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Monitores de vibrações
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Conteúdo
• Filosofias de monitorização
• Sistemas protetivos
• Sistemas preditivos
• Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas
• Exemplos de seleção de um sistema
FILOSOFIAS DE MONITORAGEM
Sistemas protetivos
Podem-se distinguir diversos tipos de sistemas protetivos:
• Dispositivos mecânicos simples
• Sistemas de vigilância da amplitude das vibrações
• Baseado em monitor dedicado
• Baseado em PLC – o transmissor de vibrações
Dispositivos Simples – Interruptor de vibrações
• Este tipo de dispositivos, que são
normalmente os mais económicos, quando
se trata de proteger uma máquina das
vibrações por si geradas, baseia-se num
efeito mecânico simples para acionar um relé
quando a amplitude das vibrações ultrapassa
um determinado nível.
• Originalmente estes dispositivos eram
baseados em magnetos, em bolas de
mercúrio em taça, etc.
• Nos últimos anos surgiram os equipamentos
deste tipo, eletrónicos.
Sistemas de vigilância da amplitude das vibrações
Neste tipo de sistemas existe sempre um ou
mais sensores de vibrações ligados a
equipamentos de medida, com diversas
possibilidades e que, em caso de um nível pré-
determinado ser excedido, acionam um
dispositivo de paragem de uma instalação
através dum relé.
O transmissor de vibrações, com ligação a PLC
• Um transmissor de vibrações é um sensor com
saída de 4-20 mA e que, portanto, pode ser
ligado diretamente a um PLC ou uma unidade
de aquisição de dados tradicional.
• Este PLC pode comandar a paragem da
máquina e/ou efetuar aquisição de dados de
modo a se poder efetuar análise de tendência.
• A grande vantagem deste tipo de sensores é a
de não necessitar de uma unidade de medida
dedicada, que é tradicionalmente utilizada
quando os sensores têm uma saída em Volts.
• Tira portanto da automação já existente nas
instalações.
Monitores de vibrações dedicados
• Um monitor de vibrações apresenta tipicamente as
seguintes funções:
– Dois níveis de alarme parametrizáveis com temporização
com acionamento de relés
– Saída 4-20 mA para ligação a PLC
– Alimentação de sensor de vibrações (acelerómetro ICP,
proximitor, etc.)
• Os monitores de vibrações protetivos mais
sofisticados são os que cumprem os requisitos da
norma API 670 e normalmente são utilizadas em
turbomáquinas de grande potência.
• Sistemas Off line
• Monitores de Vibrações permanentes
• Sistemas baseados em transmissores de vibrações
• Ligação de monitores de vibrações protetivos a computador
• Sistemas baseados em monitores de vibrações multiplexados
• Sistemas baseados em monitores de vibrações não multiplexados
• Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas
Sistemas preditivos
Sistemas Off line
• Qualquer equipamento de medida pode ser a base de um sistema
preditivo off-line, sendo o exemplo mais comum na indústria de
processo, o colector de dados.
Monitores de Vibrações permanentes On Line
Sistemas baseados em transmissores de vibrações
• Estes são sistemas tendo como unidade de aquisição um PLC
com uma ligação a um SCADAS que permita efetuar análise de
tendência. Têm como principal limitação não terem a
capacidade de efetuar diagnóstico.
Sistemas baseados em monitores de vibrações multiplexados
Estes são monitores de vibrações que apresentam múltiplos canais de
aquisição para cada canal de medida. São exemplos deste tipo de sistema
os utilizados normalmente nas máquinas de papel, onde a rapidez de
medição não constitui uma característica essencial e os modernos
sistemas sem fio.
Sistemas baseados em monitores de vibrações não multiplexados
• Tradicionalmente os sistemas on line preditivos para turbo máquinas
constituem os sistemas mais sofisticados de todos. Este facto deriva dos
requisitos decorrentes das rápidas variações de velocidade a que estas
máquinas estão sujeitas, não permitirem a utilização de sistemas lentos,
multiplexados e, portanto, a cada sensor ter de corresponder um canal de
medida permanente.
• Para além disso, a detecção de alguns tipos de avarias associados a estas
máquinas leva à necessidade de seguimento de fenómenos transientes,
associados aos arranque e paragens e à implementação técnica de análise
de sinal razoavelmente sofisticadas em tempo real (ex.: seguimento de
ordens).
Sistemas baseados em monitores de vibrações não multiplexados
Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas
• Folga de entre ferros - grandes alternadores
Sensor de folga de entreferros
Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas
• Descargas parciais- grandes motores e alternadores
Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas
• Monitorização de combustão em turbinas a gás
Exemplos de seleção de um sistema
Máquinas a
controlar
Avarias a
detectar
Sintomas TécnicasTécnicas
Equipamentos
Avaria com
evolução lenta
Sistema
permanente
Sistema
portátil
Avaria com
evolução rápida
Exemplo 1: bomba centrifuga
com cerca de 30 KW e a rodar a 1500 rpm
Veio
-Desequilíbrio
-Empeno
Rolamentos
-Degradação
-Folgas
Desalinhamento
Apoio
-Desaperto
Vibrações Hidráulicas e Aerodinâmicas
Avarias mais comuns
Exemplo 1: bomba centrifuga
Avarias mais comuns - sintomas
Sintoma Avaria Temperatura Pressão Caudal Vibração
Desequilíbrio X
Desalinhamento
Veio Empenado
X X
Rolamentos X X
Desapertos
Folgas X
Exemplo 1: bomba centrifuga
Avarias mais comuns – sintomas vibratórios
Defeito Frequência Amplitude
Desequilíbrio 1 X RPM Elevadas
Desalinhamento
Veio Empenado
1,2,3 X RPM Elevadas
Rolamentos
Altas Frequências
(maiores que 1 KHz)
Muito pequenas no
começo
Desapertos
Folgas
1 X RPM
n X RPM
Elevadas
Exemplo 1: bomba centrifuga
com cerca de 30 KW e a rodar a 1500 rpm
• Sendo esta bomba relativamente pequena,
o objectivo fundamental do controle é
prever o seu comportamento futuro, de
modo a apoiar as decisões da Gestão da
Manutenção.
• Por outro lado, as avarias em causa têm
uma evolução lenta, fácil de seguir.
• A aplicação de um equipamento portátil, a
permitir a realização de medições
regulares deve, portanto, fornecer
resultados satisfatórios.
Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica
• Tipicamente, será uma máquina com chumaceiras de metal anti-
fricção, a rodar a alta velocidade, acionada por uma turbina a vapor ou
um motor elétrico. A potência acionante será, por exemplo, de 2 MW.
Degradação
lenta
Degradação
Rápida
Algures no meio
Possíveis todas as hipótese
Desequilíbrio devido a
erosão ou depósitos
Mudança de alinhamento
Desgaste de carretos
Fadiga do metal das
chumaceiras ou labirintos
Vedante do canal de equilíbrio
desgaste ou ruptura
Prisão de acoplamento
Fendas nos impulsores
Contactos
Falha da chumaceira de
impulso
Chumaceira seca
Ruptura de palhetas
“Surge”
Transporte de líquido
Ingestão de objectos
Instabilidade
Avarias típicas e a
sua velocidade de
evolução
2 Transdutores de Vibração Relativa
Transdutor da temperatura do metal
Transdutor de pressão do óleo
2 Transdutores de Vibração Relativa
Transdutor da temperatura do metal
Transdutor de pressão do óleo
Transd. Posição Axial
Transd. Temperatura do Metal
Transd. Pressão do Óleo
Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica
• A maioria destas avarias apresenta múltiplos sintomas. Assim tendo em
conta a importância que esta máquina assume no ciclo produtivo e os
custos de manutenção envolvidos vigiam-se os sintomas que a seguir se
listam:
– 1. Vibrações Radiais
– 2. Posição Axial do veio
– 3. Temperatura das chumaceiras
– 4. Pressões, Temperaturas, Caudais
– 5. Velocidade de rotação
• As consequências económicas de uma avaria inesperada e a velocidade de
evolução de muitas delas impõem que a máquina esteja protegida em
permanência.
• Os sensores para medir as grandezas atrás referidas são montados em
permanência e acionam automaticamente alertas e relés de paragem
quando os valores medidos ultrapassarem valores pré-definidos.
Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica
• Os sensores a instalar no
compressor seriam os que
se podem ver ao lado
2 Transdutores de Vibração Relativa
Transdutor da temperatura do metal
Transdutor de pressão do óleo
2 Transdutores de Vibração Relativa
Transdutor da temperatura do metal
Transdutor de pressão do óleo
Transd. Posição Axial
Transd. Temperatura do Metal
Transd. Pressão do Óleo
Sistema protetivo API 670
Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica
• Todavia para a boa gestão técnico-económica deste tipo de máquinas é
essencial que exista informação fiável, prontamente disponível, fácil de
compreender, sobre o que aconteceu ou se está a passar, de modo a
que se possa prever o seu comportamento futuro e tomar as decisões
mais adequadas.
Sistema protetivo API 670 + sistema preditivo
Pode ver um artigo sobre este tema neste link
www.D4vib.com
https://www.d4vib.com/monitores-de-vibracoes/
OBRIGADO
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Monitores de vibrações

  • 2. Conteúdo • Filosofias de monitorização • Sistemas protetivos • Sistemas preditivos • Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas • Exemplos de seleção de um sistema
  • 4. Sistemas protetivos Podem-se distinguir diversos tipos de sistemas protetivos: • Dispositivos mecânicos simples • Sistemas de vigilância da amplitude das vibrações • Baseado em monitor dedicado • Baseado em PLC – o transmissor de vibrações
  • 5. Dispositivos Simples – Interruptor de vibrações • Este tipo de dispositivos, que são normalmente os mais económicos, quando se trata de proteger uma máquina das vibrações por si geradas, baseia-se num efeito mecânico simples para acionar um relé quando a amplitude das vibrações ultrapassa um determinado nível. • Originalmente estes dispositivos eram baseados em magnetos, em bolas de mercúrio em taça, etc. • Nos últimos anos surgiram os equipamentos deste tipo, eletrónicos.
  • 6. Sistemas de vigilância da amplitude das vibrações Neste tipo de sistemas existe sempre um ou mais sensores de vibrações ligados a equipamentos de medida, com diversas possibilidades e que, em caso de um nível pré- determinado ser excedido, acionam um dispositivo de paragem de uma instalação através dum relé.
  • 7. O transmissor de vibrações, com ligação a PLC • Um transmissor de vibrações é um sensor com saída de 4-20 mA e que, portanto, pode ser ligado diretamente a um PLC ou uma unidade de aquisição de dados tradicional. • Este PLC pode comandar a paragem da máquina e/ou efetuar aquisição de dados de modo a se poder efetuar análise de tendência. • A grande vantagem deste tipo de sensores é a de não necessitar de uma unidade de medida dedicada, que é tradicionalmente utilizada quando os sensores têm uma saída em Volts. • Tira portanto da automação já existente nas instalações.
  • 8. Monitores de vibrações dedicados • Um monitor de vibrações apresenta tipicamente as seguintes funções: – Dois níveis de alarme parametrizáveis com temporização com acionamento de relés – Saída 4-20 mA para ligação a PLC – Alimentação de sensor de vibrações (acelerómetro ICP, proximitor, etc.) • Os monitores de vibrações protetivos mais sofisticados são os que cumprem os requisitos da norma API 670 e normalmente são utilizadas em turbomáquinas de grande potência.
  • 9. • Sistemas Off line • Monitores de Vibrações permanentes • Sistemas baseados em transmissores de vibrações • Ligação de monitores de vibrações protetivos a computador • Sistemas baseados em monitores de vibrações multiplexados • Sistemas baseados em monitores de vibrações não multiplexados • Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas Sistemas preditivos
  • 10. Sistemas Off line • Qualquer equipamento de medida pode ser a base de um sistema preditivo off-line, sendo o exemplo mais comum na indústria de processo, o colector de dados.
  • 11. Monitores de Vibrações permanentes On Line Sistemas baseados em transmissores de vibrações • Estes são sistemas tendo como unidade de aquisição um PLC com uma ligação a um SCADAS que permita efetuar análise de tendência. Têm como principal limitação não terem a capacidade de efetuar diagnóstico.
  • 12. Sistemas baseados em monitores de vibrações multiplexados Estes são monitores de vibrações que apresentam múltiplos canais de aquisição para cada canal de medida. São exemplos deste tipo de sistema os utilizados normalmente nas máquinas de papel, onde a rapidez de medição não constitui uma característica essencial e os modernos sistemas sem fio.
  • 13. Sistemas baseados em monitores de vibrações não multiplexados • Tradicionalmente os sistemas on line preditivos para turbo máquinas constituem os sistemas mais sofisticados de todos. Este facto deriva dos requisitos decorrentes das rápidas variações de velocidade a que estas máquinas estão sujeitas, não permitirem a utilização de sistemas lentos, multiplexados e, portanto, a cada sensor ter de corresponder um canal de medida permanente. • Para além disso, a detecção de alguns tipos de avarias associados a estas máquinas leva à necessidade de seguimento de fenómenos transientes, associados aos arranque e paragens e à implementação técnica de análise de sinal razoavelmente sofisticadas em tempo real (ex.: seguimento de ordens).
  • 14. Sistemas baseados em monitores de vibrações não multiplexados
  • 15. Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas • Folga de entre ferros - grandes alternadores Sensor de folga de entreferros
  • 16. Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas • Descargas parciais- grandes motores e alternadores
  • 17. Sistemas específicos para determinados tipos de máquinas • Monitorização de combustão em turbinas a gás
  • 18. Exemplos de seleção de um sistema Máquinas a controlar Avarias a detectar Sintomas TécnicasTécnicas Equipamentos Avaria com evolução lenta Sistema permanente Sistema portátil Avaria com evolução rápida
  • 19. Exemplo 1: bomba centrifuga com cerca de 30 KW e a rodar a 1500 rpm Veio -Desequilíbrio -Empeno Rolamentos -Degradação -Folgas Desalinhamento Apoio -Desaperto Vibrações Hidráulicas e Aerodinâmicas Avarias mais comuns
  • 20. Exemplo 1: bomba centrifuga Avarias mais comuns - sintomas Sintoma Avaria Temperatura Pressão Caudal Vibração Desequilíbrio X Desalinhamento Veio Empenado X X Rolamentos X X Desapertos Folgas X
  • 21. Exemplo 1: bomba centrifuga Avarias mais comuns – sintomas vibratórios Defeito Frequência Amplitude Desequilíbrio 1 X RPM Elevadas Desalinhamento Veio Empenado 1,2,3 X RPM Elevadas Rolamentos Altas Frequências (maiores que 1 KHz) Muito pequenas no começo Desapertos Folgas 1 X RPM n X RPM Elevadas
  • 22. Exemplo 1: bomba centrifuga com cerca de 30 KW e a rodar a 1500 rpm • Sendo esta bomba relativamente pequena, o objectivo fundamental do controle é prever o seu comportamento futuro, de modo a apoiar as decisões da Gestão da Manutenção. • Por outro lado, as avarias em causa têm uma evolução lenta, fácil de seguir. • A aplicação de um equipamento portátil, a permitir a realização de medições regulares deve, portanto, fornecer resultados satisfatórios.
  • 23. Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica • Tipicamente, será uma máquina com chumaceiras de metal anti- fricção, a rodar a alta velocidade, acionada por uma turbina a vapor ou um motor elétrico. A potência acionante será, por exemplo, de 2 MW. Degradação lenta Degradação Rápida Algures no meio Possíveis todas as hipótese Desequilíbrio devido a erosão ou depósitos Mudança de alinhamento Desgaste de carretos Fadiga do metal das chumaceiras ou labirintos Vedante do canal de equilíbrio desgaste ou ruptura Prisão de acoplamento Fendas nos impulsores Contactos Falha da chumaceira de impulso Chumaceira seca Ruptura de palhetas “Surge” Transporte de líquido Ingestão de objectos Instabilidade Avarias típicas e a sua velocidade de evolução 2 Transdutores de Vibração Relativa Transdutor da temperatura do metal Transdutor de pressão do óleo 2 Transdutores de Vibração Relativa Transdutor da temperatura do metal Transdutor de pressão do óleo Transd. Posição Axial Transd. Temperatura do Metal Transd. Pressão do Óleo
  • 24. Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica • A maioria destas avarias apresenta múltiplos sintomas. Assim tendo em conta a importância que esta máquina assume no ciclo produtivo e os custos de manutenção envolvidos vigiam-se os sintomas que a seguir se listam: – 1. Vibrações Radiais – 2. Posição Axial do veio – 3. Temperatura das chumaceiras – 4. Pressões, Temperaturas, Caudais – 5. Velocidade de rotação • As consequências económicas de uma avaria inesperada e a velocidade de evolução de muitas delas impõem que a máquina esteja protegida em permanência. • Os sensores para medir as grandezas atrás referidas são montados em permanência e acionam automaticamente alertas e relés de paragem quando os valores medidos ultrapassarem valores pré-definidos.
  • 25. Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica • Os sensores a instalar no compressor seriam os que se podem ver ao lado 2 Transdutores de Vibração Relativa Transdutor da temperatura do metal Transdutor de pressão do óleo 2 Transdutores de Vibração Relativa Transdutor da temperatura do metal Transdutor de pressão do óleo Transd. Posição Axial Transd. Temperatura do Metal Transd. Pressão do Óleo Sistema protetivo API 670
  • 26. Exemplo 2: Turbo compressor de processo numa petroquímica • Todavia para a boa gestão técnico-económica deste tipo de máquinas é essencial que exista informação fiável, prontamente disponível, fácil de compreender, sobre o que aconteceu ou se está a passar, de modo a que se possa prever o seu comportamento futuro e tomar as decisões mais adequadas. Sistema protetivo API 670 + sistema preditivo
  • 27. Pode ver um artigo sobre este tema neste link www.D4vib.com https://www.d4vib.com/monitores-de-vibracoes/