Ferramentas de Diagnóstico de Máquinas - Aula 01, 02, 03 e 04 - Mauro Hugo Mathias

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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE 
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Mauro Hugo Mathias 
Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá
Programa de Pós-graduação em Mecânica
Área de Projetos
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE 
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 1 – Introdução e conceitos
Conteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
1.1 – Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas;
1.2 – Conceitos de processamento de sinais;
1.3 – Diagnóstico de máquinas em condições operacionais;
1.4 – Normas Técnicas.
Introdução e conceitos
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE 
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 1.1 - Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Estratégias de manutenção na indústria
Na indústria atual existem basicamente 3 tipos de estratégias de
manutenção:
• Corretiva (Produzir até quebrar) – Método tradicional onde a máquina
produz até que um defeito ocorra e a forçe a parar para manutenção;
• Preventiva (Intervalos de tempo) – Paradas de manutenção ocorrem a
intervalos regulares menores que o “tempo entre falhas” especificado para
os componentes substituídos. Evita paradas inesperadas porém pode
significar substituição de componentes antes do fim da vida útil;
• Preditiva (Baseada na condição) – Baseia-se no monitoramento de
componentes da máquina buscando identificar variação de parâmetros de
funcionamento que indiquem início e desenvolvimento de uma falha,
efetuando a manutenção antes da quebra do componente.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Manutenção corretiva
Manutenção corretiva é a atividade de manutenção necessária para
corrigir uma falha que já ocorreu.
Esta atividade consiste na reparação, restauro ou substituição de
componentes para recolocar a máquina em funcionamento.
Em geral a parada não programada da máquina resulta
em custos de pessoa, interrupção de linha e
dependendo do momento em que ocorre pode resultar
em altos custos.
Via de regra, quando uma manutenção corretiva se
inicia não se sabe quando ela vai acabar, por isso é a
mais onerosa das manutenções.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Manutenção preventiva
Manutenção preventiva é uma manutenção planejada no tempo que
previne a ocorrência corretiva, o que implica na parada não planejada das
máquinas.
Os programas mais comuns de um plano de manutenção preventiva são:
• Lubrificação
• Ajustes
• Troca de peças
• Recondicionamentos de máquinas para toda a planta industrial.
Devido a considerar intervalos de tempo corre-se o risco de trocar peças
boas que ainda poderiam funcionar por mais algum tempo.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Manutenção preditiva
Manutenção preditiva apresenta vantagens de evitar a quebra prematura
do componente e também permitir a maximização de sua vida útil.
Através do monitoramento e uso de alarmes pode-se antecipar a
ocorrência da falha e efetuar a manutenção, evitando a ocorrência da
falha.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
As etapas de um monitoramento:
1 - Avaliação do equipamento
2 – Definição do padrão 
de monitoramento
3 – Determinação da 
técnica de monitoramento
4 – Implementação 
da coleta de dados
5 – Criação de um banco 
de dados da máquina
6 – Implementar correções 
no plano de monitoramento
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Avaliação do equipamento:
• Identificar qual equipamento tem maior impacto na produção;
• Presença ou não de sistemas de auto-supervisão;
• Obtenção dos índices de MTBF (Mean Time Between Failures) e MTTR
(Mean Time To Repair) dos componentes críticos da máquina;
• Identificar quais os pontos no equipamento são mais acessíveis para a
montagem de sensores e transdutores;
• Buscar por dados históricos ou análises de risco dos equipamentos, por
exemplo o FMEA da máquina.
1
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Definição do padrão de monitoramento:
Traçar o perfil da taxa de falhas no tempo dos componentes.
2
Perfil Tipo Monitoramento
Aumento gradual
Aplicar monitoramento com nível de alarme baixo para 
identificar o momento de manutenção;
Mortalidade infantil
Aplicar testes iniciais de stress (burn-in) e monitoramento 
durante a vida útil.
Poucas falhas 
quando novo
Aplicar monitoramento durante toda a vida útil do 
equipamento
Curva da banheira
Aplicar testes iniciais de stress (burn-in) e monitoramento 
durante a vida útil com nível de alarme baixo.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Determinar a técnica de monitoramento:
Identificar qual parâmetro será monitorado e técnica a ser utilizada.
3
Métodos Exemplo de equipamento a ser aplicado
Análise de 
vibrações
Máquinas rotativas em geral: motores, redutores, compressores, 
bombas, ventiladores, rolamentos e engrenagens.
Análise óleo Redutores, circuitos hidráulicos e motores
Termografia
Caixas de distribuição de energia, equipamentos de alta-tensão e 
componentes eletrônicos
Ultra-som Equipamentos pneumáticos e máquinas de fluxo
Corrente 
elétrica
Motores elétricos
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Implementação da coleta de dados:
• Nesta etapa são efetuadas as coletas de dados do equipamento;
• Nas primeiras coletas de dados, quando ainda não se possui histórico da
máquina é conveniente a utilização de mais sensores distribuídos pelo
equipamento e diminuir o tempo entre retirada de amostras;
• No início do monitoramento podem ocorrer falhas inesperadas em função
de componentes não monitorados ou que possuíam falhas de fabricação
ou instalação.
4
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Criação do banco de dados da máquina:
Com base nos dados coletados na etapa anterior e nas etapas de
manutenção cumpridas, pode-se criar um histórico do monitoramento.
• Total de máquinas monitoradas;
• Condição dos equipamentos após o enquadramento nos seus respectivos
alarmes (gráfico demonstrativo);
• Tipos de defeitos encontrados (gráfico demonstrativo);
• Resumo geral da condição de equipamento;
• Recomendações e observações de como eliminar os problemas
encontrados.
5
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Implantar correções no plano de monitoramento:
Com base nas informações coletas é possível:
• Diminuir ou aumentar o tempo entre coletas de amostras;
• Alterar a técnica de análise dos dados;
• Identificar correções a serem efetuadas no equipamento;
• Utilização de outros tipos de sensores.
6
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Indicadores de estado das máquinas
Após a criação do primeiro banco de dados das máquinas, é necessário
identificar quais indicadores apropriados para as medições periódicas. Tais
indicadores devem possuir as seguintes características:
• Progredir com o defeito permitindo a definição de níveis de alarme;
• Ser pouco sensíveis, as mudanças de carga nos eixos, a perturbação por
fontes externas, e as características dos sensores, etc;
• Se medidos em duas falhas iguais porém em locais diferentes devem
permitir comparação dos valores antes e depois das falhas.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento Permanente x Intermitente
Necessidade de monitoramento permanente:
• Máquinas críticas que possuem transdutores de vibração permanentes
e continuamente monitoradas;
• Equipamentos que podem sofrermudanças rápidas nas condições de
operação que podem preceder falhas graves;
• Máquinas que não possuem equipamento reserva.
Vantagens:
• Permite reação muito rápida a mudanças abruptas e permite proteger
equipamentos de maior valor;
• É a melhor forma de proteção para falhas não previsíveis.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento Permanente x Intermitente
Desvantagem do monitoramento permanente:
• Custo elevado de equipamentos e pessoal – Este monitoramento é
aplicado para máquinas críticas;
• Onde os transdutores forem proxímetros estes tem que ser montados
dentro da máquina no estágio de projeto, assim modificações em
máquinas existentes algumas vezes são proibitivas;
• O tempo de reação deve ser muito rápido, requerendo para tanto
técnicas simples de monitoramento baseadas no acompanhamento do
nível de vibração global e da fase.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento Permanente x Intermitente
Monitoramento intermitente:
• Aplicado a processos mais estáveis, onde os períodos de coleta de
dados possibilitam identificar mudanças nas características do processo
e ativar alarmes de manutenção;
• Reduz custo de implementação, equipamento e pessoal;
• A desvantagem é não conseguir identificar mudanças rápidas dos
parâmetros e falhas não previsíveis, para estes casos deve-se utilizar
monitoramento permanente.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
Dentro do ciclo do monitoramento apresentado, atualmente as duas
grandes frentes de análise da condição de máquinas são:
• Análise de lubrificante – Consiste na
avaliação do óleo lubrificante utilizado na máquina
em busca de partículas em suspensão e contaminantes;
• Análise de vibração – Consiste na avaliação dos níveis
de vibração de componentes da máquina, também
chamados de “assinatura de vibração”.
O desenvolvimento das falhas altera o comportamento
destes sinais e podem ser utilizados como indicativo
da progressão da falha.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de lubrificantes
A análise de óleo procura identificar as condições do lubrificante e
identificar a presença de partículas em suspensão no lubrificante.
Existem basicamente duas técnicas de análise:
a) Ferrografia: Investigação microscópica dos fragmentos em suspensão
para determinar o tipo e a localização das falhas;
b) Espectrografia: Amostras de lubrificantes passam por análise química
para determinar a presença de materiais que possam ser resultado de
abrasão entre os componentes.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de lubrificantes
A seleção da técnica para análise de pequenas partículas e componentes
da amostra de óleo pode ser feita em função do tamanho da partícula em
análise:
• A Ferrografia distingue o
tamanho e forma da partícula
mas possui restrição a pequenos
tamanhos (< 2mm) e identificação
dos componentes da amostra;
• A Espectrometria não distingue
tamanho e forma, mas pode
identificar partículas menores e
quais são os componentes da
amostra.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de lubrificantes
A espectrometria é uma técnica que se baseia na avaliação das
freqüências luminosas emitidas pelos elementos de uma amostra de óleo
quando entram em combustão (cada elemento químico possui a sua
própria freqüência).
Permite a identificação de substâncias metálicas (ferro, cobre, alumínio,
etc.) e contaminações externas (ex: silício).
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de lubrificantes
A Ferrografia baseia-se na avaliação microscópica visual de partículas
extraídas e depositadas em uma lâmina de microscópio chamada de
ferrograma.
Examinando forma, cor, detalhe das bordas, efeitos de um campo
magnético e outros testes como tratamento térmico e adição de reagentes
químicos, pode-se identificar o mecanismo de desgaste.
Essa tecnologia diferencia o tipo de material contido na amostra e
determina o componente de desgaste a partir do qual ele foi gerado.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de lubrificantes
O estado do óleo pode ser analisado de forma mais ampla para indicar
outras anormalidades:
INDICAÇÃO CAUSA PROVÁVEL AÇÃO SUGERIDA
Espuma
Agitação excessiva ou 
passagem sob pressão 
através de uma restrição.
Verificar o sistema
Emulsão
- Separa-se naturalmente 
ou por Centrifugação
Contaminação por água
Drenar a água
Trocar o óleo
Escurecimento
Oxidação do óleo
Temperatura elevada
Produtos de combustão 
em contato com o óleo
Trocar o óleo
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de vibração
Um corpo é dito estar vibrando quando ele descreve um movimento de
oscilação em torno de uma posição de referência.
O número de vezes de movimento completo (Ciclos) efetuados no período
de 1(um) segundo é chamado de freqüência e medido em hertz (Hz).
A análise de vibrações busca por indícios (mudanças) de amplitude e
freqüências nos sinais coletados que são indícios de alteração no
funcionamento do equipamento.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de vibração
A análise da vibração consiste em identificar freqüências específicas no
espectro de freqüência dos sinais coletados das máquinas em
funcionamento a fim de identificar antecipadamente falhas do sistema.
Um sinal no domínio do tempo não demonstra claramente quais as falhas
de um equipamento. O processamento dos sinais e visualização no
domínio da freqüência é necessário para melhor identificação das
freqüências que pode, indicar uma falha do equipamento.
Sinal no domínio do tempo Sinal no domínio da freqüência
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de vibração
Vantagens da análise de vibrações:
• Os sinais coletados identificam prontamente a mudança da condição dos
equipamentos;
• É capaz de detectar avaria na sua fase inicial, quando ainda não gerou
danos graves no equipamento;
• Pode (e deve) ser aplicado com a máquina em funcionamento;
• Na maioria dos casos permite identificar o componente que está gerando
a vibração;
• Alguns equipamentos de coleta de dados (ex: coletores portáteis) e
sensores tem tamanho pequeno e portanto facilidade para uso em campo;
• Permite monitoramento intermitente ou permanente.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de vibração
Entre os modos de falha que podem ser identificados por análise de
vibração estão:
• Defeitos de rolamento;
• Desbalanceamento e desalinhamento;
• Excentricidade;
• Interferência;
• Erosão localizada;
• Abrasão;
• Ressonância;
• Folgas;
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de vibração
As principais técnicas de análise de vibração utilizadas para o diagnóstico
de máquinas são:
• Deslocamento, velocidade e aceleração global;
• Fator de crista (Crest factor);
• Análise no domínio do tempo;
• Análise espectral;
• Análise do Envelope;
• Curtose.
Estas técnicas serão detalhadas nos capítulos posteriores.
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
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Área de Projetos
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PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 1 – Introdução e conceitos
Conteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
1.1 – Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas;
1.2 – Conceitos de processamento de sinais;
1.3 – Diagnóstico de máquinasem condições operacionais;
1.4 – Normas Técnicas.
Introdução e conceitos
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PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 1.2 – Conceitos de processamento de sinais
Transformação entre domínios do tempo e da frequência
Conceitos de processamento de sinais
Uma sinal periódico complexo representado no tempo pode ser difícil de
interpretar, porém com auxílio da transformada de Fourier obtém-se a
representação no domínio da freqüência, que é de interpretação mais
simples:
Transformada 
de Fourier
Considere uma onda no tempo, resultado da composição de sinais de
freqüência de 4 Hz e de 12 Hz, conforme ilustrado.
Demonstrando a freqüência de 4 Hz:
Em 1 segundo
ocorrem 4 ciclos
completos (4 Hz).
1º 2º 3º 4º
Conceitos de processamento de sinais
Transformação entre domínios do tempo e da frequência
Demonstrando a freqüência de 12 Hz:
Em 1 segundo
ocorrem 12 ciclos
completos (12 Hz).
1º 4º 7º 10º
2º 5º 8º 11º
3º 6º 9º 12º
Conceitos de processamento de sinais
Transformação entre domínios do tempo e da frequência
Desta forma o mesmo sinal pode ser representado no domínio da
freqüência como 2 barras sinalizando as freqüências das ondas senoidais
que existem no sinal no domínio do tempo:
A transformada de Fourier 
permite que esta mudança de 
representação seja efetuada 
de forma matemática para 
sinais mais complexos.
Conceitos de processamento de sinais
Transformação entre domínios do tempo e da frequência
Componentes de um sistema de aquisição e análise
Etapas de uma coleta de dados e análise:
Sinal 
analógico
Condicionamento 
de sinais
Placa de 
aquisição
Filtro 
digital
Dado 
discreto
Mostrador FFT
Filtragem Digitalização Filtragem
Transformação
Operações
Conceitos de processamento de sinais
Itens a serem observados:
Placa de 
aquisição
Filtro 
digital
Dado 
discreto
Mostrador FFT
Digitalização Filtragem
Transformação
Operações
•Leakage 
•Janelamento
•Digitalização e amostragem
•Aliasing
•Quantização do sinal
Sinal 
analógico
Condicionamento 
de sinais
Filtragem
Conceitos de processamento de sinais
Componentes de um sistema de aquisição e análise
Exemplo de um sistema de aquisição e análise:
Sinal 
analógico
Condicionamento 
de sinais
Placa de 
aquisição
Filtro 
digital
Dado 
discreto
Mostrador
FFT
•Leakage 
•Janelamento
•Digitalização e amostragem
•Aliasing
•Quantização do sinal
LabVIEW
Conceitos de processamento de sinais
Componentes de um sistema de aquisição e análise
• Vídeo – Demonstração do equipamento de aquisição de dados
experimentais.
Apresentação dos equipamentos da bancada experimental:
Conceitos de processamento de sinais
Componentes de um sistema de aquisição e análise
Digitalização – Frequência de amostragem
É a taxa com que o sinal é digitalizado através do conversor A/D, ou seja, é
a quantidade de eventos em que o conversor A/D registra o valor de tensão
que está em sua entrada a cada segundo.
É medido em amostras por segundo (samples / s).
Analógico (sinal de entrada) Digital (sinal digitalizado)
Conceitos de processamento de sinais
Amostragem
Considerando-se que entre cada amostra
existe um intervalo de tempo (Dt), a
quantidade de amostras precisa ser
suficientemente grande para permitir que o
sinal de entrada seja registrado sem perda de
informação.
O teorema de amostragem de Shannon
define como freqüência de amostragem
mínima o dobro da maior freqüência
observável do sinal.
Conceitos de processamento de sinais
Subamostragem (Aliasing)
A subamostragem é um efeito indesejado na coleta de dados e ocorre
quando um sinal é coletado a uma taxa menor que o dobro da maior
freqüência desejada.
Este efeito se manifesta através do surgimento de freqüências incorretas
no sinal, isto ocorre pois o conversor A/D não consegue representar
corretamente o sinal, conforme ilustrado na figura abaixo:
Em azul – sinal original com freq. 9 Hz
Em vermelho – sinal coletado a uma
taxa de 12 amostras/segundo
Conceitos de processamento de sinais
Quantização do sinal
A quantização refere-se a precisão da medição da amplitude durante a 
digitalização do sinal, podendo resultar em várias formas de aquisição:
1) Resolução da placa incorreta para o sinal;
2) Faixa de tensão selecionada muito alta para a amplitude do sinal;
3) Ocorrência de acoplamento AC;
4) Corte e sobrecarga.
Conceitos de processamento de sinais
Quantização do sinal
1) Resolução do conversor A/D incorreta 
para o sinal:
A escolha da resolução do conversor A/D é
importante para obter uma boa
representação do sinal.
Uma resolução maior significa menores
intervalos de tensão que o conversor A/D
pode identificar nos terminais de entrada,
podendo portanto detectar melhor as
variações de tensão e por conseqüência
obter uma melhor representação do sinal.
Conceitos de processamento de sinais
2) Faixa de tensão selecionada muito alta
para a amplitude do sinal:
Ocorre quando a amplitude (tensão) 
definida no conversor A/D é muito grande 
em relação à tensão do sinal de entrada, 
isto implica em distorção de amplitude e 
fase nos domínios do tempo e freqüência, 
prejudicando a análise dos dados. 
Conceitos de processamento de sinais
Quantização do sinal
3) Ocorrência de acoplamento AC:
Ocorre quando uma corrente DC causa
erros na parte alternada do sinal,
resultando no uso de toda a faixa do
conversor A/D.
Para evitar este erro utiliza-se filtro um
passa-alta para remover a componente
DC do sinal.
Conceitos de processamento de sinais
Quantização do sinal
4) Corte e sobrecarga:
A faixa de tensão selecionada na
conversor A/D é muito baixa para a tensão
do sinal, assim ocorre perda de
informação durante a digitalização do
sinal.
Em alguns casos a sobrecarga na entrada
do conversor pode resultar em danos no
equipamento.
Conceitos de processamento de sinais
Quantização do sinal
Transformada de Fourier
No Século XVII: matemático e físico francês Jean Baptiste
Joseph Fourier (1768-1830) demonstrou que qualquer
forma de onda pode ser representada por uma somatória
de senóides e cossenóides de diferentes freqüências,
amplitudes e fases.
A transformada de Fourier decompõe um sinal em suas componentes
elementares de seno e cosseno.
Conceitos de processamento de sinais
Os sinais periódicos são compostos de senos e cossenos:
+ =
Conceitos de processamento de sinais
Transformada de Fourier
Direta: S(x): Transformada de Fourier
Inversa: x(t) = Sinal original
Conceitos de processamento de sinais
Transformada de Fourier
Leakage (“Vazamento”)
Para a aplicação da transformada de Fourier é necessário definir uma
amostra do sinal (extrai-se uma parte do sinal com comprimento finito).
Quando esta amostra não possui característica periódica, estimativas
incorretas de amplitude e freqüência ocorrem. Este erro é conhecido como
“Leakage” ou vazamento.
Sinal periódico Sinal não-periódico
Conceitos de processamento de sinais
Diferença entre o resultado da transformada de Fourier para um sinal
periódico e um sinal não-periódico:
Sinal
não-periódico
Sinal 
periódico
Transformada 
de Fourier
Conceitos de processamento de sinais
Leakage (“Vazamento”)
Diferença entre o resultado da transformada de Fourier para um sinal
periódico e um sinal não-periódico:
Sinal
não-periódico
Sinal 
periódico
• No “Leakage” a energia real do sinal
é espalhada pelo espectro defreqüência e a energia “vaza” de um
Df particular em Dfs adjacentes.
• Diferentemente do aliasing os efeitos
do “Leakage” não podem ser
eliminados.
Conceitos de processamento de sinais
Leakage (“Vazamento”)
Janelas
A técnica do janelamento consiste na multiplicação do sinal por uma função
que “zera” os extremos da amostra, tornando o sinal “periódico”.
A aplicação de janelas ao sinal busca satisfazer o requisito de
periodicidade da FFT, permitindo assim minimizar os efeitos do “Leakage”.
Importante: Janelas NÃO eliminam o Leakage.
• Exemplo de função Janela:
Conceitos de processamento de sinais
Existem vários tipos de funções janela para aplicações variadas, as mais
utilizadas são:
Hanning: Útil quando se deseja boa
resolução de freqüência, mas
precisão de amplitude não é
importante.
Aplicada para sinais permanentes
(constantes com o tempo).
Conceitos de processamento de sinais
Janelas
• Janela Hanning
Exemplo de um sinal senoidal permanente multiplicado por uma janela
Hanning:
X =
Conceitos de processamento de sinais
Janelas
• Janela Flat Top
Flat-Top: Apresenta pico principal
reto, o que a configura como uma
janela de ótimo desempenho para
resolução de amplitude, porém é
pobre para resolução de freqüência.
Aplicável para sinais permanentes .
Conceitos de processamento de sinais
Janelas
• Janela Retangular
Retangular: Consiste na janela mais
simples de todas, zera os extremos
e possui valor unitário para os
demais pontos.
Este tipo de janela pode não possui
boa precisão para amplitude.
Conceitos de processamento de sinais
Janelas
• Janela Exponencial
Exponencial: Janela que impõe um 
decaimento exponencial ao sinal 
dentro do período de amostragem. 
É utilizada para sinais transientes 
quando se deseja avaliar a 
ocorrência de impactos no início do 
sinal. 
Conceitos de processamento de sinais
Janelas
Janelas
Algumas características das janelas:
• Para se identificar picos (impactos) em freqüências específicas uma janela 
retangular é mais adequada e quando se deseja verificar informações de impactos 
no inicio do sinal a janela exponencial é melhor;
• Para sinais permanentes (estacionários), a Janela Hanning apresenta melhor 
resultado pois tem melhor resolução de freqüência, permitindo melhor separação 
dos picos de freqüência;
• Melhor resolução de amplitude: Usar a janela Flat-Top;
• Escolha da janela de acordo com a característica do sinal:
- Sinais transientes (cessa com o tempo): Retangular / Exponencial;
- Sinais permanentes (constantes com o tempo): Hanning, Flat Top;
• Normalmente para o primeiro cálculo se utiliza à janela Hanning e as demais são 
utilizadas conforme necessidade.
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
Tipos de 
Sinais
Periódicos
TransientesContínuosDeterminísticosAleatórios
Não-EstacionáriosEstacionários
CicloestacionáriosQuase-
Periódicos
Continuamente 
Variáveis
Conceitos de processamento de sinais
• Sinais Estacionários: Apresentam os mesmos componentes de freqüência
durante toda sua duração.
• Nos sinais temporais medidos nas coletas de manutenção preditiva isto
significa que se for respeitado o princípio da amostragem de Nyquist, para
qualquer intervalo de tempo considerado, teremos os mesmos
componentes de freqüência ao aplicarmos uma FFT ao sinal.
Exemplo de sinal Estacionário
com a freqüências de 4 e 8 Hz:
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Não-Estacionários: São aqueles cujas componentes de freqüência
diferem ao longo do tempo.
Em um sinal temporal as componentes de freqüência serão diferentes no
intervalo de tempo considerado.
Exemplo de sinal
Não-Estacionário:
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Estacionários - Aleatórios
São sinais que possuem incertezas quanto a sua ocorrência, não podem
ser representados por um função matemática e somente podem ser
representados através de suas características (média, variância,
autocorrelação, etc...).
Ex: Sinal senoidal: f(t) = A*Sen(wo*t), onde A é uma amplitude aleatória.
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Estacionários - Determinísticos
São sinais que podem ser representados por um função matemática, ou
seja, é possível determinar com exatidão o valor do sinal num dado
instante de tempo.
Ex: Sinal senoidal: f(t) = A*Sen(wo*t), onde A e wo são constantes.
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Estacionários - Determinísticos - Periódicos
São sinais repetem-se periodicamente no tempo em regime permanente.
Os mais conhecidos são o sinal senoidal e a onda quadrada.
Exemplo: Sinal elétrico com freqüência de 60 Hz.
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Estacionários – Determinísticos - Quase Periódicos
São sinais descritos por um somatório de funções periódicas (senóides)
porém não é totalmente periódico pois no espectro de freqüência os
componentes da série não são múltiplos da freqüência do componente
fundamental.
Exemplo de sinal
Quase Periódico:
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Não-Estacionários - Transientes
Os sinais transientes normalmente são decorrentes de eventos únicos e
não possuem característica periódica. Via de regra o valor da amplitude
decai com o tempo.
Um exemplo de sinal transiente é a excitação por impacto durante um
ensaio de análise modal.
Exemplo de sinal Transiente resultante
de impacto em uma estrutura:
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Não-Estacionários - Contínuos
São os sinais aleatórios puros, ou seja, cada amostra retirada nunca é
igual a anterior, isto permite que ao se fazer sucessivas médias nos dados
coletados como resposta a excitação por um sinal aleatório (ruído branco),
os efeitos de não-linearidades, ruídos e distorções nas medidas tenderão
ao valor esperado de zero
Exemplo de sinal Não-
Estacionário Contínuo :
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Não-Estacionários – Contínuos – Continuamente Variáveis
São sinais aleatórios caracterizados por uma forte variação de amplitude
durante sua coleta. São medidos principalmente durante a partida e
desligamento de equipamentos.
Exemplo de sinal Contínuo
Continuamente variável:
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
• Sinais Não-Estacionários – Contínuos – Cicloestacionários
São sinais caracterizados por uma modulação de freqüência aplicada a um
sinal aleatório puro. Também pode ser chamado de ruído branco
modulado. Neste caso não ocorre variação de amplitude (variação de
energia).
Exemplo de sinal Contínuo
Cicloestacionário:
Conceitos de processamento de sinais
Tipos de sinais
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Capítulo 1 – Introdução e conceitos
Conteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
1.1 – Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas;
1.2 – Conceitos de processamento de sinais;
1.3 – Diagnóstico de máquinas em condições operacionais;
1.4 – Normas Técnicas.
Introdução e conceitos
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE 
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 1.3 - Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Coleta de dados de vibraçãoDiagnóstico de máquinas em condições operacionais
Grandezas medidas no monitoramento de vibrações mecânicas:
• Deslocamento
Unidade: micrometro (mm) ou milésimos de polegada (mils).
• Velocidade
Unidade: metros por segundo (m/s) ou polegadas por segundo (ips).
• Aceleração
Unidade: metros por segundo ao quadrado (m/s2) ou aceleração da
gravidade (g).
Coleta de dados de vibração
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Qualquer que seja a grandeza escolhida a forma e o período de vibração
permanecem similares, o que muda é a existência de uma diferença de
fase entre eles:
Deslocamento:
Velocidade:
Aceleração:
Coleta de dados de vibração
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Equipamento de medição: Analisador de sinais dinâmico portátil.
O analisador portátil é uma 
ferramenta aplicável as 
coletas em campo de dados 
de monitoramento de 
máquinas.
Permite conexão a vários 
tipos de sensores e possui 
programação interna para 
coletas variadas.
Fonte: Crystal Instruments - http://www.go-ci.com/products.asp
Pontos de medição
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Pontos de medição para monitoramento de máquinas:
• Mancais são pontos obrigatórios;
• Evitar pontos flexíveis em carcaças;
• Em cada ponto estabelecer claramente as direções de medida -
horizontal, vertical ou axial;
• Os pontos escolhidos devem ser perfeitamente acessíveis, marcados de
maneira visível no próprio equipamento;
• Pontos de medição devem ser retos, limpos e isentos de graxa;
• O sensor e o cabo não devem ser movidos durante a operação de
medição.
Pontos de medição
Os pontos de medição são definidos de acordo com o item 4.2 da norma 
ABNT NBR 10082.
Exemplo de pontos de medida recomendados.
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Pontos de medição
Pontos de medida recomendados 
para máquinas verticais.
Fonte: ABNT
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Pontos de medição
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Pontos de medição recomendados e não recomendados em um motor
elétrico padrão:
Não recomendado: 
Chapa fina Recomendado: 
Estrutura rígida
Recomendado: 
Estrutura rígida
Recomendado: 
Base de apoio (Mancal)
Pontos de medição
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Vídeo – Demonstração de pontos de aquisição de dados
Instalação de proxímetros para monitoramento de acoplamentos e eixos
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Disposição dos sensores:
Exemplo de montagem de 
proxímetros para monitoramento 
de desalinhamentos e 
desbalanceamentos de eixos.
A montagem ocorre com uma 
diferença de 90º para permitir o 
monitoramento de dois eixos e a 
obtenção de um gráfico de órbita.
Proxímetros
Instalação de proxímetros para monitoramento de acoplamentos
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Exemplo de instalação: • Proxímetros colocados a 90º para
monitoramento de um acoplamento
flexível.
Instalação de proxímetros para monitoramento de acoplamentos
Diagnóstico de máquinas em condições operacionais
Pontos de medição: • Gráfico de órbita do sinal coletado
nos proxímetros:
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PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 1.4 – Normas técnicas
Normas técnicas
Introdução
Medições de vibração são necessárias para a monitoração da condição de
máquinas, mas máquinas podem já vir com vibrações mecânicas originais,
então qual é o nível de vibração que representa um defeito?
A resposta está nas normas:
No Brasil: ABNT – Associação
Brasileira de Normas Técnicas
www.abnt.org.br
No mundo: ISO – International
Organization for Standardization
www.iso.org
Normas técnicas
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
NBR 15928
Ensaio não destrutivo – Análise de vibrações – Terminologia
• Define a terminologia e os termos empregados em vibrações
mecânicas, choques e aplicações em monitoramento de máquinas.
• A norma ISO corresponde à ela é ISO 13372, que trata do
vocabulário usado monitoramento de condição de máquinas.
• A NBR 15928 cancela e substitui a NBR 7497.
• Publicação: Abril / 2011
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
• Estabelece as regras a serem utilizadas na avaliação do estado de
funcionamento de máquinas rotativas que operam entre 600 rpm e
15000 rpm, com potência acima de 15 kW e freqüência de vibração
entre 10 Hz e 1000 Hz, através da medição de vibrações mecânicas
na carcaça do mancal ou no pedestal que suporta o mancal. Além
disso ela estabelece valores comparativos para que se possa avaliar
e comparar o funcionamento de máquinas em geral.
• NOTA: Esta norma não se aplica ao controle de ruído. E é
aplicável somente à vibrações medidas na superfície da máquina.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
A classificação do Grau de Severidade é definida a partir dos
seguintes parâmetros:
1) Tipo de máquina e Potência desenvolvida:
• Grupo 1: Potência acima de 300 kW. A maioria dos equipamentos
possui mancais de escorregamento e recomenda-se o uso de
sensores sem contato.
• Grupo 2: Potência entre 15 kW e 300 kW. Normalmente possuem
mancais de rolamento e rotação acima de 600 rpm.
NOTA: As bombas são tratadas em norma específica.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
A classificação do Grau de Severidade é definida a partir dos
seguintes parâmetros:
2) Flexibilidade do suporte dos mancais:
Efetuada de acordo com as características dinâmicas da montagem
dos mancais na direção de medição, podendo ser:
• Montagem rígida: Quando a menor freqüência natural do conjunto
for pelo menos 25% superior à maior freqüência de rotação do
equipamento.
• Montagem flexível: Quando não obedece a regra da montagem
rígida.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
Na avaliação da severidade de vibração em máquinas rotativas são
estabelecidos três critérios:
1º Magnitude de vibração;
2º Variação de magnitude da vibração;
3º Avaliação da severidade por meio de análise espectral do sinal.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
1º Magnitude de vibração;
A vibração máxima em cada mancal é avaliada de acordo com
zonas de avaliação (A, B, C e D) para cada classe de montagem.
Zona A: Máquinas novas, em comissionamento ou revisadas;
Zona B: Vibração dentro desta zona são consideradas aceitáveis
para operação de longo termo.
Zona C: Vibração nesta zona não permitida para operação em
longo termo. Normalmente a máquina pode ser operada por um
certo período nesta condição até aplicação de ações corretivas.
Zona D: Vibração com energia suficiente para danificar a maquina.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo— Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
2º Variação de magnitude da vibração;
Uma alteração na magnitude de vibração, da ordem de um desvio-
padrão para cima ou abaixo do valor de referência, é considerado
uma alteração significativa no estado de funcionamento. Quando
ocorrer tal efeito, é necessário uma investigação em comparação
com histórico de vibração para determinar a causa da variação.
NOTA: Para isto se tornar valido, é necessário que todas a medidas
comparadas tenham sido feitas no mesmo ponto.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
NBR 10082
Ensaio não destrutivo — Análise de vibrações — Avaliação da 
vibração mecânica de máquinas com velocidades de operação de 
600 a 15000 rpm 
3º Avaliação da severidade por meio de análise espectral do sinal
Este critério aplica-se unicamente a equipamentos com rolamentos
e motores elétricos, pois ele é destinado a identificar e avaliar fontes
de vibração com pouca energia, mas caso estejam presentes no
espectro de frequência podem evoluir rapidamente e causar danos.
Se for encontrado uma frequência de vibração vinda do rolamento
ou do motor elétrico, o equipamento deve ser enquadrado na zona
C. Caso a magnitude chegue a 1 mm/s-rms, deve ser classificado
na zona D.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
ISO 10816
Vibrações mecânicas – Avaliação da vibração de máquinas através de 
monitoramento de partes não-rotativas
Parte 1: Instruções gerais
Parte 2: Turbinas a vapor fixas ao solo e geradores com capacidade maior 
que 50 MW com rotações normais de operação de 1500 rev/min, 1800 
rev/min, 3000 rev/min e 3600 rev/min. 
Parte 3: Máquinas industruais com potência nominal acima de 15 kW e 
velocidades nominais entre 120 rev/min e 15000 rev/min quando medidos in 
situ. 
Parte 4: Turbinas a gas com rolamentos filme-fluido.
Parte 5: Maquinas de geração de força hidráulica e plantas de bombeamento. 
Parte 6: Máquinas reciprocas com potência acima de 100 kW. 
Parte 7: Bombas de rotor para aplicações industriais, incluindo 
monitoramento de eixos rotativos. 
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
ISO 10816-1
Vibrações mecânicas – Avaliação da vibração de máquinas através de 
monitoramento de partes não-rotativas
• Classificação das máquinas: 
Classe I: partes individuais de motores e máquinas, integralmente 
conectadas à máquina completa em sua condição de operação normal 
(p. ex. motores elétricos de até 15 kW). 
Classe II: máquinas de tamanho médio sem fundação especial (motores 
elétricos de 15 kW a 75 kW), motores ou máquinas montados 
rigidamente sobre fundação especial (até 300 kW). 
Classe III: grandes turbinas ou motores grandes e outras máquinas 
grandes com massas rotativas montadas sobre fundação dura e pesada, 
e relativamente rígida. 
Classe IV: grandes turbinas ou motores grandes e outras máquinas 
grandes com massas rotativas montadas sobre fundações relativamente 
moles (p.ex. conjunto de turbogenerador e turbinas a gás com produção 
maior do que 10 MW). 
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
ISO 10816-1
Vibrações mecânicas – Avaliação da vibração de máquinas através de 
monitoramento de partes não-rotativas
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
ISO 7919
Vibrações mecânicas – Avaliação da vibração de máquinas através de 
monitoramento de partes rotativas
Parte 1: Instruções gerais 
Parte 2: Turbinas a vapor fixas ao solo e geradores com capacidade 
maior que 50 MW com rotações normais de operação de 1500 rev/min, 
1800 rev/min, 3000 rev/min e 3600 rev/min. 
Parte 3: Máquinas industriais acopladas
Parte 4: Turbinas a gás com rolamentos filme-fluido
Parte 5: Maquinas de geração de força hidráulica e plantas de 
bombeamento
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas
Normas técnicas
ISO 7919-1
Vibrações mecânicas – Avaliação da vibração de máquinas através de 
monitoramento de partes rotativas
Esta parte da ISO estabelece diretrizes gerais para medição e avaliação
de vibração de máquinas por meio de medições feitas diretamente em
eixos de rotação com a finalidade de determinar vibração do eixo em
relação à:
• mudanças no comportamento vibracional;
• carga cinética excessiva;
• o monitoramento da folga radial.
É aplicável a medições de vibração do eixo absolutos e relativos radial,
mas exclui vibração do eixo de torção e axial. Os procedimentos são
aplicáveis tanto para o monitoramento operacional das máquinas e para
os testes de aceitação em um suporte de teste e após a instalação.
Orientações também são apresentados para a fixação de limites
operacionais.
Lista de normas aplicáveis ao monitoramento de máquinas