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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃOPÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá
Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos
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Conteúdo do capítuloConteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
4.1 – Diagnóstico de máquinas;
4.2 – Desbalanceamento de eixos;
4.3 – Desalinhamento de eixos;
4.4 – Desalinhamento de correias;
4.5 – Componentes soltos;
4.6 – Falhas em engrenagens;
4.7 – Roçamento;
4.8 – Falhas em motores elétricos.
4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas
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FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.8 – Falhas em motores elétricos
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Rotor
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Motor de Indução trifásico Motor de Indução trifásico
Estator
Ventilador
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Um motor de indução possui freqüências características mesmo que não tenha nenhuma falha, são as chamadas assinaturas de vibração do motor. Estas freqüências são(em parêntesis a notação que iremos utilizar neste curso):
• Freqüência de alimentação – (Fal)
• Freqüência de rotação – (Frt)
• Freqüência do campo magnético (Fcm)
• Freqüência de escorregamento (Fes)
• Freqüência de ranhura – (Fran)
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico Freqüências básicas de um motor elétrico
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• Freqüência de alimentação – (Fal) – É a freqüência elétrica – 60 Hz
• Freqüência de rotação – (Frt) – É a freqüência real com que o motor está girando, depende da carga que está aplicada.
• Freqüência do campo magnético (Fcm) – É a freqüência de alimentação dividida pelo numero de pólos do motor
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico Freqüências básicas de um motor elétrico
polosn
FalFcm
º
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• Freqüência de escorregamento (Fes) – O rotor do motor não gira com velocidade síncrona, mas escorrega para trás no campo girante. A freqüência de escorregamento é a diferença entre velocidade síncrona e a velocidade do rotor.
A Fes é calculada multiplicando a freqüência de alimentação pelo escorregamento do motor, que é calculado por:
Onde: Nm = Freqüência de rotação do motor (medida no motor)
Ns = Rotação síncrona (do campo)
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico Freqüências básicas de um motor elétrico
Ns
NmNsS
pólosn
FalNs
º*60
*120
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• Freqüência de ranhura (Fran) – As ranhuras do entreferro tanto no estator quanto no rotor geram vibração, pois criam desbalanceamento de forças magnéticas de atração, conseqüência da variação da relutância do circuito, em função da taxa de passagem pelas ranhuras do estator e do rotor.
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico Freqüências básicas de um motor elétrico
A freqüência de ranhura é calculada por:
Fal = Freqüência da redeRs = Numero de ranhuras do rotorS = escorregamento unitárioP = numero de pares de pólosK = zero ou nº par (2,4,6,8,…)
KP
SRsFalFram
1**
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• Maquinas com conjunto rotativo leve e estruturas robustas e pesadas tem a maioria das forças geradas pelo rotor, como movimento relativo entre o eixo e o mancal.
A estrutura da máquina funciona como amortecimento, assim deve-se medir a vibração no rotor, através de sensores sem contato.
• Máquinas com conjunto rotativo pesado, apoiado em mancais rígidos e com estrutura leve, tem as forças gerada pelo rotor dissipadas através dos mancais da estrutura, assim o melhor ponto para medição está localizado na estrutura da máquina, próximo a mancais de rolamentos ou chapas grossas.
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Como medir a vibração em motores elétricosComo medir a vibração em motores elétricos
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Em um motor de indução os defeitos de origem elétrica podem ser resultado de:
• Degradação do isolamento da bobina do estator
• Desequilíbrio da alimentação
• Quebra das barras do rotor
• Quebra do anel curto-circuito
Os defeitos de origem mecânica podem ser identificados como:
• Rotor excêntrico ou desbalanceado
• Ventoinha quebrada
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Defeitos de origem elétrica e mecânicaDefeitos de origem elétrica e mecânica
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As falhas:
• Degradação do isolamento da bobina do estator
• Desequilíbrio da alimentação
• Enrolamentos em curto e folgas no entreferro do motor
Caracterizam-se por uma freqüência no espectro de vibração igual a duas vezes a freqüência de alimentação. A amplitude é determinada pela carga do motor.
2*Fal (Freqüência de alimentação)
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Defeitos elétricosDefeitos elétricos
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As falhas:
• Quebra das barras do rotor
• Quebra do anel curto-circuito
Caracterizam-se pelo surgimento de bandas laterais ao redor da freqüência de rotação do motor (Nm) igual ao valor da freqüência de pólos que por sua vez é igual a 2x o valor da freqüência de escorregamento (Fes)
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Defeitos elétricosDefeitos elétricos
Nm
2*Fes 2*Fes
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Um rotor excêntrico ou um rotor desbalanceado provocam variações no campo magnético entre os pólos do estator e o rotor (altera o chamado air gap – distância entre o rotor e o estator), causando uma freqüência de 1X rpm no sinal medido no motor:
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Rotor excêntrico ou desbalanceadoRotor excêntrico ou desbalanceado
Nm
2*Fs 2*Fs
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Como saber se o defeito é mecânico (Desbalanceamento) ou elétrico (Excêntrico)?
• Deve-se medir a vibração no momento em que a corrente de alimentação do motor é cortada, duas situações podem ocorrer:
• 1º - Amplitude de vibração decai bruscamente: Problema é elétrico e pode ser causado por excentricidade do rotor no estator
• 2º - Amplitude decai lentamente: Problema mecânico possivelmente devido a desbalanceamento do rotor.
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Rotor excêntrico ou desbalanceadoRotor excêntrico ou desbalanceado
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Método da análise de corrente
• Utiliza medidores não-invasivos ao motor para obter o sinal elétrico de entrada das fases do motor, assim é possível efetuar a análise do espetro da freqüência de alimentação do motor.
• É indicada para identificação de barras quebradas no rotor e desbalanceamento de tensão.
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Métodos de análise de falhas em motores elétricosMétodos de análise de falhas em motores elétricos
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Método do fluxo magnético
• Utiliza uma bobina imersa no campo magnético girante produzido pelas correntes do estator. Qualquer pequeno desbalanceamento no fluxo magnético é perceptível pela bobina.
• Este método é indicado para identificação de barras quebradas no rotor, desequilíbrio de fases e problemas nos enrolamentos do motor.
• Possui a vantagem de não precisar saber o numero de barras e a carga do motor para identificar anomalias nas espiras.
Falhas em motores elétricosFalhas em motores elétricos
Métodos de análise de falhas em motores elétricosMétodos de análise de falhas em motores elétricos
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Utilizando um motor de indução trifásico de 1cv, 4 pólos e 220 de alimentação (ligação em triângulo).
Com o auxilio de um reostato com entrada 220V e saída variável entre 0 e 250V foi induzido um desbalanceamento de corrente no motor.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibraçõesDiagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemploFalhas em motores elétricos – exemplo
Bancada de testes
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As freqüências básicas observadas na assinatura de vibração de um motor sem defeito são:
• Freqüência de alimentação – (Fal) = 60 Hz e
Múltiplos da freqüência de alimentação: : 2xFal = 120 Hz
• Freqüência de rotação – (Frt) = 1750 rpm = 29,17 Hz
Múltiplos da freqüência de rotação: 2x Frt = 58,38 Hz, 3xFrt = 87,50 Hz
• Freqüência de ranhura – (Fran) = 875 Hz e múltiplos: 2x Fran = 1750 Hz
Diagnóstico de falhas através de análise de vibraçõesDiagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemploFalhas em motores elétricos – exemplo
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Inicialmente foi efetuada uma coleta sem desbalanceamento. A corrente em cada uma das fases foi de 1 Ampere.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibraçõesDiagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemploFalhas em motores elétricos – exemplo
Espectro normal
No gráfico do osciloscópio podemos distinguir dois picos:
28 Hz – Freqüência de rotação (Frt)
360 Hz – Múltiplo da freqüência de alimentação (Fal)
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Uma segunda medição foi efetuada induzindo-se um desequilíbrio em uma das fases. A corrente da fase com o reostato é de 1,8A enquanto as demais estão com 3,0A.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibraçõesDiagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemploFalhas em motores elétricos – exemplo
Espectro com desequilíbrio de fase
No gráfico do osciloscópio podemos distinguir dois picos:
28 Hz – Freqüência de rotação (Frt)
120 Hz –Freqüência de alimentação (Fal)
240Hz - Múltiplo da freqüência de alimentação (Fal)