diego lilargem rocha campos dos goytacazes / rj...
TRANSCRIPT
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
ANÁLISE DE VIBRAÇÕES EM EQUIPAMENTOS ROTATIVOS DE
UMA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
DIEGO LILARGEM ROCHA
CAMPOS DOS GOYTACAZES / RJ
2014
2
DIEGO LILARGEM ROCHA
ANÁLISE DE VIBRAÇÕES EM EQUIPAMENTOS ROTATIVOS DE
UMA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense como requisito parcial para a conclusão do Curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial.
Orientador: Prof. Flávio Nassur Espinosa
CAMPOS DOS GOYTACAZES / RJ
2014
3
Este trabalho, nos termos da legislação que resguarda os direitos
autorais, é considerado propriedade institucional.
É permitida a transcrição parcial de trechos do trabalho ou
menção ao mesmo para comentários e citações desde que não tenha
finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade
dos autores e não definem uma orientação da instituição.
4
Monografia intitulada ANÁLISE DE VIBRAÇÕES EM EQUIPAMENTOS
ROTATIVOS DE UMA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA elaborada por Diego Lilargem
Rocha e apresentada publicamente perante a Banca Avaliadora, como parte dos
requisitos para conclusão do Curso Superior de Tecnologia em Manutenção
Industrial do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense.
Aprovada em 09/09/14
Banca Avaliadora:
Prof. Flávio Nassur Espinosa. (M.sc.)
IFF/ Manutenção Industrial.
(Orientador)
Prof. Leonardo Peixoto de Oliveira. (M.sc.)
IFF/ Engenharia de Controle e Automação.
Prof. Carlan Ribeiro Rodríguez. (Esp.)
IFF/ Manutenção Industrial.
5
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a Deus por tudo que tenho em minha vida. Ele é o
principal responsável por podermos conhecer, entender e estudar os segredos do
universo.
Ao professor Flávio Nassur Espinosa, meu orientador, por toda a dedicação e
conhecimentos fornecidos para a minha pesquisa, pelos valiosos conselhos e pelas
cuidadosas revisões.
Aos funcionários da Purac Sínteses: Fábio Alcântara, engenheiro de
manutenção e Felipe Almeida, técnico de manutenção industrial que facilitaram o
acesso para a execução do trabalho.
Aos meus pais e amigos, que sempre me incentivaram nos momentos mais
difíceis da minha vida.
E por fim, a todos que direta e indiretamente contribuíram para a realização
deste trabalho.
6
Se queres compreender o universo pense em termos de energia, frequência e
vibração.
Nikola Tesla
7
Dedicamos esse trabalho a todos aqueles que se interessam por essa ciência e
todos os profissionais que executam serviços na área de vibrações.
8
Resumo
Esse trabalho busca avaliar as vibrações que frequentemente ocorrem em alguns
equipamentos típicos da indústria. Para tanto foi usado um coletor de vibrações e
seu software de análises para interpretação de dados. Os espectros e formas de
onda coletados serviram de base para diagnosticar defeitos nos equipamentos, e
pela análise da tendência estimar quando as falhas iriam ocorrer, e dessa forma,
intervir neles antes que as falhas se concretizassem. No estudo foi realizado uma
série de coletas de vibrações em uma empresa da região, totalizando 10 coletas.
Também faz parte do trabalho uma breve revisão bibliográfica, montagem adequada
de uma configuração para cada medição executada através do conhecimento dos
componentes dos equipamentos e demonstração dos gráficos de tendência de cada
um dos equipamentos avaliados.
Palavras-chave: espectro de frequência, vibrações de equipamentos, análise de
vibrações, manutenção preditiva.
9
Abstract
This work intends evaluate the vibration that frequently happen in some typical
equipments in industry. For that, it was used a vibration data collector and its
analysis software for data interpretation. The spectras and waveforms collected
served as the basis to diagnose faults in equipment and using the tendency analysis
estimate when this will happen, and this way, intervene them before they happen. In
the study was performed a lot of collect of vibrations in a company, totalizing 10
collects. Also is part of this work a brief bibliography review, the correct assembly of
the configuration to each measurement, through the knowledge of equipments; and
demonstration of graphics tendency for each evaluated equipment.
10
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS...................................................................................................13
LISTA DE TABELAS..................................................................................................19
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS.....................................................................20
CAPÍTULO 1-APRESENTAÇÃO................................................................................21
1.1- INTRODUÇÃO....................................................................................................21
1.2 - OBJETIVO..........................................................................................................23
1.3 - JUSTIFICATIVA.................................................................................................23
1.4 - ESTRUTURA DO TRABALHO...........................................................................23
1.5 - METODOLOGIA.................................................................................................24
CAPÍTULO 2 -MANUTENÇÃO...................................................................................26
2.1 - INTRODUÇÃO...................................................................................................26
2.2 - TIPOS DE MANUTENÇÃO...............................................................................26
2.2.1 - MANUTENÇÃO CORRETIVA........................................................................26
2.2.2 - MANUTENÇÃO PREVENTIVA......................................................................27
2.2.3 - MANUTENÇÃO PREDITIVA..........................................................................28
2.2.4 - MANUTENÇÃO DETECTIVA.........................................................................28
2.2.5 - ENGENHARIA DE MANUTENÇÃO...............................................................29
2.2.6 - MANUTENÇÃO PROATIVA...........................................................................29
CAPÍTULO 3- VIBRAÇÃO.........................................................................................30
3.1 - HISTÓRICO DA VIBRAÇÃO.............................................................................30
3.2 - CONCEITOS E DEFINIÇÕES BÁSICAS..........................................................32
3.3 - ANÁLISE DE FREQUÊNCIA DE VIBRAÇÃO...................................................40
3.4 - FALHAS PROVOCADAS POR ALTA VIBRAÇÃO...........................................43
3.4.1 - DINÂMICAS...................................................................................................43
11
3.4.2 - ELETROMAGNÉTICAS................................................................................52
3.4.3 - AERODINÂMICAS E HIDRODINÂMICAS....................................................56
3.4.4 - DE IMPACTO................................................................................................59
CAPÍTULO 4-PARÂMETROS PARA A CONFIGURAÇÃO DAS MEDIÇÕES.........62
4.1 - PONTOS DE MEDIÇÃO..................................................................................62
4.1.1 - IDENTIFICAÇÃO DOS MANCAIS................................................................62
4.1.2 - DIREÇÃO DA MEDIÇÃO..............................................................................62
4.1.3 - GRANDEZA MEDIDA...................................................................................63
4.2 - PARÂMETROS DE MEDIÇÃO........................................................................63
4.2.1 - MEDIÇÕES EM DESLOCAMENTO.............................................................63
4.2.2 - MEDIÇÕES EM VELOCIDADE....................................................................64
4.2.3 - MEDIÇÕES EM ACELERAÇÃO...................................................................65
4.2.4 - MEDIÇÕES DE ENVELOPE DE ACELERAÇÃO.........................................66
4.2.5 - MEDIÇÕES EM ONDA NO TEMPO.............................................................68
4.3 - ALARMES........................................................................................................71
CAPÍTULO 5- ESTUDO DE CASO..........................................................................74
5.1 - APRESENTAÇÃO DO EQUIPAMENTO COLETOR E SOFTWARE DE ANÁLISE DE VIBRAÇÕES......................................................................................74
5.2 - IDENTIFICAÇÃO DO AMBIENTE...................................................................78
5.3 - IDENTIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS......................................................79
5.3.1 - ESPECIFICAÇÕES E CONFIGURAÇÕES DAS MEDIÇÕES DO MOTO-VENTILADOR..........................................................................................................80
5.3.2 - ESPECIFICAÇÕES E CONFIGURAÇÕES DAS MEDIÇÕES DA MOTO-BOMBA....................................................................................................................84
5.3.3 - ESPECIFICAÇÕES E CONFIGURAÇÕES DAS MEDIÇÕES DO MOTO-REDUTOR...............................................................................................................89
CAPÍTULO 6- ANÁLISES DOS ESPECTROS COLETADOS..................................97
6.1 - ANÁLISES DO MOTO-VENTILADOR..............................................................98
12
6.2 - ANÁLISES DA MOTO-BOMBA........................................................................105
6.2.1 - MOTOR.........................................................................................................105
6.2.2 - BOMBA.........................................................................................................110
6.3 - ANÁLISES DO MOTO-REDUTOR..................................................................117
6.3.1 - MOTOR.........................................................................................................117
6.3.2 - ADAPTADOR................................................................................................119
6.3.3 - REDUTOR.....................................................................................................121
CONCLUSÕES........................................................................................................127
SUGESTÕES ..........................................................................................................128
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................129
13
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Primeiro sismógrafo da humanidade
(Fonte:www.fisicafascinante.com.br)..........................................................................30
Figura 2:Forma de onda senoidal no tempo (Fonte: www.csolutions.com.br)...........33
Figura 3: Onda no tempo com as diferentes leituras para amplitude.
(Fonte: Forum.clubedohardware.com.br)...................................................................33
Figura 4: Diferenças em um domínio temporal.
(Fonte: www.Wordpress.com.br)................................................................................34
Figura 5: Demonstração da variação da amplitude em função da relação W/Wc
(frequência do sistema sobre a frequência natural), em várias curvas com diversos
amortecimentos.
(Fonte: Apostila do instituto superior técnico)............................................................35
Figura 6: Forma de onda com baixa amplitude (Fonte: www.sofisica.com.br)..........37
Figura 7: Forma de onda com alta amplitude e frequência igual a forma de onda da
figura 6. (Fonte: www.sofisica.com.br).......................................................................37
Figura 8: Superposição das duas ondas anteriores.
(Fonte: www.sofisica.com.br).....................................................................................38
Figura 9: Batimento modulado por duas frequências próximas(acima), elevação da
amplitude da frequência pela proximidade de sua frequência de ressonância
(abaixo). (Fonte: www.kdataserv.fis.fc.ul.pt)..............................................................39
Figura 10: Domínio temporal com modulação de frequência.
(Fonte: www.wordpress.com).....................................................................................40
Figura 11: Várias formas de onda juntas que geram a onda resutante.....................40
Figura 12: Formas de onda e espectro de frequência característico de um diapasão,
pistão de motor e conjunto de engrenagens.
(Fonte: www.feb.unesp.br).........................................................................................41
Figura 13: Demonstração da captura de um sinal no domínio temporal e
reapresentado no domínio da frequência em FFT.
(Fonte: www.mecatronicaatual.com.br)......................................................................42
Figura 14: Massa gerando um desbalanceamento.
(Fonte: www.guhring.com.br).....................................................................................44
Figura 15: Espectro de um desbalanceamento.
(Fonte:www.acervodigital.unesp.br)...........................................................................44
14
Figura 16: Demonstração de um espectro de frequência de um desalinhamento.
(Fonte: www.acervodigital.unesp.br)..........................................................................45
Figura 17: Desalinhamento paralelo
(Fonte: www.blogdamecanica.com.br).......................................................................46
Figura 18: Desalinhamento angular
(Fonte: www.blogdamecanica.com.br).......................................................................46
Figura 19: Espectro de frequência mostrando roçamento.
(Fonte: Apostila de análise de vibrações)..................................................................47
Figura 20: Espectro característico de folga.
(Fonte: www. acervodigital.unesp.br).........................................................................48
Figura 21: Folga estrutural em um mancal.
(Fonte: www.acervodigital.unesp.br)..........................................................................48
Figura 22: Folga demonstrada no domínio temporal.
(Fonte: www.furg.br/piccoli/apostila)..........................................................................49
Figura 23: Tipos comuns de
excentricidade.(Fonte:www.blogdamecanica.com.br)................................................50
Figura 24: Desalinhamento de correias.
(Fonte: blogdamecanica.com.br)................................................................................55
Figura 25: Estator e rotor com suas ranhuras e barras respectivamente.
(Fonte: Apostila de análise de vibração)....................................................................52
Figura 26: Funcionamento de um inversor de frequência
(Fonte: Manual WEG de inversores de frequência)...................................................55
Figura 27: Espectro de cavitação (Fonte: www.blogdamecanica.com.br).................57
Figura 28: Mancal de filme de óleo
(Fonte: www.furg.br/piccoli/apostila/análise e diagnóstico de vibrações)..................58
Figura 29: Análise de uma máquina com turbilhonamento
(Fonte: www.furg.br/piccoli/apostila/análise e diagnóstico de vibrações)..................59
Figura 30: Rolamento traseiro 6318-C3 à direita e defeito na pista interna do
rolamento traseiro 6318-c3 (Fonte: www.mecatronicaatual.com.br)..........................60
Figura 31: Onda no tempo de dente de engrenagem trincado.
(Fonte:www.blogdamecanica.com.br)........................................................................61
Figura 32:Identificação dos pontos nos mancais de um equipamento Horizontal,
Vertical e Axial nos parâmetros de velociada e envelope
15
(Fonte:Tecnologia 01dB Brasil-Infrared Service-ThermanSoluções).........................63
Figura 33: Ábaco de severidade em deslocamento em mils (milésimo de polegada).
(Fonte: www.macallisterpowersystem.com)...............................................................64
Figura 34:: Gráfico de intensidade de vibração nos parâmetros de velocidade (pol/s -
pico) e aceleração (G - pico).
(Fonte:Apostila de análise de vibração).....................................................................66
Figura 35: Demonstração do funcionamento de um envelope nas frequências de
impacto. (Fonte: apostila da SKF)..............................................................................67
Figura 36: Demonstração do domínio temporal
(Fonte: www.wordpress.com.br).................................................................................68
Figura 37: Configuração da faixa de alarmes do software.........................................71
Figura 38: Demonstração dos tipos de alarmes do software EDIAG. DG – Danger e
AL- Alarm...................................................................................................................72
Figura 39: Coletor movilog (Fonte: Procedimento para análise de vibração utilizado
coletor movilog 2 e software EDIAG2.2.0).................................................................76
Figura 40: Imagem da tela do coletor Movilog (Fonte: Procedimento para análise de
vibração utilizado coletor movilog 2 e software EDIAG2.2.0)....................................76
Figura 41: Imagem de entrada do software Ediag.....................................................77
Figura 42: Imagem da tela de monitoramento do software Ediag..............................77
Figura 43: Acelerômetro. (Fonte: www.meas-spec.com/product/vibration)................78
Figura 44: Purac Sinteses Campos dos Goytacazes (foto)........................................79
Figura 45: Desenho do moto-ventilador da caldeira...................................................80
Figura 46: Moto-ventilador da Purac (foto da vista ampla).........................................81
Figura 47: Moto-ventilador da Purac detalhe (foto)....................................................81
Figura 48: Configurações para os defeitos no moto-ventilador..................................83
Figura 49: Desenho da Moto-Bomba.........................................................................84
Figura 50: Moto-Bomba da Purac (foto).....................................................................85
Figura 51: Moto-bombas da Purac (foto)...................................................................86
Figura 52: Configurações para os defeitos no moto-bomba......................................88
Figura 53: Desenho do moto-redutor na Purac Sínteses (esquerda), croqui do
adaptador do conjunto (direita e acima) e croqui do redutor de 3 estágios (direita e
abaixo)........................................................................................................................90
Figura 54: Moto-redutor da Purac Sínteses (foto de vista ampla)..............................92
16
Figura 55: Moto-redutor da Purac (foto).....................................................................92
Figura 56: Moto-redutor da Purac (foto).....................................................................93
Figura 57: Moto-redutor da Purac (foto).....................................................................93
Figura 58: Configurações para os defeitos no moto-redutor......................................96
Figura 59: Espectro de envelope de aceleração do motor da caldeira mancal 2V 4°
Coleta.........................................................................................................................98
Figura 60:Espectro de envelope de aceleração mostrando 3º harmônico do 2Fl
elevado no motor da caldeira mancal 2V 6º Coleta...................................................99
Figura 61: Espectro envelope de aceleração mostrando 3º harmônico da 2Fl elevado
no motor da caldeira mancal 2V 9º Coleta...............................................................100
Figura 62: Espectro envelope de aceleração no motor da caldeira mancal 2H 10°
Coleta.......................................................................................................................100
Figura 63: Sinal de onda no tempo motor da caldeira mancal 2H 1° Coleta...........101
Figura 64: Sinal de onda no tempo motor da caldeira mancal 2H 6º Coleta...........101
Figura 65: Espectro em aceleração de banda larga mostrando a frequência de
pulsos no mancal 2H 2° Coleta................................................................................102
Figura 66: Espectro em aceleração de banda larga mostrando a frequência de
pulsos no mancal 2H 9° Coleta................................................................................103
Figura 67: Espectro em aceleração com zoom X2 mostrando a frequência de pulsos
no mancal 2H 10° Coleta.........................................................................................103
Figura 68: Gráfico de tendência mancal 1H............................................................104
Figura 69: Gráfico de tendência mancal 2V.............................................................105
Figura 70: Espectro de frequência em velocidade do motor da bomba mancal 1H 1°
Coleta– Desalinhamento.........................................................................................106
Figura 71: Espectro de frequência em velocidade do motor da bomba mancal 1H 3°
Coleta – Desalinhamento........................................................................................106
Figura 72:Mesmo espectro de frequência da figura 71 com um zoom no pico que
mais se destaca.......................................................................................................107
Figura 73: Espectro em velocidade do motor da bomba 1H 9° Coleta –
Desalinhamento.......................................................................................................108
Figura 74: Mesmo espectro da figura 73 com zoom no maior pico.........................108
Figura 75: Espectro em velocidade do motor da bomba mancal 1H 10°
Coleta.......................................................................................................................109
17
Figura 76: Mesmo espectro da figura 75 com zoom no 2°harmônico......................109
Figura 77: Gráfico de tendência do mancal 2H........................................................110
Figura 78: Espectro em envelope de aceleração da bomba mancal 3H 1°
Coleta.......................................................................................................................111
Figura 79: Envelope em aceleração da bomba mancal 3H 6° Coleta......................111
Figura 80: Envelope em aceleração da bomba mancal 3V 9° Coleta......................112
Figura 81: Envelope de aceleração da bomba mancal 3H 6° Coleta.......................113
Figura 82: Envelope de aceleração com alta resolução da bomba mancal 4H
1°Coleta....................................................................................................................114
Figura 83: Onda no tempo mostrando o problema no rolamento da bomba
mancal4H4ºcoleta....................................................................................................114
Figura 84: Onda no tempo mostrando o problema no rolamento da bomba mancal
4H7º coleta...............................................................................................................115
Figura 85: Onda no tempo mostrando o problema no rolamento da bomba mancal
3H10ºcoleta..............................................................................................................115
Figura 86: Gráfico de tendência se mantém estável, bomba 3H aceleração
global........................................................................................................................116
Figura 87: Gráfico de tendência decaindo, bomba 4H aceleração
global........................................................................................................................117
Figura 88: Frequência de engrenamento1 visível em um espectro de aceleração do
motor mancal 1H 8° Coleta......................................................................................118
Figura 89: Frequência de engrenamento 1 vista em um espectro de aceleração no
motor mancal 1H 9° Coleta......................................................................................118
Figura 90: Gráfico de tendência do motor mancal 2H.............................................119
Figura 91: Espectro em velocidade do adaptador no mancal 3H 9° Coleta...........120
Figura 92: Gráfico de tendência do adaptador mancal 3H......................................120
Figura 93: Espectro em aceleração da frequência de engrenamento de entrada do
redutor mancal 5H 5° Coleta....................................................................................121
Figura 94: Espectro em aceleração da frequência de engrenamento de entrada do
redutor mancal 5H 8° Coleta....................................................................................122
Figura 95: Espectro em aceleração da frequência de engrenamento de saída mancal
7H 7° Coleta.............................................................................................................122
18
Figura 96: Onda no tempo mostrando a rotação do eixo de entrada mancal 8V 8º
coleta........................................................................................................................123
Figura 97: Onda no tempo mostrando a rotação do eixo de entrada mancal 7V
3°coleta....................................................................................................................123
Figura 98: Sinal de onda no tempo do redutor mancal 6V 6°
Coleta.......................................................................................................................124
Figura 99: Sinal de onda no tempo do redutor mancal 7V 6° Coleta.......................124
Figura 100: Gráfico de tendência do redutor mancal 7H em aceleração
global........................................................................................................................125
Figura 101: Gráfico de tendência do redutor mancal 8H em aceleração
global........................................................................................................................126
19
LISTA DE TABELAS
TABELA 1: ISO 10816 PARA PARÂMEROS EM VELOCIDADE..........................65
TABELA 2: TABELA DE ROLAMENTOS DO MOTO-VENTILADOR....................81
TABELA 3: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFIETOS DO MOTOR DO MOTO-
VENTILADOR........................................................................................................82
TABELA 4: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFEITOS DO VENTILADOR DO MOTO-
VENTILADOR........................................................................................................82
TABELA 5: TABELA DE ROLAMENTOS DA MOTO-BOMBA..............................85
TABELA 6: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFEITOS DO MOTOR DA MOTO-
BOMBA..................................................................................................................86
TABELA 7: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFEITOS DA BOMBA DA MOTO-
BOMBA..................................................................................................................87
TABELA 8: TABELA DOS ROLAMENTOS DO MOTO-REDUTOR......................91
TABELA 9: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFEITOS DO MOTOR DO MOTO-
REDUTOR.............................................................................................................94
TABELA 10: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFEITOS DO ADAPTADOR DO MOTO-
REDUTOR.............................................................................................................94
TABELA 11: TABELA DOS POSSÍVEIS DEFEITOS DA CAIXA REDUTORA DO
MOTO-REDUTOR.................................................................................................95
20
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
RMS – Raiz da Média Quadrática (Root Mean Square)
RPM – Rotação por Minuto
FFT – Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transformer)
ISO –International Organization for Standardization
Bpfo – Frequência de falhas da pista externa
Bpfi – Frequência de falhas da pista interna
Bsf – Frequências de falhas de elementos rolantes
Btf – Frequência de falhas da gaiola
CA – Corrente Alternada
CC – Corrente Contínua
Fr- Frequência de Ranhuras
Fb – Frequência de Barras
Fe – Frequência de engrenamento
Fee – Frequência de engrenamento de entrada
Fes – Frequência de engrenamento de saída
BPF – Frequência de pás (Blade Pass Frequency)
Ne – Rotação do eixo de entrada
Ni – Rotação do eixo intermediário
Ns – Rotação do eixo de saída
2FL – 2X Frequência de rede
21
CAPÍTULO I
1- Apresentação
1. 1 - Introdução
Já há tempo a manutenção deixou de ser uma função desvalorizada. Esse
antigo conceito de que a manutenção era um estorvo que atrapalhava a produção,
“patinho feio” dentre as outras modalidades da empresa, já não existe mais. Hoje é
de conhecimento geral que a manutenção e a produção andam juntas. A produção
necessita da manutenção para seguir trabalhando com alta confiabilidade nos
equipamentos, disponibilidade dos mesmos e qualidade no produto final.
Neste cenário não existe mais espaços para improvisos e arranjos. O pessoal
da área deve estar qualificado e equipado para evitar falhas, e não apenas corrigi-
las. A visão atual da manutenção é a de que não ocorram paralisações que não
sejam programadas, o que atrapalharia o andamento da produção. As paradas de
operação devem ser pontuais, agindo diretamente nos modos de falhas para que
essas não evoluam em defeitos, falhas ou gerando colapso no equipamento,
garantindo a disponibilidade da função dos equipamentos, de modo a atender a um
processo de produção com confiabilidade, segurança, preservação do meio
ambiente e custos adequados.
Por tudo isso é muito utilizado hoje a manutenção preditiva, na qual é possível
monitorar a condição do equipamento continuamente durante o seu funcionamento.
As técnicas de manutenção preditiva utilizam dessas condições do equipamento
para nos fornecer dados para a análise de como o equipamento está operando.
Dependendo do calor, ruído, falta de óleo ou vibração, as máquinas podem operar
fora ou dentro das condições normais.
Nesse trabalho as análises de vibrações mecânicas nos equipamentos
industriais serão estudadas mais a fundo. A análise de vibração mecânica consiste
no estudo do comportamento vibratório da máquina voltado para a manutenção.
Vale lembrar que a análise de vibração não repara a falha. Ela indica a possível
origem da causa da vibração e suas consequências, ficando a cargo dos
responsáveis executarem os devidos reparos no equipamento.
22
No início, a análise de vibração constituía apenas de uma observação
cuidadosa do comportamento da máquina e, na maioria das vezes, reforçada com
manutenções frequentes. Instrumentos elementares eram, muitas vezes, usados
para medir e registrar os valores a partir dos quais se baseavam a detecção de
falhas e as decisões de manutenção. Este método exigia pessoal de manutenção
altamente treinado e experiente para garantir operação eficiente e evitar falhas
catastróficas.
Com o desenvolvimento da instrumentação analógica foram desenvolvidos
aparelhos para facilitar os procedimentos de análise, porém eles ainda eram
pesados e incômodos. Com o desenvolvimento de microprocessadores os circuitos
puderam ter dimensões e peso dos instrumentos reduzidos, permitindo que os
dados pudessem ser manipulados em alta velocidade.
Uma característica muito importante da análise de frequência foi à computação
eficiente do FFT (Fast-Fourier-Transformer) de medições multicanal e a capacidade
de armazenar os dados para decisões futuras. A armazenagem de dados por longo
prazo tornou-se prática comum.
Algumas empresas já desenvolveram conjuntos de software que permitem que
todo o processo da máquina seja monitorado automaticamente, realizando todo o
trabalho de análise de medição e diagnóstico de problemas, seguida de estratégias
de ação e manutenção.
Os resultados de um sistema de monitoramento de vibração detectam,
diagnosticam e localizam condições de operação defeituosas em seu estágio inicial,
a fim de prevenir falhas graves. Por exemplo, a detecção inicial de um defeito em um
mancal de uma caixa de engrenagem e a possibilidade de troca imediata pode evitar
uma grave avaria na roda dentada. Falhas que excedam os níveis de vibração,
como por exemplo durante os procedimentos de liga e desliga da máquina, reduzem
o seu tempo de vida útil.
23
1.2 – OBJETIVO
O objetivo desse trabalho é demonstrar a aplicação da análise de vibração
mecânica como técnica de manutenção preditiva atuando na indústria. Os softwares
e coletores de análise de vibração cada vez mais modernos possibilitam a
visualização dos mais variados tipos de frequências presentes nas máquinas. Pela
análise dos espectros de vibração é possível determinar se tais frequências poderão
ou não vir a se tornar problemas nas máquinas.
1.3 – JUSTIFICATIVA
Como existem poucos trabalhos em português sobre interpretação de
espectros de frequências e a prática de análise de vibrações, achou-se necessário
que a instituição (INSTITUTO FEDERAL FLUMINENSE) pudesse contar com um em
seu acervo bibliográfico.
Esse trabalho serve como um guia. Um guia explicitando sobre um roteiro para
a prática da análise de vibração feita nas indústrias que usam dessa técnica
preditiva. Os dados dos equipamentos, os parâmetros de vibração utilizados na
captura de espectros, gráficos de tendência e a análise de resultados são elementos
básicos da prática.
E por fim, que esse trabalho possa ajudar aos futuros alunos que queiram
enveredar-se por essa área, facilitando na hora de entender os conceitos teóricos
aprendidos dentro da sala de aula e juntá-los com a prática da rotina de coleta de
dados executada na planta das empresas. Que ele possa ser fonte de futuros
trabalhos, assim como a monografia PROCEDIMENTO PARA ANÁLISE DE
VIBRAÇÃO UTILIZANDO COLETOR MOVILOG 2 E SOFTWARE EDIAG 2.2.0 foi
para esse trabalho.
1.4 – Estrutura do Trabalho
Este trabalho está estruturado em 6 capítulos da seguinte forma:
24
Capítulo 1 – Apresentação do assunto, descrevendo a introdução, a motivação,
o objetivo, a estrutura de montagem e a metodologia.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica da parte de manutenção, o histórico e os
tipos de manutenção.
Capítulo 3 – Revisão bibliográfica a respeito de vibração, o histórico de uso
pela humanidade, suas definições básicas, apresentação de ondas no tempo e
espectros FFT e os tipos de falhas em equipamentos industriais.
Capítulo 4 – Configurações no software para a rota de coleta de vibrações,
necessária no equipamento coletor de vibrações. Explicações sobre os pontos de
medições nas máquinas, os parâmetros de medição e os alarmes utilizados.
Capítulo 5 – Estudo de caso, demostrando o equipamento utilizado na coleta
de dados, local aonde foi realizada, os equipamentos escolhidos, as características
dos equipamentos escolhidos e os tipos de falhas que os equipamentos podem vir a
apresentar.
Capítulo 6 –Interpretação dos espectros de frequência e ondas no tempo
coletadas no Estudo de Caso e demonstração dos seus gráficos de tendência.
Ao final encontra-se a conclusão, as sugestões e a bibliografia consultada.
1.5– Metodologia
Este trabalho foi desenvolvido conforme a seguinte metodologia:
1° Pesquisa bibliográfica sobre o tema de vibrações mecânicas visando
manutenção, o histórico da vibração e leitura de espectros.
25
2° Estudo do software EDIAG 2.2.0 e do coletor movilog 2, utilizando-os em
equipamentos da escola.
3° Estudo de caso, utilizando o coletor de vibrações na prática na coleta de
dados de vibração na empresa Purac Sínteses em Campos dos Goytacazes.
26
Capítulo II
2. Manutenção
2.1 - Introdução
Com o passar dos anos a manutenção evoluiu. O que antes consistia apenas
em consertar os equipamentos que falhavam, hoje, se transformaram em técnicas
avançadas de manutenção que buscam sempre a melhoria continua. Com esse
avanço, surgiram projetos cada vez mais complexos, com exigências de
conhecimento técnico em níveis cada vez maiores, o que demanda uma atualização
constante dos profissionais da área de manutenção.
Uma tendência é que a área de manutenção nas empresas passa a ser
considerada estratégica, pois por meio da manutenção sistemática é possível
antecipar-se e evitar falhas que poderiam ocasionar paradas imprevistas dos
sistemas produtivos. Da mesma forma, é possível detectar uma situação onde já se
espera a ocorência de falha, e programar-se para uma intervenção em oportunidade
mais apropriada, sem prejudicar os compromissos de produção assumidos.
2.2 - Tipos de manutenção:
Existem diversos tipos de manutenção, os abordados nesse capítulo serão:
manutenção corretiva (não planejada e planejada), manutenção preventiva,
manutenção preditiva, manutenção detectiva, engenharia de manutenção e
manutenção proativa.
2.2.1. Manutenção corretiva:
2.2.1.1. Manutenção corretiva não planejada:
Esse tipo de manutenção ocorre quando o equipamento já esta com a
ocorrência da falha, e esta ocorre de forma inesperada. Nesse caso não há tempo
para a preparação de componentes e nem de planejar o serviço.
27
Do ponto de vista do custo de manutenção, esse tipo tem custo menor do que
prevenir falhas nos equipamentos. Porém, pode causar grandes perdas por
interrupção da produção.
2.2.1.2. Manutenção corretiva planejada:
Assim como a corretiva não planejada, esse tipo de manutenção ocorre quando
o equipamento já esta parado por falha. Porém, nesse caso, ocorre uma preparação
prévia para a manutenção no equipamento, ou seja, a falha já é esperada.
Normalmente esse tipo de manutenção é adotado quando, sabe se que o
equipamento vai entrar em colapso, por meio do acompanhamento preditivo do
equipamento, e decidem em operar até a quebra. A corretiva planejda também pode
ocorrer por: negociação de parada do processo produtivo com a equipe de
operação, aspectos ligados à segurança, melhor planejamento dos serviços,
garantia de ferramental e peças sobressalentes, necessidade de recursos humanos
tais como serviços contratados.
2.2.2. Manutenção preventiva:
Trata-se de atuação da manutenção em períodos de tempos, determinados
previamente, realizada de maneira a reduzir ou evitar a falha ou a queda no
desempenho do equipamento,
Utilizando dados estatísticos de arquivos ou históricos disponíveis nas
empresas procura-se determinar o tempo provável em que ocorrerá a falha, pois
sabe-se que esta poderá ocorrer mas não se pode determinar exatamente quando.
Pode-se, ainda, reduzir a probabilidade de falhas pelo fato de a manutenção ser
programada com antecedência, sendo o ônus desta paralisação, substancialmente
baixo.
A grande desvantagem desse tipo de manutenção, é o fato de ter que parar a
produção de um equipamento, que esta operando em perfeitas condições, apenas
por ter chegado a hora da manutenção. Em algumas situações, a manutenção
forçada no equipamento acaba tendo um efeito inverso que se queria obter, ou seja,
ocorre a introdução de falhas que antes não existiam.
28
2.2.3. Manutenção preditiva:
Também é conhecida como manutenção sob condição ou manutenção com
base no estado do equipamento. Nesse caso tenta-se definir o estado futuro de um
equipamento ou sistema, por meio dos dados coletados ao longo do tempo por uma
instrumentação específica, verificando e analisando a tendência de variáveis do
equipamento. Esses dados coletados, por meio de medições em campo como
temperatura, vibração, análise físico-química de óleos, ensaios por ultrassom,
termografia, permitem um diagnóstico baseado no contexto de uma avaliação
probalística.
Uma vantagem desse tipo de manutenção sobre as comentadas anteriormente,
é que nesse caso, não é necessário a parada do equipamento para a análise de
dados. Pelo contrário, e necessário que o equipamento esteja operando para que
ocorra a coleta de dados. Outra vantagem, é que se diminui os níveis de paradas
indesejadas por manutenções não programadas.
2.2.4 - Manutenção detectiva:
É um tipo de manutenção na qual o nível de automatização é extremamente
alto. Na manutenção detectiva utiliza-se um sistema de proteção automatizado
buscando detectar falhas ocultas, ou seja, falhas não percepitíveis ao pessoal de
manutenção e operação.
Enquanto na manutenção preditiva, ocorre o diagnóstico a partir da medição
dos parâmetros do equipamento, na detectiva o diagnóstico é obtido de forma direta,
a partir do processamento de informações colhidas junto a planta.
O único risco associado a esse processo, é a posibilidade de ocorrer falha no
sistema de detecção de falha, porém, essa é uma possibilidade muito remota.
29
2.2.5 – Engenharia de Manutenção
É a nova concepção de manutenção, praticar engenharia de manutenção é
deixar de ficar consertando continuamente, e começar a procurar formas de se
mitigar as situações de mau desempenho no equipamento e melhorar o
funcionamento do mesmo. A idéia desse processo é deixar de conviver com
problemas crónicos e, buscar melhorias a partir dos feedbacks de operação.
2.2.6 - Manutenção proativa
A manutenção proativa consiste na identificação de uma determinada falha, e
eliminação das causas dessa falha em um equipamento. Nesse tipo de manutenção,
reparar o defeito não é o suficiente, deve-se investigar a fundo a razão pela qual o
equipamento falhou.
A manutenção proativa resulta da combinação da manutenção preditiva com a
preventiva e permite identificar problemas potenciais antes deles acontecerem. A
manutenção proativa é o meio importante de se conseguir economias que não são
alcançadas por técnicas de manutenção convencionais. Seu objetivo principal é
aumentar a vida útil do equipamento em vez de fazer reparos quando nada está
quebrado.
30
CAPÍTULO III
3. Vibração
3.1- Histórico da Vibração
Desde os primórdios a humanidade utiliza a vibração e o som de instrumentos
rudimentares para a utilização e facilitação em determinadas tarefas, por exemplo:
tambores, apitos e instrumentos de percussão. O desenvolvimento da teoria da
vibração é resultante de ciências como matemática e mecânica geral.
Antigamente, utilizava-se um escudo coberto por uma fina camada de bronze
que era encostada ao solo. Dessa maneira, a menor mudança de estado vibratório
do solo produziria uma vibração no escudo que provocaria um som que serviria de
alerta para as pessoas sobre um possível tremor de terra. Este é o primeiro registro
de um transdutor na humanidade. Atualmente os transdutores mais utilizados são
compostos de cristais piezoelétricos, que convertem a energia mecânica das
vibrações das máquinas, em pulsos elétricos que são interpretados como picos e
espectros nos coletores de vibração.
Os primeiros instrumentos de medição de vibração originaram-se na Grécia e
China antiga. Na China surgiu o primeiro sismógrafo criado pela humanidade.
Sismógrafo é o aparelho que registra a intensidade dos terremotos. Os chineses
foram capazes de construir um aparelho que registrava a ocorrência de um abalo
sísmico e indicava a direção de sua procedência.
Figura 1: Primeiro sismógrafo da humanidade (Fonte: www.fisicafascinante.com.br)
31
Dentro da jarra havia um pêndulo imune a pequenos movimentos na
superfície, mas sensível às ondas sísmicas de um terremoto. Oito cabeças de
dragão ladeavam a jarra. Cada uma delas contendo uma bola. No plano inferior da
jarra, em torno dela, oito sapos com as bocas abertas estavam posicionados na
vertical dos dragões. Quando acontecia um tremor de terra a boca de dragão que
estivesse na direção do sismo se abria e deixava a bola cair na boca do sapo. Há
registros de que o aparelho foi de grande utilidade na detecção de movimentos
sísmicos.
Pitágoras foi um dos primeiros a estudar a vibração. Ele fez experiências com
martelos, cordas, placas e tubos. Ele provou, com a sua experiência com martelos
que as frequências naturais são propriedades dos sistemas e não dependem da
magnitude da força atuante.
Galileu foi quem observou a ressonância entre dois corpos conectados por
algum meio de transferência de energia e sintonizados em uma mesma frequência
natural. Ele também estabeleceu formalmente a relação entre o comprimento de um
pêndulo e o seu período de oscilação.
Wallis e Sauveur estudaram os movimentos das cordas vibratórias e o
fenômeno de formas modais. Eles descobriram que a frequência do primeiro modo é
x e a do segundo modo 2x, a do terceiro 3x e assim por diante. A eles são creditado
o termo de frequências harmônicas.
Frahm propôs o absorvedor dinâmico de vibração, que envolve a adição de um
sistema massa-mola secundário para eliminar as vibrações de um sistema principal,
diminuindo a sua amplitude, hoje conhecidos como amortecedores.
Atualmente os estudos na área de vibração estão sendo influenciados pelo
advento de novos computadores que permitem a realização de grandes quantidades
de cálculos em curtos espaços de tempo. Isso permitiu a criação de modelos
32
matemáticos para representar o comportamento de sistemas de grande porte com
muita precisão.
3.2 – Definição e conceitos básicos
Vibração é a descrição de um movimento que oscila em torno de um ponto de
referência que se repete regular ou irregularmente depois de um intervalo de tempo.
A vibração é a resposta a uma dada excitação. O número de vezes de um ciclo
completo de um movimento durante um período de um segundo é chamado de
frequência e é medido em Hertz [Hz]. Se analisarmos os movimentos de um ciclo
completo em um minuto ele é medido em rotações por minutos (RPM), ou ciclos por
minuto (CPM).
A vibração pode consistir de um simples componente ocorrendo em uma única
frequência ou muitos componentes ocorrendo em diferentes frequências
simultaneamente. Um pêndulo ou a corda de um violão são exemplos de vibrações
simples, ou seja, uma única frequência. Os movimentos de um motor de combustão
são exemplos de diferentes frequências atuando no mesmo corpo ao mesmo tempo.
Essas últimas são as situações mais encontradas em engenharia. Estes movimentos
ocorrem em elementos de máquinas e nas estruturas, quando estes estão
submetidos a ações dinâmicas.
É possível marcar a trajetória do movimento oscilatório na forma de onda, em
relação ao tempo que ela leva para se formar. Quando se tem uma única frequência
atuando em um corpo, fica fácil de visualizá-la em uma gráfica amplitude X tempo. A
amplitude da vibração é o que caracteriza e descreve a severidade da vibração. A
amplitude é a medida escalar de oscilação positiva e negativa de uma onda no
tempo, podendo ser medida de diferentes formas: pico, pico a pico e RMS (Raiz da
Média Quadrática).
33
Figura 2: Forma de onda senoidal no tempo (Fonte: www.csolutions.com.br)
Na figura 2 é possível ver uma forma de onda se manifestando duas vezes no
tempo medido. O tempo da onda é de aproximadamente 6s com uma frequência de
0.16 Hz (1/6) e uma amplitude medida em pico.
Para se descobrir o período ou comprimento de uma onda mede-se a distância
de um pico positivo para o outro, como na figura 2. Também pode-se medir a
distância das amplitudes mínimas ou picos negativos, ou seja, aquelas que se
manifestam abaixo do eixo vertical do gráfico.
Na figura 3, tem-se uma imagem da medição da amplitude do sinal de onda
das diferentes formas, como dito anteriormente.
Figura 3: Onda no tempo com as diferentes leituras para amplitude. (Fonte:
Forum.clubedohardware.com.br).
34
O valor de pico-a-pico é usado onde o deslocamento vibratório da máquina é a
parte crítica, por exemplo, com turbomáquinas com mancal de deslizamento. O valor
de pico é usado na indicação de falhas em elementos de alta frequência como falha
em rolamentos e dentes de engrenagens. E o de RMS é uma média global da
vibração, representa a quantidade de energia contida em uma vibração. É indicada
para vibrações de média e baixa frequência relacionadas a dinâmica da máquina. É
de muita importância determinar qual tipo de amplitude de vibração está sendo
associada, pois uma interpretação errada pode alterar bastante um diagnóstico final.
Os principais elementos da vibração são amplitude e frequência, sendo esta o
inverso do período (tempo). Na figura 4, tem-se um gráfico mostrando essas
diferenças numa forma de onda.
Figura 4: Diferenças em um domínio temporal. (Fonte: www.Wordpress.com.br)
A fase ou ângulo de defasagem é a diferença entre a excitação da vibração e a
resposta no sistema. Como se observa na última figura, ao passo que a onda de cor
verde já estava na amplitude máxima, a onda de cor vermelha estava iniciando a
sua trajetória. Ou seja, a resposta para a excitação de vibração no sistema da onda
35
verde ocorreu depois na onda vermelha. A fase também é um diferencial quando se
estuda ondas no tempo.
Dependendo do grau do amortecimento, o sistema terá uma resposta à
excitação mais ou menos imediata. Se o amortecimento é elevado o ângulo de fase
também é elevado. Da mesma forma, para sistemas pouco ou sem amortecimento o
ângulo de fase será bem pequeno. O amortecimento do sistema também influencia
diretamente na amplitude da vibração. Mais amortecimento significa que haverá
mais perda de energia por atrito, o que significa que o sistema não vibrará com tanta
liberdade.
Figura 5: Demonstração da variação da amplitude em função da relação W/Wc (frequência do
sistema sobre a frequência natural), em várias curvas com diversos amortecimentos.(Fonte: Apostila
do instituto superior técnico).
Um sistema massa mola pode vibrar com amortecimento ou sem
amortecimento. Quando com amortecimento viscoso, ele dissipa energia do sistema
vibratório, diminuindo o valor das amplitudes do sistema. Dois fenômenos que
provocam amplitudes elevadas são a ressonância e o batimento.
Ressonância mecânica é um fenômeno que acontece quando um sistema
físico recebe energia por meio de excitações de frequência igual a uma de suas
36
frequências naturais de vibração. Assim, o sistema físico passa a vibrar com
amplitudes cada vez maiores.
Cada sistema físico capaz de vibrar possui uma ou mais frequências naturais,
isto é, que são características do sistema, mais precisamente da maneira como este
é construído. Quanto mais alta for a frequência natural, mais energia será requerida
para produzir uma certa amplitude de vibração. Como por exemplo, um pêndulo ao
ser afastado do ponto de equilíbrio, cordas de um violão ou uma ponte para a
passagem de pedestres sobre uma rodovia movimentada.
Todos estes sistemas possuem suas frequências naturais, que lhes são
características. Quando ocorrem excitações periódicas sobre o sistema, por
exemplo, como quando o vento sopra com frequência constante sobre uma ponte
durante uma tempestade, acontece um fenômeno de superposição de ondas que
alteram a energia do sistema, modificando sua amplitude.
Se a frequência natural de oscilação do sistema e as excitações constantes
sobre ele estiverem com a mesma frequência, a energia do sistema será
aumentada, fazendo com que vibre com amplitudes cada vez maiores.
Um caso muito famoso deste fenômeno foi o rompimento da ponte Tacoma
Narrows, nos Estados Unidos, em 7 de novembro de 1940. Em um determinado
momento o vento começou soprar com frequência igual à natural de oscilação da
ponte, fazendo com que esta começasse a aumentar a amplitude de suas vibrações
até que sua estrutura não pudesse mais suportar, fazendo com que ela rompesse.
O caso da ponte Tacoma Narrows pode ser considerado uma falha humana, já
que o vento que soprava no dia 7 de Novembro de 1940 tinha uma frequência
característica da região onde a ponte foi construída, logo os engenheiros
responsáveis por sua construção falharam na análise das características naturais da
região. Por isto, atualmente é feita uma análise profunda de todas as possíveis
características que possam requerer uma alteração em uma construção civil.
37
Supondo que a frequência de oscilação natural de uma ponte suspensa é dada
por:
Figura 6: Forma de onda com baixa amplitude (Fonte: www.sofisica.com.br)
Ao ser excitada periodicamente, por um vento de frequência:
Figura 7: Forma de onda com alta amplitude e frequência igual a forma de onda da figura 6. (Fonte:
www.sofisica.com.br)
38
A amplitude de oscilação da ponte passará a ser dada pela superposição das
duas ondas:
Figura 8: Superposição das duas ondas anteriores. (Fonte: www.sofisica.com.br)
Se a ponte não tiver uma resistência que suporte a amplitude do movimento,
esta sofrerá danos podendo até ser destruída, como a ponte Tacoma Narrows.
O outro fenômeno que provoca elevação de amplitude é o batimento. Ele
ocorre quando se tem a interferência de ondas ou sinais de frequências próximas. A
superposição dos sinais com frequências próximas resulta num sinal com frequência
igual à média das duas frequências. A manifestação do batimento se dá com uma
vibração de amplitude modulada, variando sua amplitude, o que dará um aspecto de
pulsação.
39
Figura 9: Batimento modulado por duas frequências próximas(acima), elevação da amplitude
da frequência pela proximidade de sua frequência de ressonância (abaixo). (fonte:
www.kdataserv.fis.fc.ul.pt).
Pelo fato de as frequências das ondas diferirem uma da outra haverá
momentos de interferência construtiva onde a amplitude resultante será alta (soma)
e momentos de interferência destrutiva, onde a amplitude será menor (subtração).
Quando essas frequências são muito próximas, fica difícil de identificar a
verdadeira origem, e para isso é necessário se obter um gráfico de amplitude X
frequência (espectro) de alta resolução. Às vezes a vibração é acompanhada de um
ruído, e se a diferença de frequências não for muito reduzida, este evento é
percebido pela audição.
Além da modulação de amplitude, também existe a modulação de frequência.
Na modulação de frequência a forma de onda tem a amplitude constante, porém o
seu período varia continuamente.
40
Figura 10: Domínio temporal com modulação de frequência. (Fonte: www.wordpress.com)
A modulação de frequência pode ser causada por mudanças instantâneas na
velocidade do eixo devido a variações de torque ou vibrações torcionais. Por
exemplo: se a velocidade angular de uma engrenagem varia devido a um defeito
geométrico, como um espaçamento desigual entre os dentes, certamente ocorrerá
uma modulação das frequências de rotação e engrenamento. Também ocorrem em
máquinas de velocidade variável.
3.3 - Análise da frequência da vibração
Como dito anteriormente, um sistema pode consistir em uma única
componente em uma só frequência, ou várias componentes vibrando com
frequências variadas. Em um sistema mais complexo, que são os mais estudados
nos equipamentos industriais, tem-se a ocorrência de múltiplas vibrações ocorrendo
ao mesmo tempo. Elas podem ter frequências, amplitudes e fases diferentes, devido
a várias massas diferentes vibrando.
Figura 11: Várias formas de onda juntas que geram a onda resultante de cor preta.
41
O resultado da “soma” dessas ondas muitas vezes gera uma forma de onda de
difícil compreensão em um gráfico amplitude X tempo, como na figura 11, onde a
forma de onda de cor preta é a junção das demais. Esses componentes podem ser
visualizados plotando a amplitude da vibração X frequência.
O mais importante dos sinais de vibração é o estudo dos componentes
individuais da frequência que é chamado de análise de frequências, uma técnica que
pode ser considerada a principal ferramenta de trabalho nos diagnósticos de medida
de vibração.
O gráfico mostrando o nível de vibração em função da frequência é chamado
de espectro de frequência. Quando se analisa a vibração de uma máquina,
encontra-se um grande número de componentes periódicos de frequência que são
diretamente relacionados com os movimentos fundamentais de várias partes da
máquina. Com a análise da frequência, é possível descobrir as fontes de vibração na
máquina. Dessa forma, descobrir possíveis causas dos problemas.
Vale lembrar que a vibração não é um problema nas máquinas. Vibração é
uma forma de dissipação de energia, que é natural em todos os equipamentos que
executam trabalho. Como se sabe, não é possível transformar toda a energia em
trabalho final do equipamento. A vibração em condições anormais acarretam
problemas nos equipamentos.
Na figura 12, mostra-se a forma de onda (amplitude X tempo) e o espetro
(amplitude X frequência) para diferentes tipos equipamentos que vibram.
Figura 12: Forma de onda e espectro de frequência característicos de um diapasão, pistão de
motor e conjunto de engrenagens. (Fonte: www.feb.unesp.br)
42
Como se observa, fica muito mais simples estudar a vibração por gráficos
amplitude X frequência quando se tem muitas frequências distintas no mesmo
conjunto, como no caso do engrenamento.
Para se transformar o gráfico de onda no tempo em um espectro de frequência,
o equipamento coletor de vibrações faz uso de uma técnica conhecida como
Transformada Rápida de Fourier (FFT - Fast Fourier Transform).
Fourier foi um matemático francês que demonstrou que era possível tomar um
sinal no domínio do tempo e identificar os conteúdos de frequência por uma série de
cálculos de senos e cossenos. A transformada de Fourier é capaz de mostrar os
componentes individuais da vibração separados pelas suas frequências. Ela
estabelece que uma forma de onda periódica complexa, pode ser decomposta em
formas de ondas senoidais individuais e separadas. O sinal de entrada é composto
de muitas ondas de senos diferentes. O FFT é capaz de identificar estas ondas de
senos complexas e as separar em ondas de seno por cada componente
individualizado. Estas ondas de seno separadas são projetadas no eixo da
frequência, obtendo assim um espectro de frequência.
Figura 13: Demonstração da captura de um sinal no domínio temporal e reapresentado no
domínio da frequência em FFT. (Fonte: www.mecatronicaatual.com.br).
43
Pela figura 13 observa-se como é feita a mudança do domínio temporal para o
domínio de frequência. A forma de onda original é decomposta em harmônicos
relacionados. O primeiro harmônico terá a mesma frequência do sinal periódico do
equipamento, enquanto os demais terão frequências que são múltiplos inteiros
desse primeiro harmônico.
Por esse conceito de harmônicos relacionados, é possível estudar o espectro
de frequência FFT e descobrir os picos de frequência que tem relação com o
primeiro sinal periódico. E a partir desse estudo pode-se captar quais são as
frequências normais de funcionamento e aquelas que se manifestam quando o
equipamento encontra se em defeito. Pela frequência com a amplitude elevada
descobre-se a origem do problema e assim torna se possível solucioná-lo.
3.4- Falhas Provocadas por Alta Vibração
A vibração é uma característica sempre presente nos equipamentos dinâmicos,
porém sua ocorrência em níveis elevados pode ser danosa ao equipamento e até
provocar falhas funcionais, gerando problemas tais como: fadiga, desgaste,
afrouxamento, ruído, aquecimento e diversas condições insalubres.
Essas vibrações anormais podem ser devido a diversos fatores distintos, dentre
eles temos: falha do projeto, de fabricação, montagem, manutenção e as
decorrentes da operação do equipamento em si.
As causas de defeitos são agrupadas em categorias diferentes:
3.4.1- Dinâmicas
São falhas que se manifestam na frequência de rotação da máquina e se
apresentam em todas as máquinas. Elas são: desbalanceamento, desalinhamento,
folga, roçamento, folgas na estrutura, folga nas correias e outros.
44
3.4.1.1- Desbalanceamento
O desbalanceamento é uma das causas mais comuns de vibrações em
máquinas. Ele é provocado quando se tem alguma massa no rotor que gera uma
força centrífuga. Pode ser provocado por desgaste ou corrosão do rotor, acumulo de
material no rotor e excentricidade.
Figura 14: Massa gerando um desbalanceamento. (Fonte: www.guhring.com.br)
Manifesta-se em uma vibração com amplitude alta no pico de uma vez a
rotação, 1X (onde X corresponde à frequência de rotação), e quanto maior for a
amplitude mais acentuado será o desbalanceamento. O desbalanceamento tende a
aumentar com o quadrado da velocidade de rotação do equipamento e se manifesta
principalmente nas direções radiais (H e V).
Figura 15: Espectro de um desbalanceamento. (Fonte:www.acervodigital.unesp.br)
Para balancear o rotor novamente, basta igualar a força centrífuga causadora
do desbalanceamento com uma outra força centrífuga contrária. Ela surgirá com a
introdução de uma massa que irá gerar uma força de mesmo módulo e mesma
direção, mas de sentido oposto que irá anular o desbalanceamento.
45
Abaixo segue a fórmula da força centrífuga:
F= m.w².e Sendo:
3.4.1.2 – Desalinhamento
O desalinhamento também é uma fonte de vibração bastante comum em
máquinas rotativas. O desalinhamento normalmente é caracterizado por uma
vibração com uma componente de mais de duas vezes a frequência de rotação, 2x,
acompanhado de elevada vibração axial.
Figura 16: Demonstração de um espectro de frequência de um desalinhamento. (Fonte:
www.acervodigital.unesp.br)
A análise da fase do equipamento constitui uma importante ferramenta para
diferenciar um desalinhamento de um desbalanceamento. Outra forma de se
diferenciá-los é observar o quanto o problema aumenta com o aumento da rotação,
enquanto o desbalanceamento aumenta com o quadrado da rotação, o
desalinhamento aumenta pouco.
Há basicamente dois tipos de desalinhamento: paralelo e angular. O
desalinhamento paralelo ocorre quando as linhas de centro dos eixos das máquinas
não coincidem, não estão alinhadas, nesse caso observa-se alta vibração radial. O
m: massa desbalanceada ou excêntrica
w: velocidade angular
e: distância entre o centro de gravidade da
massa e o centro de rotação
46
desalinhamento angular ocorre quando as linhas de centro do eixo das máquinas se
interceptam, formando um ângulo entre si, nesse caso a vibração axial é a mais
elevada. Frequentemente o que se encontra é a ocorrência de ambos os tipos num
mesmo equipamento, gerando o desalinhamento misto ou combinado.
Figura 17: Desalinhamento paralelo Figura 18: Desalinhamento angular (Fonte: www.blogdamecanica.com.br). (Fonte: www.blogdamecanica.com.br)
Devido a folgas de montagem, dilatações térmicas, imperfeições geométricas e
diferentes condições de operação, um alinhamento aceitável não é isento de
imperfeições. Pode-se tolerar um pequeno desalinhamento no eixo desde que este
esteja dentro de uma faixa mínima que não atrapalhe a operação do equipamento.
3.4.1.3 – Empeno de eixo
O empenamento de eixo pode provocar elevada vibração, sendo um problema
comumente confundido com desbalanceamento e desalinhamento. A execução de
um balanceamento poderá reduzir a vibração provocada, porém raramente irá
eliminá-la. A única solução do problema reside na remoção do empenamento que,
quando viável, pode ser realizado mediante aquecimento ou uso de uma prensa.
Um eixo empenado geralmente causa forte vibração axial em 1x. A vibração
predominante ocorre em 1x se a curvatura estiver próxima do centro do eixo.
Quando a curvatura estiver mais próxima de um dos mancais comumente surgirá um
pico em 2x. A chave para a identificação deste tipo de falha reside na análise da
fase. A fase medida nos mancais entre os quais encontra-se o empenamento
apresentará uma defasagem de 180º na direção axial.
47
3.4.1.4 – Roçamento
O roçamento é o contato eventual entre as partes rotativas e estacionárias de
uma máquina podendo provocar vibrações na frequência de rotação, em seu dobro,
em seus sub harmônicos e até em altas frequências. O roçamento é normalmente
resultado de um eixo empenado ou excentricidade.
O roçamento exibe característica similar à folga mecânica. Geralmente uma ou
mais frequências naturais são excitadas pela fricção. A análise da forma de onda
pode ser bastante útil nesta análise, podendo revelar uma forma de onda
truncada.Com o agravamento do problema pode-se observar também a ocorrência
de impactos. Entretanto, se o roçamento for contínuo, provavelmente não será
possível ver nenhum truncamento. Contudo, esse atrito contínuo pode excitar a
ressonância em algum componente da máquina gerando vibrações de amplitude e
fase instável. O roçamento apresenta sub harmônicos e inter-harmônicos no
espectro de frequência.
Figura 19: Espectro de frequência mostrando roçamento. (Fonte: Apostila de análise de
vibrações).
3.4.1.5 – Folga
A folga é provocada pelo excesso de espaço livre entre elementos rotacionais e
estruturais da máquina. Normalmente a folga ocorre por uma vibração excitada de
outra fonte, como desalinhamento ou desbalanceamento, que aumentam as
pequenas folgas já existentes no equipamento. A folga pode ocorrer também devido
ao desgaste provocado no suporte dos mancais.
Em mancais de rolamento, a folga entre a extremidade do eixo e o suporte do
mancal tende a produzir harmônicos de 1x que podem se estender até 10x. Com o
48
aumento da folga a quantidade de harmônicos e suas amplitudes aumentam. Alguns
picos serão maiores que outros devido à coincidência com alguma ressonância
estrutural ou mesmo por coincidir com outra fonte de vibração da máquina. Quando
a folga se torna excessiva podem surgir harmônicos de meia ordem (0,5x), ou sub
harmônicos. Estes tendem a ser produzidos por atrito ou ocorrência de impactos.
Nesse tipo de folga a fase é instável podendo variar a cada medição, uma vez que o
rotor muda a sua posição no eixo a cada partida.
Figura 20: Espectro característico de folga. (Fonte: www.acervodigital.unesp.br)
A folga pode ser na estrutura do mancal, ou seja, entre um pé e a base,
chamado de folga na base ou folga estrutural. A folga estrutural entre uma máquina
e sua base tende a aumentar a vibração em 1x na direção de menor rigidez. Embora
ocorra normalmente na direção horizontal, a direção na qual haverá maior aumento,
depende da montagem física da máquina. Na ocorrência de folga estrutural
normalmente a diferença de fase medida num mesmo plano entre a máquina e sua
base é de 180º. O afrouxamento da base pode ser provocada por pinos ou
parafusos soltos, corrosão, rachaduras, dentre outros.
Figura 21: Folga estrutural em um mancal. (Fonte: www.acervodigital.unesp.br)
49
Figura 22: Folga demonstrada no domínio temporal. (Fonte: www.furg.br/piccoli/apostila)
3.4.1.6 – Excentricidade
A excentricidade é outra causa comum de vibração em máquinas rotativas. Se
diz que tal componente está excêntrico quando o centro da rotação difere do centro
geométrico.
50
Figura 23: Tipos comuns de excentricidade.(Fonte: www.blogdamecanica.com.br)
Na correia em V da figura (a) a excentricidade provoca variação nas tensões na
correia. Neste caso, a maior amplitude de vibração ocorre na direção de maior
tensão na correia, que ficar alternando de lado, em frequência igual a 1x da polia
excêntrica. Na figura (c) a excentricidade varia com a interação magnética entre o
rotor (armadura) e o estator, criando uma vibração na frequência 1x. O aumento da
carga pode resultar em um aumento da amplitude de vibração. Nas engrenagens
excêntricas da Figura (d) a maior amplitude de vibração ocorre na direção da linha
de centros das engrenagens na frequência 1x da engrenagem excêntrica. Em todos
os casos os sintomas são os mesmos do desbalanceamento.
Em alguns casos o efeito da excentricidade pode ser reduzida através de
balanceamento, mas, em geral, os resultados não são bons. Normalmente o
problema só é corrigido através da montagem correta dos elementos envolvido.
Rotores excêntricos de ventiladores, bombas e compressores também podem
gerar forças vibratórias. Nesses casos, as forças resultam da atuação desigual de
forças aerodinâmicas e hidráulicas sobre o rotor. Os sintomas também são os
mesmos do desbalanceamento. O procedimento é inspecionar a máquina na busca
51
de desgastes, danos ou excentricidade nos mancais, e se as amplitudes não forem
reduzidas significativamente, verificar o balanceamento.
3.4.1.7 – Correias
As correias são umas das mais comuns e significantes fontes vibratórias em
máquinas industriais. As correias em V são muito utilizadas em transmissão de
potência por sua alta capacidade de absorver choques e vibrações. Na maioria dos
casos as correias em V operam mais silenciosamente que correntes e engrenagens,
o que evidencia níveis vibratórios menores. Porém, as correias podem apresentar
problemas tais como: correias desequilibradas, frouxas, desalinhadas, desgastadas
e com trincas, que são fatores provenientes de outros problemas da máquina.
É bastante provável que a correia vibre em função de outros distúrbios na
máquina, sendo apenas um indicador de um problema vibratório. Alguns problemas
que normalmente produzem vibrações em correias são o desbalanceamento
excessivo, polias excêntricas, desalinhamentos e elementos soltos. Um
desalinhamento da máquina, por exemplo, pode ser o responsável de um
desalinhamento da correia.
Deve-se, portanto, investigar profundamente as causas da vibração antes de
efetuar uma troca de correia. O fator chave para determinar a natureza do problema
é a frequência da vibração da correia. Se a vibração da correia é produzida por uma
causa proveniente de outro elemento, então a frequência da vibração estará
associada ao problema gerador. Por outro lado, quando a vibração ocorre por
defeito na correia, a frequência de vibração é igual a frequência da correia que
apresentará harmônicos de sua rotação.
A frequência de correias (Fc) normalmente aparece com múltiplos da rotação,
ela é dada pela fórmula:
Fc = Diâmetro da polia X RPMX π
Comprimento da correia
52
Figura 24: Desalinhamento de correias. (Fonte: blogdamecanica.com.br)
A identificação de defeitos na correia geralmente pode ser feita medindo-se a
vibração em um mancal próximo à mesma. Correias defeituosas geralmente
apresentam uma amplitude de vibração maior em uma direção paralela à direção de
sua tensão. Rachaduras e pontos enfraquecidos na correia são os seus defeitos
mais comuns.
3.4.2 – Eletromagnéticas
As vibrações causadas por falhas elétricas ocorrem em sistemas que possuem
máquinas elétricas (motores, geradores, alternadores, etc.) e são causadas
normalmente por forças magnéticas desequilibradas. São os problemas decorrentes
de desbalanceamento ou excentricidade magnética, instabilidade de alimentação,
passagem de ranhuras e barras nos motores elétricos.
Figura 25: Estator e rotor com suas ranhuras e barras respectivamente. (Fonte: Apostila de
análise de vibrações).
53
Para distinguir problemas elétricos de problemas dinâmicos é necessário usar
espectros de alta resolução, devido aos problemas dessas duas categorias se
manifestarem em frequências próximas, como por exemplo, o 2Fl (120Hz) que é o
pico de 2X a frequência da rede elétrica, que pode ser confundido com um
harmônico da rotação.
Uma maneira de se verificar se a vibração é causada por problema elétrico é
desligar a energia elétrica durante a medição da amplitude de vibração e verificar se
a mesma desaparece ou diminui rapidamente. Em caso positivo a causa é
certamente elétrica. Caso contrário, se a diminuição da amplitude for lenta e
acompanhar a queda na frequência de rotação, então a causa é de natureza
mecânica.
Uma outra característica deste tipo de problema é que os níveis vibratórios
dependem da carga. Muitas vezes, motores elétricos são testados em vazio e não
apresentam amplitudes de vibração elevadas e quando em operação com carga
vibram violentamente evidenciando problemas elétricos.
Um problema típico em motores elétricos são problemas relacionados com as
barras (rotor) e ranhuras (estator). A frequência de barras e ranhuras é calculada a
partir do número de barras e ranhuras do motor (isso depende da dimensão do
motor) multiplicado pela rotação de trabalho do eixo do motor.
Quando as barras de um rotor estão trincadas ou quebradas, aparecerá no
espectro de vibração um alto pico na frequência de barras, o que indica um
problema nessa parte do motor. O mesmo se aplica com as ranhuras do estator.
Apesar de haverem diferentes tipos de problemas elétricos que podem
acontecer em motores ou geradores, todos eles apresentam espectros
característicos desses problemas. Por exemplo: o pico de 2Fl alto e bem definido, às
vezes com a presença de harmônicos; a frequência de barras e ranhuras, com
presença de bandas laterais. Vale observar que a avaliação do distanciamento das
bandas em relação à frequência central é de máxima importância, pois a diferença
54
da frequência dessas duas pode indicar a frequência do defeito que causou o
problema; e em algumas situações, picos relativos à frequência de pulsos de
inversores de frequência utilizados para modificar a rotação do equipamento
acionado.
3.4.2.1 - Inversor de Frequência
A utilização de inversores estáticos de frequência atualmente compreende o
método mais eficiente para controlar a velocidade dos motores de indução. Os
inversores transformam a tensão da rede, de amplitude e frequência constantes, em
uma tensão de amplitude e frequência variáveis. Variando-se a frequência da tensão
de alimentação, varia-se também a velocidade do campo girante e
consequentemente a velocidade mecânica de rotação da máquina.
Tem crescido significante o número de aplicações em que a variação de
velocidade de motores de indução é feita por meio de inversores eletrônicos
estáticos de frequência, haja vista os muitos benefícios propiciados por essas
aplicações: controle a distância, redução de custos, aumento da produtividade,
eficiência energética, versatilidade e maior qualidade.
O processo de obtenção da tensão e frequências desejadas por meio de tais
equipamentos passam por três estágios:
-Ponte de diodos - Retificação do sinal alternado de tensão e frequência
constantes, proveniente da rede de alimentação;
-Filtro ou Link DC - Regulação da tensão retificada com armazenamento de
energia por meio de um banco de capacitores;
- Transistores IGBT - Inversão da tensão contínua proveniente do link DC num
sinal alternado, com tensão e frequência variáveis.
55
Figura 26: Funcionamento de um inversor de frequência (Fonte: Manual WEG de inversores de
frequência).
3.4.2.2 - Interação entre rede e inversor
O sistema (motor + inversor de frequência) é visto pela fonte de alimentação
como uma carga não linear, cuja corrente possui harmônicas (componentes de
frequências múltiplas da frequência da rede). De forma geral, considera-se que o
retificador produz harmônicas ímpares características no lado da CA, ou seja, na
rede conforme o número de pulsos do inversor. No caso da ponte retificadora com 6
diodos (6 pulsos), as principais harmônicas geradas são a 5ª e 7ª ordens. Já para 12
pulsos (12 diodos) as harmônicas mais expressivas são a 11ª e 13ª. O inversor de
frequência estudado nesse trabalho, assim como maioria dos inversores, é de 6
pulsos (6 diodos).
3.4.2.3 - Interação ente inversor e motor
O motor de indução submetido a uma tensão, proveniente de um inversor de
frequência, estará sujeito a tensões harmônicas (componentes de frequência acima
da frequência fundamental). Dependendo da modulação da frequência empregada e
de outras particularidades do controle, o motor poderá apresentar aumento de
perdas e temperatura, aumento dos níveis de vibração e ruído e perda de
rendimento.
56
Percebe-se no motor uma tensão pulsada adquirindo uma forma senoidal.
Portanto, as frequências harmônicas de maior amplitude do motor são as de tensão
pulsada, ou frequência de pulsos, do inversor de frequência. A frequência de pulsos
do inversor de frequência estudado é de 240000RPM ou 4KHz.
3.4.3- Aerodinâmicos e Hidrodinâmicos
Essas falhas se apresentam em máquinas que trabalham com transportes de
fluídos líquidos ou gasosos. Esses tipos de vibrações são causadas pela interação
entre os elementos sólidos móveis do equipamento (pás) e os fluidos (ar, água, óleo,
gases). Isso acontece frequentemente em bombas, compressores rotativos e
ventiladores. Nesses tipos de máquina é de muita importância ter conhecimento a
respeito de dinâmica dos fluídos, para que não ocorram problemas tais como:
cavitação, turbulência, pulsação de fluxo, formação de vórtex.
As vibrações geradas ocorrem em frequências altas (número de pás x a
frequência da rotação). As causas da vibração são forças hidráulicas que
geralmente são pequenas, mas se tornam severas quando excitam ressonância na
máquina.
Se não ocorre ressonância o problema pode ser originado por recirculação,
turbulência ou cavitação. A vibração e o ruído associados com cavitação,
recirculação e fluxo turbulento apresentam características similares. Este tipo de
vibração é normalmente de natureza aleatória com amplitudes e frequências
instáveis.
A recirculação pode ocorrer quando uma bomba está operando em baixa
capacidade ou alta pressão. Na tentativa de se mover uma quantidade excessiva de
fluido da bomba, uma porção do fluido retorna. Este fluxo reverso e a consequente
mistura de fluido movendo-se em direções opostas causa vibração. A recirculação
ocorre algumas vezes dentro de uma bomba de múltiplos estágios com folga
excessiva entre o rotor e seu alojamento. Esta forma de recirculação pode mostrar
uma frequência quase constante não relacionada com a frequência de rotação. Em
57
qualquer situação, as vibrações devidas a recirculação apresentam flutuações
aleatórias na frequência e na amplitude similares às causadas pela cavitação.
O fluxo turbulento é o resultado da resistência ao fluxo normal de fluidos. Esta
resistência pode ser causada por obstruções, curvas agudas ou apenas atrito
superficial entre fluído e tubulação. A turbulência também pode ser causada pela
mistura de fluidos de alta e baixa velocidades. Um exemplo é um motor a jato
quando os gases de exaustão de alta velocidade se misturam ao ar externo quase
estacionário. Embora os níveis de ruído gerado por fluxo turbulento sejam muito
altos, a máquina vibra pouco, pois a condição de turbulência não depende
exclusivamente dela.
A cavitação ocorre quando uma bomba opera com excesso de capacidade ou
baixa pressão de sucção. Como o fluido que já entrou não preenche completamente
o espaço, o fluido que está entrando é puxado aos pulos para preencher os espaços
vazios. Isto cria bolsas de vácuo que são altamente instáveis que podem
literalmente implodir muito rapidamente. Os impactos gerados excitam frequências
naturais localizadas em partes da bomba. Como as implosões podem ocorrer em
tempos e posições aleatórios na bomba ou na tubulação a amplitude e a frequência
da vibração também são aleatórias.
Figura 27: Espectro de cavitação (Fonte: www.blogdamecanica.com.br)
A figura mostra um espectro de uma vibração gerada por cavitação. Pode-se
observar uma vibração de regime permanente em 3600 rpm (60 Hz), indicando,
possivelmente, um pequeno desbalanceamento ou desalinhamento no motor. Existe,
entretanto, uma vibração aleatória (banda larga) entre 30000 rpm e 100000 rpm (500
Hz e 1667Hz) indicando problemas de associados com fluxo hidráulico e
aerodinâmico.
58
3.4.3.1 – Instabilidade do filme de óleo
Figura 28: Mancal de filme de óleo. (Fonte: www.furg.br/piccoli/apostila/análise e diagnóstico de
vibrações)
Em mancais de deslizamento são utilizados filme de óleo para apoiar e fixar o
eixo. Em algumas ocasiões o óleo usado no mancal não é distribuído de forma
uniforme, ocasionando em um aumento de pressão que empurra o eixo em torno do
mancal. A força adicional desenvolvida pode produzir um movimento circular do eixo
no interior do mancal. Se o sistema for bem amortecido, o eixo retorna à sua posição
de equilíbrio no mancal. Caso contrário, o eixo continua com esse movimento
chamado precessão ou turbilhonamento (whirl).
A vibração resultante é severa, mas facilmente percebida por sua frequência
incomum. Essa frequência é levemente menor do que a metade da rotação 1x. O
problema de turbilhonamento (ou oil whirl) é normalmente atribuído a um projeto
inadequado do mancal, desgaste excessivo do mancal, aumento na pressão ou
mudança na viscosidade do óleo.
59
Figura 29: Análise de uma máquina com turbilhonamento (Fonte:
www.furg.br/piccoli/apostila/análise e diagnóstico de vibrações)
Uma máquina que é normalmente estável pode exibir sinais de vibração por oil
whirle, algumas vezes, esta condição ocorre intermitentemente. Neste caso o
problema não está relacionado com o mancal de deslizamento, mas, com forças
externas que coincidentemente estão na mesma frequência do oil whirldo mancal,
podendo vir de algum outro componente da máquina, ou de outra máquina.
Além do turbilhonamento, problemas como insuficiência de lubrificação ou uso
de lubrificante inadequado, podem causar vibração em mancais de deslizamento.
Nestes casos, a lubrificação inadequada causa atrito excessivo entre o mancal
estacionário e o eixo rotativo, e o atrito excita uma vibração no mancal ou partes a
ele relacionadas (oil whip). A frequência da vibração, neste caso, é normalmente
muito alta, produzindo ruído agudo, e não tem relação com a velocidade de rotação
do rotor. Quando há suspeita sobre a existência de oil whip deve-se verificar a
lubrificação do mancal e se a folga está correta, tanto folga excessiva como
insuficiente pode causar oil whip.
3.4.4- De Impacto
Problemas de impacto são os relacionados à engrenamentos e rolamentos.
Eles costumavam ser englobados no grupo das falhas dinâmicas, mas devido à
natureza diferenciada das demais falhas dinâmicas é preferível estudá-las em
separado.
60
3.4.4.1. – Rolamentos
As falhas de rolamento se manifestam através de seus elementos, que são:
pista externa (BPFO), pista interna (BPFI), gaiola (BTF), elementos rolantes (BFS).
Cada uma dessas componentes terá um número de falha, e a multiplicação desse
número de falha com a rotação do equipamento resultará na frequência de falha
relativa ao componente do rolamento. Sendo assim há uma frequência de falha para
o BPFO, uma para o BPFI, BTF e BFS.
As falhas em rolamento se caracterizam por gerarem uma amplitude elevada
quando se tem a passagem do seu elemento defeituoso por uma superfície a qual
ele trabalha frequentemente. Por exemplo: Um rolamento que possui um pequeno
defeito em sua pista interna. Cada vez que uma esfera passa sobre este defeito há
um choque entre a superfície defeituosa e a superfície da esfera.
Figura 30: Rolamento traseiro 6318-C3 à direita e defeito na pista interna do rolamento traseiro 6318-c3 (Fonte: www.mecatronicaatual.com.br)
Todas as vezes que a esfera passa por esse defeito ocorre uma elevação na
amplitude. Estes choques são de curtíssima duração, repetindo-se em baixa
frequência. Entretanto, eles excitam as frequências de ressonância do mancal ou da
estrutura do equipamento em que ele está montado, que estão em alta frequência.
Ou seja, o que ocorre é uma modulação da amplitude, onde a frequência de
ressonância da estrutura é a portadora e a respectiva frequência de defeito como
moduladora. A melhor forma para se verificar os elementos de um rolamento é
61
através da demodulação do sinal, chamado de envelope, que será explicada no
capítulo 4.
3.4.4.2 - Engrenagens
Assim como em rolamentos, os problemas relativos a engrenamento se
manifestam em frequências elevadas, iguais à frequência de rotação da
engrenagem multiplicada pelo seu número de dentes (frequência de engrenamento -
GMF).
Engrenagens estão presentes em diversas máquinas, como por exemplo:
caixas redutoras, bombas de óleo, acionamento de moendas, moinhos, fornos
rotativos, e outros equipamentos de grande porte.
As engrenagens apresentam problemas como desgaste dos dentes, defeito no
passo, trabalho com carga elevada e dentes quebrados. As engrenagens também
podem apresentar problemas comuns a outras partes da máquina como
desbalanceamento, montagem excêntrica e desalinhamento.
Os problemas de engrenamento, assim como os de rolamento, podem ser
muito bem observados no sinal de onda no tempo. Por exemplo, em uma
engrenagem em que um dos seus dentes está trincado, toda a vez que esse dente
avariado engrenar com o dente da outra engrenagem a amplitude da vibração se
elevará, naquele instante, acima da amplitude dos demais dentes. Quando ocorrem
picos elevados no intervalo de um período de rotação sabe que se trata de um
problema de impacto. Os impactos excitam as frequências naturais de engrenagens,
mancais e componentes a eles ligados.
Figura 31: Onda no tempo de dente de engrenagem trincado. (Fonte: www.blogdamecanica.com.br
62
Capítulo IV
4. Parâmetros para as configurações das medições
Quando se coloca uma máquina nova para operar, espera-se que esta tenha
vida longa e isenta de problemas. Mas deficiências de projetos, erros de
especificação, de fabricação, transporte, instalação, operação e manutenção
conduzem a máquinas pouco confiáveis. A análise de vibrações é uma ferramenta
poderosa no trato destes problemas. Isto porque, por exemplo, a qualidade de
manutenção numa troca de rolamentos, onde medições anteriores e posteriores à
troca fornecem uma avaliação do serviço.
Para se executar a análise de vibração é necessário estabelecer os pontos e
direções (H, V, A) para cada mancal; os parâmetros usados na detecção das falhas:
deslocamento, velocidade, aceleração, envelope de aceleração e onda no tempo; e
o valor dos alarmes para as medições globais em velocidade e aceleração.
4.1 - Pontos de Medição
4.1.1 - Identificação dos mancais.
1 – mancal do acionador do lado não acoplado
2 – mancal do acionador do lado acoplado
3 – mancal do equipamento do lado acoplado
4 – mancal do equipamento do lado não acoplado
4.1.2 - Direção de medição:
H – horizontal
V – vertical
A – axial
63
4.1.3 - Grandeza medida:
D - Deslocamento - µm (rms)
V - Velocidade de vibração- mm/s (rms)
A – Aceleração - G (pico)
E - Envelope de Aceleração – G (pico a pico)
T – Tempo – s (pico)
Figura 32:Identificação dos pontos nos mancais de um equipamento Horizontal, Vertical e Axial
nos parâmetros de velocidade e envelope (Fonte:Tecnologia 01dB Brasil-Infrared Service-Therman
Soluções).
4.2 –Parâmetros de medição
4.2.1 – Medições em Deslocamento
O deslocamento mede o quanto um determinado ponto do eixo se move
quando este completa uma rotação. Ele é medido em micrômetros (µm). Tem como
finalidade detectar problemas em baixa frequência (menores que 10Hz). É usado
para monitorar o deslocamento físico do eixo (folga), comum em mancais de
deslizamento de turbinas, geradores e compressores. Como é um parâmetro para
vibrações de baixa frequência, ele não é estudado nesse trabalho. No acelerômetro
ele é adquirido a partir da integração dupla do parâmetro de aceleração. Na figura
36, segue-se um ábaco de severidade de vibração para parâmetros em
deslocamento em pico a pico.
64
Figura 33: Ábaco de severidade em deslocamento em mils (milésimo de polegada). (Fonte:
www.macallisterpowersystem.com)
4.2.2 -Medições de Velocidade de Vibração
Indica o quão rápido o corpo está se movendo. Tem como finalidade detectar
problemas rotacionais do equipamento em baixa e média frequência (entre 10Hz e
1KHz), tais como: desbalanceamento, desalinhamento, problemas de falta de rigidez
da base, pulsação de fluído, turbulência, folgas mecânicas, componentes
65
alternativos, etc. A unidade no sistema internacional é metros por segundo (m/s),
mas, normalmente é usada em mm/s. Tem como configuração básica realizar a
medição de 10 Hz a 1.000 Hz (RMS) para avaliação segundo a norma ISO 10816.
No acelerômetro ele é adquirido a partir da integral do parâmetro de aceleração.
Tabela 1: ISO 10816 para parâmetros em velocidade (Fonte: www.bibliotecadigital.ufmg.br)
4.2.3- Medições de Aceleração
É utilizada para detecção de falhas que ocorrem em alta frequência (acima de
1KHz) tais como: engrenamento, rolamentos, pulsação de fluídos em alta
frequência. O estado de tais componentes é avaliado através de técnicas
consagradas de análise de vibrações. A unidade de aceleração no sistema
internacional é o metro ao quadrado por segundo (m/s²), convertido para a unidade
da gravidade (g).
Na figura 34, segue um gráfico de severidade de vibração para todos os tipos
de máquinas, englobando medições em aceleração, vibração e deslocamento.
66
Figura 34: Gráfico de intensidade de vibração nos parâmetros de velocidade (pol/s - pico) e
aceleração (G - pico). (Fonte:Apostila de análises de vibrações).
4.2.4 - Medições de Envelope de Aceleração (Demodulação)
É utilizada para identificar falhas mecânicas que geram choques, mesmo que
de baixa energia. Aplicada em falhas em rolamentos, engrenamentos e alteração do
componente elétrico da rede. Possibilita o aumento da confiabilidade dos espectros
de velocidade de vibração e aceleração culminando em um melhor laudo técnico. A
faixa de frequência para envelopes de aceleração varia entre 500Hz e 10 KHz.
67
Os impactos dos elementos do rolamento geram baixas frequências. Esses
componentes de baixa frequência propagam-se sem atenuação, mascarando o
problema e dificultando o diagnóstico. Por isso a técnica de envelope (demodulação)
é tão útil. Ela irá concentrar no espectro os componentes de baixa frequência em
picos de ressonância da estrutura com suas amplitudes e faixa de frequências
respectivas.
A técnica de envelope de aceleração, utilizada nesses tipos de defeitos, nada
mais é que um processo eletrônico onde os sinais de defeitos de rolamentos e
engrenamentos que aparecem com destaque em alta frequência são transferidos
para uma faixa de baixa frequência onde podem ser vistos com maior nitidez. A
frequência de defeito é então demodulada para que se tenha apenas o formato da
onda em baixa frequência, e com isso, a informação original.
Frequência de ressonância (portadora)
Frequência de defeito (moduladora)
Figura 35: Demonstração do funcionamento de um envelope nas frequências de impacto.
(Fonte: apostila da SKF)
Se for medida a distância de um pico da onda para o outro, obtem-se então o
período de tempo que a falha acontece. Quando o período é convertido para
frequência, encontra-se a frequência exata do defeito que está causando os
impactos. Por exemplo, se a falha é por defeito na pista interna de um dos
rolamentos do mancal, quando se verifica a frequência causadora do defeito que
está modulando a amplitude, encontra-se o BPFI, frequência de pista interna.
68
Na avaliação de vibração de rolamento, as medidas de amplitude mais
adequadas são as de pico (ou pico a pico) da aceleração das vibrações ou de seu
envelope. Isso devido aos impactos gerados pelos defeitos dos rolamentos serem
geralmente transitórios e de curta duração e apresentam valores de pico elevados e
RMS reduzidos. O valor de RMS é uma média de vibração calculada ao longo do
tempo, e não mostraria os impactos de curta duração.
4.2.5 - Medições em Onda no Tempo
Figura 36: Demonstração do domínio temporal (Fonte: www.wordpress.com.br)
Apesar do avanço dos procedimentos dos espectros FFT, o domínio temporal
ainda é muita utilizado na prática. Esse parâmetro é muito bom para se diferenciar
certos problemas onde apenas a análise espectrográfica não é capaz de encontrar.
Por exemplo, problemas relacionados à excitação de frequências externas a
frequência natural do equipamento, o que gera ressonância.
A forma de onda também fornece, de forma precisa, a frequência na qual o
sistema está operando. Basta observar a diferença de tempo entre os picos de uma
onda para a outra. Isso se torna útil pelo fato de alguns equipamentos rotativos
operarem numa faixa de rotação diferente do que a normalmente usada. Dessa
forma o analista de vibração não correrá o risco de analisar os gráficos de forma
equivocada.
69
4.2.5.1 - Configurações de onda no tempo
Para fazer o estudo de sinais de onda no tempo, é necessário criar uma faixa
de tempo que consiga pegar uma série de repetições de ondas nas frequências
desejadas para o estudo.
Passando essas frequências para Hertz, elas são convertidas em período pela
fórmula:
T= 1/f
Dessa forma se encontra o período de tempo em segundos onde se manifesta
uma forma de onda relacionada a uma possível falha no equipamento.
Para se conseguir ver uma série de ondas, multiplica-se o valor de tempo da
onda por 10, dessa forma será possível visualizar 10 repetições das ondas no
tempo. Quando a frequência é muito pequena o tempo da onda fica muito grande.
Nesses casos é preferível multiplicar o tempo por 3. Para que não se crie uma faixa
de tempo muito grande, onde o equipamento demoraria muito na captura do sinal, o
que deixaria a coleta de dados demorada.
Para cada equipamento foi escolhida a menor frequência, pois ela fornecerá o
maior tempo para uma onda só. Dessa forma os outros tempos menores também
seriam visualizados nesse parâmetro.
Para se configurar o tempo da onda no software EDIAG divide-se o número de
pontos de sinal pela frequência de amostragem. O valor dessa divisão é o tempo
máximo no sinal de onda. A frequência máxima desse sinal de onda, quando
convertido para espectro de frequência é adquirido pela divisão inversa: frequência
de amostragem pelos pontos de sinal de frequência.
70
4.2.5.2 – Exemplos:
Exemplo 1:
1.760 RPM = 29,3HZ 1/29,3Hz = 0,034s 0,034s x 10 = 0,34s
Nesse primeiro exemplo o 0,034s é o tempo que a falha leva para acontecer,
logo na faixa de 10 vezes esse tempo serão visualizadas 10 ondas no tempo.
Exemplo 2:
3580 RPM = 59,7Hz 1/59,7Hz = 0,016s 0,016s x 10 = 0,16s
No segundo exemplo, a outra rotação gerou uma faixa de visualização menor
que a primeira, porém como elas estão próximas pode se configurar no software
uma única forma de onda que irá mostrar essas duas.
Configurando no software 2560Hz para a frequência de amostragem (Sampling
Frequency) e 1KHz como número de pontos de sinais (Number of signal points)
encontra-se uma faixa de tempo que será o resultado da divisão da segunda pela
primeira.
1000Hz/2560Hz = 0,39s
Essa faixa é grande o suficiente para captar ondas no tempo dos dois
exemplos anteriores. O sinal de onda no tempo que se manifestar mais crítico dentro
da faixa criada, será a frequência que estará gerando o problema.
71
4.3 – Alarmes
Todos os equipamentos operando produzem vibrações. A vibração da máquina
em si não é um problema. O aumento do nível dessas vibrações que representam
um problema. Por isso existem variados métodos para o controle da severidade
dessas vibrações. Um deles é o acompanhamento dos valores globais de vibração e
sua tendência ao longo do tempo.
O valor global de vibração de um equipamento é o valor numérico da vibração
conjunta de todos os componentes do equipamento. Ele pode ser medido em
aceleração, velocidade e deslocamento. Esses valores são adquiridos das partes
não rotativas da máquina (mancais) que contenham múltiplas fontes de vibração e
são comparados com tabelas de normas internacionais para vibração, como por
exemplo ABNT e a ISO, mostradas anteriormente nas figuras 36 e 37 e tabela 1. A
partir da comparação se tem uma ideia de como está a vibração da máquina em
relação a qual seria o ideal para esta operar.
O software EDIAG, assim como a maioria dos softwares de monitoramento de
manutenção, disponibilizam configurações de alarme, onde é possível estabelecer
os valores para os alarmes. Existem dois tipos de alarmes: A1 - alarme para
vibrações indesejáveis(alerta) e A2 – alarme para vibrações
inaceitáveis(perigo/danger).
Figura 37: Configuração da faixa de alarme do software.
72
O A1 é caracterizado pela cor amarela e é disparado quando a vibração global
se eleva à uma faixa incômoda de vibração, é a faixa de alerta. Nessa faixa, não há
a necessidade de paralisação imediata do equipamento para a manutenção. É
possível deixar o equipamento operando com um acompanhamento de perto da sua
tendência de vibração. Acompanhando a tendência ao longo do tempo, ela pode
abaixar e voltar para os parâmetros normais, se manter em A1 (caso se mantenha a
sua manutenção deve ser adiada) ou piorar e chegar à faixa do A2.
O A2 é caracterizado pela cor vermelha e é disparado quando a vibração global
se eleva a uma faixa perigosa de operação do equipamento. Nessa faixa, o mais
apropriado é a paralisação do equipamento para a manutenção. Porém,
dependendo do histórico do equipamento, de ele não ser um equipamento crítico
para a empresa e o custo de sua manutenção, é tolerável a operação deste em um
limite de tempo para averiguar se a sua tendência seguirá crítica ou irá abaixar para
os parâmetros de A1 e da vibração normal. Se continuar crítica, deve parar o
funcionamento deste para a manutenção imediata. Abaixo segue um imagem de
como são apresentados esses dois valores de alarmes com a variação da tendência
global em um mancal de um equipamento. Em algumas ocasiões a vibração segue
estável, abaixo dos alarmes; em outra segue entre os alarmes; e em outra segue
elevada, acima dos dois alarmes.
Figura 38: Demonstração dos tipos de alarmes do software EDIAG. DG – Danger e AL- Alarm.
73
Nesse trabalho, foram analisados valores de vibração global em velocidade,
onde o A1 era 3mm/s² e o A2 6mm/² e em aceleração global, onde o A1 foi 2g e o
A2 4g. Não foi analisado um valor global em deslocamento, pois são parâmetros de
vibração muito baixos, incompatíveis com as vibrações dos equipamentos industriais
analisados. Os valores dos alarmes escolhidos são estipulados a partir das tabelas
anteriores, com as suas respectivas massas.
74
Capítulo V
5. Estudo de Caso
Para demonstrar o emprego da análise de vibração na detecção de falhas
foram realizadas coletas periódicas de vibração em equipamentos industriais de uma
importante fábrica da região.
As medições periódicas realizadas visam acompanhar a condição de
funcionamento das máquinas, com base na intensidade das vibrações geradas pelo
seu funcionamento, identificar e fornecer os diagnósticos e as recomendações para
correção das máquinas que ultrapassaram os limites de alarme e de falha.
Para cada um dos possíveis defeitos citados no capítulo 3, é necessário
estabelecer a faixa de frequência em que esses problemas poderiam aparecer. Para
isso é necessário conhecer diversas características das máquinas que serão feitas
as coletas: rotação, tipo de rolamentos, número de dentes de engrenagens e outros.
Para cada um desses problemas é feito um cálculo específico para se saber a
frequência em que eles se manifestariam e assim, facilitando a sua identificação.
Nesse capítulo, essas características serão apresentadas, assim como o
equipamento coletor de vibrações, e os seus dispositivos utilizados.
5.1 - Apresentação do aparelho coletor e software de análise de
vibrações
5.1.1 – Movilog 2
Com o surgimento dos coletores analisadores de dados digitais e os programas
de gerenciamento de manutenção, o potencial de uma equipe de manutenção
aumentou consideravelmente em termos de controle das máquinas. Com os
aparelhos coletores foi possível adquirir os parâmetros de vibração do equipamento
75
de produção enquanto os softwares gerenciadores permitiram a interpretação dos
dados.
Antes de realizar a coleta é necessário estabelecer configurações no software
de gerenciamento sobre as características das coletas nos equipamentos industriais
que seriam analisados na indústria. E depois baixar as configurações das medições
de cada equipamento no coletor de vibrações: Movilog 2.
O movilog 2 é o aparelho coletor de dados de vibrações mecânicas utilizado
pela escola, o Instituto Federal Fluminense. Ele trabalha com o acelerômetro
ASH201 e o software EDIAG 2.2.0. O movilog foi fabricado pela empresa 01-dB e
ele funciona tanto fora de rota como em da rota programada para a manutenção.
Nesse caso, ele necessita de um software específico para a configuração de dados
para depois carregar o coletor a fim de realizar a medição. Ele apresenta análises
em espectro de frequência, ondas no tempo e medição de fase.
Uma vez que este coletor trabalha com rota, então o primeiro passo será
configurar a rota no computador, que deve estar instalado com o programa
adequado. No caso, o programa utilizado é o EDIAG em sua versão 2.2.0. Após
realizar a configuração, carrega-se os dados no coletor, realiza as medições pré-
estabelecidas na máquina e transfere-se os dados obtidos para o computador. É
importante ressaltar que a roda de coleta de dados define as medições e os
parâmetros que serão empregados em cada ponto da máquina.
Especificações do Movilog 2:
Possui 1 MB de memória interna
Apresenta faixas de frequência de 0,5 a 20.000Hz
Seu número de linhas vai de 100 a 3200 linhas
Bateria com autonomia de aproximadamente 4 horas, podendo ser
recarregada fora do aparelho.
Utiliza deslocamento, velocidade, aceleração e envelope como parâmetros de
vibração.
76
Figura 39: Coletor movilog (Fonte: Procedimento para análise de vibração utilizado coletor
movilog 2 e software EDIAG2.2.0).
Figura 40: Imagem da tela do coletor Movilog (Fonte: Procedimento para análise de
vibração utilizado coletor movilog 2 e software EDIAG2.2.0).
5.1.2 - Software EDIAG
O programa EDIAG é um software de gerenciamento das análises de vibração,
que assim com o Movilog 2, é desenvolvido pela empresa 01-dB e tem a função de
configurar os parâmetros para a medição de vibrações e carregar essas informações
no coletor Movilog 2. Os parâmetros para essas medições estão nas tabelas dos
possíveis defeitos explicitadas nas especificações de cada equipamento,
encontradas neste capítulo. Após realizada a medição na máquina, o software
77
recebe os dados coletados e expõe os espectros, ondas no tempo e gráficos de
tendência.
Figura 41: Imagem de entrada do software Ediag.
Figura 42: Imagem da tela de monitoramento do software Ediag
78
5.1.3 - Acelerômetro
O acelerômetro ASH 201 é o transdutor que capta a vibração no coletor
Movilog. Ele é um sensor piezelétrico utilizado para a coleta dos dados de vibração
mecânica para o referido trabalho. O acelerômetro é constituído de um cristal
piezelétrico que tem a característica de enviar um sinal elétrico que é proporcional à
tensão mecânica recebida do corpo em vibração. Algumas de suas características
são: frequência de ressonância maior do que 20kHz, frequência de resposta de 2 a
10 kHz, sensibilidade de aproximadamente 0,1, peso de 78g (sem o cabo) e suporta
até 120ºC de temperatura, e a conversão de seu sinal é de 100mV/g.
Figura 43: Acelerômetro. (Fonte: www.meas-spec.com/product/vibration)
5.2 - Identificação do Ambiente
Esse estudo de caso foi realizado na indústria Purac Sínteses localizada em
Campos dos Goytacazes, Rua Élson Souza Oliveira. A Purac é uma empresa
holandesa do ramo de alimentação. Sua base em Campos é produtora de ácido
lático e seus derivados. A figura 44, exibe uma imagem da entrada da Purac
Sínteses.
79
Figura 44: Purac Sinteses Campos dos Goytacazes
As coletas nos equipamentos da Purac formam feitas de 27/06/13 a 01/08/13,
todas as terças e quintas totalizando 10 coletas. Não houve coleta no dia 25/07/13,
quinta-feira, em razão de uma parada total na fábrica para a manutenção de alguns
equipamentos. Foram realizadas medições em velocidade, aceleração, envelopes
de aceleração e ondas no tempo em cada equipamento.
Os dados de vibração foram estudados sob quatro diferentes técnicas:
espectros FFT, medição global de vibração (velocidade e aceleração), sinais de
onda no tempo e envelope de aceleração.
5.3 - Identificação dos Equipamentos
Foram escolhidos para análise: Um moto-ventilador, uma moto-bomba e um
moto-redutor. Esses equipamentos foram especialmente escolhidos, pois, juntando a
análise de vibração dos três, foi possível estudar as falhas das quatro categorias
abordadas anteriormente no capítulo 3.
80
5.3.1 – Especificações e configurações das medições do Moto-Ventilador
O moto-ventilador é o responsável pelo suprimento do ar primário da caldeira.
A caldeira gera vapor para a troca de calor com o ácido lático, devido ao fato de
alguns processos de tratamento químico serem realizados a altas temperaturas. O
acionamento desse motor é através de inversor de frequência para possibilitar
diferentes rotações e consequentes vazões de ar.
Figura 45: Desenho do moto-ventilador da caldeira
Conforme a figura 45 sua forma construtiva é de acionamento direto com o
rotor montado na extremidade do eixo do motor.
Esquema do Moto-ventilador:
TAG: FAN91020 ------------------------------------------------------------------------------------------------------
Motor: WEG 225S
Rotação nominal: 3.560 RPM
Rotação de trabalho: 2.700 RPM
Ranhuras: 48 Fr: 129.600 RPM
Barras: 40 Fb:108.000 RPM
Mancal 1/2: 6314-C3
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ventilador:
Rotação: 2700 RPM Paletas:12 BPF: 32400
81
Tabela de Rolamentos:
Rolamentos BPFO BPFI BSF BTF
6314-C3 3,08 4,92 4,1 0,38
Tabela 2: Tabela de rolamentos do moto-ventilador
Figura 46: Moto-ventilador da Purac (vista ampla)
Figura 47: Moto-ventilador da Purac
82
Possíveis defeitos no moto-ventilador:
Motor:
Defeitos Frequência Zoom Factor Fmax High-pass filter
Parâmetro
Desbalanceamento 2700rpm= 45Hz
Não tem 1KHz 2Hz V
Desalinhamento 2700rpm+3H=180Hz
Não tem 1KHz 2Hz V
Folga nos mancais 2700rpm+7H=360Hz
Não tem 1KHz 2Hz V
Empeno de eixo 2700rpm+2H=130Hz
Não tem 1KHz 2Hz V
Roçamento 2700rpm+3H=180Hz
Não tem 1KHz 2Hz V
Folga na base 2700rpm+2H=130Hz
Não tem 1KHz 2Hz V
Problemas elétricos 7200rpm= 120Hz
X2 Fc=120Hz
500Hz 2Hz V
Barras 108000 rpm= 1800Hz
X2 Fc=2000Hz 10KHz 10Hz A
Ranhuras 129600rpm= 2160Hz
X2 Fc=2000Hz 10KHz 10Hz A
Falha no rolamento 13284 rpm+4H= 66420Hz
X2 Fc=3000Hz
20KHz 3KHz Gev
Sinal de onda 1000Hz/2560Hz
= 0,39s Não tem 0,39s 2Hz V
Banda Larga 2700 rpmx20= 900Hz
Não tem 10KHz 10Hz A
Frequência de pulsos
240000RPM= 4KHz
X2 Fc=4KHz
10KHz 10Hz A
Tabela 3: Tabela dos possíveis defeitos do motor do moto-ventilador
Ventilador:
Defeitos Frequência Zoom Factor
Fmáx High-pass filter
Parâmetro
Passagem de pás
32400rpm= 540Hz
X2 Fc=540Hz
1KHz 2Hz V
Sinal de onda
1000Hz/2560= 0,39s
Não tem 0,39s 2Hz V
Tabela 4: Tabelas dos possíveis defeitos do ventilador do moto-ventilador
83
Para cada um dos defeitos mostrados nas tabelas 3 e 4, foi necessário criar um
parâmetro específico para captar essas falhas. Na figura 48, são mostradas as
configurações feitas no software Ediag para adquirir as vibrações relativas aos
problemas no moto-ventilador.
Figura 48: Configurações para os defeitos no moto-ventilador.
Como pode se observar na figura 48 as configurações variam para cada falha.
Em problemas que ocorrem em alta frequência, foi necessário aumentar a faixa de
frequência (maximum frequency) para captar o problema. Em alguns casos, apenas
o espectro simples não daria a visualização adequada para o problema. Nesse caso,
usou-se um espectro com zoom, onde era determinada a frequência em que foi
dado o zoom (zoom/envelope center frequency).
84
5.3.2 - Especificações e configurações das medições da moto-bomba
A moto-bomba é responsável pelo deslocamento do ácido lático nas diversas
etapas do seu tratamento para a produção. Existe uma outra moto-bomba que fica
de reserva, caso haja alguma falha na moto-bomba 1.
Figura 49: Desenho da Moto-Bomba
Conforme a figura 49, percebe-se que a motor aciona a bomba através de
acoplamento, sendo essa uma bomba de 1 estágio.
Esquema da moto-bomba:
TAG: P9451/1 -------------------------------------------------------------------------------------------------------
Motor: WEG 160/L Rotação: 3580 RPM 30cv 22Kw
Ranhuras: 36 Fr: 128.880RPM Barras: 28 Fb:100.240RPM
Mancal 1: 6209-Z-C3 Mancal 2: 6309-C3
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bomba: KSB Modelo: Megachem 65-160 Série: 381142 Q= 75m³/h
Rotação: 3580RPM Paletas Rotor: 6RBPF:21.480 RPM
Mancal 3/ 4: 6308-C3
85
Tabela de rolamentos:
Rolamentos BPFO BPFI BSF BTF
6209-Z-C3 4,08 5,92 5,28 0,41
6309-C3 3,06 4,94 4,03 0,38
6308-C3 3,07 4,93 4,08 0,38
Tabela 5:Tabela de rolamentos da moto-bomba
Figura 50: Moto-Bomba da Purac
86
Figura 51: Moto-bombas da Purac (A 1º foi a bomba estudada, a outra é a reserva).
Possíveis defeitos da moto-bomba:
Motor:
Defeitos Frequência Zoom Factor
Fmáx High-pass filter
Parâmetro
Desbalanceamento 3580rpm= 59,7Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Desalinhamento 3580rpm+3H=238,7Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Folga 3580rpm+7H=477,3Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Folga na base 3580rpm+2H=179Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Problemas elétricos
7200rpm= 120Hz X2 Fc=120Hz
500Hz 2Hz V
Barras 100240rpm= 1670,7Hz
X2 Fc=1900Hz
10KHz 10Hz A
Ranhuras 128880rpm= 2148Hz X2 Fc=1900Hz
10KHz 10Hz A
Falha no rolamento
21194rpm+4H= 1766,2Hz
X4 Fc=2500Hz
20KHz 3KHz Gev
Sinal de onda 1000Hz/2560Hz= 0,39s
Não tem 0,39s 2Hz V
Banda Larga 3580 rpmx20= 1.193,3Hz
Não tem 10KHz 10Hz A
Tabela 6: Tabela possíveis defeitos do motor da moto-bomba
87
Bomba:
Defeitos Frequência Zoom Factor
Fmáx High-passfilter
Parâmetro
Desbalanceamento 3580rpm= 59,7Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Desalinhamento 3580rpm+3H=238,7Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Folga 3580rpm+7H=477,3Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Folga na base 3580rpm+2H=179Hz Não tem 1KHz 2Hz V
Passagem de pás 21480rpm+1H=716Hz X2 Fc=360Hz
1KHz 2Hz V
Falha no rolamento
17650rpm+4H= 1470,8Hz
X2 Fc=3000Hz
20 KHz
3 KHz
Gev
Sinal de onda 512000/2000= 0,039s Não tem 0,039s
2Hz V
Banda Larga 3580 rpmx20= 1.193,3Hz
Não tem 10 KHz
10Hz A
Tabela 7: Tabela dos possíveis defeitos da bomba da moto-bomba
88
Na figura 52 seguem as configurações para cada parâmetro de falha.
Figura 52: Configurações para os defeitos no moto-bomba.
89
5.3.3 – Especificações e configurações das medições do moto-redutor
O moto-redutor ou redutor de velocidade é um dispositivo mecânico que reduz
a velocidade (rotação) de um acionador. Seus principais componentes são
basicamente: eixo de entrada (motor de entrada) e de saída, rolamentos,
engrenagens, eixos sem fim e carcaça. O redutor de velocidade é utilizado quando é
necessária a adequação da rotação do acionador para a rotação requerida no
dispositivo a ser acionado. Devido às leis da física, quando há redução da rotação,
aumenta o torque disponível.
Existem diversos tipos de redutores de velocidade, sendo alguns deles os
redutores de velocidade por coroa e rosca sem fim, uma vez que seus valores de
compra e de manutenção são inferiores aos redutores de engrenagem. Na Purac
Sínteses, foi estudado um redutor de engrenagem.
O moto-redutor é o responsável pela agitação da mistura de água e açúcar
contida dentro dos tanques, para o preparo de ácido lático. Na figura 56 pode-se ver
sua esquematização e um desenho em corte do adaptador e da caixa redutora.
90
Figura 53: Desenho do moto-redutor na Purac Sínteses (esquerda), croqui do adaptador do conjunto
(direita e acima) e croqui do redutor de 3 estágios (direita e abaixo).
TAG: MIX 11610
Motor: WEG 160M
Rotação nominal: 1760 20cv 15 Kw
Rotação de trabalho: 1200 RPM
Ranhuras: 48 Fr: 57600RPM Barras: 40 Fb:48000RPM
Mancal 1: 6209-Z-C3 Mancal 2: 6309-C3
91
Adaptador ou Cadeira: AM 160
Rotação: 1200 RPM
Mancal 3/4: Esf- 6311-Z-J Mancal 4:6216-2Z-K3N
Rolos- NJ311E
Redutor: SEW-EURODRIVE Modelo: FAF97
Ne: 1200 RPM Z=18 dentes
Fee: 21.600 RPM
Ni: 400 RPM Z=54 dentes Z=13 dentes
Fee: 21.600 RPM Fes: 5.200 RPM
Ns: 52 RPM Z=98 dentes
Fes: 5.200 RPM
Mancal 5: Rolos- 303 09 Mancal 6: Rolos- 303 07
Mancal 7/8: 6219-Z
Tanque: Rotação: 52RPM Paletas: 3 RBPF: 156 RPM
Tabela de rolamentos:
Rolamentos BPFO BPFI BSF BTF
6209-Z-C3 4,08 5,92 5,28 0,41
6309-C3 3,06 4,94 4,03 0,38
6311-Z-J 3,06 4,94 4 0,38
NJ311E 5,18 7,82 4,71 0,4
6216-2Z-K3N 4,13 5,87 5,6 0,41
303 09 6,56 9,43 5,25 0,41
303 07 5,59 8,4 4,69 0,4
6219-Z 4,1 5,9 5,38 0,41
Tabela 8: Tabela dos rolamentos do moto-redutor
92
Figura 54: Moto-redutor da Purac Sínteses (vista ampla)
Figura 55: Moto-redutor da Purac
93
Figura 56: Moto-redutor da Purac
Figura 57: Moto-redutor da Purac
94
Possíveis defeitos do moto-redutor:
Motor:
Defeitos Frequência Zoom factor
Fmáx High-passfilter
Parâmetro
Desbalanceamento 1200rpm=20 Hz Não tem 500 Hz
2 Hz V
Desalinhamento 1200rpm+3H=80 Hz Não tem 500 Hz
2 Hz V
Folga
1200rpm+7H=160Hz Não tem 500 Hz
2 Hz V
Problemas elétricos
7200rpm=120 Hz X2 Fc=120Hz
500 Hz
2 Hz V
Barras 48000 rpm= 800 Hz X2 Fc=900Hz
5 KHz 10 Hz A
Ranhuras 57600 rpm= 960 Hz X2 Fc=900Hz
5 KHz 10 Hz A
Falha no rolamento
7104 rpm+4H= 592Hz
X2 Fc=2500Hz
10 KHz
3 KHz Gev
Sinal de onda 1000Hz/2560Hz= 0,39s
Não tem 39s 2 Hz V
Banda Larga 1200 rpmx20= 400Hz
Não tem 5KHz 10Hz A
Tabela 9: Tabela dos possíveis defeitos do motor do moto-redutor
Adaptador:
Defeitos Frequência Zoom factor
Fmáx High-passfilt
er
Parâmetro
Desbalanceamento 1200rpm=20 Hz Não tem 500 Hz 2 Hz
V
Desalinhamento 1200rpm+3H=80 Hz Não tem 500 Hz 2 Hz V
Folga 1200rpm+7H= 160Hz
Não tem 500 Hz 2 Hz V
Empeno de eixo 1200rpm+2H=60Hz Não tem 500 Hz 2 Hz V
Falha no rolamento
9384 rpm+4H= 782Hz
X8 Fc=1250Hz
10 KHz
3 KHz Gev
Onda no tempo 1000Hz/2560Hz= 0,39s
Não tem 0,39s 2 Hz V
Banda Larga 1200 rpmx20= 400Hz
Não tem 5KHz 10Hz A
Tabela 10: Tabela dos possíveis defeitos do adaptador do moto-redutor
95
Caixa Redutora
Defeitos Frequência Zoom factor
Fmáx High-passfilter
Parâmetro
Folga Ee 1200rpm+7H= 160Hz
Não tem 200 Hz 2Hz V
Folga Ei 400rpm+7H= 53,3Hz Não tem 100 Hz 2Hz V
Falha no rolamento Ei
3772rpm+4H= 314,3Hz
X4 Fc=1250Hz
10 KHz 3 KHz Gev
Engrenamento entrada
1200rpmX18dentes= 360 Hz
X2 Fc=360Hz
1 KHz 10 Hz A
Engrenamento saída
400rpmX13 dentes= 86,6 Hz
X2 Fc=90 Hz
200 Hz 10 Hz A
Onda no tempo 1
2000Hz/1280Hz= 1,56s
Não tem 1,56s 2Hz V
Onda no tempo 2
2000Hz/512Hz= 3,9s
Não tem 3,9s 2Hz V
Tabela 11: Tabela dos possíveis defeitos da caixa redutora do moto-redutor
No eixo de entrada não existem mancais para o aparecimento de problema em
rolamentos. As falhas nos rolamentos do eixo de saída se manifestam em
frequências extremamente baixas, o que torna difícil a sua visualização em
espectros de frequência. Nesse caso foi utilizado o sinal de onda no tempo. Também
foi usado onda no tempo para estudar o comportamento das pás do tanque de ácido
lático. A onda no tempo 1 foi escolhida para estudar os problemas de maior
frequência (como a rotação do eixo intermediário), enquanto a onda no tempo 2 os
problemas de frequências menores (rotação do eixo de saída e das pás do tanque).
96
Na figura 58 seguem as configurações nos parâmetros.
Figura 58: Configurações para os defeitos de engrenamento no moto-redutor
97
Capítulo VI
6. Análises de espectros coletados
Durante o tempo em que foram coletados, todos os dados foram estudados
visando chegar a um resultado final a respeito da condição dos equipamentos,
analisar o modo que uma determinada falha surge e evolui, e antecipar quais seriam
as consequências para o equipamento se entrasse em colapso devido a tal falha.
Verifica-se a importância da análise de modo e efeito, na prevenção de novas
ocorrências semelhantes. A partir da análise de vibrações e tipo construtivo do
equipamento em questão pode-se identificar seus possíveis causadores. É também
de grande importância analisar os componentes substituídos e reparados para
avaliação das características do seu modo de falha e possível causa. Serão
apresentados nesse capitulo os resultados encontrados perante os valores de
alarme A1 (alarme referente a vibração indesejável) e A2 (alarme referente a
vibração inaceitável) determinados para sua classe.
Nos espectros nas próximas páginas, à rotação do conjunto moto-ventilador é
identificada como f0, na parte superior do espectro. As frequências dos elementos
do rolamento são identificadas como: pista externa (E1), pista interna (I1), esferas
(B1) e gaiola (C1). Enquanto a frequência de 1x e as suas harmônicas são
representadas por ch1; 2, 3, 4..., respectivamente correspondente com a harmônica.
No canto esquerdo superior fica: o nome do equipamento, a identificação do
mancal, a direção e a grandeza analizadas, seguidas pela data e hora da coleta. Na
lateral direita, ficam as informações de frequência e amplitude relacionada com os
picos estudados.
98
6.1 - Análise do Moto-Ventilador
No moto-ventilador a vibração global em aceleração estava elevada no mancal
2 do motor, passando do 2º alarme (A2), em quase todas as coletas. Observou-se
picos de amplitude elevada nos espectros em envelope de aceleração no mancal 2.
Figura 59: Espectro de envelope de aceleração do motor da caldeira mancal 2V 4° Coleta.
Na figura 59, foi observado que a rotação de trabalho no dia era de 3187 RPM.
Como já foi dito antes, a rotação mudava frequentemente por causa do inversor de
frequência.
O pico que mais se destaca é o 3° harmônico do pico de 2Fl, que chega à
2,91g. Percebe-se então pela análise da frequência que o problema está relacionado
à alimentação elétrica. Esse problema se manifestou em mais de uma ocasião.
99
Figura 60: Espectro de envelope de aceleração mostrando 3º harmônico do 2Fl elevado no motor da
caldeira mancal 2V 6º Coleta.
No 6º dia mais uma vez se notou o problema de alimentação elétrica.
Provavelmente o problema da rede está ligado ao inversor de frequência, devido ao
fato desse problema ter se manifestado em coletas onde a frequência do
equipamento era alterada. Em alguns dias a vibração esteve dentro dos parâmetros
desejados, abaixo de A1 e A2. Isso ocorreu no 3º, 7º e 8º dias. Nos outros dias se
mantiveram alta, porém estável.
A frequência de 2Fl sempre aparece depois do segundo harmônico da
frequência da rotação. Isso é uma característica comum em todos os motores
elétricos de dois pólos, mesmo quando operando em condições normais.
A rotação do equipamento foi alterada de 3560 RPM para 2700 RPM, pelo
inversor de frequência. Isso também implica numa mudança na frequência do 2Fl.
Se observado nos espectros o 2Fl não irá aparecer na frequência de 7200 RPM. Ele
muda na mesma proporção que a rotação de trabalho. E assim continuará sempre
aparecendo depois, apesar de estar bem próximo, do 2° harmônico da rotação.
100
As figuras 61 e 62 mostram alguns espectros coletados evidenciando o
problema de rede durante o período de coletas.
Figura 61: Envelope de aceleração mostrando 3º harmônico da 2Fl elevado no motor da caldeira mancal 2V 9º Coleta
Figura 62: Envelope de aceleração no motor da caldeira mancal 2H 10° Coleta
101
Como o inversor de frequência alterava os valores das rotações e frequências
dos equipamentos de coleta para coleta, era necessária cautela para saber qual a
rotação que o equipamento estava operando no dia. Essa dúvida podia ser tirada
observando o sinal de onda da medição do dia.
Figura 63: Sinal de onda no tempo motor da caldeira mancal 2H 1° Coleta
Figura 64: Sinal de onda no tempo motor da caldeira mancal 2H 6º Coleta
102
O sinal de onda é referente ao tempo de uma volta completa do eixo. Pela
distância de um pico a o outro obtem-se o tempo e a frequência que o equipamento
leva para operar. No sinal de onda da figura 63, as ondas se repetem em uma
frequência numa média de 45Hz - 2700 RPM. Enquanto na figura 64 as ondas se
repetem em uma frequência de 53Hz - 3180 RPM.
Outro problema que gerava alta vibração em aceleração global era a
frequência de pulsos, relativa ao inversor de frequência. Ela se manifestava na
frequência de 240.000 RPM, com amplitude considerável, por isso com potencial de
danos.
Figura 65: Espectro em aceleração de banda larga mostrando a frequência de pulsos no mancal 2H
2° Coleta
Nesse espectro de banda larga é possível visualizar que em alta frequência o
único pico que se destaca é o relativo à frequência de pulsos. Isso também pode ser
observado em outras coletas.
103
Figura 66: Espectro em aceleração de banda larga mostrando a frequência de pulsos no mancal 2H 9° Coleta
Na figura 66, a frequência de pulsos se manifestou bem elevada, chegando a
4,53g.
Figura 67: Espectro em aceleração com zoom X2 mostrando a frequência de pulsos no mancal 2H 10° Coleta.
104
No espectro da figura 67, tem-se dois picos que se destacam. Observa-se que
o pico que mais se destaca não é a frequência de pulsos e sim uma banda lateral de
6X. O segundo maior é o pico relativo a frequência de pulsos, enquanto os outros
próximos a ele são bandas laterais, identificadas na parte superior do espectro como
c/1, e suas bandas são identificadas pela numeração positiva para as bandas que
estão do lado direito, e negativa para as bandas do lado esquerdo.
Nos gráficos de tendência, em aceleração global observou-se vibrações muito
elevadas no mancal 2 do moto-ventilador devidos às vibrações elevadas de
frequência de pulsos e frequência da rede de alimentação. O mancal 1 não
apresentou vibrações elevadas. Portanto é necessário averiguar se o mancal 2 está
operando dentro das condições normais de uso. Pois ele se demonstrou mais
sensível aos problemas eletromagnéticos do moto-ventilador.
Abaixo, os gráficos de tendência em aceleração global nos dois mancais, tanto
na horizontal (H) como na vertical (V).
Figura 68: Gráfico de tendência mancal 1H
105
Figura 69: Gráfico de tendência mancal 2V
6.2 - Análise da moto-bomba
6.2.1 - Motor
O motor demonstrava um problema de desalinhamento do seu eixo, devido a
um problema no rolamento dos mancais da bomba, que será abordado mais à
frente.
106
Figura 70: Espectro de frequência em velocidade do motor da bomba mancal 1H 1° Coleta -
Desalinhamento
Figura 71: Espectro de frequência em velocidade do motor da bomba mancal 1H 3° Coleta –
Desalinhamento
107
Figura 72: Mesmo espectro de frequência da figura 71 com um zoom no pico que mais se destaca.
Com o zoom no espectro é possível perceber que o pico de maior amplitude é
o 2° harmônico da rotação. O 2Fl se manifesta em um pico muito próximo a ele, só
podendo ser visto em um espectro de alta resolução.
Porém, isso muda nas ultimas coletas. No 8° dia de coleta a moto bomba
esteve em manutenção, isso impediu que houvesse coleta nesse dia. Com isso o
desalinhamento foi consertado e o pico de maior amplitude passa a ser o 2Fl.
108
Figura 73: Espectro em velocidade do motor da bomba 1H 9° Coleta – Desalinhamento
Figura 74: Mesmo espectro da figura 73 com zoom no maior pico.
No mancal 2 observa-se o pico elevado da 2Fl também. Porém nesse mancal
em nenhuma das coletas foi diagnosticado desalinhamento.
109
Figura 75: Espectro em velocidade do motor da bomba mancal 1H 10° Coleta
Figura 76: Mesmo espectro da figura 75 com zoom no 2°harmônico.
110
O gráfico de tendência ficou um pouco acima de A1, devido ao problema de
rede, mas abaixo de A2. Estando em níveis aceitáveis.
Figura 77: Gráfico de tendência do mancal 2H
6.2.2 - Bomba
Na bomba foi observada uma vibração extremamente alta em todas as coletas,
as vibrações globais em aceleração chegavam até 11g. A razão disso eram os
rolamentos 6308 dos dois mancais da bomba. Eles apresentaram uma falha na pista
externa. Essa falha na pista externa (E1) apresentou várias frequências harmônicas.
Elas podem ser observadas entre as figuras 78. 79 e 80.
111
Figura 78: Espectro em envelope de aceleração da bomba mancal 3H 1° Coleta
Figura 79: Envelope em aceleração da bomba mancal 3H 6° Coleta
112
Figura 80: Envelope em aceleração da bomba mancal 3V 9° Coleta
Na figura 79, o envelope de aceleração demonstra vários harmônicos do
BPFO. Mas existe um pico próximo ao que seria o 14° harmônico do BPFO que não
coincide com este.
Esse pico é um alto harmônico da frequência de pás (BPF), que está próximo a
frequência de 21.480 RPM. Ele pode ser bem observado na figura 81.
113
Figura 81: Envelope de aceleração da bomba mancal 3H 6° Coleta
O 7° harmônico do BPF é o pico que mais aparece elevado (154.787 RPM),
além de ter bandas laterais de 1X. Algum componente da bomba tem a sua
frequência natural igual ao 7° harmônico. Para resolver isso, deve-se descobrir qual
é esse componente, e se for possível, substituí-lo. Caso não seja possível, deve-se
tentar modificar a sua frequência natural, com a adição de massa, para evitar a
ressonância. Outra possibilidade é trocar o rotor da bomba por um com uma
frequência natural diferente.
Interessante ressaltar, que os 2 problemas da bomba estão interligados. O
problema no rolamento 6308 provoca folgas no eixo, por isso a ocorrência de tantas
frequências harmônicas em relação à frequência de pás (BPF). Se o problema do
rolamento for resolvido, a folga irá diminuir, o que eliminará o pico de 7X a BPF.
Assim sendo, não ocorrerá ressonância com o componente da bomba.
Na figura, 82 segue-se um espectro em envelope do mancal 4, que também
estavam com o rolamento danificado.
114
Figura 82: Envelope de aceleração com alta resolução da bomba mancal 4H 1°Coleta
Foi possível visualizar o problema do rolamento da bomba no domínio
temporal:
Figura 83: Onda no tempo mostrando o problema no rolamento da bomba mancal4H4ºcoleta
115
Figura 84: Onda no tempo mostrando o problema no rolamento da bomba mancal 4H7º coleta
Figura 85: Onda no tempo mostrando o problema no rolamento da bomba mancal 3H10º coleta
116
Por escolha dos técnicos de manutenção da Purac, era preferível usar o
rolamento até o fim de sua vida útil a uma manutenção nessa bomba, já que isso
implicaria em uma mudança dos componentes da bomba, por exemplo, trocar o selo
de vedação que sairia muito mais caro que um rolamento. Por isso, eles preferiram
deixar o equipamento operando nesses termos até o dia da manutenção do
equipamento que já estava agendada.
Isso fica a critério do responsável pela manutenção. Dependendo se a vibração
do equipamento seguir evoluindo ou se estabilizar, o técnico pode optar pela
paralisação imediata do equipamento ou postergar até o dia da manutenção deste,
lembrando que é sempre um risco operar com o equipamento acima dos níveis
padronizados pelas associações normalizadoras (ABNT e ISO), como visto no
capítulo 4.
Pelos gráficos de tendência coletados, percebemos que a vibração seguia de
maneiras diferentes em cada ponto. Em um ela se estabilizava, em outro caia e em
outro tendia a subir um pouco.
Figura 86: Gráfico de tendência se mantém estável, bomba 3H aceleração global.
117
Figura 87: Gráfico de tendência decaindo, bomba 4H aceleração global.
6.3 - Análise do moto-redutor
6.3.1 - Motor
No motor não foi observada quase nenhuma condição de trabalho acima de
A2.
Porém, é possível observar o engrenamento de entrada de 21600 RPM no
espectro do motor, nas figuras 88 e 89. Isso acontecia nos dias em que a vibração
da caixa redutora estava alta.
118
Figura 88: Frequência de engrenamento 1 visível em um espectro de aceleração do motor
mancal 1H 8° Coleta
Figura 89: Frequência de engrenamento 1 com bandas de 1X vista em um espectro em
aceleração no motor mancal 1H 9° Coleta
119
O gráfico de tendência ficou da seguinte maneira:
Figura 90: Gráfico de tendência do motor mancal 2H.
6.3.2 - Adaptador
Seus espectros de vibração se mantiveram sempre com amplitudes baixas.
Quase não passando de nenhum dos dois alarmes, em algumas ocasiões passou do
A1, mas, logo retornando a faixa de vibração em outras medições.
O espectro de frequência e o gráfico de tendência do adaptador podem ser
observados nas figuras 91 e 92.
120
Figura 91: Espectro em velocidade do adaptadorno mancal 3H 9° Coleta
Figura 92: Gráfico de tendência do adaptador mancal 3H
121
6.3.3 - Redutor
O redutor não apresentou nenhuma vibração perigosa. Sua vibração esteve
entre os dois alarmes, acima de A1 e abaixo de A2. A razão para operar com a
vibração um pouco elevada era devido ao engrenamento que por vezes sofria de
trancos repentinos em virtude da condição do fluído dentro do tanque, este podendo
estar mais ou menos saturado, dificultando a sua agitação em certas ocasiões. Fora
isso não foi observado nenhuma condição de vibração anormal no equipamento.
Foi possível visualizar as duas frequências de engrenamento do redutor. Em
quase todas as coletas elas apresentaram bandas laterais, mas todas com baixas
amplitudes.
Figura 93: Espectro em aceleração da frequência de engrenamento de entrada do redutor
mancal 5H 5° Coleta
122
Figura 94: Espectro em aceleração da frequência de engrenamento de entrada do redutor
mancal 5H 8° Coleta
Figura 95: Espectro em aceleração da frequência de engrenamento de saída mancal 7H 7°
Coleta
123
No domínio temporal puderam ser observadas as rotações do equipamento.
Figura 96:Onda no tempo mostrando a rotação do eixo de entrada mancal 8V 8º coleta
Figura 97: Onda no tempo mostrando a rotação do eixo de entrada mancal 7V 3°coleta
124
Para a visualização de problemas no eixo intermediário e de saída do redutor
utilizou-se sinais de onda, pois eles apresentam uma melhor visualização de
frequências baixas.
Figura 98: Sinal de onda no tempo do redutor mancal 6V 6° Coleta
Figura 99: Sinal de onda no tempo do redutor mancal 7V 6° Coleta
125
Na figura 98 é possível ver períodos de tempo, que convertendo para
frequência aparecem na frequência de 7Hz ou 400 rpm, que é a rotação do eixo
intermediário. Na fig. 99 observa-se uma pequena modulação, o tempo entre o seu
início e fim é igual a uma frequência de 0,9Hz ou 52rpm, rotação do eixo de saída.
Por fim, os gráficos de tendência ficaram assim:
Figura 100: Gráfico de tendência do redutor mancal 7H em aceleração global
126
Figura 101: Gráfico de tendência do redutor mancal 8H em aceleração global
A caixa redutora não esta com vibrações muito severas, porém, suas
tendências de vibração ultrapassaram o primeiro alarme e se manteve nessa faixa.
Por isso deve-se continuar monitorando a vibração, para estar preparado caso a
vibração siga evoluindo e venha a ocasionar em problemas futuros.
127
Conclusões
Baseado na análise das vibrações coletadas foi possível visualizar dois
equipamentos que já estavam com a ocorrência de falhas. O moto-ventilador da
caldeira com problema de rede e a frequência de pulsos do inversor elevada; e a
bomba com a pista externa do rolamento dos 2 mancais danificadas, e ressonância
do 7º harmônico da frequência de pás com o de outro componente.
Foi possível visualizar um equipamento com os parâmetros começando a se
elevar, o moto-redutor. Pelo monitoramento de sua condição será possível observar
o seu comportamento vibratório pelos próximos dias, e se preciso for, intervir nesse
equipamento para que não ocorra uma falha que venha a prejudicar a fabricação e a
produção do ácido lático da empresa.
Dessa forma, fica demonstrado o valor da análise de vibração como técnica de
manutenção preditiva utilizada na indústria, pela possibilidade de se encontrar a
falha, tanto em estágio inicial quanto final, e observar, através de sua tendência, se
os níveis de vibração ficam mais severos ou se estabilizam.
Mesmo não apresentando elevados níveis de vibração, foi possível identificar
picos de variadas origens e desta forma poder acompanhar o comportamento ao
longo de suas vidas.
128
Sugestões
Fica como sugestão para os próximos trabalhos na área de análise de vibração
um estudo como um período de tempo maior entre uma coleta e outro. Nesse
trabalho foi realizado um total de 10 coletas em um período de 2 meses, em um
período de tempo maior seria possível visualizar melhor a evolução de certos
problemas, assim como a correção dos mesmos.
A respeito da correção, sugerimos ainda, fazer a coleta em um equipamento
com a apresentação de falhas, e outra nesse mesmo equipamento com as suas
falhas reparadas. Dessa forma poderia ser visualizado nos espectros a correção de
tal problema. Seria possível observar os níveis de vibração se estabilizando e os
picos das frequências problemáticas abaixarem. Por exemplo: a troca de um
rolamento ou de uma engrenagem, lubrificação de um mancal, alinhamento e
balanceamento.
129
Referências Bibliográficas
Espinosa, Flávio Nassur. 2008. Apostila de manutenção preditiva. Campos dos
Goytacazes: IFF, 2008.
Systems, SKFReliability. 2004. Tecnologia de vibrações apostila, 2004.
Pinto, Alan Kardec/ Nascif, Júlio.2009. Manutenção - Função Estratégica:
Qualitymark, 2009.
Rao, Singiresus S. 1986. Mechanical Vibrations. Massachusetts : Wesley, 1986. Vol. Segudo.
Wowk, Victor. 1991. Machinery Vibration. New York : MCGraw-Hill,Inc, 1991. ISBN-0-07-071936-5.
MOUBRAY, John. Reliability-Centered Maintenance. Oxford, 2 ed. 1997.
De Souza, Alien Viganô/ Gomes, Jonas Carmesin/ Fernandes, Rodrigo Sorbo.
Manutenção e lubrificação de equipamentos. Disponível em:
http://wwwp.feb.unesp.br/jcandido/manutencao/Grupo_5.pdf
Rodrigues, Carlan Ribeiro/ Gomes, Evandro de Souza / Da Silva, Vanessa Lima.
2010. Procedimento para análise de vibrações utilizando coletor Movilog 2 e
software EDIAG 2.2.0, Campos dos Goytacazes: IFF, 2010.
130
01db Brasil / Infrared Service-Therman Soluções. Tecnologia em análise de
vibrações. Disponível em:http://mundomecanico.com.br/wp-
content/uploads/2011/09/An%C3%A1lise-de-Vibra%C3%A7%C3%B5es1.pdf.
01 db-STEEL. Guia do usuário do coletor Movilog 2.
Nunes, Lucas/ Andrade, Renato / Antunes, Vinícius. 2009. Ensaio de vibrações,
2009. Disponível em:http://www.ebah.com.br/content/ABAAABGnQAK/analise-
vibracoes.
Mecatrônica atual. 2013. Manutenção preditiva análise de vibrações, 2013.
Disponível em: http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/2329-manuteno-
preditiva-anlise-de-vibraes-2.
Blog da Mecânica. 2010.Análise de Vibrações em Equipamentos Mecânicos, 2010.
Disponível em:http://pt.scribd.com/doc/32234231/5/Envelope-de-aceleracao-de-pico-
a-pico.
De Melo, Melques.2008. Identificação de falhas empregando análise de vibração.
Rio de Janeiro: UFRJ, março de 2008. Disponível em:
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA5VAAJ/identificacao-falhas-empregando-
analise-vibracao.
Sofisica. Ressonância. Disponível em:
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/ressonancia.php