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Análise de vibrações emAnálise de vibrações em
máquinas rotativasmáquinas rotativas
01d^1 B-METRA IB B ^1
01dB-Metravib
A manutenção condicionalA manutenção condicional
Capítulo 1Capítulo 1
Revisão 6 - 11/02/10 - Capítulo 1 - ELA
Instrutor: Edson Lopes de Almeida Téc. Insp. Pred. Pleno III – UEX/UTR
MManutenção condicional
Manutenção: definição geraldefinição geral
Manter e assegurar a disponibilidade
da ferramenta de produção a um
01d^2 B-METRA IB B ^2
01dB-Metravib
Norma AFNOR X60-
da ferramenta de produção a um
ótimo custo.
MManutenção condicional
Os diferentes tipos de manutenção
Manutenção corretiva Depois de uma parada ou quebra ª Necessita de uma equipe superdimensionada ª Não permite controlar disponibilidade dos equipamentos
01d 3 B-METRA IB B 3
01dB-Metravib
Manutenção sistemática De acordo com uma programação pré-estabelecida ª gera a substituição prematura de componentes ª não permite levar em conta a real evolução do estado deles
Manutenção preventiva
Os diferentes tipos de manutenção
A manutenção preventiva justificou o uso de um limite de parâmetro pré-determinado do estado de deterioração do componente.
01d^4 B-METRA IB B ^4
01dB-Metravib
Norma AFNOR X60-
A manutenção preditiva levou à análise da evolução supervisionada de parâmetros significantes da deterioração do componente, permitindo alongar e planejar intervenções.
Manutenção preditiva ou condicional
MManutenção condicional
Exemplo: troca de rolamentos:
quebra
Aumento dos custos Aumento dos riscos
Limites da Manutenção Sistemática
A periodicidade da troca é determinada a
01d^5 B-METRA IB B ^5
01dB-Metravib
Probabilidade de^ Vida útil Pane precoce
Periodicidade de troca
Pane longa
determinada a partir de informações estatísticas
MManutenção condicional
A manutenção condicional é baseada na análise da evolução com o tempo de parâmetros significativos.
Princípios da manutenção condicional
Nível crítico
01d 6 B-METRA IB B 6
01dB-Metravib
Nível crítico
tempo
Tempo entre a previsão e a pane
Limite de pane Quebra!
Limite de manutenção
O monitoramento de vibração
As ferramentas para o monitoramento
9 Esta é a técnica mais utilizada para a manutenção condicional d á i i
01d^10 B-METRA IB B ^10
01dB-Metravib
das máquinas rotativas. 9 Ela apresenta as seguintes vantagens: z As medidas são fáceis de executar z A detecção é precoce z As informações são detalhadas
MManutenção condicional
As outras técnicas
As ferramentas para o monitoramento
9 Análise de lubrificante 9 Termografia 9 Os seguintes parâmetros de processo
01d^11 B-METRA IB B ^11
01dB-Metravib
de processo z Temperatura z Pressão z Carga z Intensidade, potência z Etc...
MManutenção condicional
As etapas principais do procedimento são as seguintes:
O procedimento para o monitoramento
9 Etapa 1 : identificação das máquinas
01d 12 B-METRA IB B 12
01dB-Metravib
9 Etapa 2 : elaborar um sistema de monitoramento adequado (pessoal, material, equipamento, organização) 9 Etapa 3 : inicialização na planta do monitoramento 9 Etapa 4 : otimização e ampliação do monitoramento
Etapa 1: identificação das máquinas
O procedimento para o monitoramento
Uma parada tem um i
Manutenção corretiva
não
sim Os custos são aceitáveis?
01d^13 B-METRA IB B ^13
01dB-Metravib
impacto na segurança ou na produção?
A técnica de monitoramento é aplicável?
O custo do monitoramento é aceitável?
Manutenção preventiva
Manutenção condicional
sim
não
sim
não
sim
não
MManutenção condicional
Etapa 2: elaborar um sistema de monitoramento
adequado.
O procedimento para o monitoramento
Os seguintes parâmetros são levados em conta na definição do sistema de monitoramento: 9 Funções asseguradas ao sistema: manutenção e/ou
01d^14 B-METRA IB B ^14
01dB-Metravib
9 Funções asseguradas ao sistema: manutenção e/ou segurança 9 Nível da análise requerida 9 Tipo de monitoramento: contínuo ou periódico De acordo com estes elementos, as escolhas em equipamentos, software e treinamentos poderão ser iniciadas.
MManutenção condicional
A função de segurança
O procedimento para o monitoramento
9 A função de segurança tem por objetivo parar a máquina quando ela apresenta condições de funcionamento que põe em risco a segurança e a integridade de bens e de pessoas Ela conduz a um
01d 15 B-METRA IB B 15
01dB-Metravib
integridade de bens e de pessoas. Ela conduz a um monitoramento contínuo da máquina. Geralmente é um monitoramento do tipo tempo real. Um desgaste ou condições de anormais funcionamento provocam uma elevação dos níveis de vibração que são comparados a limites pré-estabelecidos. A máquina é parada pelo sistema quando o limite correspondente é alcançado. A maioria das máquinas a mancais de deslizamento são fornecidas de fábrica com sistemas de monitoramento que visam a segurança.
O procedimento para o monitoramento
9 Nível 3: Manutenção ao nível de análise profunda z A análise de vibrações utiliza ferramentas complementares (equipamentos software
Os níveis de análise: nível experiente
01d^19 B-METRA IB B ^19
01dB-Metravib
complementares (equipamentos, software, técnicas) com o objetivo de tratar as falhas cinemáticas complexas.  Ferramentas Coletor MVP-200 no modo analisador multi-canais Software VibGraph Expert  Competência: técnicos, engenheiros
MManutenção condicional
O monitoramento contínuo (on-line)
O procedimento para o monitoramento
9 Os sistemas on-line abrangem os sistema de aquisição (sensores, cabos, eletrônica,
01d^20 B-METRA IB B ^20
01dB-Metravib
software) instalados em uma ou mais máquinas. 9 Eles permitem o monitoramento contínuo dos parâmetros e são especificados em função da segurança.
MManutenção condicional
O monitoramento periódico (off-line)
O procedimento para o monitoramento
9 Os sistemas off-line designam os sistemas de aquisição (sensor, cabos, eletrônica de á
01d 21 B-METRA IB B 21
01dB-Metravib
aquisição) portáteis e realizam a função de manutenção. Eles geralmente permitem também elaborar diagnósticos pontuais.
Periodicidade das medições
O procedimento para o monitoramento
Tempo
MediçõesMedições
01d^22 B-METRA IB B ^22
01dB-Metravib
A periodicidade das medições é definida segundo os parâmetros: 9 os tipos de falha da máquina 9 a criticidade da máquina para o processo 9 os custos de manutenção
MManutenção condicional
Etapa 3: inicialização na planta do monitoramento
O procedimento para o monitoramento
Esta etapa consiste em começar o monitoramento de um número restrito de máquinas representativas do parque. Ela compreende as seguintes fases:
01d^23 B-METRA IB B ^23
01dB-Metravib
9 Análise cinemática de máquinas z Número e localização dos pontos de medida z Pré-identificação dos parâmetros cinemáticos z Determinação do tipo de medição
MManutenção condicional
Etapa 3: inicialização na planta do monitoramento (cont.)
O procedimento para o monitoramento
9 Programação das máquinas e dos parâmetros associados em uma base de dados z Criação das máquinas e dos canais de medição
01d 24 B-METRA IB B 24
01dB-Metravib
z Criação das máquinas e dos canais de medição z Definição dos parâmetros de aquisição (periodicidade, tipo de medição, ranges de análise,…) z Definição dos parâmetros de vibração 9 Realização das medições iniciais 9 Determinação dos limites dos parâmetros
Análise de vibrações deAnálise de vibrações de
máquinas rotativasmáquinas rotativas
01d01d^11 B-B-METRA IB B METRA IB B ^11
01dB-Metravib
A análise de vibraçãoA análise de vibração
Capítulo 2Capítulo 2
Revisão 6 - 11/02/10 - Capítulo 2 - ELA
Instrutor: Edson Lopes de Almeida Téc. Insp. Pred. Pleno III – UEX/UTR
MManutenção condicional
Percepção subjetiva dos fenômenos
Aproximação intuitiva
Próximo a uma máquina: 9 Pode-se ouvir os ruídos e sentir as vibrações da máquina.
01d01d^22 B-B-METRA IB B METRA IB B ^22
01dB-Metravib
9 Estes dois indicadores podem fornecer os subsídios para a troca de um componente da máquina. 9 A quantificação e a qualificação das vibrações são as maneiras privilegiadas da manutenção
condicional.
MManutenção condicional
Ruídos emitidos por uma máquina
Aproximação intuitiva: o ruído
Os ruídos emitidos por uma máquina resultam
01d01d 33 B-B-METRA IB B METRA IB B 33
01dB-Metravib
das ações de várias fontes:
Aproximação intuitiva: o ruído
9 Das máquinas ou parte das máquinas, inclusive em vibração da qual a energia é transmitida ao meio externo
Origem do ruído irradiado por uma máquina Os ruídos irradiados no ar por uma máquina resultam das ações de várias fontes, divididas em dois grupos:
01d01d^44 B-B-METRA IB B METRA IB B ^44
01dB-Metravib
9 Das máquinas ou parte das máquinas que agem sem barreiras no ambiente transferindo a energia diretamente como emissão acústica.
vibração da qual a energia é transmitida ao meio externo através de ligações rígidas ou por um fluido.
MManutenção condicional
As fontes de ruído
Aproximação intuitiva: o ruído
Desbalanceamento
Fontes
Caminhos de propagação
Estrutura (^) Recepção
01d01d^55 B-B-METRA IB B METRA IB B ^55
01dB-Metravib
Desbalanceamento Forças alternadas ou onduladas
Turbulências Efeito corona
Ligação rígida
Acoplagem aérea e de fluidos
Superfície radiante
Ruído
- Efeito Corona – quando o campo elétrico na superficie dos condutores atinge um limiar, no qual o dielétrico do ar rompe-se, criando assim pequenas descargas em torno do condutor.
MManutenção condicional
Noção de amplitude e de freqüência
Aproximação intuitiva: o ruído
A análise das diferentes fontes sonoras podem ser feitas: 9 Pela amplitude: dos sons mais baixos para os mais altos
01d01d 66 B-B-METRA IB B METRA IB B 66
01dB-Metravib
para os mais altos. 9 Pela freqüência: dos sons mais graves para os mais agudos. Uma analogia pode ser feita com uma orquestra. A música é a soma de diversas amplitudes e freqüências: 9 O tambor pelos sons graves 9 O violino pelos sons agudos
Influência da extrutura
Aproximação intuitiva: as vibrações
Para uma dada excitação (desbalanceamento mecânico, por exemplo), a resposta de vibração é diferente de acordo
01d01d^1010 B-B-METRA IB B METRA IB B ^1010
01dB-Metravib
ç com o local:
 As medições devem ser efetuadas nos mesmos locais para comparação.
Vibração = Excitação (^) * Estrutura
MManutenção condicional
Em resumo
Aproximação intuitiva: as vibrações
9 Os níveis de vibração são bons indicadores para se conhecer o comportamento de uma máquina.
01d01d^1111 B-B-METRA IB B METRA IB B ^1111
01dB-Metravib
q 9 As vibrações são o resultado dos esforços internos da máquina e dos efeitos da estrutura.
MManutenção condicional
Origem das vibrações
Noções fundamentais
Toda máquina em funcionamento está sujeita a forças internas variáveis com o tempo e de naturezas diferentes:
9 Forças impulsivas (choques)
01d01d 1212 B-B-METRA IB B METRA IB B 1212
01dB-Metravib
ç p ( q ) 9 Forças transitórias (variações de carga) 9 Forças periódicas (desbalanceamento) 9 Forças aleatórias (fricção)
Estas forças são transmitidas pelos componentes da máquina e induzem deformações da superfície da estrutura (vibrações).
Princípios de análise de vibrações de máquinas rotativas
Noções fundamentais
Esforços i t
Estrutura
Ruídos Vibrações Medições
Informações dos esforços t t
Máquina
01d01d^1313 B-B-METRA IB B METRA IB B ^1313
01dB-Metravib
internos e estrutura
z Desbalanceamento z Desalinhamento z Rolamentos z Engrenamentos z Falhas magnéticas z etc. ...
As vibrações de uma máquina constituem uma imagem indireta dos seus esforços internos.
MManutenção condicional
Definição de vibração segundo a norma NFE 90-
Noções fundamentais
9 Uma vibração é uma variação com o tempo da grandeza característica do movimento ou da posição de um sistema mecânico onde a grandeza é
01d01d^1414 B-B-METRA IB B METRA IB B ^1414
01dB-Metravib
sistema mecânico onde a grandeza é alternadamente maior e menor que um certo valor médio ou de referência. 9 Os fenômenos de vibração são os fenômenos periódicos ou não periódicos mais ou menos complexos.
MManutenção condicional
A vibração senoidal
Noções fundamentais
A expressão mais simples do movimento é o movimento puramente senoidal, como o gerado por um desbalanceamento simples.
01d01d 1515 B-B-METRA IB B METRA IB B 1515
01dB-Metravib
X = A.sen (ω.t+ϕ)
O sinal observado se exprime por uma função seno:
+A
-A
As grandezas utilizadas: introdução
Noções fundamentais
Como todo movimento, uma vibração pode ser estudada em três grandezas: 9 Deslocamento 9 Velocidade
01d01d^1919 B-B-METRA IB B METRA IB B ^1919
01dB-Metravib
9 Aceleração Estas grandezas físicas são ligadas entre si por relações matemáticas. Estas relações são simples para o caso de um sinal puramente senoidal. A escolha de uma ou outra grandeza pode ser fundamental para a qualidade do diagnóstico.
MManutenção condicional
As grandezas utilizadas: o deslocamento
Noções fundamentais
O deslocamento quantifica a amplitude máxima do sinal de vibração. Historicamente, esta grandeza foi a primeira a ser utilizada, isto devido aos recursos dos instrumentos da época.
01d01d^2020 B-B-METRA IB B METRA IB B ^2020
01dB-Metravib
p Um sinal de vibração senoidal gerado por um desbalanceamento simples pode ser expresso por: d(t) = D.sen (2.π.F.t+ϕ)
D
T=1/F
A unidade utilizada para a medição de deslocamento é o micron (μm)
MManutenção condicional
As grandezas utilizadas: a velocidade
Noções fundamentais
A velocidade de um movimento corresponde à variação da sua posição com o tempo. Matematicamente, a velocidade se exprime pela derivada do deslocamento em relação ao tempo:
01d01d 2121 B-B-METRA IB B METRA IB B 2121
01dB-Metravib
Um sinal senoidal gerado por um desbalanceamento simples se expressa por: v(t) = V.sen (2.π.F.t+ϕ)
T=1/F
V
A unidade utilizada é o mm/s
v(t)=
d[d(t)] dt
As grandezas utilizadas: a aceleração
Noções fundamentais
A aceleração de um movimento corresponde à variação da velocidade com o tempo. Matematicamente, a aceleração se exprime como a derivada da velocidade com o tempo.
01d01d^2222 B-B-METRA IB B METRA IB B ^2222
01dB-Metravib
Um sinal senoidal gerado por um desbalanceamento simples se expressa por: a(t) = A.sen (2.π.F.t+ϕ) A unidade utilizada é g.
T=1/F
A
a(t)=
d[v(t)] dt
MManutenção condicional
As grandezas utilizadas: relações entre as grandezas
Noções fundamentais
Para o caso de uma vibração puramente senoidal, os valores mensurados em deslocamento, velocidade e aceleração são ligados por funções simples relacionadas com a freqüência:
01d01d^2323 B-B-METRA IB B METRA IB B ^2323
01dB-Metravib
com as unidades : Ö D em μm Ö V em mm/s Ö A em g
V=
A
2.π.F
D=
V
2.π.F
D= A 4.π^2 .F 2
V=1561.
A
F
D=159.
V
F
D=248199.
A
F 2
Nota: 1g = 9.80665 m/s^2
MManutenção condicional
Influência da grandeza utilizada:
Noções fundamentais
9 O deslocamento é inversamente proporcional ao quadrado da freqüência. Quanto maior a freqüência, menor o deslocamento: é utilizado para freqüências muito baixas: F ≤ 100 Hz
01d01d 2424 B-B-METRA IB B METRA IB B 2424
01dB-Metravib
9 A velocidade é inversamente proporcional à freqüência. Quanto maior a freqüência, menor a velocidade: é utilizada para freqüências baixas: F ≤ 1000 Hz 9 A aceleração, representativa das forças dinâmicas, não depende da freqüência: este é um parâmetro privilegiado em análise de vibrações pelo seu grande domínio de freqüências. 0 ≤F ≤ 20000 Hz
A transformada de Fourier
A transformação Tempo - Freqüência
A decomposição de um sinal de vibração periódico complexo em suas diferentes componentes senoidais, representadas cada uma delas por sua amplitude Ai e sua freqüência Fi é feita por uma transformação tempo - freqüência chamada de
01d01d^2828 B-B-METRA IB B METRA IB B ^2828
01dB-Metravib
p ç p q Transformada de Fourier. Esta função matemática faz uma transposição do sinal de domínio temporal para o domínio freqüêncial. A representação do sinal obtido é denominado espectro em freqüências. A Transformada de Fourier é implementada pelos analisadores de espectros modernos e são chamadosde FFT (Fast Fourier Transform ou Transformada Rápida de Fourier).
MManutenção condicional
Caso de um sinal senoidal puro
A transformação Tempo - Freqüência
FFTFFT
T 1
F 1 =1/T 1
A1rms
01d01d^2929 B-B-METRA IB B METRA IB B ^2929
01dB-Metravib
FFTFFT
T
2 F 2 =1/T 2
FFTFFT
A1rms
A2rms
MManutenção condicional
Caso de um sinal multi-senoidal
A transformação Tempo - Freqüência
O espectro final contem um conjunto de freqüências senoidais (picos discretos)
01d01d 3030 B-B-METRA IB B METRA IB B 3030
01dB-Metravib
FFTFFT
(p ) constituidos do sinal de vibração original.
Caso de um sinal real
A transformação Tempo - Freqüência
Sinal temporal
Sinal freqüencial
01d01d^3131 B-B-METRA IB B METRA IB B ^3131
01dB-Metravib
FFTFFT
MManutenção condicional
Significado do espectro
A transformação Tempo - Freqüência
01d01d^3232 B-B-METRA IB B METRA IB B ^3232
01dB-Metravib
F 0
2.F 0
3.F 0
4.F 0
Sinal com domínio no tempo
MManutenção condicional
Transformada de sinais particulares: sinal modulado em amplitude.
A transformação Tempo - Freqüência
F
O número de bandas laterais depende da forma do sinal de modulação.
Sinal modulante
T=1/F (^) m
01d01d 3333 B-B-METRA IB B METRA IB B 3333
01dB-Metravib
F (^) m F (^) m Freq. Fm^ F
Sinal^ T=1/F modulante Freq. F
FFTFFT
