Aula 06 - Introdução à Análise de Vibrações

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Mecânica Aplicada - UNIFACS Vibrações Mecânicas - UNIFACS 
Introdução à Análise 
de Vibrações
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Domínios do Tempo e da Freqüência
 Domínio do tempo
 É normal registrar da-
dos no domínio do
tempo.
 Uma unidade usual do
tempo é o segundo.
 Informações específi-
cas são obtidas no
domínio do tempo.
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Domínios do Tempo e da Freqüência
 Domínio da frequência
 A frequência quantifica os
ciclos em um sinal.
 A unidade de frequência é
o Hertz (numero de ciclos
por segundo).
 A identificação de de-
feitos é mais clara no
domínio da frequência.
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 Domínio do tempo
 Difícil, praticamente im-
possível identificar os
possíveis defeitos.
 Domínio da frequência
 Torna mais fácil a 
identificação de possíveis 
defeitos
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Superposição
 Qualquer curva pode ser quebrada em um número de senos e cossenos;
 O conjunto de amplitudes Ak e Bk são únicos para cada forma de onda.
Representação em Frequência
 “Espectro" é o nome dado à representação no domínio da frequência
de um sinal.
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TF
 Domínio do Tempo
 Domínio da Frequência
Vibrações de Máquinas
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Análise de Espectro - Transformada de Fourier
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 As técnicas seguintes podem ser usadas para converter sinais no 
domínio do tempo em espectros de freqüência:
 Séries de Fourier:
 Inventada por J.B. Joseph Fourier (1768-1830);
 Dados contínuos (funções matemáticas).
 DFT (Transformada Discreta de Fourier):
 Dados experimentais (discretos);
 Nenhuma restrição em relação a taxa de amostragem bloco 
(comprimento de dados);
 FFT (Trasformada Rápida de Fourier):
 Inventada por Tukey e Cooley em 1965;
 Dados experimentais (discretos);
 O tamanho dos blocos deve ser potência de 2.
Técnicas de Análise
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 Tamanho da amostra:
 N = Número total de amostras (pontos).
 Taxa de amostragem:
 T = Tempo de amostragem;
 ∆t = Incremento de tempo;
 fs = Freqüência de amostragem.
 Problemas de Amostragem:
 Alising;
 Leakage;
Parâmetros Importantes
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 Enjanelamento:
 Retangular, Hanning, etc.
 Resolução de freqüência (Incremento de freqüência):
 Freqüência máxima:
 Altas taxas de amostragem capturam altas frequências;
 Esta frequência máxima é conhecida com frequência de Nyquist;
 Este valor deve ser obedecido para evitar o fenômeno de Aliasing.
Freqmax = 0.5 * fs
Parâmetros Importantes – Cont.
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 Um filtro limita o sinal de vibração em uma faixa ou banda de frequências 
podendo ser isolada para medição ou estudo.
 Os filtros podem ser classificados de acordo com alguns critérios:
 em função da banda de passagem em: passa-alta, passa-baixa, 
passa-banda e rejeita-banda.
Filtros
Sinais de Deslocamento de Eixo (a) não filtrados e (b) com filtro passa-baixa.
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 O uso de janelas em sinais é uma técnica simples que pode aumentar
as características espectrais do sinal amostrado.
 Existem várias razões para a utilização das janelas em sinais. Algumas
delas são:
 • Definição da duração do período de observação do sinal.
 • Redução da perda espectral. (Leakage)
 • Separação de um sinal de pequena amplitude, de um sinal de
grande amplitude com frequências muito próximas uma das outras.
Janelas
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 A regra que rege uma boa amostragem de um sinal, diz que
a frequência de amostragem tem de ser pelo menos o dobro
da maior frequência presente no espectro da onda a ser
estudada.
 Caso isto não ocorra teremos a presença do Aliasing.
 Aliasing é resultado da amostragem e uma vez feita a
aquisição, vc não pode detectar ou corrigir o Aliasing.
Aliasing
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 Quando a freqüência dos sinais a serem analisados não é um múltiplo 
da resolução em freqüência ocorre um fenômeno que se chama de 
Leakage.
 As freqüências de amostragem não caiem em cima das freqüências do 
sinal a analisar. Isto faz com que, onde deveria aparecer um pico, 
surgem dois picos pequenos. A freqüência real do nosso sinal encontra-
se no meio dessas duas.
 Leakage pode ser corrigido pelo uso de uma janela não retangular (ex. 
Hanning).
Leakage
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Instrumentos de 
Medição - Sensores
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Definições
 Transdutores
São dispositivos capazes de transformar um tipo de energia em
outro tipo de energia, como por exemplo, variáveis físicas em
sinais elétricos.
 Sensores
São dispositivos responsáveis por captar as grandezas físicas.
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Tipos de Transdutores
 Resistência variável 
 Eletrodinâmicos
 Diferencial Linear Variável (LVDT)
 Piezoelétricos
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Transdutor Piezoelétricos
 Geram carga elétrica após sofrer deformação;
 Utilizam materiais naturais (Quartzo).
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 Tipos de materiais Piezoelétricos:
 Cristais:
 Quartzo, Niobato de Lítio, Tantalato de Lítio...
 Semicondutores:
 Óxido de Zinco, Sulfeto de Cádmio, Nitreto de Alumínio...
 Cerâmicas:
 Titanato de Bário, Perovskitas, PZT (Titanato Zirconato de 
Chumbo)...
 Polímeros:
 PVDF (Polyvinylidene Fluoride)
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Sensores de Vibração
São instrumentos constituídos de mecanismo medidor
associado a um transdutor. O movimento vibratório é
a relação entre o deslocamento da massa à base
montada.
 Deslocamento;
 Velocidade;
 Aceleração.
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Escolha do Instrumento
 Faixa de frequências e amplitudes;
 Tamanho da máquina ou estrutura;
 Condição de operação da máquina;
 Tipo de análise dos dados. 
• Escolha do Instrumento -
Exemplo de Faixa de
Frequências
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Sensor de Deslocamento
 Vantagens:
 Resposta em baixas freqüências;
 Mede deslocamento relativo;
 Útil como referência para análise e balanceamento dinâmico.
 Desvantagens:
 Dificuldade de instalação;
 Limitada para medição de deslocamento para altas freqüências;
 Calibração depende do material do eixo.
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Sismógrafo
Modelo Didático
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Sensor de velocidade
 Vantagens:
 Não necessita de fonte externa;
 Fácil de utilizar. Não é sensível aos problemas de montagem.
 Desvantagens:
 Orientação na montagem é importante;
 Tamanho e precisão;
 Não é útil em frequências muito baixas ou muito altas.
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Esquema do sensor de 
Velocidade
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Sensor de Aceleração
 Vantagens:
 Range grande de frequências e amplitudes;
 Não gera campo magnético; 
 Mais utilizado, já que a partir da integração dos dados coletados 
podemos obter velocidade e deslocamento.
 Desvantagens:
 Limitado a temperatura, devido ao amplificador interno;
 Sensível a configuração de montagem.
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Esquema do Acelerômetro
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Acelerômetro
Uniaxial x Triaxial
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Fixação dos Sensores
 Tipo de sinal dinâmico a ser coletado;
 Range da amplitude e frequência;
 Acessibilidade, temperatura, etc.
• Tipos de fixação:  Stud (prisioneiro);
 Adesivo;
 Magneto; 
 Ponteira.
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Exemplo de fixação dos sensores
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Prisioneiro 
(Screw Mounting)
 Melhor range de Frequência;
 Sistema de Monitoramento permanente;
 Medições alta Frequência;
 Adequada Usinagem da superfície;
 Torque.
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Prisioneiro (Screw Mounting)
Sensibilidade: 100 mV/g ± 5%
banda passante: 0,5 Hz ‐ 14 kHz
Saída: conector baioneta 3 pinos
Montagem: parafuso prisioneiro M6
Sensibilidade: 100 mV/g ± 5%
Banda passante: 0,5 Hz - 15 kHz
Saída: cabo integrado
Imersão: 150 m
Montagem: parafuso prisioneiro M6
Sensibilidade: 100 mV/g ± 20%
Banda passante: 2 Hz - 10 kHz
Saída: conector MIL-C-5015, 2 pinos
Montagem: parafuso prisioneiro 1/4-28
Sensibilidade: 100 mV/g ± 10%
Banda passante: 0.7 Hz - 10 kHz
Saída: conector MIL-C-5015, 2 pinos
Montagem: parafuso passante M6
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Adesivo 
(Adhesive Cemented)
 Alternativa ao Prisioneiro; Limpeza do local de montagem;
 Alta rigidez e semi-permanente;
 Tipos de material:
 Dental Cement;
 Ciano Acrilato
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Adesivo - Exemplo
Cola X-60
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Magneto (Magnetic)
 Mais Utilizado;
 Perda do range de frequências;
 Superfície Lisa, Polida e Magnética;
 Range de frequência baixo.
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Magneto - Exemplo
 Sensor de vibração com fixação magnética
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Ponteira
 Último Recurso;
 Perda de repetibilidade de sinal;
 Range de freqüência muito baixo.
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Ponteira - Exemplo
Medidor de vibração Caneta (velocidade)
Escala: 0.1mm/s a 199.9mm/s
Precisão: ± 5% ± 2
Freqüência: 10Hz a 1KHz
Temperatura de Operação: 0 a 40ºC
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Data Sheet
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Aplicação
X
Z Y