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Curso Gesto de Tcnicas Preditivas So Paulo, 22 a 25 de novembro
de 2010
REALIZAO CONJUNTA
Filial V (SP-MS) Av. So Joo, 2168 9 andar, sala 94
01211-000 So Paulo, SP telefax (11) 3663-2363
Home Page: http://www.abraman.org.br e-mail:
[email protected]
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1. Ttulo: Foco tcnico em Melhores Prticas em Manuteno Preditiva.
2. Nome apresentador: eng. Jos Cludio Fabiano. 3. Resumo do escopo:
3.1 Introduo ao cenrio tcnico. 3.2 Conceitos bsicos de vibrao,
equaes fundamentais. 3.3 Nivel de vibrao (RMS, Pico, Pico a Pico).
Exerccio com espectro de corrente eltrica residencial. 3.4
Parmetros e unidades de vibrao (deslocamento, velocidade,
acelerao). Prtica do pndulo. 3.5 Espectro em funo do tempo. 3.6
Espectro em funo da freqncia FFT. 3.7 Nvel global de vibrao e
amplitude por freqncia. Dinmica radinho de pilha. 3.8 Correlao
entre amplitude e freqncia de vibrao com cada componente do
equipamento. 3.9 Domnio sobre funcionamento do equipamento e
comportamento dinmico. 3.10 Chegou a hora de emitir diagnsticos:
anlise de espectros. Casos prticos para anlise. 3.11 Casos prticos
de desbalanceamento, desalinhamento, empenamento de eixo, folga,
falta de rigi-dez mecnica, correia de transmisso, engrenagem de
transmisso, aerodinmica em ventiladores e rotores de bombas,
cavitao, rolamento, motor eltrico, gerador eltrico, equipamento
alternativo, lubrificao, mancal de deslizamento, ressonncia de
rotores, batimento, eixo cardan, torre de resfriamento, compressor
de ar tipo parafuso, pulsao de presso, termografia aplicada
equipamento rotativo, etc. Troca de experincia entre os
participantes. 3.12 Instrumentos, softwares e acessrios para o
monitoramento preditivo, on line e off line. 3.13 Conceito de
multiparmetro aplicado ao controle da condio dinmica de rotativos.
3.14 Tcnicas de monitoramento: anlise de envelope, ensaio esttico
de ressonncia, ensaio dinmico de ressonncia, anlise de ordem, mdia
no tempo com trigger externo, anlise de rbita, anlise transiente,
anlise de espectro de corrente eltrica, anlise de envelope da
corrente eltrica, anli-se de pulsao de presso em fluidos, anlise de
baixa e baixssima freqncia em rotativos, etc. Casos prticos, troca
de experincia entre participantes. 3.15 Elaborao do banco de dados
sob conceito de multiparmetros. Exemplos de aplicao. 3.16 Nveis de
alarme sob conceito de multiparmetros. Referncias e prticas. 3.17
Indicadores tcnicos de controle e indicadores de resultados como
melhores prticas. Exemplos. 3.18 Tipos de rotores rgidos e
flexveis. 3.19 Balanceamento dinmico em um plano. Casos prticos.
3.20 Balanceamento dinmico em dois planos. Casos prticos.
4. Currculo resumido de Jos Cludio Fabiano:
O Sr. Jos Cludio Fabiano Engenheiro Mecnico formado pela
Universidade Santa Ceclia - Santos SP, possui MBA em Gesto
Empresarial pela Universidade de So Paulo - SP, atuou durante 10
anos em enge-nharia de manuteno no setor siderrgico poca sob nome
de Cosipa - Cubato SP, atuou tambm duran-te 06 anos em engenharia
de manuteno e gerao de vapor no setor aucareiro na Usina Aucareira
Ester - Cosmpolis SP, atua h 21 anos como Diretor Presidente da
Engefaz Engenharia Ltda - Cosmpolis SP (www.engefaz.com.br), cuja
atividade inclui a aplicao eficaz de melhores prticas em manuteno
prediti-va.
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3.1 Introduo ao cenrio tcnico.
Hoje temos disposio uma ampla oferta de recursos tecnolgicos
como instrumentos, softwares e acess-rios, para aplicao off line de
monitoramento preditivo. Sem falar nos sistemas on line que se
apresentam com mais opes de fornecedores e tecnologias de aplicao.
Abaixo uma viso geral dos ltimos 5 anos e a tendncia para a evoluo
dos custos de recursos preditivos:
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Abaixo uma viso geral dos ltimos 5 anos e a tendncia para a
evoluo de tecnologias e estratgias:
3.2 Conceitos bsicos de vibrao, equaes fundamentais.
A VIBRAO: Atravs da monitorao dos parmetros de vibrao, tais
como, acelerao, velocidade e deslocamento, possvel detectar
prematuramente os defeitos e assim manter a sade dinmica dos
equipamentos, de modo a inibir a evoluo de no conformidades. Para
tanto, utilizam-se dois tipos de medio que permitem planejar
correes seguras com base na tendn-cia de eventuais desvios: Off
line: refere-se a medies intermitentes, cuja periodicidade
estabelecida de acordo com a classificao da criticidade de cada
equipamento. Estratgia flexvel aplicada a uma ampla gama de
equipamentos. On line: refere-se a medies contnuas, possibilitando
um acompanhamento das condies do equipamento em tempo real.
Estratgia aplicada a equipamentos com necessidade de controle
contnuo tais como turbo geradores de energia eltrica, equipamentos
complexos de alto custo e de difcil reposio, pontos de difcil
acesso devido alta temperatura ou forma construtiva, equipamentos
de alta responsabilidade para com o con-trole do meio ambiente,
etc. Um corpo est vibrando, quando descreve um movimento de oscilao
em torno de uma posio de refern-cia e seus parmetros estticos so
alterados para uma condio dinmica.
Vibraes mecnicas podem ser geradas intencionalmente para
produzir um trabalho til como em alimenta-dores, britadores,
compactadores, vibradores para concreto, uso em ensaios de fadiga,
etc; porm, a vibra-
Mancal Eixo Posio
central
Exemplo: Oscilao de um eixo ao redor de uma posio cen-tral em um
mancal qualquer.
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o em geral considerada indesejvel, e sua presena em equipamentos
rotativos acelera consideravel-mente as falhas, provocando paradas
inoportunas, elevando os custos de manuteno e produo. Este trabalho
focado no entendimento da vibrao no desejada, identificando a
origem pelo estudo de seu comportamento, registrado por
instrumentos de medio, de modo a promover um diagnstico exato, que
permita uma correo definitiva. O entendimento do problema um
precioso passo no caminho da soluo. Na prtica, a vibrao existe
devido a efeitos dinmicos, tolerncia de fabricao, folgas, atrito
entre partes em contato, folgas desequilibradas em elementos
rotativos e recprocos, ficando em nveis admissveis en-quanto as
condies admissveis de projeto so mantidas. Um aumento do nvel de
vibrao est relacionado com alteraes ocorridas em um ou mais
elementos da mquina, influenciando tambm outros componentes por
estarem interligados. Uma pequena vibrao pode excitar freqncias de
ressonncia de outras partes estruturais e ser amplificada para um
nvel maior de vi-brao, que geralmente ser percebido na estrutura e
no diretamente na fonte de vibrao. Ex: Se uma lmina for segurada e
sua outra extremidade for puxada at o limite mximo, ao solt-la
oscilar positiva e negativamente at voltar ao seu ponto de
referncia.
GRANDEZAS FSICAS DA VIBRAO: As principais grandezas so Freqncia,
Amplitude e Fase. FREQUNCIA: Freqncia o numero de ciclos por
segundo, medidos na unidade Hz (Hertz). Ex: As estaes de um rdio so
divididas em ondas de freqncias. A amplitude de cada estao
determina a nitidez do som. F = Freqncia (Hz) 1 = n de ciclos T =
Tempo (s)
Movimento Harmnico: Movimento harmnico o movimento que se repete
como mltiplo exato de um mesmo ciclo de referncia, chamado de
perodo de vibrao.
Representao de movimento harmnico. Movimento Peridico: O
movimento peridico o movimento que se repete a um mesmo intervalo
de tempo, chamado de perodo de vibrao, designado pelo smbolo T
(tempo).
Movimento Randmico:
O movi- mento randmico ocorre de uma maneira ale-
x
(t
) t
T
1 F = T
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Representao de movimento peridico.
Exemplo do prato de bateria.
Exemplo: Ponteiro de um relgio.
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atria, no repetitiva. Predomina o contedo de freqncias
diferentes e especficas entre si, muitas vezes com caractersticas
de rudo. Exemplo: o estourar de pipocas dentro de uma panela.
AMPLITUDE: A AMPLITUDE relaciona-se com a quantidade de energia
contida no sinal vibratrio mostrando a criticidade e destrutividade
dos eventos presentes. A amplitude representada no Eixo Y
cartesiano. O tamanho da on-da varia conforme a energia do sinal de
vibrao e determina a criticidade e o grau destrutivo da vibrao.
FASE: A Fase uma referncia expressa em graus (de 0 a 360 graus),
que serve para correlacionar o comporta-mento dinmico de uma onda
vibratria consigo mesma durante o evento da monitorao, dentro de um
de-terminado parmetro (velocidade, por exemplo), ou ainda serve
para correlacionar os parmetros entre si (deslocamento, velocidade,
acelerao). A anlise de fase um recurso extraordinrio para
esclarecer ao analista sobre o comportamento dinmico dos
equipamentos como, por exemplo, se um rotor precisa ser balanceado
em um plano ou em dois planos, se um determinado eixo passou ou no
por uma freqncia crtica, se um equipamento est sendo
sobrecar-regado por foras externas e no devido ao giro prprio, etc.
No entanto, o recurso mais negligenciado pela maioria dos analistas
de vibrao.
3.3 Nivel de vibrao (RMS, Pico, Pico a Pico). Exerccio com
espectro de corrente eltrica residencial.
NVEL DE VIBRAO: O nvel de vibrao de um espectro, em funo do
tempo, pode ser medido em valor pico a pico, valor de pico e valor
RMS (Root Mean Square).
O valor pico-a-pico indica o percurso mximo da onda, e pode ser
til quando o deslocamento vibratrio da parte do equipamento crtico
para a tenso mxima ou a folga mecnica limitante. aplicada tanto
para indicar o incio prematuro do defeito e tambm para seu estgio
avanado.
Nv
el
de V
ibra
o
Nvel Pico a Pico
Nvel de Pico
Nvel RMS
Tempo
Valor Mdio Retificado
Tamanho da amplitude, maior energia
Tamanho da amplitude, menor energia
Y
X
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O valor de pico vlido para indicao de choques de curta durao,
porm, indica somente a ocorrncia do pico, no levando em considerao
o histrico no tempo da onda. O valor mdio retificado leva em
considerao o histrico da onda no tempo, mas considerado de
inte-resse prtico limitado, por no estar relacionado diretamente
com qualquer quantidade fsica til. O valor RMS (Root Mean Square) a
medida de nvel mais relevante, porque leva em considerao o
hist-rico da onda no tempo e registra um valor de nvel que
diretamente relacionado energia contida no sinal, portanto,
capacidade destrutiva da vibrao.
Correlao entre nvel pico-a-pico, nvel de Pico, nvel mdio
retificado e nvel RMS, para uma onda seno:
Fator de Crista: Um procedimento tpico de avaliar a condio de
deteriorao de rolamento verificar a curva de tendncia por fator de
crista. O fator de crista definido como sendo a relao entre o valor
de pi-co e o seu correspondente valor RMS.
3.4 Parmetros e unidades de vibrao (deslocamento, velocidade,
acelerao).
Prtica do pndulo.
PARMETROS DE VIBRAO:
Nv
el d
e V
ibra
o
V
, D
, A
Nvel Pico a Pico (2,0) Nvel de Pico (1,0)
Nvel RMS (0,707)
T
Nvel Mdio Retificado (0,637)
Tempo
Fator de Crista
Incio Pico
Incio RMS
RMS cresce quando
aumenta a falha
Pico cresce quando
aumenta a falha
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Os parmetros de medio de vibrao so: deslocamento, velocidade ou
acelerao. Observando a vibrao de um componente simples, como uma
lmina fina, considera-se a amplitude da on-da como sendo o
deslocamento fsico da extremidade da lmina, para ambos os lados da
posio de repou-so. Pode-se tambm descrever o movimento da ponta da
lmina, em termos de sua velocidade e sua acele-rao. Qualquer que
seja o parmetro considerado, deslocamento, velocidade ou acelerao,
a forma e o perodo da vibrao permanecem similares. Os trs parmetros
apresentam diferena de fase entre si.
Para sinais senoidais, amplitudes de deslocamento, velocidade e
acelerao esto relacionadas matemati-camente em funo da freqncia e
tempo.
Para "n" fontes de vibrao:
Os parmetros de vibrao so universalmente medidos em unidades
mtricas de acordo com recomenda-es ISO, sendo: deslocamento : m,
mm, m. velocidade : m/s, mm/s. acelerao : m/s
2, km/s
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ESCOLHA DO PARMETRO DE VIBRAO: O transdutor utilizado numa medio
de vibrao o sensor o qual transforma o sinal vibratrio em sinal
el-trico, para ser interpretado pelo instrumento de medio e
mostrado ao usurio na forma solicitada. Os instrumentos medidores
de vibrao em geral esto equipados para medir todos os trs
parmetros, con-vertendo (atravs de integradores eletrnicos) o sinal
medido pelo transdutor, no parmetro escolhido pelo usurio. Assim
temos que decidir qual parmetro utilizar numa medio de vibrao. Cada
parmetro tem um comportamento caracterstico em funo da freqncia,
conforme demonstra figura abaixo:
O deslocamento reala componentes de baixa freqncia, recomendado
em medies abaixo de 10 Hz (600 rpm). Deslocamento usado como uma
indicao de desbalanceamento em partes de equipamentos rotativos,
pois amplitudes relativamente grandes ocorrem na freqncia de rotao
de um conjunto rotor des-balanceado. Devido a isto, em
balanceamento de campo o parmetro deslocamento apresenta boa
perfor-mance at 20 Hz (1200 rpm) e eventualmente at 30 Hz (1800
rpm), dependendo da rigidez do sistema. A velocidade de vibrao o
parmetro menos representativo para componentes tanto de baixa como
de alta freqncia, se mostrando num espectro a mais aplainada das
curvas, sendo por isso, o parmetro normalmente escolhido para
avaliao da severidade de vibrao entre 10 Hz e 1000 Hz. A acelerao
de vibrao o parmetro que representa melhor os componentes de alta
freqncia, sua aplicao recomendada na monitorao de rolamentos,
engrenamentos, pulsao de presso em com-pressores rotativos, e
demais equipamentos que apresentem freqncia de defeito entre 1000
Hz e 10000 Hz.
3.5 Espectro em funo do tempo. Encontram-se nos equipamentos
industriais vrios componentes vibrando em freqncias diferentes, ao
mesmo tempo, de modo que estas vibraes se somam e se subtraem
formando um espectro em funo do tempo, no qual no se distinguem to
facilmente a quantidade de componentes existentes, tampouco as
fre-qncias em que ocorrem.
3.6 Espectro em funo da freqncia FFT (Fast Fourier Transform).
Estes componentes podem ser revelados, plotando nvel de vibrao pela
freqncia. Quando se analisa as freqncias de vibrao de uma mquina,
normalmente encontra-se certo nmero de componentes de fre-
DE
SL
OC
AM
EN
TO
VE
LO
CID
AD
E
AC
EL
ER
A
O
FREQNCIA FREQNCIA FREQNCIA
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qncias, as quais esto diretamente relacionadas aos movimentos
fundamentais das vrias partes da m-quina. A investigao dos sinais
atravs da freqncia a tcnica fundamental no diagnstico de vibraes. A
anlise de freqncia facilita o trabalho para a deteco das fontes de
vibraes.
3.7 Nvel global de vibrao e amplitude por freqncia. Dinmica
radinho de pilha. Cada componente presente no espectro abaixo tem
sua localizao em freqncia, amplitude e fase. A soma de todos estes
efeitos se d conforme a equao demonstrada no item 3.4, sendo que a
amplitude que re-presente o valor total de todos os componentes
somados se chama Nvel Global de vibrao. Note que o n-vel global no
caso (3,62 mm/s RMS) no corresponde soma isolada da amplitude de
cada componente, devido que estes componentes no esto localizados
na mesma fase.
3.8 Correlao entre amplitude e freqncia de vibrao com cada
componente do equipamento.
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Transdutor relativo de vibrao: Tambm chamados de sensores de
proximidade, proximetros, transdutores relativos ou transdutores de
des-locamento, so sensveis ao deslocamento de uma superfcie de
material conhecido, operam sem contato
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com a superfcie a ser monitorada, tendo capacidade de operar em
mdia para baixa freqncia, devido ao parmetro de medio ser
deslocamento, proporcionando vantagens adicionais em relao aos
outros transdutores. No apresentam desgastes por atrito.
recomendada a sua utilizao em equipamentos onde pequenos
deslocamentos podem danificar partes girantes, ou onde tais
deslocamentos no sejam percebidos na carcaa ou ainda em componentes
onde a massa do transdutor pode influenciar na medio. O conjunto de
medio com transdutor de deslocamento formado por componentes que so
eletricamente conectados um ao outro, conforme figura abaixo.
Transdutor de deslocamento com cabo;
Cabo extenso;
Alimentador do transdutor.
Transdutor relativo, identificao dos componentes. Este sistema
usado para medies de deslocamento e opera de acordo com o princpio
de correntes para-sitas, Eddy Current, captando vibraes normalmente
abaixo de 300 Hz. A bobina do transdutor, cabo de ex-tenso e os
elementos do circuito do alimentador formam um circuito oscilante.
O transdutor produz um cam-po magntico ao redor da bobina. Se o
material condutor de eletricidade estiver presente no interior do
cam-po magntico, correntes parasitas so geradas dentro deste campo,
as quais atenuam o circuito oscilador. A atenuao do circuito
oscilador convertida dentro de uma folga proporcional ao sinal de
sada do oscilador. Os transdutores relativos devem ser fixados
preferencialmente em partes de mquinas que no interfiram no
resultado da medio atravs de suas freqncias naturais. Ao fixar-se
um transdutor, deve-se, precisamen-te, seguir os requisitos
relacionados abaixo: Espao livre e distncia mnima: Transdutores
relativos produzem campos de alta freqncia e, se algum condutor de
eletricidade estiver pre-sente dentro desde campo, ele ir
interferir na medio, fornecendo valores falsos. Esta distncia
chamada de GAP. Este ajuste dado a partir da relao (sensibilidade
do transdutor):
200 mV/mils = 7,87 V/mm
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Ponta do transdutor.
Distncia para o final do eixo.
Montagem do transdutor relativo.
Segundo fabricantes, o limite inferior de 10 mils (250 m), o que
equivale a 2 volts pico-a-pico. Nos man-cais axiais, o
posicionamento correto uma distncia de 50 mils (1,27 mm), o que
eqivale a 10 volt pico-a-pico. O efeito da temperatura e o material
do eixo tambm devem ser levados em considerao, porque alte-ram a
condutibilidade do material do eixo. A capacitncia do cabo, ou
seja, a sua reteno de energia tam-bm influencia na sensibilidade,
sendo este valor proporcional ao comprimento do cabo. O fabricante
adota um comprimento padro, sendo que o cabo no deve ser encurtado
e nem aumentado, sob o risco de ocorrer distoro nos valores
medidos.
Ilustrao de sistemas com transdutores relativos. Transdutor
absoluto: comumente utilizado em medio de vibrao, montado, por
exemplo, em mancais de sustentao do eixo com seu conjunto rotor e
mede a vibrao total existente no mancal. Existem transdutores
absolutos de velo-cidade e os de acelerao, sendo os acelermetros os
mais empregados hoje em dia devido a sua maior es-tabilidade de se
manterem calibrados se comparados aos transdutores de velocidade.
Os acelermetros me-dem normalmente acelerao e os instrumentos podem
tambm fornecer os valores em velocidade e deslo-camento. O
transdutor, quando fixo a uma superfcie vibrante, produz em seus
terminais de sada uma tenso ou des-carga que proporcional acelerao
na qual est submetido, ou seja, seu princpio de funcionamento est
na utilizao de discos cermicos piezeltricos, que por sua vez,
possuem a propriedade fsica de gerar des-cargas eltricas quando
solicitados a esforos.
Mnimo dimetro de controle.
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No projeto deste sensor, os elementos piezeltricos so arranjados
para que sejam submetidos a uma carga na forma de massa em uma mola
pr-tensionada, onde todo este conjunto montado assentado em uma
base, sendo que o sistema massa-mola fica preso no topo e protegido
por um invlucro resistente. A figura abaixo ilustra um acelermetro
do tipo compresso.
A forma que o transdutor fixado no ponto de medio altera sua
freqncia de ressonncia e conseqen-temente o alcance de freqncia.
Uma prtica conceituada ter o limite superior da faixa de freqncia
de interesse da medio a 1/3 da faixa de freqncia a qual tem como
limite superior de ressonncia do transdu-tor. Um acelermetro
piezeltrico, por exemplo, pode ter sua freqncia de ressonncia em
torno de 32 Khz, ob-tida na calibrao, na qual a superfcie de
montagem completamente plana e lisa. Quando o acelermetro montado e
rosqueado por um parafuso prisioneiro, fixo na carcaa da mquina, h
pouca alterao da freqncia de ressonncia no caso citado: 31 Khz,
sendo este mtodo o mais recomen-dado para execuo de medio para
alcance para at 10 Khz. Onde os pontos de medio permanentes em
mquinas esto para ser estabelecidos, e no desejado furar e fazer
rosca de fixao, pode ser utilizado prisioneiro colado, usando cola
dura, tipo epxi ou cianoacrilato. Outras colas macias reduzem
consideravelmente a faixa de freqncia do acelermetro. O
posicionamento do acelermetro piezeltrico com im permanente, altera
a freqncia de ressonncia para aproximadamente 7,5 Khz,
conseqentemente com este modo de fixao, no se recomenda medies
aci-ma de 2,5 Khz. O transdutor transforma um sinal de vibrao
mecnica em um sinal eltrico que transmitido ao instrumento de
medio, atravs do cabo que liga o transdutor ao instrumento. O cabo
para uso com ace-lermetro no deve ficar tracionado ou flexionado,
para evitar rudo triboeltrico (eletrizao por atrito). No h problema
com o cabo arrumado linearmente e bem apoiado.
Pontos de medio:
Cristal piezeltrico
Mola
Massa
Conector
Sensor de acelerao, tipo compresso.
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Os pontos de medies para se realizar a coleta nos equipamentos
so diretamente nos mancais, pois este o local onde se concentra
toda a fora de desequilbrio causadora das vibraes. A recomendao
bsica para um equipamento horizontal que sejam feitas medies na
radial horizontal, radial vertical e na axial. No caso de bombas
instaladas verticalmente deve-se adotar coleta radialmente em cada
mancal deslocando-se 90 um ponto do outro. Para enumerar os pontos
do equipamento importante seguir o fluxo de energia atravs do
sistema, partindo da unidade acionadora para a unidade
acionada.
GUIA DE ORIENTAO DE CAUSA DA VIBRAO:
CAUSA DA VIBRAO FREQNCIA PLANO DOMINANTE
Desbalanceamento
1 x RPM
Radial *
Desbalanceamento esttico: 0 Correlao de fase ** Par
desbalanceado: 180 Desbalanceamento dinmico: 0 a 180
** A correlao de fase dada a diferena de fase aproximada medida
nos dois mancais de sustentao do conjunto rotor, estando os dois
transdutores na mesma direo, por exemplo, radial horizontal.
* Rotores em balano apresentam tambm vibrao axial significativa.
Um par desbalanceado tambm provoca vibrao axial.
Eixo empenado ou desalinhamento angular
1 x, 2 x RPM *
Axial
3
6 5
4
8 7
3
6 5
4
8 7
Motor
redutor
Bomba
1 2
10 9
Instalao de discos magnticos, garantia de repetibilidade das
medies.
1V
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* A componente 2 x RPM pode ser esperada dependendo da magnitude
do problema e da rigidez do sistema.
Axial: 180 ** Correlao de fase
Radial: 0
** Transdutores colocados axialmente em cada mancal, podem estar
posicionados em direes opostas, apresentando correlao de fase
medida de 0 para uma correlao verdadeira de 180.
A leitura de fase influenciada pela forma de fixao axial do eixo
do rotor em seus mancais, se comportando conforme descrito acima,
onde os dois mancais suportam carga axial, fugindo da correlao de
fase citada quando apenas um dos mancais suporta carga axial,
ficando o outro mancal livre para dilatao.
Desalinhamento paralelo 1 x, 2 x RPM * Radial
Correlao de fase Radial: 180
Axial: 180 *
Falta de rigidez mecnica 1 x, 2 x, 3 x, 4 x RPM etc...,
tambm 0,5 x, 1,5 x RPM, etc... * Radial
* Harmnicas superiores de 1 x RPM estaro presentes (grau de
modulao 1). Se a falta de rigidez agravada passamos a ter tambm
inter-harmnicas de 1 x RPM isto 0,5 x, 1,5 x RPM, etc (grau de
modulao 2). Se a falta de rigidez se torna extrema/crtica passamos
a ter tambm 0,33 x RPM, 0,66 x RPM, etc (grau de modulao 3).
Correia de transmisso defeituosa
1 x, 2 x, 3 x, 4 x RPM da correia
Radial
Com auxlio de lmpada estroboscpica, possvel localizar
visualmente a correia defeituosa, posicionando-a na freqncia
previamente calculada.
Nc = . D. n Lc
Massa com movimento alternativo
1 x, 2 x, 4 x Freqncia do curso * Radial
Os nveis de vibrao medidos geralmente diminuem com o aumento do
nmero de ordem, para um elemento alternativo somente.
* A ordem das harmnicas superiores depende do nmero de cilindros
da mquina, composio angular entre eles e ciclo de carga dos
cilindros (um tempo, dois tempos, etc).
Turbilhonamento ou chicote do filme de leo em mancais de
deslizamento. Whirl & Whip.
0,43 a 0,48 x RPM Radial
Pode ocorrer em equipamentos de alta rotao com mancais de
deslizamento, tipo turbinas. Normalmente um problema de projeto,
difcil de ocorrer, mas pode acontecer ou algum desajuste do sistema
de leo prin-cipalmente de vazo ou ainda por variao na temperatura
ou viscosidade do leo. A primeira freqncia natural de conjuntos
rotores deste tipo se localizam normalmente nesta fixa de freqncia
(0,43 a 0,48 x RPM) podendo agravar a vibrao por sobreposio de
causas, um conjunto rotor de turbina submetido a impactos de vapor
(devido recirculao inadequada de vapor entre os estgios do rotor)
pode excitar o primeiro modo natural de vibrao e provocar o
problema citado. Esta faixa de freqncia pode ser confundida com
componentes de x RPM induzindo o analista a um diagnstico
incorreto.
Folga em mancais de deslizamento
1 x, 2 x, 3 x, 4 x RPM etc..., x RPM, 1/3 x RPM
Radial
Nc = rotao da correia. (RPM) Lc = comprimento nominal da
correia. (m) D = dimetro de uma das polias. (m) N = rotao da polia
de dimetro D. (RPM)
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Observado na rotao, temperatura, condio nominal de carga de
operao do equipamento. Pode ser combinado com a falta de rigidez
mecnica interna ou externa aos mancais. Tende a x RPM, 1/3 x RPM,
quando as folgas tendem condio extrema/crtica.
Engrenamento defeituoso Z x RPM e Harmnicos Radial e axial
Z = nmero de dentes da engrenagem. Bandas laterais em torno da
freqncia de engrenamento (Z x RPM) indicam modulao de freqncia,
para a freqncia correspondente ao espaamento das bandas laterais.
Por exemplo, uma freqncia de engrenamento fundamental em 75 Hz, com
bandas laterais espaadas esquerda e direita por 3 Hz, neste caso a
freqncia de rotao do pinho, mostra-se como um problema de
excentricidade do eixo do pi-nho e deficincia de contato no
engrenamento.
Um desalinhamento entre eixos de um par engrenado pode provocar
harmnicos mltiplos da freqncia do eixo desalinhado, mostrando um
pico na freqncia de engrenamento, e bandas laterais em torno da
segun-da harmnica de engrenamento, espaadas na freqncia do eixo
desalinhado.
Neste exemplo temos harmnicos de 10 Hz (eixo de entrada de um
redutor), um pico na freqncia de engrenamento (191 Hz), bandas
laterais de 10 Hz em torno de 2x engrenamento.
Harmnicos de 10 Hz (eixo acionamento)
Bandas laterais de 10 Hz 1x engrenamento (191 Hz)
2x engrenamento
4x eng 3x eng 2x eng
75 Hz
75 Hz 75 Hz
1x eng
75 Hz
75 Hz
Bandas laterais de 3 Hz
2
1
f e = 75 Hz
f 2 = 0,6 Hz
f 1 = 3 Hz
Z1 = 25 dentes n1 = 180 RPM Z2 = 125 dentes n2 = 36 RPM
fe = Z1 . n1 f e = 25 . 180 fe = 75 Hz. 60
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18
Rolamento danificado Freqncias Fundamentais *
Freqncias Induzidas **
Radial e Axial
* Os rolamentos so compostos de elementos como pista externa,
pista interna, elementos girantes e gaiola. O incio de defeito em
um destes elementos apresenta uma vibrao de freqncia fundamental. A
dificuldade de diagnosticar atravs da procura de vibrao nestas
freqncias (por exemplo, medindo em velocidade mm/s), que esses
componentes so de baixas amplitudes, ficando obscurecidas por
outras vibraes predominantes. Instrumentos que possibilitam aplicao
da Tcnica de Envelope conseguem auxiliar o usurio na identificao
dessas freqncias fundamentais. f = freqncia fundamental (Hz) fr =
freqncia relativa entre pista externa e pista interna (Hz) Dp=
dimetro primitivo (mm) D = dimetro da esfera ou rolo (mm) n = nmero
de esferas ou rolos
= ngulo de contato
Defeito na pista externa: f = n . fr.(1 - D . cos ) [Hz] 2
Dp
Defeito na pista interna: f = n . fr.(1 + D . cos ) [Hz] 2
Dp
Defeito na esfera ou rolo: f = Dp . fr [ 1 - ( D . cos ) 2 ]
[Hz]
D Dp
Defeito na gaiola: f = 1 . fr. ( 1 - D . cos ) [Hz] 2 Dp Nestas
equaes assumido um movimento de giro puro, sendo que na realidade
ocorre algum tipo de es-corregamento tornando os resultados
aproximados. Harmnicas superiores das freqncias fundamentais
normalmente esto presentes. Softwares existentes no mercado possuem
um banco de dados bastante completo e podem calcular estas
freqncias rapidamente, dependendo apenas do modelo do rolamento
utilizado e da freqncia relativa entre as pistas interna e externa
do rolamento de interesse.
** As vibraes de rolamentos provocam ressonncia induzida na
carcaa do rolamento e estrutura do e-quipamento, normalmente na
faixa de 1000 Hz a 20.000 Hz. A freqncia natural excitada por
impactos originados no local da falha do rolamento. A comparao de
espectros medindo em acelerao (m/s
2) ou
(gs) na faixa de 1 kHz a 20 kHz permite boa avaliao da evoluo do
estado do rolamento. A principal tcnica utilizada na deteco de
problemas em rolamentos a tcnica de envelope de acelerao, inclusive
para a condio de aplicao em rotaes baixas e baixssimas. Medies
simples de velocidade (mm/s) no so normalmente eficazes na emisso
de diagnsticos.
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19
Histerese e ressonncia
Rotao crtica do eixo, Freqncia natural da estrutura
Radial
Consiste na vibrao excitada na passagem pela rotao crtica do
eixo, conjunto rotor ou pela freqncia natural da estrutura. Ocorre
em equipamentos cuja rotao de operao est acima da rotao crtica ou
freqncia natural. Em estruturas, um exemplo comum a vibrao
momentnea provocada quando um esmeril do tipo pedestal instalado em
oficinas acionado ou desligado. Correes podem ser feitas alteran-do
a rigidez da parte excitada, eixo, conjunto rotor ou estrutura.
Normalmente um problema de projeto ou de alterao deste. Pode
ocorrer influncia entre equipamentos que operam prximos em uma
mesma freqncia, provocando flutuao na vibrao. As solues podem ser
as de eliminar as fontes de vibrao de cada equipamento, mudando a
localizao preferencial da rotao de operao e ou com amortecimento da
vibrao atravs de isoladores.
Perturbao hidrulica ou
aerodinmica
N de ps x RPM
Radial e axial
Ocorre na freqncia de passagem de lminas, ps ou hlices, do
conjunto rotor propulsor. Verificar a rigi-dez das lminas, ps ou
hlices, e ou a influncia de turbulncia do fludo sobre o conjunto
rotor. Em Torres de Resfriamento pode-se ter inclinao das ps com
desvios de ngulos, causando turbulncia no fluxo de ar. Em bombas de
mltiplo estgio devem-se montar os rotores defasados de forma a
reduzir a
energia do bombeamento em uma determinada freqncia (n ps x rpm).
Alguma obstruo fsica pontual indevida e dentro do equipamento, que
obstrua a passagem do fluido bombeado, tambm provoca vibraes na
freqncia de passagem das ps. Vlvulas de controle de fluxo na sada
do equipamento, quando com alguma restrio de funcionamento tambm
podem provocar o mesmo sintoma.
Vibrao em motores eltricos de induo
Excentricidade esttica
2 x Freqncia da rede e componentes para:
W x [n.Rs.(1-s) / K1]
Radial
W = freqncia da rede [Hz]
N = nmero inteiro qualquer Rs = nmero de ranhuras do rotor S =
escorregamento unitrio
= nmero de pares de plos K1 = zero ou n par (2, 4, 6, 8, ...)
Pode resultar de alinhamento interno deficiente, rolamento
desgastado, ou de aquecimento local do estator. Vibrao mais intensa
com o motor superaquecido. Aquecimento local do estator pode ser
causado por Iminas em curto.
Fragilidade ou afrouxamento do suporte do estator.
Desbalanceamento de fase, resistncia ou bobina.
Lminas do estator em curto ou enrolamento.
2 x Freqncia da rede
Radial
Referido como "ferro solto". Difcil diferenciar entre este grupo
usando somente anlise de vibrao, reco-mendado fazer anlise de
espectro de corrente eltrica inclusive com recurso de envelope. A
vibrao estar presente com ou sem carga.
Lminas soltas do estator
2 x Freqncia da rede e componentes espaados por
2 x freqncia da rede em torno de 1 KHz. **
Radial
Pode ter amplitude alta, mas normalmente no destrutiva. Os
componentes de alta freqncia podem ser similares aos de
excentricidade esttica.
1 x RPM com 2 x freqncia de
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Excentricidade dinmica
escorregamento em bandas laterais e componentes de:
W x [((n.Rs Ke) x (1-s) / ) K1]
Radial
Ke = grau de excentricidade: zero para excentricidade esttica e
um valor baixo de nmero inteiro para excentricidade dinmica. Pode
resultar de rotor curvo, rotor danificado ou de um aquecimento
local do rotor. Vibrao mais intensa com motor superaquecido.
Aquecimento local do rotor pode ser causado por lminas em curto ou
barra(s) do rotor interrompida(s) ou trincada(s).
Barra de rotor rompida ou trincada. Barra de rotor solta. Lminas
de rotor em curto. Junta do anel final deficiente.
1 x RPM com 2 x freqncia de escorregamento em bandas
laterais e componentes similares queles dados anteriormente
para
excentricidade dinmica
Radial
As bandas laterais de escorregamento podem ser de nvel baixo
medidas diretamente em velocidade (mm/s). Recomendado medir com
espectro de corrente eltrica atravs de alicate de corrente, aplicar
tcnica de an-lise de envelope sobre o espectro de corrente.
3.9 Domnio sobre funcionamento do equipamento e comportamento
dinmico. A importncia sobre o domnio de como funciona o equipamento
e o seu comportamento dinmico, essencial para quem se prope a
emitir um diagnstico eficaz com base em tcnicas preditivas. Temos
observado um comportamento negligente sobre este aspecto na
estratgia utilizada para compor equipes de tcnicos e engenheiros
dedicados a esta atividade, seja por prestadores de servio, seja
por composio de equipe prpria ou mista. Para entender melhor esta
importncia, vamos descrever um equipamento do tipo redutor
planetrio e suas peculiaridades.
O acionamento de equipamentos rotativos com transmisso planetria
apresenta como vantagem principal compactao dimensional, se
comparada com uma transmisso convencional de mesma capacidade.
Aplicada normalmente como funo redutora de velocidade, pode, no
entanto tambm ser utilizada como funo multiplicadora de velocidade.
Sua construo se constitui basicamente de uma engrenagem central,
algumas engrenagens satlites (normalmente trs engrenagens dispostas
a 120), um dispositivo para unio das engrenagens satlite aqui
denominado de gaiola, e uma engrenagem circular com dentes
internos. Ver figura 1. A cada conjunto de engrenagem central,
satlite, circular e gaiola, d-se o nome de estgio de transmisso. Na
figura 1 temos uma transmisso de simples estgio. Existem vrias
formas construtivas em aplicao, de mltiplos estgios, mltiplos
estgios misto com trans-misso convencional, simples estgio com
satlite duplo, duplo estgio combinado, excntrico, etc. Do ponto de
vista de anlise de vibrao importante conhecer a forma construtiva
interna, para determina-o das freqncias fundamentais
envolvidas.
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21
Existem trs possibilidades de alterar as freqncias fundamentais
de uma forma construtiva: pela fixao da engrenagem circular (rotao
zero: fica estacionria), pela fixao da engrenagem central ou da
gaiola que une as engrenagens satlites. Outro ponto relevante para
anlise de vibrao em rolamentos, quanto a freqncia relativa a
considerar no clculo de freqncias fundamentais esperadas de falha
em componentes internos de um rolamento. Em aplicaes convencionais
basta saber o nmero do rolamento e a rotao do eixo em que est
montado, isto porque a rotao tem o mesmo valor da freqncia
relativa, uma vez que uma das pistas do rolamento fica estacionria.
No caso de rolamentos de transmisses planetrias existem trs
possibilidades: freqncia relativa igual a rotao do eixo (uma das
pistas do rolamento fica estacionria), freqncia relativa calculada
com a diferena de rotao entre a pista externa e a pista interna
(pista externa girando no mesmo sentido da pista interna), e
freqncia relativa calculada com a soma de rotao entre pista externa
e interna (pista externa girando em sentido contrrio ao da pista
interna). Veja ainda outras formas construtivas possveis:
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Freqncias fundamentais de vibrao e giro em transmisses
planetrias:
Conveno para simples estgio Nmero de Dentes Rotao
Engrenagem Central Z1 N1
Engrenagem Satlite Z2 N2
Engrenagem circular Z3 N3
Gaiola - N4
n= quantidade de satlites
Freqncias Fundamentais Esperadas
Parte
Estacionria
Tipo de Falha Clculo de
Freqncia
Gaiola Falha de engrenamento N1 . Z1
Gaiola Falha localizada em engrenagem central n . N1
Gaiola Falha localizada em engrenagem satlite 2 . N2
Gaiola Falha localizada em engrenagem circular n . N3
Engrenagem central Falha de engrenamento N4 . Z1
Engrenagem central Falha localizada na engrenagem central n .
N4
Engrenagem central Falha localizada na engrenagem satlite 2 . Z1
. N4
Z2
Engrenagem central Falha localizada na engrenagem circular n .
Z1 . N4
Z3
Engrenagem circular Falha de engrenamento N4 . Z3
Engrenagem circular Falha localizada na engrenagem central n .
Z3 . N4
Z1
Engrenagem circular Falha localizada na engrenagem satlite 2 .
Z3 . N4
Z2
Engrenagem circular Falha localizada na engrenagem circular N .
N4 .
Relaes de Transmisso
Parte Estacionria Relao de Velocidade Relao de Dentes
Gaiola N1/N2 - Z1/Z2
Gaiola N1/N3 - Z3/Z1
Engrenagem Central N2/N3 Z3/(Z3-Z1)
Engrenagem Central N3/N4 (Z3+Z1)/Z3
Engrenagem Circular N1/N2 - (Z1-Z3)/Z1
Engrenagem Circular N1/N4 (Z3+Z1)/Z1 Portanto, sem o
conhecimento de como funciona o equipamento e seu comportamento
dinmico, dificilmente teremos sucesso na assertividade dos
diagnsticos. Aqui tratamos de um caso de transmisso planetria, mas
muitos outros equipamentos os quais necessitam do acompanhamento e
anlise de vibraes exigem
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23
de ns esse conhecimento. Sobre isso, experimente perguntar aos
profissionais prximos a voc, por que o motor eltrico vira? Voc
provavelmente vai se surpreender com a enorme quantia de respostas
imprecisas e que demonstram a falta de domnio sobre como funciona o
equipamento, mas paradoxalmente, todos em geral se sentem
capacitados para diagnosticar sobre defeitos e falhas em motores
eltricos.
3.10 Chegou a hora de emitir diagnsticos: anlise de espectros.
Casos prticos para anlise.
3.10.1 O equipamento Ring Flaiker - RF140-148, um triturador de
cavaco de madeira, acionado por um mo-tor eltrico de 4 plos,
transmisso com reduo de velocidade por correias, o conjunto rotor
do triturador fica em balano sendo sustentado por dois mancais em
um eixo que gira a 795 rpm. Apresentou vibrao eleva-da da ordem de
9,67 mm/s RMS localizada na freqncia de 13,25 Hz no mancal do eixo
do rotor do tritura-dor, lado da polia movida, direo radial
vertical. A vibrao axial neste mancal no era to relevante, bem como
a vibrao no mancal deste mesmo eixo prximo ao rotor do triturador.
No foram percebidas vibra-es elevadas em acelerao (m/s
2) nos mancais do eixo do rotor do triturador. As vibraes
fundamentais
em velocidade (mm/s - RMS) do motor eltrico no eram relevantes,
bem como as medies em acelerao no se mostraram preocupantes nos
mancais do motor. Qual o diagnstico da causa da vibrao para este
caso? 3.10.2 Um ventilador de tiragem de um forno apresentou vibrao
elevada no mancal lado acoplamento do conjunto rotor, da ordem de
32,48 mm/s RMS como nvel global de vibrao, direo radial horizontal,
con-forme espectro abaixo. O ventilador acionado por um motor
eltrico de 6 plos e a transmisso direta por acoplamento. Nos demais
espectros no h sinais relevantes em acelerao nem em envelope de
acelera-o que indique incio de falha em qualquer dos rolamentos.
Qual o diagnstico da causa da vibrao para este caso?
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24
3.10.3 Um ventilador apresentou evoluo significativa nos nveis
de vibrao, com variao para maior de cerca de 800%, no mancal Lado
Acoplamento, direo radial horizontal, chegando ao nivel global de
10,40 g Pk a Pk medindo no parmetro de acelerao, e ao nivel global
de 3,80 g Pk a Pk medindo no parmetro envelope de acelerao (filtro
de 1Khz a 10Khz), conforme espectro demodulado abaixo. As vibraes
fundamentais de 1x, 2x, 3x, RPM em velocidade mm/s RMS esto
normais. Qual o diagnstico da causa da vibrao para este caso?
3.10.3 Um equipamento soprador do tipo lbulo, acionado por
correia com aumento de rotao do eixo do lbulo em relao ao eixo do
motor. O motor de 4 plos, a polia motora tem dimetro de 360 mm, a
polia movida solidria ao eixo do lbulo tem dimetro de 240 mm, a
correia modelo 5V 1120 (comprimento da correia de 2.845 mm). O
mancal do soprador lado da polia movida apresenta o espectro de
vibrao abaixo, com nvel global de 6,34 mm/s RMS na direo radial
horizontal, com os componentes mostrados no espec-tro. No h sinais
de vibrao significativa medida sob os parmetros de acelerao ou
envelope de acelerao relativa aos rolamentos, seja do motor ou do
soprador. Qual o diagnstico da causa da vibrao para este caso?
3.10.4 Um soprador conforme foto abaixo sofreu avaria severa em um
de seus mancais. O soprador acionado por um motor de 4 plos, 150
CV, equipado com inversor de freqncia para controle da vazo, sendo
a rotao mxima do conjunto rotor do soprador de 2.750 RPM.
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25
Houve um acrscimo relevante da vibrao nos mancais do soprador,
chegando a 33,63 mm/s RMS o nvel global de vibrao, limitando
inclusive a carga no soprador por reduo da velocidade possvel de
operao. O espectro com os componentes de vibrao se encontra abaixo.
Qual o diagnstico da causa da vibrao para este caso? 3.10.5 Um
turbo compressor centrfugo opera em torno de 150 Hz como freqncia
nominal de giro. O con-junto rotor do compressor dotado de
transdutores relativos para medio e controle contnuo do
posicionamento do eixo em relao a cada mancal onde o mesmo gira.
Foi solicitado aos profissionais analis-tas de vibrao que fizessem
um ensaio para determinar se o conjunto rotor opera ou no acima da
rotao crtica, pois esta era uma dvida que incomodava os engenheiros
de manuteno da planta. O ensaio realizado est registrado no grfico
abaixo e foi feito atravs de medies das vibraes elevando a rotao
desde zero at a rotao nominal de operao. O sinal foi tomado de um
dos transdutores relativos, com va-lores microns Pk a Pk. Que
informaes importantes esto contidas no ensaio registrado?
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3.10.6 Para o redutor de 3 eixos da figura abaixo, sendo a rotao
do eixo de entrada de 1.191 RPM, calcule:
* as rotaes dos eixos intermedirios 2 e 3, bem como a rotao do
eixo de sada 4; * as freqncias de engrenamento presentes no
redutor; * para cada par engrenado, desenhe um espectro de vibrao
com defeito em uma das engrenagens e um outro espectro com defeito
nas duas engrenagens.
N1 = rotao 1
o eixo = 1191 RPM
N2 = rotao 2o eixo
N3 = rotao 3o eixo
N4 = rotao 4o eixo
Espao para respostas e desenhos:
Z1 = 28 dentes Z2 = 44 dentes Z3 = 20 dentes Z4 = 63 dentes Z5 =
19 dentes Z6 = 75 dentes
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Espao para respostas e desenhos:
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3.11 Casos prticos.
Apresentamos outros casos prticos para discusso das tcnicas e
solues aplicadas, como referncia: 3.11.1 Um equipamento de grande
porte para bombeamento de esgoto em Estao de Tratamento de Esgoto
apresentava problemas de falhas por quebras constantes tanto no
sistema do eixo propulsor prximo ao aco-plamento principal da
transmisso, quanto no corpo tubular que protege e sustenta o eixo
propulsor, tam-bm na regio superior na flange de fixao do tubo. Um
estudo do tipo rvore de Falhas foi elaborado, ver figura abaixo,
enquanto ensaios e anlises de vibrao foram realizados. A tcnica que
mais contribuiu para a soluo neste caso foi a de run up & Coast
Down, ou seja, o registro das amplitudes, freqncias e fases das
vibraes, durante a partida e durante a parada do equipamento.
Pode-se perceber que a amplitude da vibrao durante o ciclo de
partida era cerca de 6 (seis) vezes a amplitude da vibrao em regime
de operao, esta condio se agrava quando ocorre desgaste do rotor de
propulso e tambm quando parte do material slido bombeado se aderia
ao rotor, uma condio que ocorre com freqncia neste tipo de
equipamento. O registro da fase durante estes ensaios foi tambm
esclarecedor, no sentido de comprovar que estava ocorrendo a
passagem pela primeira freqncia crtica do
conjunto eixo propulsor, uma vez que havia inverso de cerca de
180 no valor do ngulo de fase, e no uma coincidncia de amplitudes
em mesma freqncia do equipamento ensaiado com outro equipamento
externo. Um estudo por elementos finitos foi realizado para
localizar a freqncia crtica do conjunto eixo propulsor, confirmando
a localizao da crtica abaixo da freqncia nominal de giro
operacional. Foi desenhada uma soluo para mudana da freqncia crtica
de primeira ordem, mas esta soluo no apresentava viabilida-de
econmica, alm de no atender ao prazo necessrio para obter a
normalizao do equipamento. No ca-so ento, foi reduzido o tempo de
rampa para partida do equipamento tendo o cuidado de verificar as
amperagens de partida no motor, de modo a minimizar a excitao da
crtica. Esta soluo se mostrou a mais vivel e foi aplicada com
sucesso.
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29
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30
3.11.2 Uma bomba de leo acionada pelo eixo de sada de um redutor
apresentou vibrao elevada. Esta bomba tem a funo de lubrificar os
mancais e as engrenagens do redutor, a bomba do tipo deslocamento
positivo bombeando o fluido atravs de um par de engrenagens. Por
ser instalada em balano e flangeada na carcaa do redutor, este tipo
de bomba acaba amplificando eventuais vibraes de origem do redutor,
de modo que nem sempre chama a ateno do analista para eventual
problema na prpria bomba. Com anlise por tcnicas de multiparmetro
foi possvel detectar que o problema era devido a folga em um dos
mancais da bomba, utilizando medies em velocidade mm/s RMS,
envelope de acelerao m/s
2 Pk a Pk, espectro de
acelerao em funo do tempo m/s2 Pk a Pk. Foi feita a manuteno
solicitada e resolvido o problema.
3.11.3 Um turbo gerador novo de 36 Mw apresentou vibrao elevada
j na partida, nos mancais da turbina, medido nos transdutores
relativos radiais instalados no equipamento. A vibrao se
apresentava na faixa de turbilhonamento do filme de leo (0,43 a
0,48 x RPM), como sub harmnica da rotao da turbina. O componente
sub harmnico tinha amplitude at maior que a componente 1xRPM da
turbina e representava 22% do valor global da vibrao, medido atravs
dos transdutores relativos em microns Pk a Pk. Embora tenha sido
detectado logo de incio esta anormalidade, os estudos junto ao
fabricante e ao cliente no estavam sendo esclarecedores sobre uma
causa definitiva, por se tratar de um equipamento com extrao de
vapor (tomada de sada de vapor entre os discos da turbina, para
alimentar o processo quando necessrio), vrias possibilidades
estavam sendo analisadas. Neste perodo ocorreram danos em um dos
discos da turbi-na, obrigando a uma parada de emergncia do
equipamento. Em seqncia foram realizadas anlises de rbita
utilizando como sinal os transdutores relativos instalados no
equipamento. Notou-se a rbita irregular, coerente com os espectros
com predominncia da sub harmnica. No se encontravam anomalias no
circuito de leo e no projeto dos mancais. O formato da sub harmnica
e a rbita correspondente, conduziram suspeita da freqncia natural
do conjunto rotor da turbina estar sendo excitado por impactos de
vapor, sobre os discos de cada estgio da turbina.
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31
Em conjunto com o fabricante o assunto foi estudado com foco
nesta possibilidade. Chegou-se a concluso de que poderia haver
alguma dificuldade de fluxo de vapor na regio dos tip seals (selos
instalados entre uma cmara e outra de vapor, com objetivo de
aumentar o ganho de potncia em cerca de 2% por reduzir a perda de
vapor na passagem perifrica de vapor entre as cmaras), esta
dificuldade poderia ocasionar turbulncia e conseqente impactos nos
discos do conjunto rotor, excitando o mesmo. Assim foram retirados
os tip seals como experincia, durante a parada geral entre uma
safra e outra. Quando o equipamento retornou em operao na condio
sem os tip seals, a vibrao de origem sub-harmnica desapareceu e o
equipamento entrou em normalidade quanto a vibrao. 3.11.4 Em uma
empresa automobilstica, o fornecimento de ar comprimido para o
setor de pintura de importncia vital. Nesta montadora o controle
preditivo de vrios compressores era feito regularmente sob conceito
de multiparmetro. O sistema de controle de manuteno preventiva
disparou a necessidade de reforma geral em dois compressores do
tipo ZR. Embora esta reforma tivesse um custo bastante elevado, o
oramento estava aprovado devido a importncia dos compressores para
a linha de pintura. Consultados os tcnicos de inspeo preditiva, os
mesmos se posicionaram que em um compressor havia a necessidade de
interveno apenas no primeiro estgio de compresso e em outro
compressor, havia a necessidade de interveno em uma das engrenagens
de transmisso multiplicadora de velocidade. As duas necessidades
tinham prazo para 6 (seis) meses a um ano, nada de imediato. Alm
disso, o custo destas duas intervenes era da ordem de 10% do total
previsto no oramento para a reforma geral dos dois compressores
citados. Impasse criado venceu a conduta sugerida pela inspeo
preditiva. A estratgia de controle preditivo sob conceito de
multiparmetro gerou a confiana tcnica em que se baseou a tomada de
deciso: controle de parmetros de processo, termografia aplicada
parte mecnica, anlise magntica de motores por espectro de corrente
eltrica, controle de vibrao por componente e alarmes especficos,
aplicao de vrios filtros de envelope, anlise no tempo em Pk a Pk
real para falhas localizadas e em estgio inicial, etc.
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32
Espectro de corrente eltrica, acima senide normal, abaixo senide
deformada.
Termografia aplicada parte mecnica.
Controle de vibrao por componente.
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33
Controle de vibrao por componente.
Vrios filtros de envelope para controle especfico.
Domnio sobre a expectativa de vibrao de desempenho dinmico de
cada componente.
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34
3.11.5 Um setor de prensa de uma empresa de celulose e papel,
apresentava problema de qualidade no produto, localizado em uma
regio de uma das prensas de papel. A parte de prensas de uma mquina
de papel composta por vrios rolos, cilindros e feltros. Temos os
rolos superiores e inferiores por meio dos quais passa o papel para
ser prensado de uma forma contnua, junto com o papel tambm passa o
feltro entre os rolos, o feltro o elemento que vai absorver a gua
que est sendo retirada do papel atravs da prensagem. Os cilindros
so elementos girantes utilizados para a passagem do papel ao longo
da mquina. Na entrada das prensas existe um rolo chamado de rolo
suco, que atravs de vcuo interno aspira de uma forma macro a gua
contida no papel em formao antes de entrar nas prensas. J haviam
sido trocados alguns rolos de prensas e feltros sem solucionar o
problema. Na composio deste tipo de equipamento, tudo mltiplo de
tudo em termos de freqncia de giro de cada parte, o que dificulta
muito para o analista saber de qual parte da mquina pertence um
determinado componente de vibrao. Foi utilizada a tcnica de
amostragem sncrona identificando que a fonte principal de vibrao e
causadora de defeito no papel, era proveniente do rolo suco, que se
apresentava com facetamento. Substitudo o rolo o defeito
cessou.
3.12 Instrumentos, softwares e acessrios para o monitoramento
preditivo,
Vista tpica das prensas em uma mquina de papel.
Amostragem sncrona: alto nmero de mdias para espectro em
funo
do tempo com trigger externo. Utilizado transdutor relativo
posicionado no Nip da prensa, aliado a um sensor
fotoeltrico.
-
35
on line e off line. A monitorao on line consiste na instalao de
transdutores fixos, relativos e ou absolutos, sensores de rotao e
fase tambm fixos onde necessrio, transdutores de presso fixos em
sistemas de conduo de produtos bombeados na forma fluida (onde for
importante controlar a pulsao de presso por influenciar a formatao
do produto). Dos transdutores e sensores os sinais caminham at as
caixas de controle, normalmente preparadas para mltiplos de 4
canais at 32 canais ou mais. Da os sinais po-dem caminhar por cabos
ou no sistema wireless at a central onde est instalado o software
gerencia-dor, e ou para sistema Web. A parametrizao do software
disponibiliza controle das condies admissveis, emitindo alarmes ou
sinais de deciso para os sistemas controladores dos
equipamentos.
A monitorao off line consiste na utilizao de instrumentos
portteis que se deslocam at os pontos de medio selecionados para
interesse do controle preditivo. Uma ampla gama de acessrios pode
agregar valor qualidade da monitorao: fone de ouvido como
estetoscpio eletrnico, alicate ampermetro, transdutores para alta
freqncia, transdutores para baixa e baixssima freqncia, lmpada
estroboscpica, transdutor e cabo para alta temperatura, martelo
para bump test, cabo longo para acesso em coleta com dois canais ou
balanceamento de campo, sensor fotoeltrico para trigger e ou
balanceamento, transdutor relativo, transdutor de presso, etc.
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36
3.13 Conceito de multiparmetro aplicado ao controle da condio
dinmica de
Cmera termogrfica inspeo eltrica. Cmera termogrfica inspeo
mecnica.
Inspeo acstica vazamento gs ou ar comprimido.
Boroscpio para Inspeo interna
em equipamentos.
Instrumentos e recursos para controle da sade, contaminao e
desgaste de lubrificantes.
Megohmetro para inspeo de resistncia hmica em motores
eltricos.
Analisador porttil especfico para grandezas eltricas.
Analisador porttil especfico para inspeo de vlvula no campo
automtica e semi automtica.
Coletor de vibrao com alicate ampermetro para inspeo de
motores
e geradores eltricos.
Pocket com cdigo de barras para:
inspeo de manuteno, inspeo operacional,
execuo de lubrificao.
Gesto vista touch screen controle da condio equipamentos.
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37
equipamentos rotativos. Os equipamentos em geral apresentam uma
ampla gama de possibilidade de defeitos. Um sistema preditivo
ineficaz utiliza uma pizza pobre de tcnicas, para diagnosticar
sobre todos as causas da rica pizza de defeitos. Um sistema
preditivo eficaz utiliza o conceito de multiparmetro, onde se
aplica a tcnica adequada para identificar cada tipo de defeito.
Isso faz uma grande diferena entre: acompanhar a morte do seu
equipamento ou cuidar da sade dele!
3.14 Tcnicas de monitoramento: anlise de envelope, ensaio
esttico de ressonncia, ensaio dinmico de ressonncia, anlise de
ordem, mdia no tempo com trigger externo, anlise de rbita, anlise
transiente, anlise de espectro de corrente eltrica, anlise de
envelope da corrente eltrica, anlise de pulsao de presso em
fluidos, anlise de baixa e baixssima freqncia em rotativos, etc. J
vimos aqui neste trabalho muitas destas tcnicas aplicadas, mas
vamos ilustrar alguns pontos mais.
Anlise de envelope: esta tcnica aplicada para realar problemas
relevantes, mas que normalmente no tm energia para aparecerem nos
espectros de vibrao, como componentes individuais de amplitude
significativa. Esta caracterstica tpica de problemas como em
impactos gerados por componentes de rolamentos, barras rompidas em
motores eltricos, componentes com defeitos que excitam freqncias
naturais nos equipamentos, folgas em mancais com de eixos de
transmisso, etc. Os defeitos primrios como em desbalanceamento,
desalinhamento, engrenamento, empenamento, etc., que aparecem com
muita energia em amplitude nos espectros de vibrao, formam ondas
chamadas de portadoras, as que predominam e definem o formato
principal da onda vibratria. E os defeitos de baixa amplitude que
se submetem onda portadora formam o que se chama de ondas
modulantes, ou seja, atrapalham as portadoras na exata
Pizza de defeitos:
Pizza pobre de tcnicas: utiliza poucas tcnicas de anlise e
pretende diagnosticar sobre todos os defeitos!
Utiliza tcnica adequada para identificar cada defeito.
Trabalha para bloquear a falha no nascimento
do defeito.
Trabalha para predizer quando
a falha ocorrer.
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freqncia caracterstica prpria. Quando esto presente portadora e
modulante em uma onda vi-bratria, esta tem a configurao de uma onda
AM Amplitude Modulada. A extrao da fre-qncia do defeito modulante
se d conforme a ilustrao abaixo:
Anlise de Ordem: em uma onda vibratria originada por defeitos em
equipamentos quase sempre esto presentes o componente fundamental
(1x a freqncia do defeito) e alguns harmnicos superiores (2x, 3x,
4x, 5x,...). Em muitos casos pode ser interessante acompanhar
isoladamente, como determinado componente do defeito se comporta em
termos de amplitude, quando se varia a freqncia de giro do
equipamento. Plotar as amplitudes em funo da freqncia de giro de um
determinado componente, seja ele fundamental, harmnico ou sub
harmnico, d-se o nome de Anlise de Ordem n. Para ilustrar, citamos
o caso de um moinho de minrio, onde ocorria uma vibrao elevadssima
em 21x a freqncia de giro do pinho de acionamento, sendo que o
pinho tinha 22 dentes. Era de se esperar alguma vibrao devido ao
engrenamento localizada em 22x e no em 21x como vinha ocorrendo.
Algumas empresas especializadas passaram por este caso sem entender
o fenmeno. Ao se fazer anlise de ordem do componente 21x e tambm do
componente 22x ao longo da partida do equipamento, pode-se entender
como o pico em 21x se forma. No caso havia uma freqncia natural do
conjunto eixo do pinho localizada muito prxima da freqncia de
engrenamento. O pico em 22x crescia ao pas-sar por 21x e
estacionava em 22x com amplitude de 1,00 mm/s RMS, neste momento, o
compo-nente 22x era a portadora no espectro, no entanto pela
proximidade excitava a freqncia natural que crescia at 30,00 mm/s
RMS em 21x assumindo o espectro agora como onda portadora e
tornando o componente 22x insignificante dada a amplitude alta em
21x. Ou seja, este moinho no pode ter problema de engrenamento
enquanto no for modificado o pinho e sua freqncia natural, enquanto
isso, foram tomadas algumas aes que minimizaram o problema de
engrena-mento e a excitao conseqente. Este ensaio tambm no deixa de
ser um ensaio dinmico de ressonncia. Muito legal no ?
Anlise de rbita: turbo mquinas so em geral equipamentos de alta
freqncia de giro, alta potncia transmitida e folgas mnimas
envolvidas no conjunto rotor girante, seja entre eixo e mancais de
deslizamento ou entre o conjunto rotor e partes da carcaa.
Portanto, o controle da estabilidade geomtrica do conjunto rotor
imprescindvel para uma operao segurana e confivel desses
equipamentos. Para tanto, so instalados transdutores relativos nos
mancais de deslizamento, nas direes radial e axial, para monitorar
o posicionamento do conjunto rotor dentro de valores admissveis.
Para a direo radial, a instalao de dois transdutores relativos a
90
o entre si, permite registrar o movimento orbital do eixo dentro
do mancal. Para a figura que se
forma no registro deste movimento d-se o nome de
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rbita. O desenho ou formato que se obtm no registro de cada
rbita esclarecedor quanto ao tipo de defeito ou falha que possa
estar ocorrendo. Outro grfico importante que pode ser extrado nesta
forma de medio, o registro do caminho que o ponto mdio do centro do
eixo faz desde a sua partida at a estabilidade com carga. J a medio
na direo axial, tem interesse apenas para controle da folga ou
passeio mximo axial permitido para o conjunto rotor.
Instalao de dois transdutores a 90o.
Folgas mnimas envolvidas.
Mostra uma revoluo no rotor com as ondas funo do tempo direita e
a rbita esquerda.
Pr carga moderada.
Aceitvel.
Pr carga severa.
Sub sncrona + atrito.
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Anlise de baixa e baixssima freqncia: aqui ainda reside um forte
paradigma da comuni-dade tcnica, onde muitos insistem em dizer que
no se pega problema de vibrao em baixa e baixssima freqncia, no s
analistas comentam isso como tambm lderes de algumas empresas
especializadas no assunto. Vamos tratar aqui de baixssima freqncia,
considerada abaixo de 10 rpm e os casos de baixa rotao so anlogos e
menos crticos. O primeiro aspecto a orientar com relao
sensibilidade do transdutor absoluto a ser utilizado. Os
instrumentos, via de regra, so fornecidos com um acelermetro de
sensibilidade 100 mv/g, no entanto, para este caso necessrio
utilizar um acelermetro de pelo menos 500 mv/g, indicado para
medies em baixas freqncias. Utilizar a tcnica correta de monitorao
com acelermetro errado, no se captam os sinais adequadamente e por
conseqncia afetam negativamente as anlises. O segundo aspecto a
orientar a forma de se fazer a parametrizao da medio ou fazer o
setup no software para este tipo de medio, abaixo segue exemplo de
clculo dos parmetros para monitorar um equipamento em 6,5 rpm e um
outro caso de rolamento em 1,32 rpm. O terceiro aspecto a orientar
o cuidado em selecionar os filtros de envelope para a classe mnima
possvel como, por exemplo, de 5 a 100 Hz. O quarto aspecto a
orientar que as medies e anlises mais eficazes se encontram no
domnio do tempo e no no domnio da freqncia como est acostumada a
maioria dos analistas. Normalmente, ningum gosta de correr o cursor
sobre um espectro em funo do tempo para descobrir a freqncia entre
os picos de maior amplitude. O tempo de coleta para este tipo de
medio bem mais demorado que o normal, mas h que se ter pacincia se
queremos dar cobertura para estes equipamentos. A amostragem
singela, sem fazer mdia devido ao elevado tempo de coleta. O
espectro que tem se mostrado mais esclarecedor para baixssimas
freqn-cias de giro o espectro de envelope no tempo (no em funo da
freqncia como comumente utilizado), valor de Pk a Pk.
Configurao do Envelope: Calculando o range no domnio do tempo:
Freqncia: 6,5 rpm: 0,1083 Hz F = 1 / t 0,1083 Hz = 1 / t t = 1 /
0,1083 tempo = 9,23 segundos Portanto para se perceber a presena de
1 ciclo necessrio um tempo de exposio de 9,23 segundos, po-rm
precisamos pelo menos de 3 ciclos (aparecer pelo menos uns 2 ou 3
picos nesta freqncia), desta for-ma multiplicamos este tempo por 3
e em seguida calculamos o range adequado. 9,23 s x 3 ciclos = 27,69
s (arredondar para 28 s para enxergar os 3 ciclos completos) r = l
/ t r = 1600 linhas / 27,69 s r = 57,78 (arredondar para 58 ou o
mais prximo que o software permite). range = 58 Hz Caso prtico:
Realizou-se um estudo das vibraes de um mancal com rolamento que
gira com freqncia de 1,32 rpm (0,022 Hz), sendo o motor de
acionamento WEG tipo 132S, o redutor principal SEW, e a rotao de
sada dos redutores secundrios: 116,4 RPM (1,94 Hz). Existe no
processo um ataque de vapor de cido aos rolamentos, sendo que os
componentes mais prejudicados so os retentores e algumas gaiolas.
Outros dados importantes: Rolamentos lado redutor: Rolamento Y
Rolmx 3095/UCR 219. Rolamentos lado oposto ao redutor: Rolamento Y
Rolmx 217-800.
Freqncia de defeito para rolamento UCR 219 (mancais lado
redutor)*: Pista Interna................................0,13 Hz
Pista Externa...............................0,09 Hz Elementos
Girantes.....................0,12 Hz
Gaiola.........................................0,01 Hz
r = range (fundo de escala a ajustar) l = nmero de linhas do
espectro t = Tempo (s)
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Freqncia de defeito para rolamento UCR 217 (mancais lado
oposto)*: Pista Interna...............................0,14 Hz Pista
Externa..............................0,10 Hz
Elementos Girantes......................0,13 Hz
Gaiola.........................................0,01 Hz
* Dados obtidos do banco de dados do software de anlise
normalmente fornecido nos sistemas preditivos, no caso entrando com
a freqncia relativa de giro com 1,32 rpm. Espectro de envelope em
funo do tempo, realce para defeito oriundo de elemento girante ou
da pista interna do rolamento UCR 217 lado oposto. Na prtica o
defeito era de elemento girante.
Aplicao semelhante para baixa rpm, espectro de envelope f(Hz)
acima e f(t) abaixo.
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3.15 Elaborao do banco de dados sob conceito de multiparmetro.
Exemplos de aplicao na formatao do banco para monitorao:
Quanto menor a freqncia o espectro de envelope f(Hz) esquerda
reala bem menos o defeito em gaiola do que o espectro de envelope
f(t) direita.
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3.16 Nveis de alarme sob conceito de multiparmetro. Referncias e
prticas.
NORMA ISO 10816-3 (substituindo a Norma ISO 2372) Avaliao de
mquinas industriais com potncia acima de 15 KW e rotao entre 120
rpm e 15000 rpm Classificao por tipo de mquina Grupo 1 - Mquinas
grandes acima de 300 KW, mquinas eltricas com altura de eixo H= ou
> 315 mm Grupo 2 - Mquinas de tamanho mdio 15KW a 300 KW,
mquinas eltricas com altura de eixo H de 160 a 315 mm Grupo 3 -
Bombas com rotor multi-estgio e com acionador separado (centrifugo,
fluxo misto e fluxo axial) acima de 15 KW Grupo 4 - Bombas com
rotor multi-estgio e com acionador integrado (centrifugo, fluxo
misto e fluxo axial) acima de 15 KW Zonas de avaliao Zona A - As
vibraes de comissionamento de mquina nova devem estar dentro desta
zona Zona B - As vibraes de mquinas dentro desta zona so
consideradas aceitveis por longo tempo Zona C - As vibraes de
mquinas dentro desta zona so consideradas insatisfatrias para
operao continua de longa durao Zona D - As vibraes de mquinas
dentro desta zona so consideradas inaceitveis
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3.17 Indicadores tcnicos de controle e resultados, melhores
prticas. Exemplos.
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3.18 Tipos de rotores rgidos e flexveis. A compreenso da
diferenciao entre rotores rgidos e rotores flexveis auxilia na
definio do mtodo de balanceamento a ser utilizado. Rotores rgidos
podem ser balanceados em um ou dois planos, enquanto que rotores
flexveis so balanceados no mnimo em trs planos. Plano de
balanceamento o local escolhido no rotor para efetuar a correo
(adio ou retirada de massa), sendo considerado um plano imaginrio
perpendicular ao eixo axial do rotor. O conjunto rotor formado pelo
rotor propriamente dito, eixo, componente de transmisso (polia,
acopla-mento, roda dentada, etc), e pode ter ainda outros
componentes funcionais (tambor de freio, volante de inr-cia, disco
com aletas de ventilao, etc). Todo conjunto rotor tem muitas
freqncias prprias de vibrao, ou freqncias ressonantes. Um conjunto
rotor pode ser destrudo, se for submetido a uma excitao externa
constante de freqncia idntica fre-qncia ressonante do conjunto
rotor. No caso de mquinas rotativas, esta freqncia ressonante
conheci-da como rotao crtica. As condies de apoio influenciam a
localizao da rotao de um conjunto rotor. Por exemplo:
Um mesmo conjunto rotor, apresenta localizao diferenciada da
primeira rotao crtica, somente devido alterao de seus apoios.
Muitos equipamentos so projetados de modo que seus conjuntos
rotores tenham rotao de servio abaixo da primeira rotao crtica.
recomendado que a primeira rotao crtica se situe pelo menos 35%
acima da rotao de servio de um conjunto rotor. Desta forma, teremos
um ROTOR RGIDO, que no apresenta deflexo significativa de seu eixo
suporte, para qualquer rotao abaixo da rota-o de servio. Isto
proporciona o confortvel benefcio de poderem ser balanceados em uma
rotao menor que a rotao de servio, bastando alterar
proporcionalmente o grau de qualidade de balanceamento. Os ROTORES
RGIDOS apresentam facilidades para balanceamento, pois no mximo
dois planos de corre-o so necessrios. Os ROTORES RGIDOS se
comportam de modo que, atingindo o desbalanceamento residual
admissvel desejado, na rotao de balanceamento, o desbalanceamento
residual se manter ad-missvel para qualquer rotao menor ou igual de
servio. ROTOR RGIDO, portanto, aquele cuja rotao
A B
Figura 5 - Rotor em balano:1 critica: 2000 rpm.
A B
Figura 4 - Rotor entre mancais:1 critica: 2700 rpm.
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crtica se encontra acima distante pelo menos 35% da rotao de
trabalho, aproximadamente, fazendo com que, desta forma, no haja
uma deflexo significativa de seu eixo suporte, para qualquer rotao
abaixo da rotao de servio. O desenvolvimento de mquinas cada vez
mais velozes elevou a rotao de servio para acima da primeira rotao
crtica dos conjuntos rotores destas mquinas, de modo que para
atingir a rotao de servio, o conjunto rotor passa obrigatoriamente
pela primeira rotao crtica. Esta passagem deve ser feita no menor
tempo possvel, para minimizar os efeitos da vibrao observada na
freqncia ressonante. Uma vez localizada a rotao de servio acima da
primeira crtica, necessrio verificar a posio da segun-da rotao
crtica em relao rotao de servio. recomendado que nestas
circunstncias, a rotao de servio fique pelo menos 35% acima da
primeira crtica, e que a segunda crtica esteja pelo menos 35%
aci-ma da rotao de servio. A aplicao destes valores na prtica
alterada pelos fabricantes de equipamen-tos, que garantem ainda
assim boa performance. Por exemplo, motores eltricos de rotores
rgidos, so pro-jetados para rotao de servio em 1785 rpm, estando a
primeira crtica em torno de 2300 rpm (30% acima). Motores eltricos
de rotores flexveis tem a primeira rotao crtica localizada em 2500
rpm, estando a rota-o de servio em 3585 rpm (43% acima da primeira
crtica), e a segunda rotao crtica em 4700 rpm (32% acima da rotao
de servio). Geradores eltricos de grande porte, de rotores
flexveis, com possibilidade de sobre velocidade (distrbio que
provoca aumento da velocidade de servio em 20% por exemplo) tem a
se-gunda rotao crtica 25% acima do ponto mximo de sobre velocidade,
o que d 50% acima da rotao de servio (1,2 x 1,25 = 1,5). Ao passar
pela primeira rotao crtica, os conjuntos rotores apresentam
deforma-o significativa por flexo de seus eixos e assim permanecem
na rotao de servio. ROTOR FLEXVEL aquele cuja rotao critica se
encontra 35%, aproximadamente, abaixo da rotao de trabalho, ou
seja, para que o rotor atinja a rotao de trabalho ele passa
obrigatoriamente pela 1 rotao crtica. Esta passagem dever ser feita
no menor tempo possvel, para que se possa minimizar os efeitos da
vibrao observados na freqncia de ressonncia. recomendado tambm que
a 2 rotao crtica se situe 35 % acima da rotao de trabalho, para que
se possa garantir uma boa performance do equipamento. O objetivo do
balanceamento de ROTORES FLEXVEIS diminuir tais deformaes, de modo
que os mo-mentos fletores internos do eixo permaneam dentro de
valores admissveis. O balanceamento destes roto-res mais complicado
e exige no mnimo trs planos de correo para o modo V e quatro para
modo S. So feitos vrios ensaios, em rotaes diferentes, sendo na
rotao em que o rotor ainda est em sua condio rgida, em rotao maior
com o rotor no modo V e se for o caso, em alta rotao com o rotor no
modo S. Isto para cada ensaio, para cada massa de teste instalada
em cada plano de correo.
A forma construtiva deste tipo de rotor facilita a sua aplicao
em muitos projetos, porm, do ponto de vista de vibraes, se mostram
menos tolerantes falhas na distribuio de massa. Estas falhas podem
ser provocadas devido desgaste das ps do rotor por abraso ou
corroso. Outro mo-do de falha, que chamamos de induzida, quando um
rotor em balano passa a vibrar muito, logo aps uma interveno de
manuteno, sendo que anteriormente no vibrava tanto. O que ocorre,
que, se por algum mo-tivo, o rotor foi desmontado de seu cubo, aps
a nova montagem, na mesma posio anterior em relao ao cubo, ele pode
vibrar em operao, pois a falta de pinos-guia permitir uma mudana do
centro de massa do rotor em relao ao centro do giro, devido s
folgas existentes entre os parafusos de fixao e as furaes do corpo
do rotor. O balanceamento de rotores em balano, que possuem
comprimento do rotor menor que 1/7 a 1/10 de seu di-metro, pode ser
executado em um nico plano, fazendo medies no mancal que mais
influenciado pela massa de teste (normalmente mancal 1).
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Para rotores de comprimento significativo, a distribuio de massa
se distancia da forma em disco, sendo normalmente necessrios dois
planos de correo para execuo de balanceamento. As massas de teste
podem ser colocadas conforme a ilustrao, e o procedimento o mesmo
do balanceamento em dois planos. O plano 2 se localiza mais
distante dos
mancais 1 e 2 (y x) , portanto, a massa de teste calculada a ser
colocada no plano 2, deve ser reduzida na proporo y/x.
3.19 Balanceamento dinmico em um plano. Caso prtico.
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3.20 Balanceamento dinmico em dois planos. Caso prtico. Um
exaustor de tiragem induzida, instalado em uma caldeira,
apresentando vibrao elevada em 1x rpm, ne-cessitou de balanceamento
aps interveno de manuteno. Este rotor tem suco de gases na lateral,
po-rm no fica em balano, estando o rotor apoiado em dois mancais de
sustentao. Devido esta forma cons-trutiva, o centro de massa do
conjunto rotor no coincide com o centro geomtrico entre mancais. O
rotor foi balanceado em dois planos, no local, na rotao de servio
do ventilador, conforme a seqncia de balanceamento a seguir. O
comportamento do rotor durante os ensaios de balanceamento mostra
clara-mente a necessidade de balanceamento em dois planos.
Entre plano 1 e 2 vibraes prximas, fases prximas, durante os
ensaios de balanceamento os dois mancais reagiram semelhante.
Embora tenha sido colocadas massas em dois planos, elas foram de
valores prximos na mesma direo e raio, como se tivssemos dividido
uma suposta massa desbalanceadora do plano central do equipamento.
Este rotor embora de comprimento
relevante em relao ao seu dimetro, se comportou pedindo
balanceamento esttico.
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Bibliografia: Trabalhos e tecnologia da Engefaz Engenharia
Ltda.(Solues para manuteno preditiva) Artigos da Orbit Magazine,
Bently Nevada. Ilustraes da Disgnostic Solutions. Artigos tcnicos
da Bruel&Kjaer. Ilustrao instrumento Baker da SKF web. Ilustrao
transdutores relativos da Balluff web. Ilustrao software accent VB7
da Commtest. Ilustrao acelermetros Hansford (Hansford do Brasil).
Ilustrao analisador porttil de vlvulas Profiler da Softek
Engineering. Ilustrao instrumentos iOMvib Engefaz Engenharia Ltda
(Solues para gesto manuteno). Ilustrao gesto vista TV touch screen
Engefaz Engenharia Ltda (Gesto a Vista)