Análise espectral de Vibração - TBG, Notas de estudo de Eletromecânica

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CURSO DE ANÁLISE DE

VIBRAÇÕES MECÂNICAS

Programa de transferência de

tecnologia

Técnico: Damião

Análise espectral

FORÇA DE DESBALANCEAMENTO

A força de desbalanceamento estará estável e em fase. A amplitude

do desbalanceamento ganhará um incremento igual ao quadrado da

rotação (3X a rotação = 9X a amplitude de vibração). A frequência

de rotação do eixo estará sempre presente e normalmente dominará

o espectro. Pode ser corrigido pela colocação de apenas uma massa

de correção em apenas um plano do centro de gravidade do rotor.

RADIAL

1X rpm do rotor

mm/s

DESBALANCEAMENTO DE ROTOR

EM BALANÇO

1X rpm do rotor

O desbalanceamento de rotores em balanço causa altas amplitudes

na rotação do eixo do rotor tanto na direção axial como na direção

radial. As leituras axiais tendem a estar em fase enquanto que as

radiais tendem a estar instáveis. Rotores em balanço podem

apresentar desbalanceamento forçado e acoplado. A correção se fará

de acordo com o tipo de desbalanceamento.

RADIAL & AXIAL

mm/s

ROTOR EXCÊNTRICO

1X rpm do rotor

A excentricidade ocorre quando o centro de rotação está deslocado do centro

geométrico de rotores, polias, engrenagens, mancais, etc. Grandes amplitudes

de vibração ocorrem em 1X rpm do componente excentrico na direção entre os

centros dos dois rotores pertencentes ao sistema. A leitura comparativa das

fases nas direções horizontal e vertical usualmente diferem de 0° ou 180°

(ambas indicarão a linha de centro do movimento). A tentativa de

balanceamento de rotores excêntricos resultará em uma diminuição das

amplitudes de vibração em uma direção, porém aumentará em outra (depende

da dimensão da excentricidade).

1X rpm do motor

e

RADIAL

mm/s

DESALINHAMENTO ANGULAR

1X rpm

O desalinhamento angular causa grandes vibrações na direção axial

com diferença de fase de 180° ao longo do acoplamento. 1X rpm e 2X

rpm dominará o espectro, contudo 3X rpm poderá aparecer. Estes

sistemas podem também indicar problemas no acoplamento.

2X rpm

AXIAL

3X rpm

mm/s

DESALINHAMENTO PARALELO

1X rpm

O desalinhamento paralelo causa sintomas similares ao angular mas mostra

grandes amplitudes de vibração na direção radial com aproximadamente

180° de defasagem ao longo do acoplamento. Dependendo do tipo de

acoplamento 2X rpm se apresenta com maior amplitude do que 1X rpm.

Quando o desalinhamento é severo e composto (angular + paralelo)

aparecerão grandes amplitudes de vibração em harmônicos mais altos (4X,

8X) ou vários harmônicos com características de folgas mecânicas. O tipo de

acoplamento influencia sobremaneira o espectro quando o desalinhamento é

severo.

2X rpm

RADIAL

3X rpm

mm/s

RESSONÂNCIA

Ressonância ocorre quando a frequência da força de excitação é muito próxima ou

igual a frequência natural do sistema. Causa dramáticos ganhos de amplitude que

podem causar danos prematuros ou mesmo levar o sistema ao colapso total. As forças

de excitação em máquinas normalmente são provenientes do motor de acionamento,

porém podem advir de bases, fundações, engrenamentos, correias de transmissão, etc.

Se um rotor está em ou próximo da ressonância, será “quase” impossível balanceá-lo

devido a grande variação de fase (90° na ressonância e perto de 180° quando passar

por ela), Normalmente necessita mudanças na localização da frequência natural. A

frequência natural de um sistema não muda com a rotação, o que facilita sua

localização.

FASE

AMPLITUDE

2ª CRÍTICA

mm/s

FOLGAS MECÂNICAS

FALTA DE RIGIDEZ

1X rpm

Folgas mecânicas por falta de rigidez são causadas por folgas

estruturais, fragilidade dos pés da máquina, torção da base

metálica ou problemas estruturais da base de concreto. Haverá

inversão de fase de 180° entre as medições verticais do pé e da

base metálica em comparação com as medições da base de

concreto.

RADIAL

PÉ

BASE METÁLICA

BASE DE CONCRETO

mm/s

FOLGAS MECÂNICAS ENTRE

COMPONENTES

1X

São causadas por ajuste impróprio entre componentes. Causarão vários harmônicos

devido a não linearidade entre os componentes com folga e as forças dinâmicas do eixo.

Sua forma de onda no tempo será truncada. Geralmente reflete ajuste impróprio entre

anel externo do rolamento e caixa do mancal ou anel interno e eixo. A fase é geralmente

instável e pode variar bastante de uma medição para outra. As folgas são

freqüentemente dimensionais e causam grande diferença de leitura se comparados os

níveis com acréscimo de 30° na direção radial ao redor da caixa do mancal. Em geral

causam sub-harmônicos de múltiplos exatos de 1/2 e 1/3 rpm (0,5, 1,5, 2,5, etc.)

RADIAL

0,5X

1,5X

2X

2,5X

3X

4X

5X

6X 7X 8X

Forma de onda truncada

mm/s

ROÇAMENTO DE ROTOR

1X

O roçamento de rotor produz espectro similar ao de folgas mecânicas onde as partes rotativas

entram em contato com as estacionárias. O roçamento pode ser parcial ou em toda a revolução.

Normalmente gera uma série de frequências que excitam uma ou mais ressonâncias.

Freqüentemente excitam sub-harmônicos da frequência de rotação de frações inteiras (1/2, 1/3, 1/4,

1/5, ... 1/n) dependendo das frequências naturais do rotor. Roçamento do rotor pode excitar várias

altas frequências. Isto pode ser muito sério e de curta duração se causada pelo contato do eixo com

o metal patente do mancal, mas é menos sério quando o eixo roça com a selagem, uma pá de

agitador com a parede do tanque, ou a capa de um acoplamento pressionando o eixo.

RADIAL

0,5X

1,5X

2X

2,5X

3X

4X

4,5X

5X

Ressonância

7X

Forma de onda truncada

3,5X

mm/s

MANCAL DE ESCORREGAMENTO

“OIL WHIRL” - INSTABILIDADE

0,42 ~ 0,48 x rpm

A instabilidade (oil-whirl) ocorre a 0,42 ~ 0,48 x rpm) e é normalmente muito severa

quando as amplitudes ultrapassam 50% das folgas nominais do mancal. “Oil -Whirl” é

uma excitação do filme de óleo, onde um desvio da condição normal de trabalho (ângulo

de atitude e relação de excentricidade) gerada pela cunha de óleo empurrando o eixo ao

redor do mancal. A força desestabilizadora na direção de rotação resulta em uma

precessão (whirl). Pode ser causada pela coincidência entre a frequência de precessão e

a frequência natural do eixo. Mudanças na viscosidade do óleo, pressão do lubrificante

e pré cargas externas podem causar “Oil-Whirl”

RADIAL

1X

mm/s

MANCAL DE ESCORREGAMENTO

“OIL WHIP” - INSTABILIDADE

A instabilidade (oil-whip) ocorre quando a máquina opera acima de 2x a

frequência critica do rotor. Quando o rotor ultrapassa 2x sua velocidade

critica a precessão ou instabilidade pode estar muito próxima da critica do

rotor e causar grandes vibrações que o filme de óleo pode não suportar. A

frequência da instabilidade irá sintonizar com a velocidade critica gerando um

pico que não desaparecerá mesmo com o aumento da velocidade de rotação.

Velocidade crítica Velocidade do rotor

Frequência

Oil-Whirl Oil-Whip Desbalanceamento

FORÇAS HIDRÁULICAS E AERODINÂMICAS

TURBULÊNCIA DE FLUXO

Turbulência de fluxo ocorre freqüentemente em sopradores

devido a variação de pressão ou velocidade do ar passando

através do ventilador ou junta de expansão conectada. Esta

ruptura do fluxo causa turbulência que gera ruído aleatório

(randônica) de baixa frequência na faixa de 50 a 2KHz.

1x rpm

BPF

Randônica

BPF = Blade Pass Freqüente

Frequência de passagem das

mm/s pás

FORÇAS HIDRÁULICAS E AERODINÂMICAS

CAVITAÇÃO

Normalmente cavitação gera ruído aleatório, energia em larga faixa de alta

frequência que as vezes superpõe com harmônicos da frequência de passagem

das pás. Normalmente indica pressão insuficiente na sucção. A cavitação pode

rapidamente destruir as partes internas da bomba se não for corrigida. Isto

pode principalmente causar a erosão das pás do impelidor. Quando presente é

freqüente haver ruído como pedras passando pela bomba.

1x rpm

BPF

Vibração randônica

de alta frequência

BPF = Blade Pass Freqüente

Frequência de passagem das

mm/s pás