes da BPF e seus harmnicos podem ser gerados se a folgaentre as ps e o corpo do difusor estacionrio no estiverem iguais em seu contorno. Tambm BPF(ou harmnicos) podem coincidir com alguma frequncia natural do sistema e causar grandesamplitudes de vibrao. Uma alta BPF pode ser gerada se o impelidor est desgastado pelos anislaterais ou por soldas rpidas em difusores quebrados, mudanas abruptas de direo emtubulaes, distrbios de fluxo ou se o rotor da bomba ou ventilador estiver excntrico em relao

ao seu alojamento.

2X

BPF

2x BPFBPF = Blade Pass Freqente

Frequncia de passagem daspsm

m/s


19/42

FORAS HIDRULICAS E AERODINMICASTURBULNCIA DE FLUXO

Turbulncia de fluxo ocorre freqentemente em sopradores

devido a variao de presso ou velocidade do ar passandoatravs do ventilador ou junta de expanso conectada. Estaruptura do fluxo causa turbulncia que gera rudo aleatrio(randnica) de baixa frequncia na faixa de 50 a 2KHz.

1x rpm

BPF

Randnica

BPF = Blade Pass Freqente


m/s


20/42

FORAS HIDRULICAS E AERODINMICASCAVITAO

Normalmente cavitao gera rudo aleatrio, energia em larga faixa de altafrequncia que as vezes superpe com harmnicos da frequncia de passagemdas ps. Normalmente indica presso insuficiente na suco. A cavitao poderapidamente destruir as partes internas da bomba se no for corrigida. Istopode principalmente causar a eroso das ps do impelidor. Quando presente freqente haver rudo como pedras passando pela bomba.

1x rpm

BPF

Vibrao randnicade alta frequncia

BPF = Blade Pass Freqente


m/s


21/42

TRANSMISSO POR CORREIACORREIA GASTA OU FROUXA

1Xrpmmovida

Sempre a frequncia fundamental da correia menor que a frequncia derotao da polia mais lenta. Correias gastas ou frouxas normalmentecausam 3 a 4 mltiplos de sua fundamental. Normalmente dominam oespectro picos nas frequncias fundamentais tanto da polia movida comoda polia motora. As amplitudes so normalmente variveis pulsando orana rotao da polia movida ora na motora. Na maioria dos casos os altosnveis so na frequncia fundamental vezes o n de polias que a correia

passa.

1Xrpmmoto

ra

RADIAL EM LINHA C/AS CORREIAS

Frequnciadacorreiae

harmnicos

m

m/s


22/42

TRANSMISSO POR CORREIAPOLIA EXCNTRICA

1Xrpmdap

oliaexcntrica

Polias excntricas ou desbalanceadas causam grandesvibraes em 1 X a sua rotao. A amplitude normalmentegrande e varia de um mancal p/ outro, sendo maior no mancalda polia com problemas. Normalmente polias so balanceadascom a retirada de massa atravs de perfuraes.

RADIALm

m/s


23/42

TRANSMISSO POR CORREIARESSONNCIA

1X rpm

Ressonncia de correia pode causar grandes amplitudes se afrequncia natural da correia se aproximar ou igualar afrequncia da polia motora ou movida. A frequncia naturalda correia pode ser alterada pela tenso ou comprimento dacorreia. Pode ser detectada soltando-se a correia e

observando-se a resposta da medio.

RADIAL

Ressonncia da correia

mm/s


24/42

TRANSMISSO POR CORREIADESALINHAMENTO / ROAMENTO

1xrpmmoto

raoumovida

O desalinhamento entre polias produz grandes vibraes em

1 X rpm da polia motora ou movida e predominantemente nadireo axial. O aparecimento das frequncias das poliasmotora ou movida depender do ponto em que as mediesforem tomadas. Aps o alinhamento das polias comum a

rotao do eixo acionado dominar o espectro.

AXIAL

Angular

Paralelo

Pontasp/dentro

mm/s

PROBLEMAS ELTRICOS


25/42

PROBLEMAS ELTRICOSESTATOR EXCNTRICO, LAMINAS QUEBRADAS E

FOLGAS NO PACOTE DE CHAPAS

1xr

pm

Problemas de estator geram grandes amplitudes em 2 X a frequncia darede de alimentao (2 FL). Excentricidade do estator causadesbalanceamento no campo magntico entre rotor e estator por variao

do air-gap, o que produz vibrao bastante direcional. A diferena noentreferro no pode exceder 5% em motores de induo e 10% em motoressncronos. Folga no pacote de chapas devido a suporte do estator fraco oufolgado. Curtos nas lminas do estator podem causar aquecimentodesigual e localizado que podem causar o empenamento do eixo do motor.Produz vibrao termicamente induzida com aumento significativo com otempo de operao.

2xr

pm

2xFL

mm/s

PROBLEMAS ELTRICOS


26/42

PROBLEMAS ELTRICOSEXCNTRICIDADE DO ROTOR

(ENTREFERRO VARIVEL)

FP

A excentricidade do rotor produz um entreferro rotativo varivel entre orotor e o estator que induz vibrao (normalmente o 2FL prxima doharmnico da frequncia de rotao). Em geral requer zoom no espectro

para separar 2FL do harmnico da frequncia de rotao. A excentricidadedo rotor gera 2FL rodeada por bandas laterais da frequncia de passagemdos plos (FP), bem como, FP rodeia a frequncia de rotao. A componenteFP aparece em baixa frequncia. (Frequncia de passagem dos plos =Frequncia de escorregamento X nmero de plos). Normalmente osvalores de FP esto na faixa de 20 a 120 COM (0,30 - 2.0 Hz).

1xrpm

2xFL

Bandas laterais de FP aoredor de2FL

mm/s


27/42

PROBLEMAS ELTRICOSPROBLEMAS DE FASE (CONECTOR SOLTO)

O problema de fase devido a folga ou quebra de conectorespode causar vibrao elevada com componente de 2x a

frequncia da rede de alimentao (2FL) com bandas lateraisde 1/3 da frequncia da rede (1/3FL). A amplitude de 2FL podeultrapassar 25mm/s. Esse problema em particular pode serespordico.

1xr

pm

2xFL

Bandas laterais de 1/3 de

FL aoredor de2FL

1/3 FL

mm/s


28/42

PROBLEMAS ELTRICOSMOTOR SNCRONO (FOLGAS NAS BOBINAS DO ESTATOR)

Folgas nas bobinas do estator em motores sncronos

geram vibrao na frequncia de passagem dasbobinas (CPF) que igual ao n de bobinas X rpm. Afrequncia de passagem das bobinas tero bandaslaterais da frequncia de rotao.

1xr

pm

Frequncia de passagem dabobina do estator

Bandas laterais em 1 x rpm

1 x rpm

mm/s


29/42

PROBLEMAS ELTRICOSMOTOR DE CORRENTE CONTNUA

Os problemas em motores de corrente contnua podem serdetectados pela alta amplitude da frequncia de disparo SCR (6 xFL) e seus harmnicos. Esses problemas incluem SCRsdanificados, folgas nos conectores e indutor de campo quebrado.Outros problemas incluem folgas ou carto de controle em curtoe podem causar altas amplitudes de 1 a 5x FL (60 a 300 Hz)

1xr

pm

6FL = SCR = Frequncia de disparo

2xr

pm

mm/s


30/42

PROBLEMAS ELTRICOSPROBLEMAS DE ROTOR

FP

1xrpm

Bandas laterais de FP ao redor de

1x, 2x, 3x...

2xrpm

3xrpm

Estator

Barras do rotor

RotorAir-Gap

Condutores

Campo magntico

Barras do rotor ou anel de curto circuito quebrados ou trincados, contatodanificado entre barras do rotor e anis de curto circuito, ou curto naslminas do rotor, produzem vibraes com altas componentes em 1 x rpm combandas laterais da frequncia de passagem dos plos (FP). Alm disso, barrasdo rotor quebradas freqentemente geram bandas laterais ao redor doterceiro, quarto e quinto harmnicos da frequncia de rotao.

mm/s


31/42

PROBLEMAS ELTRICOSFOLGAS NAS BARRAS

1xrpm

Bandas laterais de FP ao redor de

RBPF

2xrpm R

BPF

Estator

Barras do rotor

RotorAir-Gap

Condutores

Campo magntico

Folga nas barras do rotor so indicadas por 2 x a frequncia dalinha de alimentao (2xFL) com bandas laterais da frequnciade passagem das barras (RBPF) e/ou seus harmnicos (RBPF =n de barras X rpm). Normalmente causam altos nveis nacomponente 2xRBPF e baixos nveis em 1xRBPF.

mm/s

ENGRENAMENTOS


32/42

ENGRENAMENTOSESPECTRO NORMAL

1xrpmdaeng

renagem

Radial a engrenagem

2xrpm

GMF

Um espectro normal mostra 1x e 2x rpm, juntamente

com a frequncia de engrenamento (GMF). GMFnormalmente tem bandas laterais na frequncia derotao. Todos os picos so de baixa amplitude enenhuma frequncia natural das engrenagens so

excitadas.

1xPinho

1 x rpm

RedutorPinho c/ 20 dentes

Coroa c/ 72 dentes

30 Hz

8,33 Hz

GMF = 600 Hz

mm/s

ENGRENAMENTOS


33/42

ENGRENAMENTOSDESGASTE DOS DENTES

2xrpm

GMF

A indicao chave de desgaste nos dentes a excitao da frequncia natural

da engrenagem juntamente com bandas laterais espaadas com a frequnciade rotao da engrenagem danificada. A frequncia de engrenamento (GMF)pode ou no mudar em amplitude, porm altas amplitudes das bandas lateraisao redor da GMF acorrem normalmente quando o desgaste visvel. Bandaslaterais podem ser um melhor indicador de desgaste do que a prpria GMF.

Freq.

Naturaldaengrenagem

1 x rpm


Coroa c/ 72 dentes

30 Hz

8,33 Hz

GMF = 600 Hz1xrpmdaeng

renagem

mm/s

ENGRENAMENTOS


34/42

ENGRENAMENTOSSOBRECARGA NOS DENTES

2xrpm

GMF

A GMF freqentemente muito sensvel a carga. Altas

amplitudes de GMF no indicam necessariamente problemas,particularmente se as frequncias das bandas laterais ficarem emnveis baixos e no excitarem as frequncias naturais dasengrenagens. Cada anlise deve ser executada com o sistema

operando em sua mxima carga de trabalho.

1 x rpm


Coroa c/ 72 dentes

30 Hz

8,33 Hz


renagem

mm/s

ENGRENAMENTOS


35/42

ENGRENAMENTOSEXCENTRICIDADE DA ENGRENAGEM E FOLGA (Backlash)

2xrpm

GMF

Altas amplitudes de bandas laterais ao redor da GMF freqentemente

sugerem excentricidade, folgas ou eixos no paralelos que admitem a rotaode uma engrenagem modular na frequncia de rotao da outra. Aengrenagem com problemas indicada por espaamento das frequncias debandas laterais. Backlash incorreto normalmente excita a |GMF e afrequncia natural da engrenagem, ambas com bandas laterais de 1 x rpm. Aamplitude da GMF decair com o aumento da carga se o backlash estivercom problemas.

1 x rpm


Coroa c/ 72 dentes

30 Hz

8,33 Hz

Freq.

Naturaldaengrenagem


renagem

mm/s

ENGRENAMENTOS


36/42

ENGRENAMENTOSDESALINHAMENTO DAS ENGRENAGENS

2xrpm

2xGMF

O desalinhamento das engrenagens quase sempre excita a

segunda ordem ou altos harmnicos da GMF com bandaslaterais da freqncia de rotao. Freqentemente apresentarsomente amplitude 1 x GMF, mas altos nveis a 2x ou 3x GMF. importante determinar a Fmax para registrar pelo menos osegundo harmnico da GMF se o transdutor e o sistema tiveremcapacidade.

1 x rpm


Coroa c/ 72 dentes

30 Hz

8,33 Hz

1xGMF


renagem

mm/s

ENGRENAMENTOS


37/42

ENGRENAMENTOSTRINCA OU QUEBRA DO DENTE

Uma trinca ou quebra do dente ir gerar uma amplitude a 1Xrpm daengrenagem alm de excitar a frequncia natural da engrenagem com bandaslaterais na frequncia de rotao. Isto melhor detectado na forma de ondaque ir apresentar um pronunciado pico toda vez que o dente quebrado tentaengrenar. O tempo entre impactos corresponder a 1/rpm da engrenagemcom problema. A amplitude dos picos na forma de onda normalmente sermuito maior que a frequncia 1Xrpm na FFT.


Coroa c/ 72 dentes

30 Hz

8,33 Hz

GMF = 600 Hz

1xengrenagem

Forma de onda no tempo

mm/s

ROLAMENTOS


38/42

ROLAMENTOSFrequncias dos componentes

Gaiola

FTF = fr/2(1-BD/PD CosElemento rolante

BSF = PD/BD fr [1-(BD/PD Cos)]

Pista externa

BPFO = n/2 fr (1-BD/PD Cos)

Pista internaBPFI = n/2 fr (1+BD/PD Cos)

ROLAMENTOS


39/42

ROLAMENTOS1 estgio de falha

Zona A Zona B Zona C

1xrpm

2xrpm

3xrpm

5KHz 20KHz

A primeira indicao de falha em um rolamento aparece em frequncias ultra-snicas (20KHz ~ 60KHz), portanto fora do range de frequncia do coletoranalisador de dados (20KHz). O espectro ser dominado pela frequncia de

rotao do eixo e harmnicos e no necessrio sugerir uma interveno.

mm/s

ROLAMENTOS


40/42



1x

2x

3x

5KHz 10KHzPequeno defeito no rolamento comea excitando as frequnciasnaturais dos componentes do rolamento (Fn) quepredominantemente ocorre na faixa de 1 a 5KHz. Frequncias debandas laterais aparecem acima e abaixo do pico de frequncianatural no fim do 2 estgio de falha.

Fn

1KHz

mm/s

ROLAMENTOS


41/42



1x

2x

3x

5KHz

Frequncias de defeitos do rolamento e seus harmnicos comeam a aparecer. Quando o desgasteprogride, aparecem mais harmnicos das frequncias de defeito e o n de bandas laterais tambmaumenta, tanto ao redor destas frequncias quanto das frequncias naturais do rolamento. Odesgaste agora visvel e pode se estender na periferia do rolamento, particularmente quando asbandas laterais esto bem formadas e acompanhadas pelas frequncias de defeito e seus

harmnicos. recomendvel a interveno para troca do rolamento.

Fn

500Hz

BP

FO

BPFI 2B

PFOm

m/s

ROLAMENTOS


42/42



1x

2x

3x

10KHz

Prximo do final da vida a componente 1 x rpm evidente. A pioranormalmente causa o aumento dos harmnicos da frequncia de rotao. Asfrequncias de defeito do rolamento e frequncias naturais desaparecem e emlugar fica um rudo de banda larga em alta frequncia (tapete ou carpete de

Fn

mm/s

análise vibração (1)

Documents