VIBRAÇÕES

ANÁLISE DE VIBRAÇÃO – REVISÃO E EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

Através de perguntas e respostas e da apresentação de exemplos reais de aplicação, este capítulo revisa o conteúdo dos capítulos anteriores, com o objetivo de fixar os conhecimentos básicos necessários para capacitar o analista de vibração iniciante a realizar registros de vibração de forma adequada e confiável e, aplicando algumas regras de observação, extrair desses registros as informações necessárias para detectar e distinguir problemas de funcionamento nos equipamentos de sua empresa, gerando assim economias de milhares de reais a cada mês.

INTRODUÇÃO À VIBRAÇÃO

1. O que é vibração?

• O movimento de oscilação de um corpo ao redor de uma posição de referência,

• Por exemplo, o movimento de um eixo ao redor da linha de centro dos mancais.

O que é período ?

• O tempo necessário para completar um ciclo desse movimento.

O que é freqüência ?

• A taxa de repetição do movimento vibratório.

• Freqüência (ciclos por segundo) = 1 / Período (segundos)

Quais são as unidades de medida de freqüência ?

• Hz = ciclos por segundo

• cpm = ciclos por minuto

• ordens = freqüência / freqüência de rotação

• Frequência (cpm) = 60 X Frequência (Hz)

Quais são as grandezas usadas para medir a intensidade da vibração ?

• Deslocamento = distância total percorrida no movimento vibratório

(relacionada com a tensão)

• Velocidade = taxa de variação do deslocamento

(relacionada com a energia)

• Aceleração = taxa de variação da velocidade

(relacionada com a energia)

Quais são as unidades de amplitude mais usadas para medir essas grandezas?

Métricas Inglesas

Deslocamento

m p-p = Microns Pico a Pico mil p-p = Mils Pico• a Pico

• 1 Micron = 0,001 mm 1 Mil = 0,001 in (polegada)

1 Mil = 25,4 m

Velocidade

• mm/s RMS = milimetros por segundo RMS in/sec p = polegadas por segundo Pico

2 mm/s1 in/sec p = 25,4 mm/s p = 25,4 rms

Aceleração

Métricas = Inglesas

• g p = aceleração da gravidade 385,827 in/sec2 9,8 m/s2 Pico 

O que é uma forma de onda ?

• Um gráfico que representa a variação de uma grandeza de medida da vibração (deslocamento, velocidade ou aceleração) em função do tempo.

O que é um espectro ?

• Um gráfico que representa as amplitude das diversas componentes da vibração em função da sua freqüência.

O que causa vibração ?

• Uma força de excitação alternada gerada por um defeito ou imperfeição

O que é análise de vibração ?

• Caminho sistemático para definir a força de excitação ou defeito que causa a vibração.

Cite os defeitos mais comuns que causam vibração em equipamentos rotativos :

• Desbalanceamento

• Desalinhamento

• Folgas em componentes rotativos

• Falhas em rolamentos

• Folgas em estruturas

• Defeitos em engrenagens

• Defeitos em mancais

• Correias ruins

• Eixo empenado

• Problemas de fluxo

• Turbulência

• Cavitação

• Ressonância

• Problemas elétricos

O que é fase?

• A relação temporal (de sincronia) entre duas oscilações de mesma frequência.

• Os mesmos eventos (p.ex: máximos e mínimos) ocorrem ao mesmo tempo >>> Em fase.

• Os mesmos eventos ocorrem em tempos diferentes >>> Fora de fase.

Porque usar análise de fase como uma ferramenta de diagnóstico ?

• A análise de fase pode confirmar diagnósticos de problemas.

• Problemas que geram vibrações com espectros e formas de onda semelhantes, podem ter características de fase bem distintas.

Quais são os três principais tipos de componentes espectrais ?

• Subsíncronas - suas frequências são menores do que a de rotação do eixo.

• Síncronas - suas frequências são múltiplas inteiras da velocidade de rotação, 1x, 2x, 3x, etc.

• Não síncronas - suas frequências não são múltiplas inteiras da velocidade de rotação

DESBALANCEAMENTO

O que é desbalanceamento?

• Não coincidência do centro de massa com o centro de rotação.

Quais são as causas mais comuns de desbalanceamento?

• Incrustação de material em pás/rotores (causa número um)

• Desgaste das partes - como em pás de rotores

• Partes quebradas ou perdidas

• Montagem imprópria

Nomeie quatro (04) características de desbalanceamento:

• Forma de onda quase senoidal, 1 ciclo por revolução do eixo

• O pico em 1xRPM é dominante no espectro: harmônicos com amplitude de muito baixa

• Vibração axial muito pequena (com exceção de máquinas em balanço)

• A amplitude aumenta com a velocidade

Qual o significado de harmônicos da velocidade de rotação com amplitude elevada ?

• Outras falhas diferentes de desbalanceamento, como: desalinhamento, folgas, etc.

O que fazer neste caso ?

• Corrigir os outros problemas antes de balancear o rotor

Se o único defeito é desbalanceamento, em que direção a vibração é normalmente mais forte?

• Na direção horizontal

Por que a amplitude de vibração seria maior na direção horizontal ?

• Porque normalmente a maioria das máquinas é mais rígida na direção vertical

Qual a relação de fase das vibrações radiais dos mancais de uma máquina desbalanceada?

• Em fase, ou com uma diferença de fase muito pequena (de alguns graus)

Espectro e Forma de Onda de Desbalanceamento Puro

Note a predominância da componente na frequência de rotação,

resultando um sinal quase senoidal

DESALINHAMENTO

Quais são os quatro tipos possíveis de desalinhamento ?

• Paralelo (off set)

• Angular

• De mancais

• Combinação de um ou mais tipos anteriores

Quais são as características do desalinhamento ?

• Níveis altos de vibração axial

• Níveis altos de vibração a 1x RPM e/ou 2x RPM

• Diferença de fase de 180º na direção axial ou radial ao longo do acoplamento

• Forma de onda periódica, com um ou dois picos por revolução e um óbvio padrão M ou W

Qual é a característica de desalinhamento angular ?

• Um nível alto de amplitude de vibração a 1x RPM na direção axial

Qual é a característica comum entre o desalinhamento angular e o desbalanceamento ?

• Um nível alto de amplitude de vibração a 1x RPM na direção radial

Como diferenciar os dois ?

• O desalinhamento angular gera também 1x RPM na direção axial

• O desbalanceamento não gera vibração axial elevada (com exceção de rotores em balanço)

• No desalinhamento angular há uma inversão de fase (180º) ao longo do acoplamento

• No desbalanceamento não há inversão de fase ao longo do acoplamento.

Qual é a característica do desalinhamento paralelo ?

• Níveis altos de vibração a 2x RPM na direção radial, horizontal ou vertical

Qual é a característica de desalinhamento entre os mancais de uma máquina ?

• Vibração axial alta a 1x RPM e a 2x RPM,

• Vibrações normais na máquina acoplada

Quais é a conseqüência de mancais desalinhados em uma máquina ?

• Flexão da pontas de eixo, o que gera elevadas cargas axiais nos mancais, conduzindo-os a uma falha acelerada.

Qual é a regra prática para distinguir desalinhamento em um espectro de vibração?

• Se a amplitude em 2 x RPM é igual a 50% ou mais da amplitude em 1x RPM, é uma boa possibilidade de que o problema seja desalinhamento

Espectro de uma Máquina Desalinhada

Note a amplitude elevada da componente a 2 X RPM

Forma de Onda de uma Máquina Desalinhada

Note o padrão M / W na forma de onda

FOLGAS

Quais são as duas categorias de folgas mecânicas ?

• Folgas estruturais

• Folgas em elemento giratório (folgas de componente)

Cite quatro exemplos de folgas estruturais ?

• Bases de montagem

• Chumbadores

• Folgas na montagem de mancais

• Trincas em carcaças

Cite quatro exemplos de folgas de elemento giratório ?

• Rotores

• Rolamentos

• Lâminas de ventiladores

• Acoplamentos

Quais são as características de folgas ?

• Grande quantidade de harmônicos da velocidade de rotação

• Direcional em natureza – amplitudes horizontais e verticais podem diferir significativamente

• Em certos casos podem surgir sub-harmônicos, como 1/3 e 1/2 da velocidade de rotação

• O padrão de forma de onda é randômico, não periódico e não repetitivo