Medida de Vibração como Indicador da Saúde da Máquina

Medida Medida Medida Medida de de de de vibração vibração vibração vibração Uma ferramenta para a manutenção TEKNIKAO Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 2 Índice O nível de vibração como indicador da saúde da máquina3 Métodos de manutenção 4 Manutenção Corretiva 4 Manutenção Preventiva 5 Um novo método manutenção pela condição 5 Sistemas de instrumentação para manutenção pela condição baseada em medida de vibração 6 Medidor de Vibração de Nível Global Sem filtro 6 Medidor de Vibração com Análise de Freqüência 7 Analisadores de Freqüência por Transformada de Fourier 8 A organização de um programa de manutenção pela condição 9 Implantação 9 Transdutores de vibração e parâmetros de medida10 Critérios de severidade e avaliação dos níveis de vibração 12 Notas sobre diagnoses de falhas 13 Monitoração permanente de vibração em máquinas 14 Tabela de identificação de falhas 15 Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 3 Medida de vibração Uma ferramenta para a manutenção Uma máquina ideal não produz qualquer vibração pois toda a energia é canalizada para a execução do trabalho a ser realizado Na prática entretanto os elementos que compõem as máquinas em geral interagem entre si e devido à presença de atrito ação de forças cíclicas etc dissipam energia na forma de calor ruído e vibrações Um bom projeto deve apresentar bom rendimento ou seja baixo nível de dissipação de calor baixo nível de ruído e baixo nível de vibração De uma forma geral as máquinas novas quando bem projetadas satisfazem a esses requisitos Entretanto com o desgaste acomodação de fundações má utilização falta de manutenção etc as máquinas tem suas propriedades dinâmicas alteradas Dessa forma os eixos tornam se desalinhados partes começam a se desgastar os rotores tornamse desbalanceados as folgas aumentam etc Todos esses fatores são refletidos na diminuição de rendimento e consequentemente no aumento do nível de vibração Essas vibrações são dissipadas pela estrutura da máquina e no seu caminho excitam ressonâncias e provocam esforços extras nos mancais Causa e efeito se realimentam e a máquina progride em direção a sucessivas falhas No passado os engenheiros de manutenção eram capazes de reconhecer pelo toque ou audição se uma máquina estava funcionando suavemente ou se estava caminhando para uma falha Atualmente isto não é possível por no mínimo três motivos A relação pessoal entre o homem e a máquina não é mais economicamente viável As máquinas são construídas para funcionarem automaticamente com o mínimo de intervenção humana A grande maioria das máquinas modernas operam em velocidades tão elevadas que são necessários instrumentos apropriados para detectar e medir as vibrações e suas freqüências O nível de vibração como indicador da saúde da máquina Como já vimos vibração é normalmente um subproduto destrutivo da força cíclica transmitida através de uma máquina que provoca desgastes e aceleração da ocorrência de falhas Os elementos de máquinas que resistem a essas forças por exemplo os mancais são normalmente acessíveis pelo lado externo da máquina onde a vibração resultante pode ser medida Enquanto as forças de excitação permanecerem constantes ou variarem dentro de limites o nível de vibração medido também permanecerá constante ou dentro de limites similares Para a maioria das máquinas a vibração tem um nível típico e seu espectro de freqüência tem um formato característico quando a máquina está em boas condições Este espectro de freqüência que é um gráfico da amplitude em função da freqüência é conhecido como assinatura da máquina e é obtido analisandose em freqüência o sinal de vibração da máquina Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 4 Quando as falhas começam a se desenvolver o processo dinâmico na máquina sofre alteração devido a modificações no quadro de forças presentes influenciando assim o nível de vibração e a forma do espectro de freqüência O fato de que os sinais de vibração carregam muita informação relativa à condição da máquina é a base para o uso regular da medida e análise de vibração como um indicador da tendência da saúde da máquina e a necessidade de manutenção Métodos de manutenção A prática tradicional de manutenção de máquinas na indústria pode ser agrupada grosseiramente em duas categorias Corretiva e Preventiva Manutenção Corretiva Rodar até quebrar Em indústrias que utilizam muitas máquinas baratas e com os processos críticos de fabricação duplicados as máquinas normalmente funcionam até quebrar A perda de produção não é significativa e as máquinas reservas podem imediatamente dar continuidade à produção Nesta situação a medida de vibração não será de muita ajuda visto que não há vantagens econômicas ou de segurança em saber quando uma falha irá ocorrer Existem entretanto casos de máquinas não duplicadas ou processos não duplicados ou ainda equipamentos de alto custo de reposição e críticos para o processo de fabricação Nesses casos é de vital importância saber o que está indo mal e quando a falha está para ocorrer Esta informação pode ser obtida pela avaliação do gráfico de tendência dos níveis de vibração construído a partir de medidas regulares de vibração Uma vez constatada a tendência de falha em uma máquina podese identificar sua causa através do estudo do espectro de freqüência Sabendo o que está indo mal será possível ao engenheiro da planta solicitar peças sobressalentes antes da falha esperada evitando assim um estoque muito grande e a programação prévia da parada da máquina para uma data conveniente Além disso com essas informações o pessoal de manutenção estará melhor preparado e poderá efetuar um reparo mais efetivo e confiável em tempo menor tempo Produção Manutenção Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 5 Manutenção Preventiva Onde máquinas importantes não são totalmente duplicadas ou onde paradas inesperadas de produção podem resultar em grandes perdas as operações de manutenção são freqüentemente realizadas em intervalos de tempo fixos Este sistema é conhecido por Manutenção Preventiva ou mais corretamente Manutenção Preventiva Baseado no Tempo Estes intervalos de serviço são determinados estatisticamente pelo período medido a partir do instante em que as máquinas estão novas ou em condições normais de serviço até o ponto crítico estabelecido pela equipe de manutenção nível máximo de recurso humano e material para intervenção Trabalhando nesses intervalos geralmente acreditase que a maior parte das máquinas devem sobreviver ao período do trabalho entre intervenções Nesse caso esperase que as falhas ocorram ocasionalmente A experiência tem mostrado que na grande maioria dos casos a manutenção preventiva baseado no tempo é antieconômica e não elimina a possibilidade de ocorrerem falhas inesperadas no período visto que a taxa de falha de muitas máquinas não é melhorada com a substituição regular de partes gastas Pelo contrário a confiança nas máquinas recémtrabalhadas freqüentemente é reduzida temporariamente devido a interferência humana Com o padrão de falha real para cada máquina não pode ser predita a manutenção preventiva baseada no tempo não pode ser eficientemente aplicada Tornase necessário então um método que particularize cada máquina e esta é a tendência moderna aplicada à manutenção de máquinas que é conhecida como Manutenção pela condição Um novo método Manutenção pela condição Este método considera cada máquina individualmente substituindo a manutenção em intervalos fixos pelo intervalo fixo de medidas de vibração Como visto anteriormente a vibração mecânica é um bom indicador do estado de funcionamento saúde de máquina e esta é a razão pela qual a medida de vibração é o principal parâmetro utilizado em Manutenção pela Condição A premissa da Manutenção pela Condição é de que somente é recomendada a manutenção quando as medidas indicarem que é necessária Isto também está de acordo com o instinto da maioria dos engenheiros que sabem que não é inteligente interferir em máquinas que estão funcionando suavemente Por meio de medidas regulares de vibração falhas incipientes podem ser detectadas e seu desenvolvimento acompanhado As medidas podem ser extrapoladas para predizer quando os níveis de vibração atingirão valores inaceitáveis e quando a máquina deve ser parada para manutenção Isto é chamado Monitoração da Tendência e permite ao engenheiro planejar os reparos com antecedência Falha tempo Produção Manutenção Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 6 A manutenção pela condição baseada na monitoração da vibração tem sido empregada com sucesso em indústrias de processamento contínuo desde o início dos anos 70 As plantas de refinaria e petroquímicas adotaram esta técnica e obtiveram economia considerável com o aumento de disponibilidade de equipamento produtivo e correspondente aumento de produtividade Desde então a monitoração da condição tem sido implantada com sucesso em industrias que empregam máquinas rotativas em geral Esse sucesso é devido a resultados econômicos obtidos em curto prazo pela redução de intervenções de manutenção em até 70 após reduzido período de monitoração e pela possibilidade de planejamento de intervenções com conhecimento prévio da época e causa das falhas Situações reais demonstram economia de até 75 nos custos de manutenção nas empresas que adotaram esse procedimento o que indica um rápido retorno no investimento com a instrumentação para a monitoração de vibração durante a implantação do programa Reduções no volume de trabalho de manutenção permitem canalizar os recursos disponíveis para melhorar a qualidade dos serviços programados contribuindo assim para o aumento de confiança operacional das máquinas As intervenções realizadas em regime de urgência que normalmente eram executadas com quebragalho para que as máquinas voltassem o mais rapidamente possível para a produção são agora coisa do passado É valioso notar que o sucesso desse programa não depende necessariamente de grandes investimentos iniciais em equipamentos sofisticados de análise Muitos esquemas de sucesso começam com medidores e analisadores de vibração analógicos de baixo custo de funcionamento simplificado capazes de atender a um elevado número de equipamentos dos mais diversos tipos É necessário apenas que os equipamentos de coleta de dados sejam confiáveis e robustos capazes de suportar os rigores do trabalho diário em ambientes agressivos Sistemas de instrumentação para manutenção pela condição baseada em medida de vibração Os sistemas de instrumentação para a monitoração periódica de vibração podem ser classificados em 3 níveis Medidor de vibração de nível global sem filtro Medidor de vibração com análise de freqüênciacom filtro e Analisadores de Freqüência por Transformada de Fourier Medidor de Vibração de Nível Global Sem filtro O medidor de vibração de nível global é um instrumento capaz de medir o valor global de vibração pico ou rms em uma extensa faixa de freqüência que depende das normas e padrões aplicáveis Pelo seu funcionamento este instrumento mede a vibração total resultante da ação de todas as freqüências presentes no sinal de vibração dentro da faixa considerada As medições são comparadas com padrões gerais Normas ou valores de referências estabelecidos para cada máquina A condição da máquina é assim avaliada no campo com o mínimo de dados Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 7 Este tipo de medidor deve ter a capacidade de medir o valor true RMS ou valor de Pico de velocidade deslocamento e em alguns casos aceleração sobre uma faixa de freqüência de 5 Hz a 5000 Hz Em casos de falta de valores de referência as leituras de velocidade em RMS podem ser diretamente comparadas com critérios de severidade de vibração normalizados que podem indicar a necessidade de manutenção O medidor de vibração de nível global é um instrumento com grande capacidade de detecção de mau funcionamento de máquinas porém possui capacidade limitada para a identificação e diagnóstico tarefas estas que devem ser realizadas por medidores de vibração com análise de freqüência ou analisadores por Transformada de Fourier No caso específico de mancais de rolamentos onde vibrações de outras fontes não predominam é possível detectar deterioração de mancais em seus estágios ainda iniciais Para esta finalidade o medidor de vibração deve ser chaveado para a leitura simultânea do valor RMS e valor de Pico Os defeitos nos elementos rodantes eou pistas são responsáveis por pulsos de vibração em alta freqüência que podem ser medidos através do medidor de nível global de vibração Nos estágios iniciais de falhas os picos resultantes dos pulsos de vibração tem pouca influência sobre o valor RMS e grande influência sobre o valor de Pico Dessa forma à medida que a deterioração do rolamento aumenta a relação entre o Valor de Pico e o Valor RMS aumenta consideravelmente de 3 para aproximadamente 10 vezes Por outro lado nos estágios mais avançados de falhas os defeitos já não apresentam grande influência sobre o valor de Pico porém o valor RMS nesse instante sofrerá grande alteração A relação entre o valor de Pico e o valor RMS denominada Fator de Crista volta então a reduzirse para aproximadamente 3 vezes Dessa forma é possível acompanhar a evolução da condição de rolamentos através da monitoração do Fator de Crista Medidor de Vibração com Análise de Freqüência Medidor de Vibração simples tais como os mencionados no parágrafo anterior medem o nível de vibração global sobre uma faixa larga de freqüência O nível medido reflete o nível de vibração das componentes de freqüência dominantes do espectro que são é claro as componentes mais importantes para serem monitoradas Mas quando o mesmo sinal de vibração é analisado em freqüência e o espectro registrado em forma de gráfico o nível de muitos componentes possivelmente também importantes são revelados O desenho esquemático abaixo ilustra esta diferença Note que devido às componentes de freqüênciaB determinarem o nível de vibração global aumentos em componentes importantes A podem ser detectados nos estágios iniciais somente através da análise em freqüência Note também que assim que a largura da banda é reduzida um espectro mais detalhado com picos individuais separados é obtido ms2 tempo PICO RMS 151 31 31 Danos Falha Normal Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 8 Em geral quanto mais estreita a banda de freqüência da análise mais cedo podem ser detectadas as falhas em desenvolvimento Mas por outro lado quanto mais estreita a largura da banda de freqüência mais tempo a análise levará a não ser que instrumentos de medição mais sofisticados sejam utilizados A detecção de falhas nos estágios iniciais juntamente com o diagnóstico e previsão de quebras tornase possível com o uso de instrumentos capazes de separar as freqüências presentes no sinal de vibração Através do estudo da máquina analisada é possível correlacionar cada componente de freqüência com o comportamento dinâmico dos elementos de máquina A capacidade de separação de freqüências dependerá da largura do filtro utilizado pelo instrumento Quanto mais estreita for a largura do filtro mais fácil será a separação de freqüências muito próximas e consequentemente mais fácil será a detecção de falhas Não apenas os aumentos de níveis em componentes de freqüência fornecem indicação de falhas mas também a freqüência em que elas ocorrem indicam qual parte da máquina está se deteriorando Para cada ponto de monitoração desbalanceamento desalinhamento erosão em mancais quebra de dentes de engrenagens etc Terão suas freqüências características que podem ser reveladas com o auxílio da análise de freqüência As tabelas de defeitos apresentadas mais adiante ilustram esta relação O registro do aumento dos níveis para um ou mais componentes de freqüência sobre um número de medidas periódicas possibilita a monitoração da tendência dos níveis dessas componentes em função do tempo para as falhas em desenvolvimento A curva resultante conhecida por GRÁFICO DE TENDÊNCIA pode ser extrapolada no tempo para indicar quando a condição atingirá limites perigosos para que a manutenção possa ser marcada antecipadamente para uma data conveniente Analisadores de Freqüência por Transformada de Fourier Em casos onde se deseja uma análise de freqüência com larguras de filtro muito estreita ou desejase realizar a análise de freqüência sobre um sinal transiente choques tornase necessária a utilização de um sistema capaz de executar a Transformada de Fourier do sinal que é uma ferramenta matemática capaz de transformar um sinal randônico periódico ou transitório numa série de Fourier equivalente denominado ESPECTRO DE FREQÜÊNCIA Este instrumento baseiase na propriedade de que qualquer sinal pode ser decomposto numa série infinita de componentes de freqüência que representa o mesmo sinal no domínio da freqüência Banda larga Freqüência Amplitude Nível global de vibração Banda estreita Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 9 Cada componente de freqüência dessa série pode ser relacionada ao funcionamento dinâmico de determinado de máquina A utilização desse tipo de instrumento permite que seja levantado o espectro de freqüência de referência para cada ponto de medida denominada ASSINATURA DA MÁQUINA ou BASELINE Dessa forma é possível comparar espectros de freqüência de máquinas sob suspeita com seus espectros de referência identificar as alterações relacionálas com as freqüências características de falhas dos diversos elementos de máquinas e assim proceder ao diagnóstico A organização de um programa de manutenção pela condição As pessoas já empregadas na manutenção da planta constituem a equipe mais apropriada para realizar as medidas nas quais a manutenção pela condição é baseada Suas experiência anteriores com as máquinas os ajudarão na detecção de falhas além disso essas pessoas instintivamente estão melhor preparadas para notar quaisquer irregularidades relacionadas com o funcionamento das máquinas tais como vazamento de vapor lubrificadores quebrados etc É importante que o pessoal seja instruído com o objetivo da monitoração da condição e como ela pode racionalizar a manutenção A experiência tem mostrado que identificandose com o projeto o pessoal tornase mais motivado em obter resultados mais positivos O número de homenshora para funcionar o sistema de monitoração da condição depende da instrumentação utilizada e é claro do número de pontos monitorados Num programa piloto com pouco mais de 50 pontos a serem medidos eou analisados por mês uma pessoa apenas é capaz de realizar toda a operação Monitorando apenas o nível global ou fator de crista um homem pode monitorar até 1500 pontos por mês Realizando a análise de espectro apenas nos casos em que os gráficos de tendência indicarem alteração da condição normal um homem pode cobrir várias centenas de pontos monitorados por mês Implantação Uma vez selecionadas as máquinas a serem monitoradas os pontos de medida são identificados e preparados para a fixação fácil do transdutor de vibração Nas máquinas que necessitam análise de freqüência numa faixa maior do que o habitual tais como redutores compressores de parafuso e alguns casos de mancais de rolamentos os pontos de fixação devem ser preparados para uma fixação adequada dos transdutores em função da resposta dos sensores em alta freqüência A seqüência na qual cada máquina e ponto de medida deve ser monitorado é especificado no relatório de medida junto com as informações sobre as condições de funcionamento necessárias Isto é importante porque medidas subsequentes irão revelar a tendência apenas se elas foram feitas na mesma condição de operação Da mesma forma devem ser registrados e informados os ajustes necessários para o instrumento medidor de vibração para cada máquina em função de suas características previamente conhecidas para que todos os registros sejam obtidos nas mesmas condições de medida Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 10 O tempo médio normal de operação entre falhas para uma máquina indicará os intervalos periódicos de medida Pelo menos 6 medidas devem ser planejadas para este período para dar uma capacidade de previsão razoável Em média um intervalo entre medidas da ordem um mês é bastante razoável Entretanto em casos de equipamentos críticos para a operação ou equipamentos com velocidade de rotação muito alta o intervalo entre medições deve ser reduzido Existem inclusive equipamentos que devem ser monitorados continuamente a partir de monitores de vibração permanentemente instalados Normalmente iniciase o programa com intervalos reduzidos e conservativos Após a implantação esses intervalos são modificados conforme a experiência adquirida com as medições Os detalhes das características dinâmicas de cada máquina tais como velocidade de rotação dos eixos velocidades críticas dos eixos ressonâncias número de elementos rotativos dos mancais e suas dimensões número dos dentes das engrenagens etc devem ser registrados Isto possibilita que seja levantado quadro de diagnóstico de referência para cada máquina no qual devem ser relacionadas as principais componentes de freqüência que devem ser pesquisadas durante a medida de vibração assim como os níveis admissíveis globais ou por componentes Essas informações podem ser armazenadas em disquetes para que sejam consultadas sempre que necessário É recomendável que ao implantarse o programa ou cada vez que uma máquina seja reparada seja levantado o espectro de freqüência para todos os pontos pertencentes à máquina para servirem de referência para as medidas futuras Transdutores de vibração e parâmetros de medida Os sinais de vibração são captados através de sensores denominados transdutores Os principais transdutores utilizados em Programas de Manutenção pela Condição são Transdutores de Deslocamento Relativo ou de Proximidade Transdutores Sísmicos Pickups de velocidade e Acelerômetros Piezoeléctricos Enquanto os transdutores de deslocamento relativos são melhores para algumas aplicações específicas como monitoração de vibração de eixos os transdutores sísmicos que medem a vibração absoluta temse tornado bastante popular na monitoração da condição de máquinas em geral Os transdutores de deslocamento relativo tais como os sensores de eddy current ou de proximidade embora tenham uma faixa de freqüência que pode ser estendida até 10000 Hz na verdade somente podem ser efetivamente utilizados em baixa freqüência visto que os harmônicos mais elevados normalmente apresentam amplitudes de deslocamento tão reduzidas que praticamente não podem ser detectadas por esse tipo de transdutores Amplitude Relativa x Freqüência HZ 1M 10 100 1K 10K 100K 10M 10K 1K 100 1 Acelerômetro Sensor de Velocidade Sensor de Deslocamento Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 11 Entre os transdutores sísmicos os acelerômetros piezoeléctricos temse tornado recentemente os mais utilizados para a medida de vibração de máquinas por apresentarem uma curva de resposta em freqüência muito superior do que os pick ups de velocidade combinadas com dimensões razoavelmente reduzidas Além disso esses transdutores são robustos e apresentam uma maior durabilidade não possuem partes móveis que os torna indicado para o rigor do trabalho diário de coleta de dados Como em muita situação de monitoração tornamse necessário medições de freqüências bem acima de 1000 Hz combinadas com amplitudes de vibração extremamente elevadas o acelerômetro piezoeléctrico é a única escolha Com uma instrumentação baseada no uso de acelerômetros o usuário fica livre para escolher entre aceleração velocidade ou deslocamento com parâmetro de medida bastando para isso que o medidor de vibração possua circuitos integradores que transformam sinais proporcionais à aceleração do movimento vibratório em sinais proporcionais à velocidade e ao deslocamento Com essa liberdade de aplicação diferentes engenheiros tem por hábito diferentes preferências na escolha do parâmetro mais adequado para a monitoração de vibração Vamos entretanto analisar a questão a partir de um ponto de vista puramente técnico O desenho abaixo mostra um espectro de vibração de uma máquina típica expresso em termos dos três diferentes parâmetros aceleração velocidade e deslocamento Pode ser visto que esses espectros tem diferentes inclinações para cada parâmetro mas apesar disso possuem picos nas mesmas freqüências e a amplitude dos picos relativos à inclinação geral de cada espectro é a mesma Dessa forma podemos concluir que cada curva é uma representação correta para o espectro de vibração Existe de fato uma relação matemática muito simples entre as curvas tal que o valor da amplitude a qualquer freqüência em cada uma das outras curvas de fato isto é realizado por integração eletrônica nos medidores de vibração Note que no exemplo ilustrado a faixa de amplitude necessária para apresentar a curva total de velocidade é a menor e assim ocupa a menor faixa no sistema de medição Isto também significa que componentes de freqüência nesta curva necessitam uma alteração relativa menor para que comece a influenciar nos níveis de vibração global A maioria das componentes das outras curvas precisam sofrer uma alteração muito grande para conseguir influenciar o nível de vibração global A conclusão é que de uma maneira geral e especialmente quando utilizando instrumentos simples que fornecem leituras simples sobre uma faixa de freqüência o espectro mais plano é o parâmetro que possibilita detecções de falhas mais cedo Este parâmetro é tipicamente velocidade Mas pode em alguns casos ser aceleração especialmente onde vibrações de alta freqüência são particularmente interessantes como por exemplo em mancais de rolamento e redutores Por outro lado se é sabido que as falhas a serem monitoradas ocorrem principalmente em baixa freqüência como é o caso de compressores alternativos ou ventiladores de torres de resfriamento devese escolher o parâmetro deslocamento Em sistemas de medição baseados em acelerômetros o medidor de vibração ou pré amplificador associado normalmente já inclui circuitos de integração tal que os parâmetros de medida tanto aceleração velocidade ou deslocamento possam ser escolhidos simplesmente através de acionamento de uma simples chave Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 12 Critérios de severidade e avaliação dos níveis de vibração Muitos engenheiros começam usando um dos critérios de vibração padronizados Norma como um guia para julgamento da condição de máquinas Algumas Normas como ISO 2372 especificam limites de vibração que dependem apenas da potência da máquina e do tipo de fundação Muitos critérios de aplicação comuns são baseados na medida do valor RMS da velocidade de vibração sobre um faixa de 10 a 1000 Hz embora a prática mostre que é possível encontrar muitas componentes importantes em freqüências mais elevadas Embora os valores absolutos sugeridos por esses critérios não sejam sempre relevantes eles são muito úteis por indicarem o significado de vários graus de aumento dos níveis de vibração Por exemplo a Norma ISO 2372 mencionada previamente indica que um aumento da ordem de 25 vezes 8 dB no nível de vibração é uma alteração significativa no estado de funcionamento da máquina Esse aumento na verdade corresponde a largura de uma classe de qualidade Por outro lado o aumento de um fator de 10 vezes20 dB é grave pois uma máquina com essa alteração pode passar da classificação não permissível Esses fatores de aumento de vibração como especificado pelo critério mencionado aplicase somente as medidas em nível RMS mas muitos anos de experiência tem provado que eles também podem ser aplicados para a avaliação de componentes individuais de freqüência obtidas pela análise de freqüência As medidas de vibração na superfície do elemento de máquina refletem as forças cíclicas que estão sendo transmitidas naquele ponto A medida da velocidade real de vibração é proporcional não apenas às forças envolvidas mas também à mobilidade da estrutura naquele ponto Mobilidade é a medida da tendência da estrutura em ser colocada em movimento inverso da impedância mecânica A relação entre a força de excitação mobilidade e a velocidade de vibração resultante é ilustrado no esquema abaixo em função da freqüência O espectro de freqüência resultante é resultado da multiplicação ponto a ponto do espectro da força de excitação pelo espectro da mobilidade Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 13 Mobilidade n Hz n Vibração Hz Força n Hz X A Note que no exemplo a componente de força com grande amplitude A na freqüência n é reduzida pela baixa mobilidade nesta freqüência n tal que nenhum pico especial é notado no espectro de vibração Não é portanto recomendável olhar apenas para os picos de nível mais elevado no espectro de vibração valores reduzidos também contém informações sobre alterações de forças As características de mobilidade das máquinas normalmente não se alteram significativamente com o tempo tal que podese assumir que se o nível de vibração num ponto numa determinada freqüência dobrar o nível de força também terá dobrado naquele ponto e naquela freqüência A mobilidade pode diferir significativamente de uma máquina para outra de maneira que uma indicação mais confiável da condição da máquina é obtida por alterações relativas isto é especificando a BASELINE de referência ou nível de referência e permitindo um fator fixo de alteração para representar uma modificação do estado de funcionamento Muitos anos de experiência tem confirmado que este método pode ser utilizado para a maioria das máquinas A prática tem mostrado que para componentes de freqüência até 1000 Hz um aumento de 25 vezes 8 dB deve ser considerado uma alteração significativa na condição necessitando de investigação e um aumento de 10 vezes 20 dB a partir da condição de referência significa a necessidade de reparo imediato como sugerido pela Norma ISO e outros critérios Para componentes de freqüência acima de 4000 Hz esses fatores podem cautelosamente serem aumentados para 6 vezes 16 dB e 100 40 dB como mostrado no esquema acima Notas sobre diagnoses de falhas Tendo reconhecido que o aumento do nível de vibração normalmente indica o desenvolvimento de uma falha o engenheiro da planta precisa então localizar a falha num elemento particular da máquina Medidas de vibração de nível global fornece muito pouca informação que ajude a identificar as falhas A medida do fator de crista mencionada anteriormente pode isolar a falha em um mancal de rolamentos de bolas ou rolos Entretanto somente com o espectro de freqüência será possível obter o diagnóstico preciso da falha em desenvolvimento Procurar falhas em máquinas em geral envolve um trabalho de detetive O espectro de freqüência constitui a pista principal que é o aumento do nível de vibração em uma ou mais freqüências conhecidas Isto é análogo a uma impressão digital na cena do crime tudo que é necessário agora é que o detetive compare a impressão digital com Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 14 as impressões dos criminosos conhecidos Na diagnose de falhas de máquinas isto é equivalente a conhecer as freqüências de vibração características de uma possível falha e encontrar aquelas que coincidem com as freqüências que sofreram aumento nas componentes Isto implica no estudo inicial das especificações e desenhos de engenharia para cada máquina fazer um plano esquemático e registrar nele as características geométricas e dinâmicas do equipamento tais como o número de pólos do motor as velocidades de rotação número de dentes das engrenagens os dados das bolasrolos do mancais de rolamentos etc Através de cálculos simples estes dados são convertidos nas freqüências características que compõem o espectro de freqüência esperado no caso de desenvolvimento de falhas As tabelas de identificação de falhas apresentadas no apêndice alistam as falhas mais comuns e suas freqüências características em função da velocidade de rotação Monitoração permanente de vibração em máquinas Todos os sistemas de monitoração de vibração de máquinas discutidos anteriormente neste artigo tem sido baseado em cheques periódicos da condição Entretanto uma técnica muito parecida MONITORAÇÃO PERMANENTE DE VIBRAÇÃO também constitui um papel significativo na eficiência do controle de manutenção da planta Como o nome sugere este tipo de sistema de monitoração de vibração é permanente e é empregado em máquinas específicas A monitoração permanente é empregada principalmente para dar avisos imediatos de uma alteração repentina na condição de máquinas de custos elevados e não duplicadas cuja continuidade de operação é vital para o processo de produção As falhas são detectadas imediatamente ou dentro de minutos da ocorrência e dispara alerta ou um sinal de alarme na sala de controle da planta tal que medidas apropriadas possam ser tomadas antes que falhas catastróficas ocorram Esses sistemas são largamente empregados em indústrias de geração de energia petroquímica e usinas nucleares em turbinas bombas de alimentação de caldeiras compressores de gás bombas de refrigeração do núcleo de reatores etc Um requisito principal de todos os sistemas de monitoração permanente é a confiança operacional extremamente alta a estabilidade e imunidade a condições ambientais adversas e irregulares que podem causar falsos alarmes Projetos mecânicos rigorosos capazes de operar em condições de umidade e poeira juntamente com testes ambientais de acordo com a norma MIL geralmente satisfazem a esses requisitos Instrumentos robustos tais acelerômetros cabos e caixas de junção que podem também trabalhar em temperaturas elevadas são disponíveis para essas aplicações Esses sistemas tipicamente incluem sistemas de teste automático tal que o operador da planta pode imediatamente verificar se uma instrumentação como um todo e o circuito de alarme está funcionando corretamente Normalmente esses sistemas devem ser intrinsecamente seguros para serem aplicados em áreas sujeitas a explosão ou incêndio No caso da existência de muitos pontos de medidas por economia tornamse necessários a aplicação de módulos multiplexadores conectados em um único módulo medidor Nesse caso o multiplexador passa continuamente pelos canais escolhidos parando em cada canal por um período de tempo antes de passar automaticamente para o próximo Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 15 Atualmente muitos desses sistemas estão disponíveis com comunicação com microcomputadores compatíveis IBM tal que os pontos de medida são continuamente monitorados sendo os dados registrados automaticamente em disquetes para serem analisados quando necessário Além disso os microcomputadores quando devidamente programados podem realizar diversos tipos de análise de vibração dependendo do tipo de equipamento ou do sintoma que este equipamento vem apresentando Tabela de identificação de falhas Tipo de defeito Freqüência predominante Observações Desbalanceamento 1x N Causa mais comuns de problemas de vibração em máquinas Predominante na direção radial Desalinhamento 1 x N Sempre 2 x N Comumente 34xN Raramente Segunda principal causa de vibração em máquinas Direção radial e axial Defeitos em rolamentos Bolas rolos etc N número de elementos rodantes fr rotação relativa entre as pistas interna e externa PD diâmetro primitivo BD diâmetro da pista Freqüência de impactos dos elementos do rolamento Vibração também em altas freqüências 2 a 60 KHz relacionadas com ressonância das pistas dos rolamentos Níveis de vibração aleatórios com características de choques Freqüência de impactos Hz Defeito na Pista Externa BPFO f n fr BD PD 2 1 cos β Defeito na Pista Interna BPFI f n fr BD PD 2 1 cos β Defeito nos elementos rodantes f PD BD fr BD PD 1 cos β Folga entre mancais e alojamento Subharmônicos exatos da rotação do eixo 12 ou 13 x N Oil Whirl Aproximadamente metade da rotação do eixo 42 a 48 x N Aplicável apenas a mancais de deslizamento em máquinas de alta rotação Oil Whip Subharmônico coincidente com a velocidade crítica do Aplicável apenas a mancais de deslizamento em máquinas com velocidade de rotação superior a Teknikao Ind e Com Ltda Av Mutinga 309 s4 Fone 0XX11 39013741 FoneFAX 0XX11 39045544 wwwteknikaocom vendasteknikaocom suporteteknikaocom 16 eixo duas vezes a velocidade crítica do eixo Defeitos em Engrenagens Freqüências de engrenamento dos dentes Nd x N e harmônicos Nd Número de dentes Bandas laterais em torno da freqüência de engrenamento indica modulação na freqüência correspondente ao espaçamento entre as freqüências das bandas laterais Folgas mecânicas Múltiplos da velocidade de rotação do eixo Subharmônicos em alguns casos Vibração devido a correias Múltiplos da velocidade de rotação da correia e harmônicos Máquinas alternativas Múltiplos da velocidade de rotação do eixo Vibração em motores elétricos 1 x Nel 1 x Nrot 60 e 120 Hz Vibração com característica de batimento devido à proximidade entre a velocidade de rotação do eixo e a velocidade de rotação do campo magnético Eng José Luiz Marra Professor da cadeira de Vibrações da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Cópia autorizada pelo autor com exclusividade