apostilavibracoes

7/30/2019 ApostilaVibracoes

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TEKNIKAO

Indstria e Comrcio Ltda.

ANLISE DE VIBRAES


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2 TEKNIKAO Ind. e Com. Ltda.Av. Agenor Couto de Magalhes , 1110 So Paulo SP (11) 3901-5530 / 3901-3741

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ndice

1. MEDIDA DE VIBRAO - UMA FERRAMENTA PARA A MANUTENO .............................................................. 3

2. O NVEL DE VIBRAO COMO INDICADOR DA SADE DA MQUINA ............................................................... 3

3. MTODOS DE MANUTENO ........................................................................................................................... 4

4. TRANSDUTORES DE VIBRAO ......................................................................................................................... 6

5. TCNICAS DE FIXAO ...................................................................................................................................... 8

6. VIBRAO: DEFINIO ..................................................................................................................................... 9

7. CARACTERSTICAS DO MOVIMENTO VIBRATRIO ............................................................................................ 9

8. FORAS QUE GERAM VIBRAO .................................................................................................................... 10

9. LIBERDADE DE MOVIMENTO .......................................................................................................................... 10

10. MODO DE VIBRAR .......................................................................................................................................... 10

11. AS UNIDADES DE MEDIDA DE VIBRAO ........................................................................................................ 12

12. PARMETROS DE VIBRAO .......................................................................................................................... 13

13. MEDINDO UM SINAL DE VIBRAO ................................................................................................................ 1414. MEDIDAS DE AMPLITUDE ............................................................................................................................... 15

15. NORMAS DE MEDIDAS DE VIBRAES: .......................................................................................................... 16

16. ASSOCIANDO OS DEFEITOS DE MQUINAS E VIBRAES MECNICAS ........................................................... 18

17. TRANSFORMADA RPIDA DE FOURIER (FFT) .................................................................................................. 19

18. DESBALANCEAMENTO .................................................................................................................................... 20

19. HARMNICAS ................................................................................................................................................. 23

20. DESALINHAMENTO ......................................................................................................................................... 23

21. RESSONNCIA ................................................................................................................................................ 2422. FOLGAS ........................................................................................................................................................... 25

23. ENGRENAGENS ............................................................................................................................................... 26

24. ROLAMENTOS E A TCNICA DE ENVELOPE ...................................................................................................... 28

25. NOTAS SOBRE DIAGNOSES DE FALHAS ........................................................................................................... 30

26. MONTANTO UM BANCO DE DADOS ............................................................................................................... 31

27. A ORGANIZAO DE UM PROGRAMA DE MANUTENO PELA CONDIO .................................................... 33

28. AVALIAO DO CURSO DE ANLISE DE VIBRAES ........................................................................................ 34

29. NOTAS: ........................................................................................................................................................... 36


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1. Medida de vibrao - Uma ferramenta para a manuteno

Uma mquina ideal no produz qualquer vibrao, pois toda a energia canalizada para a execuo dotrabalho a ser realizado. Na prtica, entretanto, os elementos que compem as mquinas, em geral,interagem entre si e, devido presena de atrito, ao de foras cclicas dissipa energia na forma de calor,rudo e vibraes.Um bom projeto deve apresentar bom rendimento, ou seja, baixo nvel de dissipao de calor, baixo nvelde rudo e baixo nvel de vibrao. De uma forma geral, as mquinas novas, quando bem projetadas,satisfazem a esses requisitos. Entretanto, com o desgaste, acomodao de fundaes, m utilizao, falta

de manuteno, etc., o rendimento das mquinas caem. Com isso as mquinas tm suas propriedadesdinmicas alteradas e assim, os eixos tornam-se desalinhados, partes comeam a se desgastar, osrotores tornam-se desbalanceados, as folgas aumentam entre outros problemas. Todos esses fatores sorefletidos na diminuio de rendimento e conseqentemente, no aumento do nvel de vibrao. Essasvibraes so dissipadas pela estrutura da mquina e no seu caminho, excitam ressonncias e provocamesforos adicionais nos mancais. Causa e efeitos se realimentam e a mquina progride em direo asucessivas falhas.No passado, os tcnicos em manuteno eram capazes de reconhecer, pelo toque ou audio, se umamquina estava funcionando suavemente ou se estava caminhando para uma falha. Atualmente isto no possvel por, no mnimo, trs motivos:

A relao pessoal entre o homem e a mquina no mais economicamente vivel;As mquinas so construdas para funcionarem automaticamente com o mnimo de interveno

humana;

A grande maioria das mquinas modernas opera em velocidades to elevadas que so necessriosinstrumentos apropriados para detectar e medir as vibraes e suas freqncias.

2. O nvel de vibrao como indicador da sade da mquinaA vibrao normalmente um subproduto destrutivo da fora cclica transmitida atravs de uma mquina,que provoca desgastes e acelerao da ocorrncia de falhas. Os elementos de mquinas que resistem aessas foras, por exemplo, os mancais, so normalmente acessveis pelo lado externo da mquina, ondea vibrao resultante pode ser medida.

Enquanto as foras de excitao permanecerem constantes, ou variarem dentro de limites, o nvel devibrao medido, tambm permanecer constante ou dentro de limites similares. Para a maioria dasmquinas, a vibrao tem um nvel tpico e seu espectro de freqncia tem um formato caracterstico,quando a mquina est em boas condies. Este espectro de freqncia, que um grfico da amplitudeem funo da freqncia, conhecido como assinatura da mquina e obtido analisando-se no domnioda freqncia, o sinal de vibrao da mquina.Quando as falhas comeam a se desenvolver, o processo dinmico na mquina sofre alterao devido amodificaes no quadro de foras presentes, influenciando, assim, o nvel de vibrao e a forma doespectro de freqncia.O fato de que os sinais de vibrao carregam muita informao, relativa condio da mquina, a basepara o uso regular da medida e anlise de vibrao, como um indicador da tendncia da sade damquina e da necessidade de manuteno, inclusive com a informao de qual componente(s) damquina devem ser substitudos.


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3. Mtodos de manutenoA prtica tradicional de manuteno de mquinas na indstria pode ser agrupada, grosseiramente, emduas categorias: Corretiva e Preventiva.

3.1. Manuteno Corretiva (Rodar at quebrar)

Em indstrias que utilizam muitasmquinas baratas e com os processoscrticos de fabricao duplicados, asmquinas normalmente funcionam atquebrar. A perda de produo no significativa e as mquinas reservaspodem imediatamente dar continuidade produo. Nesta situao, a medida devibrao no ser de muita ajuda, vistoque no h vantagens econmicas ou desegurana em saber quando uma falhair ocorrer. Existem, entretanto, casos demquinas no duplicadas, ou processosno duplicados, ou ainda equipamentosde alto custo de reposio e crticos para

o processo de fabricao. Nesses casos, de vital importncia saber o que est indo mal e quando a falhaest para ocorrer. Esta informao pode ser obtida atravs da avaliao do grfico de tendncia dos nveisde vibrao, construdo a partir de medidas regulares de vibrao. Uma vez constatada a tendncia defalha em uma mquina, pode-se identificar sua causa atravs do estudo do espectro de frequncia.Sabendo o que est indo mal, ser possvel solicitar peas sobressalentes antes da falha esperada,evitando, assim, um estoque muito grande e a programao prvia da parada da mquina para uma dataconveniente. Alm disso, com essas informaes, a equipe de manuteno estar mais bem preparada epoder efetuar um reparo mais efetivo e confivel, em tempo menor.

3.2. Manuteno Preventiva

Onde mquinas importantes no so

totalmente duplicadas ou onde paradasinesperadas de produo podem resultarem grandes perdas, as operaes demanuteno so freqentemente realizadasem intervalos de tempo fixos. Este sistema conhecido por Manuteno Preventiva, oumais corretamente, Manuteno PreventivaBaseado no Tempo. Estes intervalos deservio so determinados estatisticamentepelo perodo medido a partir do instante emque as mquinas esto novas ou emcondies normais de servio, at o pontocrtico estabelecido pela equipe de

manuteno (nvel mximo de recursohumano e material para interveno). Trabalhando nesses intervalos, geralmente, acredita-se que a maiorparte das mquinas deve sobreviver ao perodo do trabalho, entre intervenes.Nesse caso, espera-se que as falhas ocorram ocasionalmente.A experincia tem mostrado que na grande maioria dos casos, a manuteno preventiva baseado notempo antieconmica e no elimina a possibilidade de ocorrerem falhas inesperadas no perodo, vistoque a taxa de falha de muitas mquinas no melhorada com a substituio regular de partes gastas.Pelo contrrio, a confiana nas mquinas recm-trabalhadas frequentemente reduzida,temporariamente, devido interferncia humana.Como padro de falha real para cada mquina no pode ser predita, a manuteno preventiva baseada notempo no pode ser eficientemente aplicada. Torna-se necessrio, ento, um mtodo que particularizecada mquina, e esta a tendncia moderna aplicada manuteno de mquinas, que conhecida comoManuteno pela condio.


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3.3. Manuteno Preditiva (Manuteno pela condio)

Este mtodo considera cada mquina individualmente, substituindo a manuteno em intervalosfixos pelo intervalo fixo de medidas de vibrao. Como visto anteriormente, a vibrao mecnica um bomindicador do estado de funcionamento (sade) de mquina, e esta a razo pela qual a medida devibrao o principal parmetro utilizado em Manuteno pela Condio. A premissa da Manuteno pelaCondio de que, somente recomendada a manuteno quando as medidas indicarem que necessria.O bom senso diz para no interferir em mquinas que esto funcionando suavemente.

Por meio de medidas regulares de vibrao, falhas incipientes podem ser detectadas e seudesenvolvimento acompanhado. As medidas podem ser extrapoladas para predizer quando os nveis devibrao atingiro valores inaceitveis e quando a mquina deve ser parada para manuteno. Isto chamado Monitorao da Tendncia e permitem planejar os reparos com antecedncia.

A manuteno pela condio baseada namonitorao da vibrao tem sido empregada comsucesso em indstrias de processamento contnuodesde o incio dos anos 70. As plantas de refinaria epetroqumicas adotaram esta tcnica e obtiverameconomia considervel com o aumento dedisponibilidade de equipamento produtivo ecorrespondente aumento de produtividade.

Desde ento, a monitorao da condio tem sidoimplantada com sucesso em indstrias que empregammquinas rotativas em geral. Esse sucesso devido aresultados econmicos obtidos em curto prazo, pela reduo de intervenes de manuteno em at 70%,depois de reduzido perodo de monitorao e pela possibilidade de planejamento de intervenes comconhecimento prvio da poca e causa das falhas.Situaes reais demonstram economia de at 75% nos custos de manuteno nas empresas queadotaram esse procedimento, o que indica um rpido retorno no investimento com a instrumentao paraa monitorao de vibrao, durante a implantao do programa.Redues no volume de trabalho de manuteno permitem canalizar os recursos disponveis paramelhorar a qualidade dos servios programados, contribuindo assim, para o aumento de confianaoperacional das mquinas. As intervenes realizadas em regime de urgncia, que normalmente eramexecutadas como quebra-galho para que as mquinas voltassem o mais rapidamente possvel para a

produo, so agora coisas do passado.


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4. Transdutores de VibraoOs sinais de vibrao so captados atravs de sensores denominados transdutores. Os principais

transdutores utilizados em Programas de Manuteno pela Condio so:

4.1. Transdutores de Deslocamento Relativo ou de Proximidade

Vantagens DesvantagensNo tem contato com a superfcie de medida.Opera em freqncias baixas.

No possui partes mveis, de modo que noapresenta desgastes.

Faixa de freqncia limitada a 200HzVariaes nas propriedades magnticas do

sistema podem causar medidas errneas.Necessita calibrao local.

Enquanto os transdutores de deslocamento relativos so melhores para algumas aplicaes especficas(como monitorao de vibrao de eixos), os transdutores ssmicos, que medem a vibrao absoluta,tornaram-se bastante popular na monitorao da condio de mquinas em geral, principalmente osacelermetros.

4.2. Transdutores Ssmicos - Pick-ups de Velocidade

Os transdutores de velocidade consistembasicamente de bobina enrolada em uma massasuspensa por uma mola e envolvida por um impermanente fixo na carcaa. Este sensor mede avelocidade da vibrao do ponto que est fixadoem relao a um ponto fixo no espao.A vibrao da bobina em um campo magnticogera uma corrente eltrica nos terminais damesma, e essa tenso pode ser medida facilmentepor instrumentos eletrnicos.Esta tenso diretamente proporcional velocidade do movimento vibratrio, por isso sochamados de pick-ups de velocidade.

Transdutor de Velocidade.

Carcaa

Massa

Im

Mola

Espira

Mancal

Eixo

Transdutor de Proximidade.

Os transdutores de deslocamento relativo, tais como ossensores de proximidade, embora tenham uma faixa defrequncia que pode ser estendida at 10.000 Hz, na

verdade, somente podem ser efetivamente utilizados embaixa frequncia, visto que os harmnicos mais elevados,normalmente, apresentam amplitudes de deslocamento toreduzidas que praticamente no podem ser detectadas poresse tipo de transdutores


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Curva caracterstica de um Transdutor de Velocidade: Aos poucos estes sensores esto sendoabandonados devido a alguns inconvenientes.Um deles sua fragilidade mecnica. Para terboa sensibilidade, a distncia entre a bobina eo im deve ser muito pequena e uma quedaacidental muitas vezes significa a perda dosensor. Mas a principal causa de seuabandono sua curva de respostacaracterstica.

Baixa sensibilidade em baixas freqncias;

Uma ressonncia dentro da faixa demedida;Curta faixa til

No permitem leituras de muitos sinaisimportantes.

Vantagens Desvantagens

Alto sinal de sada com resistncia interna baixa.Sensor ativo sem fonte de alimentao externa.

Faixa de freqncia limitada a 2KHz.Partes mveis passveis ao desgaste.

Dimenses considerveis.Sensvel orientao.

4.3. Acelermetros Piezoelctricos

Entre os transdutores ssmicos, osacelermetros piezoelctricos tem-setornado os mais utilizados para a medidade vibrao de mquinas porapresentarem uma curva de resposta emfreqncia muito superior do que os pick-ups de velocidade combinadas comdimenses razoavelmente reduzidas. Almdisso, esses transdutores so robustos eapresentam uma maior durabilidade ( nopossuem partes mveis ), que os tornaindicado para o rigor do trabalho dirio decoleta de dados. Quando este sistema estem movimento, a massa exerce uma forasobre as pastilhas de cristal piezoeltrico.Este cristal tem a propriedade de gerarcargas eltricas quando deformada. Estascargas so transformadas em um sinaleltrico proporcional atravs doamplificador de carga.

Amp

litude

Frequncia

Ressonncia

Faixa til

Prisioneiro

Base

Massa

CristalPiezoelctrico

Amplificador deCarga


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Lembrando que F=m.a (fora igual ao produto da massa pela acelerao), temos um sinalproporcional fora que a massa exerce sobre o cristal. Como a massa constante, o sinal proporcionaldiretamente acelerao do movimento vibratrio (por isso o nome de acelermetro).

5. Tcnicas de Fixao

Curva caracterstica do Acelermetro.

O acelermetro um sensor tambm baseado no sistema massa-mola, porm sua frequncia deressonncia est normalmente acima da faixa de uso (5Hz at 10kHz) com ressonncia em torno dos20kHz.

Acelermetros podem ser fabricados com dimenses bastante reduzidas (alguns no so maioresque a cabea de um parafuso), porm o amplificador de carga externo e implica no uso de cabosespeciais e delicados.

Os acelermetros com amplificadores de carga internos tm a vantagem de no precisar usar cabosespeciais, porm com dimenses no to reduzidas.

Vantagens Desvantagens

Encapsulamento hermtico e robusto.Compacto.Ampla faixa de freqncia.Insensvel a campos magnticos.

Requer fonte externa.


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6. Vibrao: Definio

Um corpo vibra, quando descreve uma trajetria de oscilao em torno de uma posio dereferncia.

Esse movimento possui caractersticas e grandezas especficas como velocidade, acelerao edeslocamento, sobre as quais passaremos a falar a seguir.

7. Caractersticas do Movimento Vibratrio Amplitude:

uma medida escalar positiva e negativa da magnitude de oscilao de uma onda. Perodo:

o tempo necessrio para que um evento volte a acontecer. Freqncia:

Grandeza fsica que indica o nmero de ocorrncias de um evento em um determinado intervalo detempo. Pode ser expresso como o inverso do perodo.

Amplitude: permite diferenciar os rudos mais altos e mais baixos.

Frequncia: permite diferenciar rudos mais graves e mais agudos.

Exemplo:


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8. Foras que geram Vibrao

9. Liberdade de movimentoA vibrao s ocorre porque umafora atua em um determinadoponto que tem liberdade de se

deslocar.Quando batemos em um objeto,mesmo fixo, ele emite um som.Este som ocorre porque o objetotem liberdade de se deslocarmesmo que no possamos ver.Podemos notar que, dependendode onde exercemos a fora (ou abatida), o som diferente, ou oobjeto vibra de modo diferente.Batendo em uma mesa no sentidovertical, (de cima para baixo)notamos uma vibrao menor do

que se a fora fosse aplicada nosentido horizontal, pois o choimpede o deslocamento, ou seja, aliberdade de movimento no igual em todos os sentidos.Portanto mesmo aplicando amesma fora, a vibrao no igual em todos os pontos de umsistema.

Isso fica mais complicado quando temos vrios sistemasinterligados, pois a vibrao medida em um determinado ponto oresultado da soma vetorial de todas as vibraes de cada sistema.Ainda por cima, cada sistema tem sua prpria freqncia natural,que pode ser ou no excitada pelas foras atuantes.

10. Modo de Vibrar

Um grau deliberdade

Dois graus deliberdade

Trs graus deliberdade

Mltiplos grausde liberdade


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Outro exemplo pode ser uma corda esticada entre dois pontos:

Quando aplicamos uma fora com freqncia igual natural dacorda, ela vibra como no desenho:

Se esta fora tiver o dobro da freqncia natural, a corda vibra em

seu segundo modo:

Podemos facilmente concluir que estes no so os nicos modos de vibrar deste sistema.

A posio onde o sensor est posicionado, e o nvel de vibrao neste ponto podem informar omodo de vibrar de uma mquina, e os esforos que esto atuando.

10.1. Horizontal

O nvel de vibrao no sentido horizontal em geral o mais alto, pois o sentido em que as mquinas tm maior liberdade de movimento.

10.2. Vertical

Se o nvel de vibrao no sentido vertical for maior que no sentidohorizontal, geralmente um problema de fixao.

10.3. Axial

Se houver nvel de vibrao alto no sentido axial, pode estar ocorrendodesalinhamento.


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11. As unidades de medida de vibraoEm um mesmo movimento vibratrio podemoster trs parmetros distintos, masinseparveis: Acelerao, Velocidade eDeslocamento.Se aplicarmos uma fora em um ponto, estesofrer um deslocamento. Este deslocamentopode ser medido pela distancia entre o pontoA e B:

por isso que costumamos medir odeslocamento de pico a pico. Esta unidadepode ser medida em mils (milsimo depolegada), mas a mais usual a unidade de

m (micrometro).Analisando a trajetria do movimento,notamos que ele est parado no ponto A,aumenta a velocidade e passa pelo ponto derepouso com velocidade mxima, e diminui avelocidade at zero no ponto B.Todo o movimento se repete no sentidooposto.

O valor da Velocidade mdia do movimento vibratrio um dado muito importante na anlise da sade geral damquina como veremos posteriormente. Esta unidade normalmente medida em mm/sA variao da velocidade durante a trajetria chamadade Acelerao medida em m/s2.Quando o mdulo do deslocamento zero, o mdulo davelocidade mxima e quando o mdulo dodeslocamento mximo, o mdulo da acelerao atingeseu valor mxima tambm.Vejamos as trs unidades sincronizadas em funo dotempo:

A 0 B

d

A 0 B

VelocidadeZero Velocidade

Mxima

t

t

V

D

A


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12. Parmetros de VibraoOs parmetros que compem um movimento vibratrio so:

12.1. Deslocamento

(Distncia, espao)

Parmetro pouco utilizado, seficiente na faixa abaixo de600RPM, pois esta faixa defreqncia produz pouca vibraoem relao acelerao evelocidade. Porm ainda utilizadonos sensores de proximidade.

Unidade de Medida: m(micrometro).

d = (v * 1000) / (2**f)

12.2. Velocidade

(Espao / Tempo).

Parmetro de vibrao maisutilizado. timo para uma amplafaixa de rotaes (de 10Hz 1.000Hz). Representa bem o poderdestrutivo dos defeitos, relacionandoamplitude e freqncia.Unidade de Medida: mm/s.

v = (a * 1000) / (2**f)

12.3. Acelerao

(Variao de velocidade).

Parmetro muito utilizado paraidentificao de defeito que ocorremem altas freqncias (acima de1.000Hz), como rolamentos eengrenagens de mquinas quepossuem rotaes elevadas.Unidade de Medida: m/s2.

Obs.: f = freqncia em Hz

Relao entre Acelerao Velocidade e Deslocamento em funo da freqncia.

Frequncia em que as trsunidades possuem omesmo valor (159,2 Hz)


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A unidade de velocidade tem a mesma grandeza em funo da freqncia, pois est associada energia do movimento e por isso ela foi eleita para verificao da sade geral de mquinas sem levar emconta a rotao de trabalho ou de seus vrios componentes.Podemos usar alguns valores reais para exemplificar. Um conjunto de engrenagens e um ventilador:

Engrenamento VentiladorAcelerao 50 m/s 1,1 m/sVelocidade 2,6 mm/s 2,5 mm/sDeslocamento 5,0 m 50 m

As engrenagens no tm liberdade de movimento, portanto um deslocamento quase nulo, mas osinal da acelerao mais evidente. O ventilador tem mais liberdade de movimento, mas como temvelocidade baixa, a acelerao do movimento vibratrio baixa.A velocidade pode ser medida em ambos os casos com valores muito prximos.

O comportamento destas unidades tem relao com o comportamento fsico da mquina:

Se aplicarmos uma fora constante em umamassa constante, teremos uma aceleraoconstante:

Se aplicarmos uma fora constante em umamortecedor, teremos uma velocidade constante.

Se aplicarmos uma fora constante em umamola, teremos um deslocamento constante.

13. Medindo um sinal de vibraoMesmo usando apenas um sensor de acelerao, podemos obter o valor da velocidade e dodeslocamento integrando eletronicamente o sinal da acelerao. Cabe ao operador escolher a melhorunidade para a ocasio.Mesmo sendo um nico sinal ele pode ser medido de trs formas diferentes, com trs valores muitodiferentes. O valor RMS, valor de PICO e valor de PICO A PICO.Vamos usar o sinal da rede eltrica de 220V como exemplo para os clculos. Este valor muito conhecido o valor RMS da diferena de potencial entre os terminais. Porm no errado (mas no usual) afirmar queo valor da tenso na mesma tomada de 311V. Basta medir o valor de zero a pico. Tambm podemosafirmar que na mesma tomada temos 622V, se esta for a medida de pico a pico.

Freqncia (f): indica o nmero de revolues (ciclos, voltas, oscilaes, etc) por unidade de tempo.Alternativamente, podemos medir o tempo decorrido para uma oscilao, denominado de Perodo (T).A frequncia o inverso do perodo.O valor RMS (raiz mdia quadrtica) relacionado com a energia contida no sinal. Um sinal pode ter umvalor muito alto de pico. Porm se ele for de curta durao, sua energia ser pequena.Para uma senide, a relao entre o valor de pico e o valor RMS igual raiz de 2 (1,41) e denominadoFator de Crista e reflete a deformao do sinal.Alguns especialistas monitoram esse fator e determinam o comeo de alguns defeitos, quando inicia adeformao do sinal, ou quando h surgimento de picos que nem sempre tem energia para mudar o valorRMS.

FV = const.

F

A = const.

F

d = const.


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13.1. Valor de Pico

o valor da amplitude mxima (positiva ounegativa) tambm chamado de valor de zero apico. Utilizado para medir sinais que mesmo comuma curta durao alcanam picos de amplitudealta. Um exemplo so vibraes geradas porengrenagens, que por no ter liberdade demovimento geram sinais de baixa energia porm

com altos picos de amplitude. Utilizamos essamedida na tcnica de Acelerao.

13.2. Valor de pico-a-pico

Mede a diferena entre o mximo positivo e omximo negativo. Em anlise de vibraomediremos o deslocamento relativo eixo-mancal(no caso de mancais de deslizamento) utilizando ovalor de pico-a-pico.

13.3. Valor RMS (ou valor Eficaz)

Utilizado quando queremos mensurar aquantidade de energia contida em um sinal. Umaforma de onda pode ter um valor alto de pico, masuma curta durao, o que resulta em umaquantidade pequena de energia. Em anlise devibrao medimos o sinal de velocidade em RMS,que justamente onde buscamos encontrardefeitos relacionados falhas mecnicas

(Desbalanceamento, desalinhamento, folgas) quegeram sinais com grande energia.

14. Medidas de AmplitudeNesse exemplo temos um sinal de grande energia,logo, a melhor medida para represent-lo seria seuvalor RMS , que no caso de uma senoide dadopela expresso:

Nesse caso, o sinal embora de curta durao,atinge um pico bem elevado. A determinao dovalor de pico se d pela leitura direta, que nessecaso :


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15. Normas de medidas de vibraes:Muitos especialistas comeam usando um dos critrios de vibrao padronizados (Normas) como

um guia para julgamento da condio de mquinas. Algumas Normas, como NBR 10082, especificamlimites de vibrao, que dependem apenas da potncia da mquina e do tipo de fundao. Muitos critriosde aplicao comuns so baseados na medida do valor RMS da velocidade de vibrao sobre um faixa de10Hz a 1.000Hz, embora a prtica mostre que possvel encontrar muitas componentes importantes emfreqncias mais elevadas.

Embora os valores absolutos sugeridos por esses critrios no sejam sempre relevantes, eles somuito teis por indicarem o significado de vrios graus de aumento dos nveis de vibrao. Por exemplo, a

Norma NBR 10082, mencionada previamente, indica que um aumento da ordem de 2,5 vezes (8 dB) nonvel de vibrao uma alterao significativa no estado de funcionamento da mquina. Esse aumento,na verdade, corresponde a largura de uma classe de qualidade. Por outro lado, o aumento de um fator de10 vezes (20 dB) grave, pois uma mquina com essa alterao pode passar da classificao nopermissvel.

Esses fatores de aumento de vibrao, como especificados pelo critrio mencionado, aplicam-sesomente as medidas em nvel RMS, mas tambm podem ser aplicados para a avaliao de componentesindividuais de freqncia obtidas pela anlise de bandas de freqncias.

As medidas de vibrao na superfcie do elemento de mquina refletem as foras cclicas que estosendo transmitidas naquele ponto. A medida da velocidade real de vibrao proporcional no apenas sforas envolvidas, mas tambm mobilidade da estrutura naquele ponto. Mobilidade a medida datendncia da estrutura em ser colocada em movimento (inverso da impedncia mecnica). A relao entrea fora de excitao, mobilidade e a velocidade de vibrao resultante, ilustrado no esquema abaixo, em

funo da freqncia.

O espectro de freqncia resultante resultado da multiplicao, ponto a ponto, do espectro dafora de excitao pelo espectro da mobilidade.

As caractersticas de mobilidade das mquinas normalmente no se alteram significativamente como tempo, e podemos assumir que, se o nvel de vibrao num ponto, numa determinada freqncia,dobrar, o nvel de fora tambm ter dobrado, naquele ponto e naquela freqncia.

A mobilidade pode diferir significativamente de uma mquina para outra, de maneira que umaindicao mais confivel da condio da mquina obtida por alteraes relativas, isto , especificando aBASELINE de referncia ou nvel de referncia e permitindo um fator fixo de alterao para representaruma modificao do estado de funcionamento. Este mtodo pode ser utilizado para a maioria dasmquinas.

A prtica tem mostrado que para componentes de freqncia at 1000 Hz, um aumento de 2,5vezes (8 dB) deve ser considerado uma alterao significativa na condio, necessitando de investigao,e um aumento de 10 vezes (20 dB) a partir da condio de referncia significa a necessidade de reparoimediato como sugerido pela Norma ISO e outros critrios. Para componentes de freqncia acima de4000 Hz, esses fatores podem cautelosamente serem aumentados para 6 vezes.Estas colunas esto divididas em trsclasses de mquinas: Pequenas (at15kW), Mdias (15 a 75kW) e grande (maiorque 75kW). A norma especifica que estasmedidas devem estar restritas na faixa de10 a 1000Hz.Com isso foi possvel definir um parmetromelhor para o nvel global de vibraes.Como vimos em um exemplo anterior, dizerque uma mquina esta vibrando com umnvel global de 1m/s2 ou de 50 m/s2 podeno ser muito significativo, se no tivermosalgum valor medido anteriormente paracomparao.Mas dizer que uma mquina est comvibrao de 20mm/s pode ser preocupantemesmo sem conhecimento prvio damquina.


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15.1. Medidor de Vibrao de Nvel Global

O medidor de vibrao de nvel global um instrumentocapaz de medir o valor global de vibrao (pico ou RMS),em uma extensa faixa de freqncia, que depende dasnormas e padres aplicveis. Pelo seu funcionamento,este instrumento mede a vibrao total resultante daao de todas as freqncias presentes no sinal devibrao, dentro da faixa considerada. As medies socomparadas com padres gerais (Normas) ou valores de

referncias estabelecidos para cada mquina. Acondio da mquina assim avaliada no campo, com omnimo de dados.

O medidor de vibrao de nvel global um instrumento com grande capacidade de deteco demau funcionamento de mquinas, porm possui capacidade limitada para a identificao e diagnstico,tarefas estas que devem ser realizadas por analisadores por Transformada de Fourier.

15.2. Monitorao permanente de vibrao em mquinas

Nas mquinas ou equipamentos considerados crticos, aMONITORAO PERMANENTE DE VIBRAO constitui umpapel importante na eficincia do controle de manuteno daplanta.A monitorao permanente empregada principalmente para

dar avisos imediatos de uma alterao repentina na condiode mquinas de custos elevados e no duplicadas, cujacontinuidade de operao vital para o processo de produo.As falhas so detectadas imediatamente, ou dentro de minutosda ocorrncia e dispara um alerta ou um sinal de alarme na salade controle da planta, tal que medidas apropriadas possam sertomadas antes que falhas catastrficas ocorram.

Esses sistemas so largamente empregados em indstrias de gerao de energia,petroqumica e usinas nucleares, em turbinas, bombas de alimentao de caldeiras,compressores de gs, bombas de refrigerao do ncleo de reatores, etc.Um requisito principal de todos os sistemas de monitorao permanente a

confiana operacional extremamente alta, a estabilidade e imunidade a condiesambientais adversas e irregulares que podem causar falsos alarmes. Projetosmecnicos rigorosos, capazes de operar em condies de umidade e poeira,juntamente com testes ambientais de acordo com a norma MIL, geralmente,satisfazem a esses requisitos.

Instrumentos robustos tais como: acelermetros, cabos e caixas de juno que podem tambm trabalharem temperaturas elevadas esto disponveis para essas aplicaes. No caso da existncia de muitospontos de medidas, por economia, utilizamos mdulos multiplexadores conectados em um nico mdulomedidor. Nesse caso, o multiplexador passa continuamente pelos canais escolhidos, parando em cadacanal por um perodo de tempo antes de passar automaticamente para o prximo.Atualmente muitos desses sistemas esto disponveis com comunicao com microcomputadores tal que,os pontos de medida so continuamente monitorados, sendo os dados registrados automaticamente, para

serem analisados quando necessrio. Alm disso, os microcomputadores, quando devidamenteprogramados podem realizar diversos tipos de anlise de vibrao, dependendo do tipo de equipamentoou do sintoma que este equipamento vem apresentando.

O registro do aumento dosnveis para um ou maiscomponentes de freqncia,sobre um nmero de medidasperidicas, possibilita amonitorao da tendncia dosnveis dessas componentes emfuno do tempo para as falhasem desenvolvimento.

Grfico de tendncia com valores de alarmes

A curva resultante conhecida por GRFICO DE TENDNCIA pode ser extrapolada no tempo paraindicar quando a condio atingir limites perigosos, para que a manuteno possa ser marcadaantecipadamente para uma data conveniente.


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16. Associando os defeitos de mquinas e vibraes mecnicasCada componente da mquina gera uma vibrao com uma freqncia caracterstica:


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17. Transformada Rpida de Fourier (FFT)

A Transformada de Fourier, batizada emhomenagem a Jean-Baptiste Joseph Fourier, uma ferramenta matemtica capaz detransformar um sinal do domnio do tempo parao domnio da frequncia.A vibrao de uma mquina um movimentofsico. Os transdutores de vibrao convertemeste movimento em um sinal eltrico e os

analisadores processam ento este sinal.

Transformada de Fourier (FFT).

Em casos onde se deseja realizar a anlise defreqncia sobre um sinal, torna-se necessriaa utilizao de um sistema capaz de executar aTRANSFORMADA RPIDA DE FOURIER(FFT) do sinal, que uma ferramentamatemtica capaz de transformar um sinalrandmico, peridico ou transitrio, numa sriede Fourier equivalente, denominado

ESPECTRO DE FREQUNCIA.

Este instrumento baseia-se na propriedade de que qualquer sinal pode ser decomposto numa srieinfinita de componentes de freqncia que representa o mesmo sinal no domnio da freqncia. Cadacomponente de freqncia dessa srie pode ser relacionada ao funcionamento dinmico de determinadade mquina.

A utilizao desse tipo de instrumento permite que seja levantado o espectro de freqncia dereferncia para cada ponto de medida denominada ASSINATURA DA MQUINA ou BASELINE. Dessaforma possvel comparar espectros de freqncia de mquinas sob suspeita com seus espectros dereferncia, identificar as alteraes, relacion-las com as freqncias caractersticas de falhas dos

diversos elementos de mquinas, e assim, proceder ao diagnstico.Medidores de Vibrao simples, tais como os mencionados no pargrafo anterior, medem o nvel de

vibrao global sobre uma faixa larga de freqncia. O nvel medido reflete o nvel de vibrao dascomponentes de freqncia dominantes, que so as componentes mais importantes para seremmonitoradas. Mas quando o mesmo sinal de vibrao analisado em freqncia (FFT), o nvel de muitascomponentes, possivelmente tambm importantes so revelados.

Em geral, quanto mais estreita a banda de freqncia da anlise, mais cedo podem ser detectadasas falhas em desenvolvimento. Mas por outro lado, quanto mais estreita a largura da banda de freqncia,mais tempo a anlise levar.

A deteco de falhas nos estgios iniciais, juntamente com o diagnstico e previso de quebrastorna-se possvel com o uso de instrumentos capazes de separar as freqncias presentes no sinal devibrao. Atravs do estudo da mquina analisada, possvel correlacionar cada componente defreqncia, com o comportamento dinmico dos elementos de mquina. A capacidade de separao de

freqncias depender da largura do filtro utilizado pelo instrumento. Quanto mais estreita a largura dofiltro, mais fcil ser a separao de freqncias muito prximas e conseqentemente, mais fcil ser adeteco de falhas.

No apenas os aumentos de nveis em componentes de freqncia fornecem indicao de falhas,mas tambm a freqncia em que elas ocorrem indica qual parte da mquina est se deteriorando. Paracada ponto de monitorao, desbalanceamento, desalinhamento, eroso em mancais, quebra de dentesde engrenagens, etc., tero suas freqncias caractersticas que podem ser reveladas com o auxlio daanlise de freqncia. As tabelas de defeitos, apresentadas mais adiante, ilustram esta relao.


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18. Desbalanceamento

O desbalanceamento a causa maiscomum das vibraes de mquinas e causado por uma m distribuio demassa em um elemento girante, ou seja,

o centro de massa no coincide com ocentro geomtrico do elemento emquesto.Este desequilbrio de massa provocauma vibrao no eixo econseqentemente um desgasteprematuro nos mancais e rolamentos.

O desbalanceamento ocorre sempre nafreqncia de rotao da mquina(1xRPM), com o nvel de vibrao nosentido radial (vertical e horizontal).

Essa massa, que est girando em tornodo eixo, gera uma fora centrfuga quefora o eixo em todos os sentidos e,conseqentemente, provoca umavibrao.

A fora do desbalanceamento dada pela frmula:

Onde:F = fora (kg);p = massa (g);n = Rotao (RPM);r = Raio (m).

Para balancear um rotor, necessrio determinar a localizao e o peso do Heavy Spot (PontoPesado). O Heavy Spot o lugar onde existe a excessiva distribuio de massa radial. No possvelidentificar visualmente este, mas podemos identificar a localizao do High Spot (Ponto Alto), que

localizao radial onde o rotor ou eixo tem o maior deslocamento durante a rotao. Existe uma correlaodeterminstica entre o heavy spot e o high spot. Para rotores que giram em velocidades abaixo davelocidade crtica, o heavy spot e o high spot esto praticamente no mesmo ngulo. No entanto, o heavyspot e o high spot vo se defasando com o aumento da rotao, at estarem defasados 180 depois decruzar a velocidade crtica. Se o rotor continuar a aumentar a velocidade e cruzar novamente outravelocidade crtica, o high spot defasa mais 180 at o high spot coincidir com o heavy spot novamente.Esta mudana de fase entre o high spot e o heavy spot continua enquanto as velocidades crticas soultrapassadas.

O procedimento de balanceamento envolve medies de fase para localizar o high spot, edeterminar a relao dele com o heavy spot, e encontrar a magnitude do desbalanceamento ao medir ainfluencia dos pesos de correo. Para determinar o desbalanceamento, essencial aprender como umrotor responde a uma massa que o faria ficar desbalanceado:

Quando um peso de desbalanceamento adicionado a um rotor perfeitamente balanceado:Ele vibra a uma frequncia de 1x RPM.A fase medida ser constante.Se o peso de desbalanceamento dobrar ento a amplitude vibrao tambm dobra, o que implicaque a amplitude proporcional a fora de desbalanceamento (A amplitude de vibrao umindicador de severidade de desbalanceamento).Se a localizao do peso de desbalanceamento for modificado a fase do vetor medido ir mudar. (Afase proporcional localizao do peso de desbalanceamento).

Se o peso de desbalanceamento mudar no sentido horrio certo nmero de graus, a fase sendomedida se mover de forma igual no sentido oposto, ou seja, no sentido anti-horrio.

893653

2npr

F


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18.1. Mtodos de Balanceamento

Existem basicamente dois mtodos de balanceamento: 1 plano e 2 planos.

O Balanceamento de 1 plano recomendado nos casos em que a

pea a ser balanceada possui umarelao entre o comprimento edimetro menor que 0,5, porexemplo discos, polias,ventiladores etc.

Pea a ser balanceada em 1 Plano.

O Balanceamento de 2 planos recomendado nos casos em que apea a ser balanceada, possui umarelao entre o comprimento e odimetro maior que 2 por exemplo

rotores, cilindros, etc. Nestescasos, h influncia dodesbalanceamento de umaextremidade na outra. Por isso ha necessidade de se corrigir ambosos planos ao mesmo tempo.

Pea a ser balanceada em 2 Planos.

18.2. Qualidade do Balanceamento

A norma ISO 1940 trata da qualidade de balanceamento de rotores rgidos. Para tanto, sodefinidos diversos graus de qualidade de balanceamento, que so denotados pela letra G seguida de umnmero varivel entre 0,4 e 4000.

A ttulo de ilustrao, vamos descrever alguns tipos de mquinas que se enquadram em algumasclasses:

G 4000 Virabrequins de motores martimos lentosG 250 Virabrequins de motores diesel rpidos com 4 cilindrosG 40 Rodas de automveis; eixos de transmissoG 6,3 Ventiladores; volantes; rotores de bombasG 2,5 Turbinas a gs e a vapor; acionamento de mquinas ferramenteirasG 0,4 Fusos de retificadoras de alta preciso; giroscpios

.


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18.3. Mquinas de Balanceamento

18.3.1. Mquinas para Balanceamento Esttico

Exclusivas para balanceamento de um plano.Geralmente usadas para balanceamento de rodas. Avantagem seu baixo custo e operao segura. Adesvantagem que no possvel corrigir pesos cujafora seja menor ou igual ao atrito.

Balanceamento Esttico.

18.3.2. Mquinas com Mancais Rgidos

Devido sua estrutura ser robusta, so usadas para obalanceamento de peas pesadas e prprias parabalanceamento de 2 planos.Em cada mancal so instalados sensores de foramuito sensveis, usados para medir a fora centrfugaresultante do desbalanceamento.

Balanceadora Mancal Rgido.

18.3.3. Mquinas com Mancais Flexveis

As mquinas com mancais flexveis so limitadasquanto ao peso, mas possuem alta sensibilidade.Como a pea a ser balanceada apoiada sobrelminas de ao, os mancais oferecem isolao dorestante da estrutura.

Balanceadora Mancal Flexvel.

18.3.4. Programa de balanceamento

Esse programa calcula os pesos de correo para osdois planos, subtraindo as interferncias entre eles.Indica a qualidade do balanceamento e emite relatriodos resultados.


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19. Harmnicas

Harmnicas so frequncias mltiplas de umafrequncia fundamental.Para uma frequncia f, as harmnicas possuemos valores nas frequencias 2f, 3f, 4f, etc.

A srie observada na figura chamada deharmnicos da freqncia fundamental. Aprimeira onda da srie (1) geralmente denominada de freqncia fundamental.Observa-se que a forma de onda fundamentalcom harmnicas foi adicionada acima, a ondaresultante vista na figura uma forma de ondaquadrada mais complexa.Aplicando a Transformada Rpida de Fourier(FFT), consegue-se separar as freqncias quecompem a forma de onda.

Transformada de Fourier da forma de onda quadrada.

20. Desalinhamento

O desalinhamento pode ser definidocomo sendo a no coincidncia entre oeixo de simetria de dois veios colineares.Os sintomas vibratrios dodesalinhamento no espectro oaparecimento de componentes 1x e 2xRPM na direo radial (horizontal evertical) e na direo axial uma

componente 1x RPM.

Espectro de Desalinhamento.

20.1.1. Desalinhamento Angular

O desalinhamento angular ocorre quandoo eixo de rotao de dois veios forma umngulo.

20.1.2. Desalinhamento Paralelo

O desalinhamento paralelo ocorrequando o eixo de rotao entre os doisveios paralelo.

20.1.3. Desalinhamento Combinado

Na grande maioria dos casos odesalinhamento uma combinao dodesalinhamento angular e paralelo

O desalinhamento pode ser causado por erros de montagem, recalque de fundaes, dilataotrmica, deformao da estrutura ou travamento do acoplamento.


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21. RessonnciaUma vibrao livre em uma frequncia natural chamadaressonncia. Todo objeto tem uma frequncia natural que determinada por suas caractersticas da massa e da rigidez.Se um gongo golpear um sino, o sino soa em sua prpria frequnciacaracterstica, que sua frequncia natural. O evento gongo -golpeando vibrao forada, visto que soar do sino vibrao livre.H um mtodo simples para encontrar a frequncia natural de todo oobjeto ou sistema, chamado o teste da coliso.

Ressonncia no Domnio do Tempo

Teste Coliso

Com este mtodo, um sensor de vibrao colocado no corpo cuja freqncia natural requerida.Usando um martelo de impacto, A pea golpeada e a forma de onda do tempo ou o FFT so coletados.A freqncia dominante observada a freqncia natural do corpo. Diretamente aps o impacto, o corpoexibe vibraes livres em sua prpria freqncia natural. A amplitude da vibrao reduz logartmicamente.O teste da coliso simples e usado extensivamente na prtica. uma maneira rpida e exata deencontrar as freqncias de ressonncia das estruturas.

21.1. Ressonncia Esttica

A ressonncia esttica uma freqncia naturalde componentes no dinmicos ou estacionriosda mquina e dos membros estruturais.A ressonncia esttica um fenmeno que noest associado geralmente com a freqncia derotao de nenhuma mquina. A fonte deressonncia esttica pode ser toda a fonte deenergia que coincidir com a freqncia natural dequalquer componente estacionrio.

21.2. Ressonncia Dinmica

Ocorre quando a frequncia natural de uma estrutura girando, tal como um rolamento ou umconjunto do rotor em um ventilador, excitada atravs da rotao da mquina. Na maioria de casos, arotao a responsvel por excitar a frequncia natural do componente dinmico. Em consequncia, oequipamento girando projetado para operar em rotaes fora das frequncias naturais do conjunto.Se a frequncia de rotao for alterada para fora da zona de ressonncia, a vibrao anormal desaparece.

21.3. Rotao Crtica

Sempre que a freqncia de rotao combina com a freqncia natural de um sistema, a amplitudeaumenta significativamente, esta amplitude muito mais alta que a amplitude gerada pelodesbalanceamento. Esta circunstncia chamada de rotao crtica.As altas amplitudes de vibrao em rotaes crticas podem ser catastrficas para todo o sistema e devem

ser evitadas. Alm do exemplo da freqncia natural de um rotor, a ressonncia estrutural pode tambmoriginar das fundaes de sustentao, das caixas de engrenagens ou mesmo das correias damovimentao.


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As freqncias naturais de um sistema no podem ser eliminadas, mas podem ser deslocadas a algumaoutra freqncia por vrios mtodos. Outra caracterstica de freqncias naturais que elas permanecema mesma independente da rotao, isto ajuda sua deteco.

22. FolgasA folga, que pode acontecer nos planos verticais e horizontais, pode gerar vibraes que podem ser

identificadas no espectro do sinal (FFT). Em alguns casos, a freqncia fundamental (1X) excitada. Emoutros, uma componente da freqncia em 11/2 dos mltiplos da rotao do eixo (0.5X, 1.5X, 2.5X, etc.)est atual. Em quase todos os casos, h harmnicos mltiplos.

22.1. Folgas Verticais

A folga mecnica no plano vertical gerauma srie de componentes harmnicos esubharmnicos da freqncia.Na maioria dos casos os subharmnicosso aproximadamente metade daamplitude dos componentes harmnicos.O impacto da mquina ao alcanar o limitesuperior do curso gera uma componenteda freqncia em um meio dos mltiplos(isto , subharmnicos) da rotao.Enquanto a mquina retorna sua posiooriginal, um impacto maior ocorre quegera os harmnicos da rotao.A diferena na amplitude entre osharmnicos e subharmnicos causadapelos efeitos da gravidade. Enquanto afora est sendo gerada pra cima, agravidade resiste fora.Conseqentemente, a fora do impactoque gerada enquanto o p da mquinacontata o parafuso a diferena entre afora gerada pra cima e a gravidade.Enquanto a mquina volta para a posioinicial, a fora da gravidade combina coma fora gerada para baixo. A fora doimpacto do p da mquina com afundao a soma da fora da gravidadee da fora gerada pra baixo.

Freqncias naturais discretas em membros estruturais

Espectro caracterstico de Folga na Vertical

22.2. Folgas Horizontais

A folga horizontal gera uma combinaoda primeira (1) e segunda (2)harmnica. Durante um ciclo da rotao,a deflexo mxima dos ps da mquinaem ambos os lados do ponto morto gera

uma freqncia duas vezes (2) arotao do eixo conforme o movimentohorizontal.

Existem outras formas de folga mecnica (alm do movimento vertical e horizontal dos ps damquina) que so tpicos de mquinas de processo. A maioria das formas de folga mecnica resulta emum aumento na amplitude da vibrao na rotao fundamental do eixo (1). A folga gera uma ou maisharmnicas (isto , 2, 3, 4, ou combinaes dos harmnicos e dos sub-harmnicos).

Entretanto, nem toda folga gera este perfil clssico. Por exemplo, o rolamento e os afastamentosexcessivos da engrenagem no geram harmnicos mltiplos. Nestes casos, os perfis da vibrao contemas freqncias originais que indicam a folga, mas o perfil varia dependendo da natureza e da severidadedo problema.


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22.3. Folgas em Mancais e Eixos

23. EngrenagensToda engrenagem gera uma freqnciacorrespondente ao conjunto deengrenagem. A freqncia fundamental doengrenamento igual ao nmero dosdentes da engrenagem vezes a velocidade(RPM) do eixo.

Feng = z1.N1 = z2N2

onde: (N1, N2)velocidade de rotao;

(z1, z2)nmeros de dentes das engrenagens.

Os conjuntos de engrenagem criam umasrie de bandas laterais ou modulaesque so visveis em ambos os lados dafreqncia primria do engrenamento.

Todos os picos tm amplitudes baixas enenhuma freqncia natural daengrenagem excitada se a caixa deengrenagens estiver ainda em umacondio boa. As bandas laterais em tornoda freqncia principal e de seusharmnicos so comuns. Estes contm ainformao sobre falhas da caixa deengrenagens. Conforme o defeito dasengrenagens aumenta, as bandas lateraissofrem alteraes na simetria.Em geral, as falhas distribudas como aexcentricidade e o desalinhamento da

engrenagem produziro as bandas lateraise os harmnicos que tm a amplitudeelevada perto da freqncia doengrenamento. As falhas localizadas taiscomo dentes rachados produzem asbandas laterais que so espalhadas maisextensamente atravs do espectro.

Espectro de Engrenagem.

Defeitos em engrenagens podem ocorrer devido a desgastes, trincas ou ruptura dos dentes, errosde usinagem, montagem, ajuste incorreto ou operao inadequada.Freqncias acima de 8KHz so comuns na identificao de defeito de engrenamento.


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23.1.1. Comportamento Normal

23.1.2. Desgaste nos Dentes

23.1.3. Excntrica/Folgas

23.1.4. Desalinhamento de engrenagens


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24. Rolamentos e a tcnica de Envelope

No caso especfico de mancais de rolamentos onde,vibraes de outras fontes no predominam, possvel detectar deteriorao de mancais em seusestgios ainda iniciais.Quatro freqncias de rotao so associadas comos rolamentos: a freqncia de gaiola (FTF),rotao da esfera/rolo, defeito na pista externa edefeito na pista interna. Os seguintes so definies

das abreviaturas que segue:

BD = dimetro da esfera;PD = dimetro da pista;

= ngulo de contado da esfera;n = nmero de esferas;

= rotao relativa entre a pista interna e externa(rps).

24.1.1. Freqncia de Gaiola (FundamentalTrain Frequency FTF)

A gaiola do rolamento gera o FTF enquanto gira emtorno das pistas do rolamento. Ela espaacorretamente as esferas ou os rolos dentro daspistas do rolamento, de fato, amarrando oselementos junto e fornecendo a sustentaouniforme. Alguma frico existe entre os elementose as pistas do rolamento, mesmo com lubrificaoperfeita. Esta frico transmitida gaiola, que faz

com que gire em torno das pistas do rolamento.Porque este um movimento fricodirigido, agaiola gira muito mais lenta do que a pista internado rolamento. Geralmente, a taxa da rotao ligeiramente menor de 0,5 da rotao do eixo. OFTF calculado pela seguinte equao:

FTF = Fr (1-(BD/PD))

24.1.2. Freqncia de rotao da esfera(Ball-Spin Frequency BSF)

Cada um das esferas ou dos rolos dentro de umrolamento gira em torno de sua prpria linha centralenquanto gira em torno das pistas do rolamento.Este movimento girando a rotao da esfera, quegera a freqncia (BSF) em uma assinatura davibrao. A velocidade da rotao determinadapela geometria do rolamento (isto , dimetro daesfera ou o rolo, e pistas de rolamento) e

calculada pela seguinte equao:

BSF = (1PD/2BD) Fr (1-(BD/PD)2cos )

24.1.3. Freqncia da Pista Externa (Ball-Pass Outer-Race BPFO)

A esfera ou os rolos que passam na pista exteriorgeram a freqncia da pista exterior (BPFO), que calculada por:

BPFO = (n/2)Fr (1-(BD/PD) cos ))

24.1.4. Freqncia da Pista Interna (Ball-Pass Inner-Race BPFI)

A rotao da esfera na pista interna gera afreqncia rotatria (BPFI). A pista interna gira namesma velocidade que o eixo e as esferas giramem uma velocidade mais lenta. Geram umafreqncia de passagem que pode ser determinadapor:

BPFI = (n/2)Fr (1+(BD/PD) cos )

Nos estgios iniciais de falhas, os picosresultantes dos pulsos de vibrao tm

pouca influncia sobre o valor RMS, egrande influncia sobre o valor de Pico.Dessa forma, medida que adeteriorao do rolamento aumenta, arelao entre o Valor de Pico e o ValorRMS aumenta consideravelmente(aproximadamente de 3 para 10 vezes).

Monitorao do Rolamento pelo Fator de Crista.

Por outro lado, nos estgios mais avanados de falhas, os defeitos j no apresentam grande influnciasobre o valor de Pico, porm o valor RMS, nesse instante, sofrer grande alterao. A relao entre ovalor de Pico e o valor RMS, denominada Fator de Crista, volta, ento, a reduzir-se paraaproximadamente 3 vezes. Dessa forma, possvel, acompanhar a evoluo da condio de rolamentos,atravs da monitorao do Fator de Crista.


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Os defeitos nos elementos rodantes e/oupistas so responsveis por pulsos de vibraoem alta freqncia que podem ser medidosatravs de um processo de demodulao dosinal, denominado Envelope. Esta tcnica daanlise da vibrao usada extensivamentepara a deteco de falha nos rolamentos.Para compreender o conceito de envelope ede demodulao, ser apresentado um

rolamento com defeito na pista interna. Cadavez que uma esfera passa no defeito da pista gerado um pulso de alta freqncia.

Exemplo de um rolamento com defeito na pista

Enquanto as esferas passam sobre odefeito da pista, o rolamento continuaa gerar altas freqncias. No o instantedo impacto da esfera no defeito, aamplitude da vibrao atinge o seumximo valor, depois do qualcomeam a ressoar at os impactosseguintes da esfera. Este processocontinua infinitamente causando uma

forma de onda, como na figura. Esferas passando do defeito da pista.

O circuito responsvel poresse processo dedemodulao compostopor:

Um filtro passa alta, que responsvel porremover as baixasfreqncias e as grandesamplitudes que dificultama deteco.

Um retificador e um filtropassa-baixa, que extraema envoltria dasvibraes livres excitadaspelos impactos.

Exemplo de um sinal com defeito de rolamento.


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25. Notas sobre diagnoses de falhasComo o aumento do nvel de vibrao normalmente indica o desenvolvimento de uma falha, resta

ento localizar a falha num elemento particular da mquina. Medidas de vibrao de nvel global fornecemmuito pouca informao que ajude a identificar as falhas. A medida do fator de crista ou envelope podemisolar a falha em um mancal de rolamentos, mas somente com o espectro de frequncia ser possvelobter o diagnstico preciso da falha em desenvolvimento.

Procurar falhas em mquinas, em geral, envolve um trabalho de detetive. O espectro de freqnciaconstitui a pista principal, que o aumento do nvel de vibrao em uma ou mais freqncias conhecidas.

Na diagnose de falhas de mquinas, isto equivalente a conhecer as freqncias de vibraocaractersticas de uma possvel falha e encontrar aquelas que coincidem com as freqncias que sofreramaumento nas componentes.

Isto implica no estudo inicial das especificaes e desenhos de engenharia para cada mquina,fazer um plano esquemtico e registrar nele as caractersticas geomtricas e dinmicas do equipamento,tais como: o nmero de plos do motor, as velocidades de rotao, nmero de dentes das engrenagens,os dados das esferas/rolos dos mancais de rolamentos, etc. Atravs de clculos simples, estes dados soconvertidos nas freqncias caractersticas que compem o espectro de freqncia esperado no caso dedesenvolvimento de falhas.

25.1. Tabela de identificao de falhas

Tipo de defeito Freqncia predominante Observaes

Desbalanceamento 1x NCausa mais comum deproblemas de vibrao emmquinas. (Predominante nadireo radial)

Desalinhamento

1 x N Sempre2 x N Comumente3&4xN Raramente

Segunda principal causa devibrao em mquinas.(Direo radial e axial)

Defeitos em rolamentos(esferas,rolos, etc.)

Freqncia de impactos doselementos do rolamento.Vibrao, tambm em altasfreqncias (2 a 60 KHz)relacionadas com ressonncia daspistas dos rolamentos.

Nveis de vibrao aleatrios,com caractersticas de choques.Freqncia de impactos (Hz):

Folga entre mancais ealojamento

Sub-harmnicos exatos da rotaodo eixo (1/2 ou 1/3 x N)

Oil WhirlAproximadamente metade darotao do eixo(42% a 48% x N)

Aplicvel apenas a mancais dedeslizamento, em mquinas dealta rotao.

Oil WhipSub-harmnico coincidente com avelocidade crtica do eixo.

Aplicvel apenas a mancais dedeslizamento em mquinas comvelocidade de rotao superior aduas vezes a velocidade crticado eixo

Defeitos em Engrenagens

Freqncias de engrenamento dos

dentes (Nd x N ) e harmnicos

Nd = Nmero de dentes

Bandas laterais em torno dafreqncia de engrenamento

indicam modulao na freqnciacorrespondente ao espaamentoentre as freqncias das bandaslaterais.

Folgas mecnicasMltiplos da velocidade de rotaodo eixo

Sub-harmnicos, em algunscasos

Vibrao devido a correiasMltiplos da velocidade de rotaoda correia e harmnicos.

Mquinas alternativasMltiplos da velocidade de rotaodo eixo

Vibrao em motores eltricos. 1 x Nel.1 x Nrot.

60 e 120 Hz.

Vibrao com caracterstica debatimento, devido proximidadeentre a velocidade de rotao doeixo e a velocidade de rotao docampo magntico.


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26. Montanto um Banco de Dados necessrio que se conhea o perfil de funcionamento da mquina que estamos a analisar. Em

funo disso definiremos os parmetros de coleta e a sistemtica de anlise.Se no soubermos dimensionar corretamente o banco de dados, partes importantes do sinal de

vibrao podem ser perdidas, e diagnsticos incorretos podem ser emitidos.Um banco de dados bem elaborado aquele que recebe os sinais importantes emitidos pela

mquina, reala os eventos mais significativos, e tudo isso sem deixar de lado a praticidade da coleta.

As perguntas corretas

O que estou procurando? Que tipos de problemas podem ocorrer nesse equipamento? O que esperado, em termos de vibrao, de uma mquina como essa?

26.1. Pea fundamental: Datasheet da Mquina

Identificao do equipamento; Dados de placa; Marcao dos pontos de coleta; Identificao dos componentes:

Rolamentos(Marca, modelo, sufixos);

Engrenagens(numero de dentes...);

Polias (dimetro, n de canais); Correias (quantidade, modelo);

Fotos relevantes; Breve histrico de manuteno;

Se possvel, atrelar o datasheet aorelatrio.


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26.2. Marcao dos Pontos de Coleta

26.2.1. Exemplo 1:

26.2.2. Exemplo 2:


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27. A organizao de um programa de manuteno pela condioOs tcnicos j empregados na manuteno da planta constituem a equipe mais apropriada para

realizar as medidas nas quais a manuteno pela condio baseada. Suas experincias anteriores comas mquinas os ajudaro na deteco de falhas, alm disso, essas pessoas, instintivamente, esto maisbem preparadas para notar quaisquer irregularidades relacionadas com o funcionamento das mquinas,tais como, vazamento de vapor, lubrificadores quebrados, etc.

importante que o pessoal seja instrudo com o objetivo da monitorao da condio e como elapode racionalizar a manuteno. A experincia tem mostrado que, identificando-se com o projeto, opessoal torna-se mais motivado em obter resultados mais positivos.

O nmero de homens-hora para funcionar o sistema de monitorao da condio depende dainstrumentao utilizada e, claro, do nmero de pontos monitorados. Num programa piloto com poucomais de 50 pontos a serem medidos e/ou analisados por ms, apenas uma pessoa capaz de realizartoda a operao.

Monitorando apenas o nvel global ou fator de crista, um tcnico pode monitorar at 1500 pontos porms. Realizando a anlise de espectro apenas nos casos em que os grficos de tendncia indicaremalterao da condio normal.

27.1. Implantao

Uma vez selecionadas as mquinas a serem monitorados, os pontos de medida so identificados epreparados para a fixao fcil do transdutor de vibrao. Nas mquinas que necessitam anlise defreqncia numa faixa maior do que o habitual, tais como redutores, compressores de parafuso e algunscasos de mancais de rolamentos, os pontos de fixao devem ser preparados para uma fixao adequadados transdutores, em funo da resposta dos sensores em alta freqncia.

A seqncia na qual cada mquina e ponto de medida deve ser monitorada especificado norelatrio de medida junto com as informaes sobre as condies de funcionamento necessrias. Isto importante porque medidas subseqentes iro revelar a tendncia apenas se elas foram feitas na mesmacondio de operao. Da mesma forma, devem ser registrados e informados os ajustes necessrios parao instrumento medidor de vibrao, para cada mquina, em funo de suas caractersticas previamenteconhecidas, para que todos os registros sejam obtidos nas mesmas condies de medida.

O tempo mdio normal de operao entre falhas para uma mquina indicar os intervalos peridicosde medida. Pelo menos 6 medidas devem ser planejadas para este perodo para dar uma capacidade depreviso razovel.Em mdia um intervalo entre medidas de um ms bastante razovel. Entretanto, em casos deequipamentos crticos para a operao, ou equipamentos com velocidade de rotao muito alta, ointervalo entre medies deve ser reduzido.Existem inclusive equipamentos que devem ser monitorados continuamente a partir de monitores devibrao permanentemente instalados. Normalmente inicia-se o programa com intervalos reduzidos econservativos. Aps a implantao, esses intervalos so modificados, conforme a experincia adquiridacom as medies.

Os detalhes das caractersticas dinmicas de cada mquina tais como velocidade de rotao doseixos, velocidades crticas dos eixos, ressonncias, nmero de elementos rotativos dos mancais e suasdimenses, nmero dos dentes das engrenagens, etc., devem ser registrados. Isto possibilita que sejalevantado quadro de diagnstico de referncia para cada mquina, no qual devem ser relacionadas sprincipais componentes de freqncia que devem ser pesquisadas, durante a medida de vibrao, assimcomo os nveis admissveis globais ou por componentes. Essas informaes podem ser armazenadas emdisquetes para que sejam consultadas, sempre que necessrio.

recomendvel que, ao implantar-se o programa, ou cada vez que uma mquina seja reparada,

seja levantado o espectro de freqncia para todos os pontos pertencentes mquina para servirem dereferncia para as medidas futuras.


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28. Avaliao do Curso de Anlise de Vibraes

A) Quanto ao material didtico apresentado durante o Curso de Anlise deVibraes:

1) O curso proporcionou informaes novas e relevantes.( )2) O aprofundamento dado ao curso foi adequado.( )3) O curso foi muito profundo.( )

4) O curso foi bem estruturado.( )5) A proporo entre as partes tericas e prticas foi adequada.( )6) O material apresentado foi adequado.( )7) Os equipamentos e estrutura da sala foram adequadas.( )

B) Quanto ministrao deste curso:

1) Todas as dvidas apresentadas foram esclarecidas.( )2) As dvidas foram completamente esclarecidas.( )

3) O tempo de curso foi adequado.( )4) O conhecimento do palestrante foi adequado.( )

C) Quanto ao curso como um todo:

1) O objetivo do curso foi atingido.( )2) No houve dificuldades para acompanhar o curso.( )3) Minha expectativa em relao ao curso foi satisfeita.( )

1. Concordo plenamente 2. Concordo

3. Mais ou menos 4. Discordo

5. Discordo plenamente 6. No observado


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Questes abertas:

1) Cite os pontos positivos do curso e suas razes.

2) Cite os pontos negativos do curso e suas razes.

3) O que voc modificaria neste curso?

4) Qual a sua experincia anterior com anlise de vibraes?

5) Voc indicaria este curso para algum?

Sim. No.

Preencha o campo abaixo apenas se voc quiser se identificar: Qual o seu nome, e-maile empresa?

Nome:E-mail:Empresa:


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29. Notas:

apostilavibracoes

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