Curso análise de vibração em máquinas rotativas críticas

Eduardo Grachten - Eng. Eletricista
Observe Pense Solucione
Introdução à Manutenção
Preditiva

A medição de vibração e a evolução da manutenção preditiva
1. Corretiva:
– Repara-se após a falha;
– Paradas imprevistas e alto custo de reparação;
– Aplica-se em equipamentos de baixo custo e fora de processos.
2. Preventiva:
– Repara-se antes da falha. Estatística;
– Alto custo de reparação e funcionamento incerto;
– Aplica-se onde se pode utilizar a Preditiva.
3. Preditiva:
– Repara-se segundo o estado da máquina;
– Otimização do funcionamento e aumento da vida útil;
– Aplica-se a todo processo contínuo , independente do tamanho.
Evolução da Manutenção

Preditivo: A Ferramenta para Engenharia de
Manutenção
ENGENHARIA
ESTUDO DE FALHAS
MODIFICAÇÕES DE DESENHO
ESPECIF. DE REPARAÇÕES
PROGRAMÃÇÃO
CORRETIVO
INSTRUMENTOS ADEQUADOS
RESPEITAR ESPECIFICAÇÕES
RELATÓRIO DAS MEDIÇÕES FINAIS
SUGESTÕES
PREDITIVO
CONTROLE DE ARRANQUE
CONTROLE DE CONDIÇÕES
OTIMIZAR A LUBRICAÇÃO
DIAGNÓSTICO: MAXIMA ANTECIPAÇÃO
TEMPO MÉDIO ENTRE REPARAÇÕES
OBJETIVOS

1970-1980: Sensores de bobina móvel, filtros manuais,
osciloscópios, análise orbital.
1980-1990: Acelerômetros, domínio das altas frequências.
1990-2000: Coletores de dados / analisadores digitais.
2000-2010: Normas ISO9000/2000, otimização de técnicas
e procedimentos, diagnósticos inteligentes.
Evolução da Manutenção Preditiva por
décadas

Vibrações absolutas e relativas
Relativas: mede-se o movimento relativo entre o eixo e o mancal: 1 e 2.
Absolutas: mede-se o movimento absoluto do mancal. Eles refletem os
esforços que está submetido o rolamento: 3.

Sensor de vibrações: Acelerômetro

Vibrações Absolutas: parâmetros
Deslocamento
X(t) =X○ (sen ωt)
Xmax = X○
[ µmm]
Velocidade
V(t)= ω X○ (cos ωt)
Vmax = ω X○
[ mm/seg]
Aceleração
a(t) = - ω ² X○ (sen ωt)
Amax= ω² X○
[ g]

Parâmetros: Valores Globais - Frequência
RMS
0-PICO
PICO-PICO
2
V
rms
0
Magnitude
Hz1000 Hz
Pwr Spec 1
2
V
Peak
0
Magnitude
Hz1000 Hz
Pwr Spec 1
2
V
Pk-Pk
0
Magnitude
Hz1000 Hz
Pwr Spec 1
1
V
-1
Real
ms62.469480 s
Time 1
1
V
-1
Real
ms62.469480 s
Time 1
1
V
-1
Real
ms62.469480 s
Time 1
X:55 Hz Y:706.8129 mV
X:55 Hz Y:999.5843 mV
X:55 Hz Y:1.999169 V
dX:2.288818 ms dY:709.1976 m
X:27.00806 ms Y:3.579427 mV
dX:4.516602 ms dY:997.4356 m
X:27.00806 ms Y:3.579427 mV
dX:9.094238 ms dY:1.994871 V
X:22.43042 ms Y:-993.8563 mV
FREQUÊNCIA: Indica o número de ocorrências de um evento em um determinado intervalo de tempo.
Exempos: Do dia-a-dia: Frequência em que uma determinada linha de ônibus parte da rodoviária.
Frequênica de vibração: Ciclos por segundo (Hz)
Frequênica de vibração: Ciclos por por minuto (CPM, RPM)

Sobreposição de efeitos vibratórios -
Epectro
1 -DESBALANCIAMENTO
2- DESALINHAMENTO
3-FALHA DE ROLAMENTO
→
FFT

Efeitos da integração
ESPECTRO DE ACELERAÇÃO
SINAL VINDO DO ACELERÔMETRO
ESPECTRO DE VELOCIDADE
APÓS INTEGRAR O SINAL DO ACELERÔMETRO

Parâmetros: Fase
• Fase é o ângulo entre duas ondas da mesma frequência (a) ou uma onda em relação
a um impulso gerado por um ponto sobre o eixo (b).
Aplicação:
a) Análise complementar
do espectro de vibrações.
b) Método de balancamento

Parâmetros: Envelope
A. Forma de onda direto do acelerômetro
B. Onda filtrada
C. Onda envelope dos fenômenos cíclicos (batidas)
D. Espectro envelope, calculado sobre a onda que “envolve”, sua frequência é
menor que a original.
A
B
C
D

Parâmetros: Envelope
Avaliação do espectro de envelope:
Ao configurar a RPM e o número do
rolamento, surgem marcas no espectro
que correspondem às frequencias de
falhas distintas: pista interna e externa,
elemento rolante e gaiola.
Se algumas das componentes da
medição coincidirem com a marca de
alguma falha, já temos condições de
diagnosticar esta falha no componente.

Envelope e seu espectro

Análise: Metodologia
• A) Problemas de montagem: Velocidade
Parâmetro base: espectro com alarmes (bandas).
Análise complementar: fase.
Frequências: 1 Hz a 500 Hz
As componentes são múltiplas da RPM (harmónicas)
• B) Problemas de desgaste: Aceleração
Parâmetro base: espectro com alarmes (bandas).
Análise complementar: espectro envelope.
Frequências: 500 Hz a 10.000 Hz
As componentes não são múltiplas da RPM do eixo.

• Desbalanceamento
• Desalinhamento
• Excentricidade de rotores
• Problemas em correias
• Eixos flexionados
• Motores elétricos
• Folga mecânica (jogo)
A) Velocidade: Falhas detectáveis

• Estas normas são aplicáveis de
forma rigorosa em equipamentos
novos e reparados.
• Para equipamentos já instalados,
se utiliza somente como um guia.
O que define a parada do
equipamento é o esforço real dos
mancais e o tipo de vibração
detectada.
Normas de severidade: ISO 10816-3

Normas de severidade: Conceito de esforço
É absolutamente negativo aumentar
a rigidez para diminuir as vibrações,
exceto em condições de
ressonância.
Ao enrijecer para diminuir a
vibração, se aumenta o
esforço no rolamento, já que
se enrijece a pista externa do
mesmo, diminuindo sua vida
útil.

Desbalanceamento de força
Sua amplitude aumenta com o quadrado da velocidade.
Se apresenta em fase e constante.
A 1X sempre domina no espectro, radial.
Se corrige com um só peso central.

Desbalanceamento de cupla
Sua amplitude aumenta com o quadrado da velocidade.
Se apresenta defasado em 180º e constante.
A 1X sempre domina no espectro, radial e axial.
Se corrige com dois pesos em planos separados.

Desalinhamento angular
Se caracteriza por amplitudes axiais elevadas.
No espectro, podem predominar a 1X, 2X ou 3X,
dependendo do tipo de acoplamento, rigidez, etc.
Leituras axiais defasadas em 180º através do acoplamento.

Se caracteriza por amplitudes radiais (frequentemente verticais) elevadas.
No espectro predomina a 1X. Para diagnosticar é necessário analisar a fase
(o espectro é similar ao caso de desbalanceamento).
Leituras axiais defasadas em 180º através do acoplamento e leituras de
sensores a 90º radiais sobre o mancal resultam em fase não correspondente
com balanceamento: 0º a 180º.
Desalinhamento paralelo

Folga mecânica: base solta
No espectro predomina a 2X e pode aparecer a 0,5X se for crítico.
É altamente direcional.
Leitura defasada em 180º entre perna e base.

Folga mecânica: entre eixo e mancal
No espectro predomina a 2X com múltiplas harmônicas e
pode aparecer a 0,5X e harmônicas.
É altamente direcional.
Leitura de fase instáveis.

Rotor excêntrico
Maiores vibrações a 1X do componente excêntrico
Leituras ortogonais em fase ou oposta
Amplitude predominante em direção aos centros
Não se corrige com balanceamento

Eixo curvado
Predomina a 1X se está curvado para o centro, tende a 2X se está curvado para
as junções.
Leituras axiais defasadas em 180º em cada componente.
Maiores amplitudes na direção axial.

Forças hidráulicas: passo de palhetas
Observa-se no espectro a componente do passo de palhetas
Pode se apresentar a 2X de FPA (Frequência de passo de
palhetas)
Causas: obstruções na tubulação, difusores danificados,
lâminas com ângulos distintos.

Motor elétrico: excentricidade do estator
O espectro apresenta uma componente importante em 2X
da frequência de linha.
Predomina a direção radial.
Não se pode confundir com a 2X de um motor de 2 polos.

Motor elétrico: problemas do rotor
Fp FpFp FpFp FpFpFp Fp Fp
Fs = Ns – RPM do rotor
Fp = Nº de polos x Fs
Fs – frequência de deslizamento
Fp – frequência de passo de polos
No espectro de baixa frequência observa-se Bandas
Laterais (BL) ao redor de 1X e suas harônicas (Fp).
Na alta frequência predomina a FPB (Frequência de passo
de barras do núcleo) rodeada de BL com frequência = 2FL.
Maiores amplitudes na direção radial.

Diagnóstico: barras cortadas motor CA
Espectro de vibração em escala linear.
Espectro de corrente em escala
logarítmica e diagnóstico automático.
O diagnóstico é baseado na diferença
entre amplitude de corrente da
frequência de linha e as bandas laterais
da frequência de passo dos polos, Fp.

Tabela para diagnóstico de motores elétricos
com análise de corrente
FL/FP Evolução da condição do motor Ação corretiva recomendada
≥ 60
dB
Excelente. Nenhuma.
54-60
dB
Bom. Nenhuma.
48-54
dB
Moderado. Continuar monitorando a
tendência.
42-48
dB
Pode estar se desenvolvendo
rachaduras nas barras do rotor ou
nas juntas de alta resistência.
Reduzir tempo entre verificações.
36-42
dB
duas barras provavelmente
rachado ou quebrado, problemas
com juntas de alta resistência.
Realizar testes de vibração para
confirmar a fonte e gravidade do
problema.
30-36
dB
Múltiplas barras e anéis de
extremidade quebrados ou
rachados. Também problemas de
anéis de extremidade e juntas
quebradas.
Reparar motor.
≤ 32
dB
Provavelmente problema grave de
barra quebrada e anéis de
extremidade, estendido a todo o
rotor.
Reparar ou substituir o motor.

• Desgaste de rolamentos:
– 5000 – 10000 Hz: falha de lubrificação;
– 2000 – 5000 Hz: falha inicial de rolamento;
– 0 – 2000 Hz: falha severa de rolamento. Confirmação com função envelope.
• Baixa RPM: Espectro de alta resolução, envelope e 0-pico.
• Desgaste de engrenagens: harmônicas da frequência de
engrenagem e bandas laterais.
• Cavitação: Bombas centrífugas. Amplificação no corpo da bomba.
Aceleração: falhas detectáveis

Avaliação da falha de rolamento
Direção de agravamento de falha de rolamentos
Zona C
Falhas de rolamento
As componentes de
falhas internas do
rolamento:
PI, PE, ER, J e suas
harmônicas crescem,
evidenciando a
deterioração.
Zona B
Falha inicial
Pequenos defeitos
excitam as partes do
relamento em suas
frequências naturais.
Zona A
Falha da película lubrificante
As componentes são geradas pelas
fricção metal com metal.
500 Hz 2 kHz 5 kHz 10 kHz

• Localizado em altas frequências > 5kHz.
• Não apresenta componentes de frequência bem definidos.
• Pode ser visto no espectro da esquerda, antes (em vermelho) e depois de engraxar (em
azul).
Zona A: falhas de lubrificação

Influência da lubrificação nas batidas
internas do rolamento
Espectro com falha Espectro após lubrificação
Batida interna do
rolamento
Falha de lubrificação

Comparativo antes/depois da lubrificação

Zona B: falha inicial de rolamentos
As frequências naturais internas do rolamento se localizam entre 2 e 5kHz.
As batidas só excitam as partes internas e vibram na sua frequência natural que é alta.
Já que: K=rigidez, dureza -> alta.
M=massa -> baixa.

Cálculo das frequências de falha de
rolamento

Espectro de aceleração

Espectro de envelope

Falha severa de rolamento
Espectro de aceleração
Espectro de envelope
Espectro de velocidade

Espectro de aceleração: falha severa

Espectro de espectro: falha severa

Espectro de velocidade: falha severa

Medição de vibração: Pontos
A ) B)
A) Na medição de
aceleração, o espaço
entre o sensor e o
rolamento deve ser
sólido e contínuo.
B) O acelerômetro sem
ímã só mede até 1 kHz.

A) B) C)
Montagem: conceitos
A) Se a bomba vibra, é conveniente isolar do tubos;
B) Esta seria a montagem ideal, porém deve-se considerar:
- O bastidor onde se apoia o equipamento deve ser RIGIDO;
- É conveniente prever acrescentar massa para manter a vibração
dentro dos limites permitidos, é o mais "saudável" a fazer;
C) Verificar que só um dos rolamentos está fixado em mancal. O outro está montado com
manguito (adpatador cônico para fixação), SEMPRE É necessário verificar se o rolamento não
está trancado, logo após o ajuste da porca.

Controle de Vibrações: requisitos mínimos
• 100% ESPECTROS (MÍN 800 LINHAS)
• VELOCIDADE
• ACELERAÇÃO
• ENVOLVENTE COM FALHAS CALCULADAS DO ROLAMENTO
• ALARMES SELECIONÁVEIS POR FREQUÊNCIA

Monitoramento on line: Valores Globais
2
V
rms
0
Magnitude
Hz1000 Hz
Pwr Spec 1
2
V
Peak
0
Magnitude
Hz1000 Hz
Pwr Spec 1
2
V
Pk-Pk
0
Magnitude
Hz1000 Hz
Pwr Spec 1
1
V
-1
Real
ms62.469480 s
Time 1
1
V
-1
Real
ms62.469480 s
Time 1
1
V
-1
Real
ms62.469480 s
Time 1
X:55 Hz Y:706.8129 mV
X:55 Hz Y:999.5843 mV
X:55 Hz Y:1.999169 V
dX:2.288818 ms dY:709.1976 m
X:27.00806 ms Y:3.579427 mV
dX:4.516602 ms dY:997.4356 m
X:27.00806 ms Y:3.579427 mV
dX:9.094238 ms dY:1.994871 V
X:22.43042 ms Y:-993.8563 mV
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
Equipo BANBURY ENT 3V F-ONDA-A 26/07/2012
G
seg
1,22 1,46 1,7 1,95

Falha de rolamento: Versão Inst. Charlotte, USA
www.technicalassociates.net
Critérios comuns: fenômeno físico
de deterioramento do rolamento.
1) Os primeiros sintomas excitam as partes
internas em suas frequências naturais.
2) Surgem componentes na frequência de falha
das partes internas.
3) Ao aumentar a batida, surgem harmônicas
nas frequências de falha.
4) No final, surgem bandas laterais, (1X) ao
redor das frequências de falha e aumenta 1X.

Falha de rolamento: Versão Austrália
www.ilearninteractive.com

Comparação de critérios dos métodos

Evolução da falha de rolamento
Critério Latinoamericano
Direção de agravamento de falha de rolamentos
Zona C
Falhas de rolamento
As componentes de
falhas internas do
rolamento:
PI, PE, ER, J e suas
harmônicas crescem,
evidenciando a
deterioração.
Zona B
Falha inicial
Pequenos defeitos
excitam as partes do
relamento em suas
frequências naturais.
Zona A
Falha da película lubrificante
As componentes são geradas pelas
fricção metal com metal.
500 Hz 2 kHz 5 kHz 10 kHz

Vantagens do modelo Latinoamericano
1. Medição com um só tipo de sensor, podendo avaliar os problemas de montagem, falhas de
rolamentos e lubrificação: PRÁTICO!
2. Avaliação instantânea de lubrificação e estado dos rolamentos ao ter definido setores fixos do
espectro independente da RPM: problemas visíveis e quantificáveis facilmente: SIMPLES!
3. Várias ferramentas para verificação de falhas em rolamentos: SEGURO!
-Espectro de aceleração com bandas de alarme em falha de lubrificação, inicial e severa.
-Envelope com alarmes e indicador de falhas: PI, PE, ER e G.
-Densidade espectral nas zonas de falha: lubrificação e falha de rolamento.
-Evolução do estado das partes internas.
-Energia de batida do elemento interno danificado.
-Também de dispõe de espectro de velocidade.
4. Amplificação natural das falhas da película lubrificante, com detecção precoce, aumentando a vida
útil dos equipamentos. CUSTOS!
5. A simplicidade do método o faz mais seguro ante as falhas humanas e com muitas vantagens para a
implementação de sistemas inteligentes. COM FUTURO!

 Analisador Remoto de Vibração
 6 canais de acelerômetro
 4 canais AC
 2 canais DC
 Rotação
 6 saídas digitais
AV2000
Nova tecnologia: Monitoramento on line de
espectros

Dispondo de 6 canais para acelerômetros, o Analisador Remoto de Vibração
AV2000 permite medir e registrar a vibração de máquinas à distância. Por meio de
suas saídas a relé (duas), o equipamento pode alarmar e interromper o
funcionamento das máquinas sob supervisão. O AV2000 monitora vibração,
temperatura, aceleração, velocidade, deslocamento e envelope.
Um poderoso DSP realiza o processamento matemático por FFT. A
supervisão remota se dá por software gráfico comunicando pela WEB. Os dados são
armazenados pelo equipamento e transmitidos ao software de análise e monitoração
das máquinas controladas.
AV2000 - Apresentação

AV2000 – Ferramentas de diagnóstico
CONTROLE POR INTERVALOS CONFIGURÁVEIS:
• ACELERAÇÃO, VELOCIDADE, DESLOCAMENTO E ENVELOPE
• FORMA DE ONDA, ESPECTROS, ORBITAS, RPM
• BASE DE DADOS DAS FALHAS DE ROLAMENTO
• LUBRIFICAÇÃO E FALHA DE ROLAMENTOS
• DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO.

AV2000 – Características Técnicas

Um corpo é dito estar vibrando quando ele descreve um movimento de oscilação em torno
de uma posição de referência.
Causas:
Dentre as diversas fontes de vibração, aquelas
mais comuns e que portanto, podem ser
responsabilizadas pela quase totalidade das
vibrações mecânicas indesejáveis são:
• Desbalanceamento;
• Desalinhamento ( Eixos/Correias/Correntes );
• Folgas Generalizadas;
• Dentes de Engrenagens;
• Rolamentos;
• Corrente Elétrica;
• Campo Elétrico Desequilibrado;
• Outros.
Efeitos:
Os efeitos em consequência de um
equipamento vibrando poderão ser:
• Altos Riscos de Acidentes;
• Desgaste Prematuro de Componentes;
• Quebras Inesperadas (EDT);
• Aumento de Custos de Manutenção;
• Outros.
AV2000 – Análise de Vibração

• Versatilidade: Os canais AC
podem ser transformados em
canais de acelerômetro para
aplicações específicas (2AC +
2CC).
• Saídas à transistor, configuráveis
via software.
• Opções de comunicação via
ethernet, wi-fi, serial RS232, 3G.
• Opções de gabinete / instalação
variados.
• Software de fácil configuração.
AV2000 – Aplicação

•Sistema ampliável.
•Sistema de monitoração preditivo, antevendo situações.
•Monitoração 24/7 confiável e sem intervenção.
•Fácil realocação e reinstalação do conjunto.
•Conexão fácil por WI-FI e rede cabeada.
•Fácil instalação em máquinas que se movimentam.
•Implementação e posta em marcha rápidas, reduzindo custos de instalação. Hardware e
software adaptáveis a sistemas de controle de produção de máquinas.
AV2000 – Vantagens

HISTÓRIA: Monitoramento com coletores de
dados
70
• SOMENTE EQUIPAMENTOS CRÍTICOS
80/90
• EQUIPAMENTOS CRÍTICOS E SEMICRÍTICOS
00/10
• TOTALIDADE DOS EQUIPAMENTOS
EVOLUÇÃO EM DÉCADAS

PREVISÃO: Monitoramento on line de
espectros
10
• SOMENTE EQUIPAMENTOS CRÍTICOS
20
• EQUIPAMENTOS CRÍTICOS E SEMICRÍTICOS
30
• TOTALIDADE DOS EQUIPAMENTOS
EVOLUÇÃO EM DÉCADAS

OBRIGADO A TODOS
ALFACOMP AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL LTDA.
Rua Visconde do Herval, 1195 – Azenha – Porto Alegre - RS
Fone: +55 51 3029-7161
alfacomp@alfacomp.ind.br
www.alfacomp.ind.br

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