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Fragmentando a disciplina Ruído Vibração Fadiga Aquecimento contaminação Desgaste Atrito Técnicas Manutenção Preditiva HISTORICO DA MANUTENÇÃO • A manutenção sempre existiu, mas só passou a ser reconhecida por esse nome por volta do século XVI na Europa central tomando corpo durante a Revolução Industrial e firmou-se, como necessidade absoluta na Segunda Guerra mundial. • Tradicionalmente, as atividades de manutenção eram consideradas como um mal necessário por várias pessoas em diferentes empresas. Mais recentemente, esta atitude em relação à manutenção começou a mudar e hoje já é reconhecida como uma função estratégica. HISTORICO DA MANUTENÇÃO MANUTENÇÃO INDUSTRIAL HISTÓRICO A Evolução da Manutenção nos Países Industrializados Introduziu Novos Conceitos Sobre MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS MANUTENÇÃO É UM CONJUNTO DE ATIVIDADES TÉCNICAS E ADMINISTRATIVAS CUJA FINALIDADE É CONSERVAR OU RESTITUIR A UM ÍTEM AS CONDIÇÕES QUE LHE PERMITAM REALIZAR SUA FUNÇÃO. ABRAMAN/ 1996 COMBINAÇÃO DE TODAS AÇÕES TÉCNICAS E ADMINISTRATIVAS, INCLUINDO AS DE SUPERVISÃO, DESTINADAS A MANTER OU RECOLOCAR UM ÍTEM EM UM ESTADO NO QUAL POSSA DESEMPENHAR UMA FUNÇÃO REQUERIDA. A MANUTENÇÃO PODE INCLUIR UMA MODIFICAÇÃO DE UM ÍTEM. ABNT - NBR - 5462/1994 MANUTENÇÃO • Atividades de Manutenção: resultam nas ações tomadas no dia-a-dia para prevenir ou corrigir eventuais anomalias ou falhas detectadas nos equipamentos pelos operadores da produção ou pelas equipes de manutenção. MANUTENÇÃO • Atividades de Melhoria: visam a melhorar suas condições originais de operação, desempenho e confiabilidade intrínseca, através de incorporação de modificações ou alterações no seu projeto ou configuração original. O objetivo destas atividades é atingir novos patamares de produtividade para os equipamentos. EVOLUÇÃO DA MANUTENÇÃO MANUTENÇÃO CORRETIVA com atuação somente após a ocorrência da falha. MANUTENÇÃO PREVENTIVA programando-se paradas com periodicidade determinada por estudos estatísticos. MANUTENÇÃO PREDITIVA definição antecipada das intervenções a partir do conhecimento da real condição de funcionamento das máquinas BENEFÍCIOS DA MANUTENÇÃO PREDITIVA Eliminação das trocas de componentes e das intervenções preventivas desnecessárias. Diminuição dos custos e prazos das intervenções, através do conhecimento antecipado dos defeitos a serem corrigidos. Aumento da segurança operacional e disponibilidade dos equipamentos, com redução dos riscos de acidentes e interrupções inesperadas de produção. Redução das quebras de equipamentos em operação, que provocam danos secundários em muitos componentes. De uma maneira geral, a aplicação de programas de Manutenção Preditiva em indústrias de processo resulta em reduções da ordem de: 2/3 nos prejuízos com paradas inesperadas de produção e de 1/3 nos gastos com a manutenção ESTÁGIO ATUAL DA MANUTENÇÃO PREDITIVA A Manutenção Preditiva, evoluiu da simples detecção e diagnóstico de falhas para uma nova filosofia de manutenção: MANUTENÇÃO BASEADA NA CONFIABILIDADE (Reliability Based Maintenance) que tem por objetivo a total otimização da capacidade produtiva da planta, ou seja: “Fornecer capacidade de produção confiável e estender a vida útil dos bens da planta a um custo mínimo” Os modernos sistemas de Manutenção Preditiva são compostos por: ANALISADORES DE MÁQUINAS - capazes de coletar uma grande quantidade de medições e transferi-las para computadores. PROGRAMAS DE GERENCIAMENTO - que integram numa só plataforma: Todas as tecnologias de monitoração do estado das máquinas O gerenciamento das atividades de coleta e processamento de dados Análises detalhadas para detecção e diagnóstico de falhas Os registros de eventos e históricos de manutenção A emissão de Relatórios de Resultados e de Ordens de Serviço (OS). Através desses sistemas pode-se também: Avaliar e aprimorar a qualidade dos serviços de manutenção Detectar e eliminar deficiências de projeto, instalação e operação das máquinas (Manutenção Pró-Ativa) MANUTENÇÃO INDUSTRIAL CORRETIVA PREVENTIVA PREDITIVA PROATIVA · INSPEÇÃO POR AUTÓPSIA · MONITORAMENTO DAS CONDIÇÕES DAS ORIGENS DAS CAUSAS DE FALHAS · INSPEÇÃO MULTISENSORIAL E PROCURA DE DEFEITOS · MONITORAMENTO DAS CONDIÇÕES DE DEGRADAÇÃO DE MATERIAIS TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVAS / PROATIVAS AVALIAR O GRAU DE DETERIORAÇÃO POR DESGASTE DE UMA PEÇA MONITORAMENTO VISUAL AVALIAÇÃO DIMENSIONAL ENDOSCOPIA INDUSTRIAL TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVAS / PROATIVAS MONITORAMENTO ESTRUTURAL DE COMPONENTES DETECTAR E/ OU PREVENIR A OCORRÊNCIA DE FALHAS POR DEFEITOS DE SOLDAS OU FISSURAS LÍQUIDO PENETRANTE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS RADIOGRAFIA TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVAS / PROATIVAS MONITORAMENTO DE VIBRAÇÃO E RUÍDO CONHECER OS PRINCIPAIS FATORES QUE CARACTERIZAM AS VIBRAÇÕES EM MÁQUINAS • INTENSIDADE DAS FORÇAS DE EXCITAÇÃO • FREQUÊNCIA DE OSCILAÇÃO DESTAS FORÇAS • MOBILIDADE DA ESTRUTURA OU DA FUNDAÇÃO ANÁLISE VIBRAÇÃO AVALIAÇÃO DE ANOMALIAS INTERNAS EM COMPONENTES MECÂNICOS TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVAS / PROATIVAS ANÁLISE DE VIBRAÇÃO SENSORES REGISTRADORES ANALIZADORES SINAIS ELÉTRICOS E COMPONENTES DE FREQUÊNCIA ANÁLISE DO DEFEITO TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVAS / PROATIVAS MONITORA A DISTRIBUIÇÃO SUPERFICIAL DA TEMPERATURA, EM CONDIÇÕES OPERACIONAIS, ATRAVÉS DE SENSORES INFRAVERMELHOS, PARA PRODUÇÃO DE IMAGENS QUE POSSIBILITAM A AVALIAÇÃO DA FALHA. MONITORMENTO DA TEMPERATURA MEDIÇÃO DE CONTATO TERMOGRAFIA TERMÔMETROS - TERMOVISORES TÉCNICAS DE GESTÃO DE MANUTENÇÃO A PARADA DO EQUIPAMENTO REPRESENTARÁ PERDAS DE PRODUÇÃO? ANÁLISE DE VIBRAÇÕES CURSO DE: Material de consulta • Curso de Analise de Vibrações on-line NSK • Apresentações varias CSI, SKF, Bruel & Kjaer Análise de Vibrações ”Dentre todas as variáveis que podem ser medidas de forma não intrusiva na indústria atualmente, a que contém maior volume de informações é a assinatura de vibração." Art Crawford O que é Vibração? • Vibração é o movimento alternativo (oscilatório) de um corpo em torno de uma posição de equilíbrio, ocasionando na maioria dos casos resultados indesejáveis. A oscilação de um eixo ao redor de uma posição central em um mancal de escorregamento. P o r e x e m Vibrações no dia a dia DEFINIÇÕES • VIBRAÇÃO É uma oscilação cuja quantidade é um parâmetro que define o movimento de sistemas mecânicos. • OSCILAÇÃO É a variação, geralmente no tempo, da magnitude de uma quantidade em relação a uma referência especificada, quando a magnitude é alternativamente maior ou menor que a referência. • Encontradas em máquinas e equipamentos rotativos, resultado da presença de forças dinâmicas. • Fenômeno destrutivo na maioria dos casos: • Aumenta o desgaste dos componentes; • Reduz a vida útil do equipamento; • Provoca quebras inesperadas (fenômeno da ressonância); • Poluição sonora (presença de ruído). Fundamentos de Vibrações Benefícios do movimento vibratório • Britadeiras, peneiras, compactadores, etc; • Caixas de som. • Transportadores Por quê medir vibrações mecânicas? Para assegurar que freqüências e amplitudes de vibração não excedam os limites permitidos; Para evitar a excitação de ressonâncias em partes de uma máquina; Para ser possível amortecer ou isolar possíveis fontes de vibração; Para realizar manutenção preditiva nas máquinas; Para construir ou verificar modelos computacionais de estruturas. Fundamentos de Vibrações • Papel dos Técnicos e engenheiros Detectar a vibração Decidir se é importante Pode causar algum fenômeno indesejado? Pode causar quebra devido a fadiga? Pode provocar quebra catastrófica? Identificar as causas Encontrar soluçõesFundamentos de Vibrações - Exemplos • Exemplos (conseqüências de vibrações) Quebra devido a níveis elevados de vibração: ponte do Estreito de Tacoma Fundamentos de Vibrações - Exemplos Fundamentos de Vibrações - Exemplos Projeto da ponte do Estreito de Tacoma Fundamentos de Vibrações - Exemplos Quebra devido a fadiga Fundamentos de Vibrações • Análise de sinais x Análise de sistemas Análise de sinais Análise de sistemas Sinal de vibração Sinal de vibração (saída) Sinal de excitação (entrada) Fundamentos de Vibrações - modelagem e idealização de sistemas Visão geral sobre a vibração do maquinário Quando se está próximo a algum equipamento : Pode-se escutar alguns ruídos e sentir algumas vibrações. Estes dois indicadores podem fornecer as primeiras idéias subjetivas de problemas em um equipamento. O objetivo da manutenção preditiva é quantificar e qualificar a vibração. O que é vibração? Exemplo de vibração em mancal rotativo – acontece em todas as direções O que é vibração? • O mancal tem um movimento elíptico mas os transdutores só “enxergam” o movimento, respectivamente no plano vertical e horizontal Registro gráfico de uma Vibração Registro no tempo - Onda Movimento harmônico - Senoide Freqüência vs Massa Amplitude de Vibração Grandezas Relacionadas Deslocamento: Medição do movimento relativo entre mancal e eixo (mancais de deslizamento). Velocidade: Folgas, desalinhamento, falta de rigidez, desbalanceamento, problemas elétricos, ressonância, etc. Aceleração: Falhas em rolamentos, engrenamentos, parafusos de compressores, etc. Som e ruído O que você ouve próximo a uma máquina: a soma da vibração de cada componente. O som e o ruído são produzidos por cada componente em vibração (motor, tubos, bomba etc.). Ruídos de outras máquinas também podem ser ouvidos. Magnitudes e freqüências Pode-se ouvir diferentes sons e ruídos da máquina. Dos mais graves aos mais agudos Pode ser comparado a uma orquestra. A música é a soma de diferentes freqüências e magnitudes: A percussão para o ruído grave O violino para o ruído agudo Vibrações O que se sente na máquina. Tem-se uma sensação mais local da energia vibratória Não é possível descrever a origem da vibração a partir da vibração geral Vibrações de Máquinas FFT Aquisição e Processamento dos Sinais de Vibração FFT Transdutor Nível Global de Energia Forma de Onda A m p litu d e Tempo EspectroA m p litu d e Freqüência Análise de Espectro Transformada Rápida de Fourier (FFT) FrequencyAmplitude TimeAmplitude TimeAmplitude Analise de Vibrações Combinação de Sinais Combinação de sinais por “SUPERPOSIÇÃO” -É o caso mais comum, as amplitudes instantâneas dos sinais são somadas algebricamente. -Na representação espectral aparecem duas raias com freqüência e amplitude própria dos sinais de origem Combinação de Sinais por MODULAÇÃO • Em algumas situações os sinais se combinam de maneira diferente, por exemplo por MODULAÇÃO. • No lugar da “soma” teremos uma multiplicação dos sinais. Modulação • Modulação : variação de um parâmetro de uma onda portadora senoidal, de maneira linearmente proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante ou informação. • Portadora : Onda senoidal que, pela modulação de um dos seus parâmetros, permite a transposição espectral da informação (ou sinal modulante). • Moduladora : Sinal que contem a informação Modulação de Amplitude AM • Uma onda AM difere da portadora pura pelo fato de conter além da portadora duas raias laterais de mesmo nível, e com freqüências simétricas em relação a freqüência da portadora fp, tendo a raia lateral superior freqüência de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm. Modulação de Amplitude AM • A figura ao lado mostra a forma de onda e o espectro para diversas taxas e freqüências de modulação. • A curva em vermelho é uma curva imaginária chamada envoltória, que representa o valor de pico atingido pela onda AM em função do tempo e cuja forma é exatamente a do sinal modulante. Modulação versus Superposição A superposição ou soma linear de dois sinais não corresponde de maneira alguma à modulação AM, como pode ser visto na figura, onde em amarelo e na parte superior, está a forma de onda resultante (ou domínio do tempo); e abaixo dela, o espectro do sinal, (ou domínio da freqüência). O sinal resultante de p apenas tem o seu eixo médio (assim como todos os seus valores instantâneos) deslocado verticalmente e tem a mesma forma e a mesma fase do sinal modulante. O espectro desse sinal contém apenas duas raias, que nada mais são que os dois sinais originais. Não confundir MODULAÇÃO AM com SUPERPOSIÇÃO (OU SOMA) ! Modulação em Amplitude AM Numa onda modulada em amplitude, a distancia entre as envoltórias VARIA proporcionalmente ao valor instantâneo do sinal modulante, pois as duas envoltórias tem a mesma forma mas fases opostas (a superior estando em fase com o áudio e a inferior em oposição de fase como áudio) e o seu espectro contém 3 raias, com freqüências de p-a (raia 9) ou raia lateral inferior, p (raia 10) ou portadora e p+a (raia 11) ou raia lateral superior, como pode ser visto na figura Princípios de detecção de envelope Sinal no tempo modulado em amplitude (onda) AM radio Igual a um radio AM a detecção por envelope usa a propagação das frequencias mais altas As frequencias mais altas são usadas como portadoras As informações de baixa frequencia modulam a portadora Consequentemente é possivel detectar e analisar atividades em baixa frequencia Modulação angular : FM e PM Onda com modulação angular, vista em "câmera lenta". Modulação de Freqüência • FM: Uma onda modulada em freqüência (FM) tem freqüência instantânea linearmente proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante. Portanto, uma onda FM sofre diretamente desvios de freqüência • Observação importante: é impossível modular uma onda em freqüência (FM) sem provocar variações na sua fase, assim como não é possível modular uma onda em fase (PM) sem causar variações na sua freqüência, porque a freqüência é proporcional a derivada da fase Modulação de Freqüência • A figura seguinte mostra a relação entre portadora pura, sinal modulante e a onda FM : Observamos que quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo positivo, a freqüência da onda FM também é máxima. Quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo negativo, a freqüência da onda FM é mínima. A diferença entre a maior e menor freqüência da onda é o valor pico a pico do desvio de freqüência, e é igual ao dobro do desvio de pico df. Modulação de Freqüência • A figura mostra o espectro de uma onda FM ou PM e o respectivo desvio de freqüência pico a pico = 2df da onda FM ou PM, para diversos valores do índice de modulação n , que é igual ao desvio de fase (em radianos) : Modulação de Freqüência sinal FM com n=1 Modulação • Concluindo: • é difícil identificar exatamente AM, FM • Muitas vezes aparecem juntas e misturam-se com superposição de sinais, batimento, etc. • Mas em qualquer uma das situações onde ocorrem, teremos picos na freqüência da portadora (informação) com bandas laterais distanciadas simetricamente(+ e -)do valor da freqüência da moduladora. Modulação • A AM terá duas bandas laterais evidenciadas • A FM terá varias bandas laterais Modulação • Casos típicos de ocorrência de modulações: • Excentricidade em engrenagens • Variação espaçamento entre dentes • Flutuação de carga (ex.: defeito na pista interna de rolamentos) • Variação velocidade angular (tipicamente FM) • Problemas de natureza eletromagnética (ex.: excentricidade dinâmica em motores de indução) Harmônicos Sinais Harmônicos + += t Todos os sinais periódicos não senoidais contem harmônicos.Exemplos: • Folgas • Desalinhamento • Defeitos em rolamentos • Engrenamentos Resumindo: Tipos de Sinais Escala Linear vs Logarítmica Vantagens da escala de Amplitude Logarítmica: • Taxa de mudança constante é igualmente mostrada para todos os níveis • Ótima maneira de mostrar um grande campo de alcance dinâmico Transdutores de Deslocamento • Sensor de Proximidade Aplicação – Vibração e Deslocamento O sensor de proximidade tem muitas aplicações na monitoração do comportamento do eixo de máquinas. Os dois mais comuns são Vibração Radial e Deslocamento Axial Outro uso comum para o sensor de proximidade é como sensor de rotação do eixo. Montagem típica Sensores de Proximidade Plotagem de Orbita: Mostrando a vibração do eixo em deslocamento Sensores de Deslocamento • CARACTERISTICAS: • Mede Deslocamento • VANTAGENS • Sem contato • Sem partes moveis, sem desgaste • Trabalha também em DC • DESVANTAGENS • Dificuldade para instalação. • Necessita de calibração local, depende do material do eixo. • A baixa faixa dinâmica limita na pratica o campo das freqüências já que o deslocamento é relativamente pequeno em alta freqüência Princípios da Piezeletricidade • Quando os elementos piezelétricos são tencionados por uma força externa deslocam cargas elétricas que se acumulam nas superfícies opostas • A Carga (e Voltagem) é proporcional à força aplicada. • O mesmo fenômeno ocorrerá se a força for aplicada ao material no modo de cisalhamento. Deslocamento das cargas em cristal natural de Quarzo piezoeletrico Modos de Trabalho Compressão Flexão Cisalhamento Acelerômetros • CARACTERISTICAS: • Medem Aceleração • VANTAGENS • Autogerador • Sem partes moveis, sem desgaste • Preciso • Faixa dinâmica muito grande • Amplo campo de freqüências • Compacto, freqüentemente com baixo peso • Alta estabilidade • Pode ser montado com qualquer orientação • LIMITAÇÕES: • Alta impedância de saída • Falsa resposta em DC A escolha do ponto de fixação Padronização dos pontos de coleta Nomenclatura dos Pontos ID: Maq xxx 1HV Onde: 1 – Ponto de Coleta H – Direção da Medição H – Horizontal V – Vertical A – Axial V – Técnica Utilizada V – Velocidade A – Aceleração E – Envelope T – Temperatura, etc. Nomenclatura dos Pontos Ex.: MT 43258 1HV Motor LOA – Horizontal Velocidade BB 43258 3HE 3 Bomba LA – Horizontal Envelope Filtro 3 BB 43258 4HA Bomba LOA – Horizontal Aceleração VT 45567 3VV Ventilador LA – Vertical Velocidade A Cadeia de Medição Largura de Banda • Um Filtro passa banda pode ser programado através do uso de filtros rejeita bandas. • Fmin é um filtro passa alta, só deixa passar as freqüências maiores do valor escolhido. • Fmax é um filtro passa baixa, só deixa passar as freqüências menores do valor escolhido • Largura de Banda = Fmax - Fmin Filtro passa banda e largura de Banda Filtro Passa Banda FILTRO Passa Banda Linhas de Resolução • Linhas de Resolução concentram a energia de 2,56 amostras Uso das Médias Mantém Sinais Repetitivos Minimiza Sinais Aleatórios O uso de 6 medias é considerado um numero ideal para coletas de campo Janela Hanning É a função da janela do analisador dinâmico de sinais que fornece melhor resolução de freqüência do que a Flat Top, mas com menor precisão da amplitude. É útil para medições de vibração da máquina, medições com objetivos gerais e medições com ruído aleatório. Janela Hanning A figura de cima foi computada utilizando uma janela Hanning e a de baixo sem janela. O espectro de baixo é achatado e os picos das freqüências indefinidos Outras Janelas • Flat Top – Uma função da janela do analisador dinâmico de sinais que oferece a amplitude mais precisa para a medição de componentes de freqüência discreta. É útil para medições de calibração ou vibração da máquina, através de sondas de deslocamento em rolamentos de película lubrificante. • Retangular – Uma função da janela do analisador dinâmico de sinais, com ponderação uniforme ao longo do tempo. É útil para medições de respostas intermitentes ou mecânicas e no modo de monitoração. Sugestões SKF PONTOS DE ACELERAÇÃO: Range: 0 a 5KHz (0 a 300000 CPM) Linhas: 800 Detecção: 0 a Pico Médias: 6 Alarme 1: 3 Alarme 2: 5 Aplicação: Todos os pontos de Rolamento na direção Horizontal Melhorias:Futuramente estabelecer critérios de Alarme específicos para cada tipo de lubrificação e também em função da RPM do equipamento. Sugestões SKF PONTOS DE ENVELOPE DE ACELERAÇÃO: Range: Ver Tabela Linhas: 800 ou 1600 (ou dependendo do range –> sempre boa definição) Detecção: Pico a Pico Médias: 2 Alarmes: Ver Tabela Filtro: Ver Tabela Aplicação: Todos os pontos de Rolamento na direção da zona de carga ou na Horizontal Melhorias: Futuramente estabelecer critérios de Alarme específicos para cada tipo de lubrificação e também em função da RPM do equipamento. Estabelecer Ranges específicos para cada Rolamento com seus respectivos Alarmes. Sugestões SKF PONTOS DE VELOCIDADE: Range: 0 – 500 Hz ou 10Hz - 1KHz (Norma ISO 10816 – 3) Linhas: 800 ou 1600 Detecção: RMS Médias: 6 Alarmes: Norma ISO 2372 10816 – 3 Aplicação: Todos os pontos de Rolamento / Mancais / Etc. Melhorias: Estabelecer Ranges específicos para problemas específicos. Estabelecer Níveis de Alarme específicos para cada equipamento. Sugestões SKF Equipamento: Motor CA 1HA @ Motor LOA horizontal aceleração 1HE @ Motor LOA horizontal envelope 1HV @Motor LOA horizontal velocidade 1VV Motor LOA vertical velocidade 2HA @ Motor LA horizontal aceleração 2HE @ Motor LA horizontal envelope 2HV @Motor LA horizontal velocidade 2HV Zoom @Motor LA horizontal velocidade Zoom 2VV Motor LA vertical velocidade 2AV Motor LA axial velocidade 1 T Mancal LOA temperatura 2 T Mancal LA temperatura CHEL Análise de corrente do motor Sugestões SKF Equipamento: Bomba / Exaustor / Ventilador 3 T Mancal LA temperatura 4 T Mancal LOA temperatura 3HA @Mancal LA horizontal aceleração 3HE @Mancal LA horizontal envelope 3HV @Mancal LA horizontal velocidade 3VV Mancal LA vertical velocidade 3AV Mancal LA axial velocidade 4HA @Mancal LOA horizontal aceleração 4HE @Mancal LOA horizontal envelope 4HV @Mancal LOA horizontal velocidade 4VV Mancal LOA vertical velocidade 4AV Mancal LOA axial velocidade P SUC Pressão de sucção P REC Pressão de recalque A resposta vibratória A magnitude de vibração que se sente depende da localização na máquina. Não se sente a mesma amplitude de vibração ao se colocar a mão no mancal (1), na estrutura (2), na base (3) e no solo (4). 1 2 3 4 Propagação da vibração 1 2 3 4 As formas de propagação dos pontos 1 a 4 são diferentes: (1) está próximo do máximo da excitação (4) está longe da excitação A excitação interna é a mesma para o ponto (1) a (4) que fornece as diversas magnitudes de vibração Influência da estrutura Para uma excitação (desbalanceamento mecânico etc) a resposta vibracional é diferente. Vib = Excit * Estrutura As medições devem ser feitas no mesmo local para serem correspondentes. O efeito da estrutura irá induzir dificuldades para configurar padrões precisos de vibração. [O equipamento industrial não tem a mesma estrutura].
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