Análise de Vibrações

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PRINCÍPIOS DE
VIBRAÇÕES MECÂNICAS
PRINCÍPIOS DE
VIBRAÇÕES MECÂNICAS
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INTRODUÇÃO
 
Atualmente os gerentes de fábricas têm enfrentado problemas gerais, tais como: redução de custos, maior disponibilidade de máquinas, redução de mão-de-obra e problemas diversos inerentes a qualquer unidade produtiva.
Com isto a busca de ferramentas que possibilitem esses fatos tornou-se intensa, uma destas alternativas é o acompanhamento preditivo, também conhecido por Manutenção por Condição ou Manutenção Preditiva.
A manutenção por condição diferencia-se da corretiva pelo fato de que somente será intervido em um equipamento a partir do momento em que este apresentar os sinais de falha e na corretiva faz-se a manutenção quando a máquina quebra, caracterizando para equipamentos importantes um custo bastante elevado de manutenção (horas de parada, mão-de-obra, falta de reposição, etc.).
A manutenção preventiva baseada na vida média caracteriza-se por intervenções em intervalos fixos em equipamentos, que normalmente gera dois tipos de custo: o custo das peças que são trocadas ainda em condições de uso e o custo da quebra deste equipamento por um defeito inserido em uma manutenção desnecessária. A característica da preventiva é o fato principal de incorrer paradas desnecessárias, reduzindo o percentual de disponibilidade do equipamento, porém em número bastante superior que a corretiva.
A manutenção por condição sendo ela por análise de vibrações, termografia, ferrografia, análise de óleo, ensaios de ultra-som, etc., os quais fornecem dados seguros para ser prevista a manutenção das máquinas, garantindo que até a próxima parada a máquina esteja isenta de quebras inesperadas.
A análise de vibrações dentre as ferramentas do controle preditivo, é a que apresenta o melhor custo/ benefício. Ela fornece dados para que possamos prolongar a vida do equipamento com informações obtidas durante a vida do mesmo, eliminando desvios "Dia 1" e problemas de montagem que reduzem significativamente a vida útil dos equipamentos.
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A 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 movimentos completos (ciclos), tomados durante o período de um segundo, é chamado de freqüência e é medido em Hertz (Hz = ciclos/segundo). Vibrações mecânicas podem ser geradas intencionalmente para produzir um trabalho útil, como em alimentadores vibratórios, britadores de impacto, compactadores, vibradores para concreto, etc; porém, a vibração normalmente é considerada indesejável, e sua presença em equipamentos rotativos acelera consideravelmente o desgaste provocando quebras e por conseguinte paradas inoportunas, elevando os custos da produção.
Neste curso, nos dedicamos à eliminação da vibração não desejada, identificando a sua origem pelo estudo de seu comportamento, registrado por instrumentos de medição, de modo a promover um diagnóstico exato, que permita uma correção definitiva, pois acreditamos ser o entendimento do problema, um precioso passo no caminho da solução. Na prática, a vibração existe devido à efeitos dinâmicos, tolerâncias de fabricação, folgas, atrito entre partes em contato, forças desequilibradas em elementos rotativos e recíprocos.
O aumento do nível de vibração, está relacionado com alterações ocorridas em um ou mais elementos da máquina, influenciando também outros componentes por estarem interligados. Uma pequena vibração pode excitar freqüências de ressonância de outras partes estruturais e ser amplificada para um nível maior de vibração, que geralmente será percebido na estrutura e não diretamente na fonte de vibração.
A vibração de um componente simples, como de uma lâmina fina, excitada numa determinada freqüência, é facilmente identificada.
 
 
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CONTROLE PREDITIVO POR ANÁLISE DE VIBRAÇÕES
 
Existe um universo de caminhos para a implantação de um controle preditivo via análise de vibrações e também um universo de parâmetros a serem estabelecidos como padrão para o sistema.
Tais parâmetros normalmente são os seguintes: intervalo entre medições, parâmetros de vibração que serão coletados a cada ponto, a definição dos pontos de medição, a codificação dos mesmos para que se estabeleça o histórico com relação ao ponto e a máquina, níveis iniciais e de acompanhamento e alarme, organização de rotas de medição, definição de equipamentos a serem acompanhados e de que maneira eles serão acompanhados, etc.
Todos os parâmetros descritos acima variam para cada tipo de equipamento a ser contemplado com o controle preditivo.
 
a. Escolha de equipamentos: Normalmente, no início de um programa preditivo sugere-se que sejam escolhidos aqueles equipamentos ditos "Classe A", vitais para o processo produtivo, e que em caso de parada por quebra ou para intervenção provoquem paradas prolongadas quer pelo seu porte, ou pela falta de peças de reposição, ou por outros motivos característicos a cada empresa. Com o decorrer do controle preditivo e a evolução do pessoal de campo em análise de vibrações serão incorporados gradativamente equipamentos de classes inferiores e outros que sejam justificados sua necessidade pelo melhor desempenho do sistema.
 
b. Pontos de medição: A vibração da máquina normalmente tem origem em suas partes rotativas, porém é sentida na sua parte estática, portanto é transmitida através dos mancais dos equipamentos, pois neles são sentidas as vibrações provenientes dos componentes internos à máquina.
 
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Na ilustração, o transdutor A faz uma medição melhor que o transdutor B, assim como o transdutor C está numa posição mais direta que o transdutor D.
 
  
 
Na monitoração de equipamentos, a escolha da direção da medição deve incluir medição na direção axial (z), e em uma das direções radiais (horizontal-x ou vertical-y), normalmente na direção radial que apresentar menor rigidez (maior nível de vibração).
 
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c. Nomenclatura/Codificação: O estabelecimento de uma codificação dos pontos de medição e dos equipamentos envolvidos deve ser construída de forma simples e clara para facilitar o acompanhamento e a criação das máquinas e pontos de medição para o software, o que facilitará sobremaneira a comunicação entre os usuários do sistema.
 
d. Rotas: As rotas são roteiros de equipamentos a serem medidos. São estabelecidas de maneira racional para que todos os equipamentos cobertos pela coleta de sinal de vibração sejam medidos no intervalo de tempo especificado e que não se fique andando de um lado para outro dentro da fábrica.
 
e. Como medir: Existem diversas formas de avaliarmos uma vibração: através do nível global de vibração ou espectros em freqüência, o qual pode ser auxiliado através de medições especiais, tais como: cepstrum, detetor de envoltória (envelope), zoom, scan, fase, etc.
 
f. Intervalo entre medições: O estabelecimento do intervalo dependerá basicamente das medições iniciais e que poderá ser alterado ao longo do monitoramento podendo em alguns casos ser desde diário até semestral. Este parâmetro é definido para cada equipamento dependendo de suas características mecânicas e de evolução do nível de vibrações.
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"VOCÊ ESTARÁ MEDINDO MÁQUINAS EM FUNCIONAMENTO, PORTANTO EXTREMO CUIDADO PARA NÃO ENCOSTAR A MÃO OU PARTES DO APARELHO EM PARTES MÓVEIS, POIS UM GRAVE ACIDENTE PODE OCORRER".
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CAUSAS DE VIBRAÇÃO EM MÁQUINAS
Desbalanceamento de massa
Desalinhamento de eixos
Folgas generalizadas
Dentes de engrenagens
Rolamentos
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TÉCNICAS PREDITIVAS
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A vibração é uma oscilação em torno de uma 
posição de referência e é freqüentemente um
 processo destrutivo, ocasionando falhas nos
 elementos de máquina por fadiga.
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O movimento vibratório de uma máquina é o
resultado das forças dinâmicas que a excitam.
Essa vibração se propaga por todas as partes
da máquina, bem como para as estruturas li-
gadas a ela. Geralmente uma máquina vibra
em várias freqüências diferentes.
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Toda
máquina apresenta um certo nível de
ruído e vibração devido à operação e a fontes
externas. 
Uma parcela destas vibrações é causada por
pequenos defeitos mecânicos ou excitações
secundárias perturbadoras que atuam na
qualidade do desempenho da máquina. 
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O fato de que os sinais de vibração de uma
 máquina trazem informações informações
relacionadas com o seu funcionamento, in-
dica a saúde da máquina e a decisão sobre
uma intervenção ou não nessa máquina.
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Cada máquina apresenta uma forma característica de vibração, em aspecto e nível. Porém máquinas do mesmo tipo apresentam variações em seus comportamentos dinâmicos. Isso se deve às variações de ajustes, tolerâncias, e principalmente defeitos.
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Cada elemento de máquina induz uma excitação própria, gerando uma perturbação específica. Geralmente esses elementos são rotores, engrenamentos, mancais, etc...
O comportamento dinâmico da máquina é uma composição das perturbações de todos os componentes, defeitos e excitações oriundos dos movimentos.
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Então, em uma máquina as vibrações se dão em várias freqüências devido às várias excitações. O movimento em um ponto qualquer será a superposição de várias harmônicas.
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Os diagnósticos para fins de manutenção das máquinas, com o objetivo de identificar as possíveis causas destes movimentos são obtidos separando as harmônicas do sinal global e associando-as com os elementos defeituosos ou desvios de montagem. 
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EFEITOS DAS VIBRAÇÕES
Altos riscos de acidentes
Desgaste prematuro de componentes
Quebras inesperadas
Aumento dos custos de manutenção
Fadiga estrutural
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CONTROLE DAS VIBRAÇÕES
Eliminação das fontes
Isolamento das partes
Atenuação da resposta
Faz-se por três procedimentos diferenciados:
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Caso prático
Avaria no rolamento de entrada do Redutor
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	Após a análise dos dados de vibração coletados na CB-16 (Rota Instalação Piloto), a Equipe de Manutenção Preditiva, diagnosticou uma avaria no rolamento de entrada deste redutor e desgaste no engrenamento de saída.
	No dia 26-06-04, foi solicitado a substituição do redutor, porém, não foi trocado na parada posterior ao dia da solicitação, devido a problemas técnicos na retirada do mesmo, por isso, a Equipe de Manutenção Preditiva acompanhou a tendência do equipamento até a data da próxima parada preventiva, sendo essa realizada dia 22-07-04
	Após a peritagem do redutor na oficina central, foi constatado avaria no rolamento de entrada do redutor e o engrenamento Z5 com desgaste anormal.
DESENVOLVIMENTO
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	Conforme o acompanhamento de rotina semanal da equipe de Manutenção Preditiva deste equipamento, observamos uma grande evolução na amplitude na freqüência de engrenamento de saída do redutor e avaria no rolamento de entrada do mesmo. 
ANÁLISE DOS ESPECTROS
FREQUÊNCIA DE ENGRENAMENTO COM UMA AMPLITUDE ELEVADA.
Cada engrenagem terá uma série de freqüências harmônicas que são múltiplos inteiros da freqüência fundamental. A freqüência fundamental, também conhecida por Freqüência de Engrenamento é calculada pela multiplicação do número de dentes da engrenagem pela rotação do eixo que ela está engastada.
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ANÁLISE DOS ESPECTROS
Espectro utilizando a técnica de Peak-Vue, com frequências deterministica de defeito na gaiola (FTF) do rolamento de entrada do redutor.
Espectro utilizando a técnica de Peak-Vue, com frequências deterministica de defeito na pista interna do rolamento (BPFI) do rolamento de entrada do redutor
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GRÁFICOS DE TENDÊNCIA
GRÁFICO DE TENDÊNCIA DA SAÍDA DO REDUTOR
GRÁFICO DE TENDÊNCIA DA ENTRADA DO REDUTOR
ANTES DA INTERVENÇÃO
APÓS A INTERVENÇÃO
ANTES DA INTERVENÇÃO CHEGOU A UMA AMPLITUDE DE 9,255 mm/s, APÓS A TROCA FOI PARA 1,182 mm/s
ANTES DA INTERVENÇÃO CHEGOU A UMA AMPLITUDE DE 26,37 mm/s, APÓS A TROCA FOI PARA 3,908 mm/s
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	Durante a peritagem do redutor na oficina central, confirmamos o diagnóstico quando encontramos o rolamento de entrada do redutor avariado e desgaste no engrenamento Z5, como pode ser visto nas fotos abaixo.
FOTOS
DESGASTE EXCESSIVO NOS DENTES DA ENGRENAGEM Z5.
ROLAMENTO DE ENTRADA DO REDUTOR, COM A GAIOLA PARTIDA E A PISTA INTERNA COM ESCAMAMENTO EM TODA A SUA CIRCUNFERÊNCIA
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cCaso Prático
Avaria no rolamento do motor LA (Lado Acionado)
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OBJETIVO
	Temos por objetivo mostrar neste relatório as informações sobre a avaria diagnosticada pela Equipe de Manutenção Preditiva no rolamento do motor de acionamento da TR-10, utilizando a técnica de coleta e análise de dados de vibração; relatando os sintomas, espectros e gráficos de tendência; a situação atual do equipamento e recomendações solicitadas e realizadas.
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FOTOS DOS ROLAMENTOS
ROLAMENTO 6212 ZZ
ROLAMENTO 6312 ZZ
Deficiência de Lubrificação
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ANÁLISE DOS ESPECTRO
	Conforme pode ser visto no espectro em cascata, após a intervenção não apresenta frequências com características de defeito.
Antes da intervenção
Após a intervenção
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GRÁFICO DE TENDÊNCIA
ANTES DA INTERVENÇÃO
 APÓS A INTERVENÇÃO
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COMENTÁRIOS
 - Após a troca do motor, coletamos dados de vibração para reavaliarmos o conjunto; após análise de vibração dos dados coletados, verificamos que o conjunto apresenta sintoma de desalinhamento no acoplamento e no cubo do redutor.
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Análise de Falha 
Caso Prático de Quebra do Redutor
Não diagnosticado pela análise de vibração devido a amplitude característica de desbalanceamento residual sobrepor as freqüências características de avaria no rolamento, sendo assim, foi realizado um estudo de análise de falha para determinar o sintoma da avaria.
 
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1)OBJETIVO:
 Este relatório tem foco na seguinte premissa: Avaliação da quebra ocorrida no redutor para se chegar na causa fundamental e conseqüentemente resultar em um plano de ação de melhorias, se necessário.
2)OCORRÊNCIA: Em 10/04/04 , o redutor travou quebrando o rolamento do eixo intermediário.
3)DADOS LEVANTADOS:
Histórico do Redutor
Histórico e Gráfico de vibração
- Levantamento de resultante das cargas atuantes (durante a desmontagem)
Registro por fotos da peças danificadas 
HISTÓRICO REDUTOR:
 Equipamento= Transportador de Correia AB01A 
 Subconjunto= Redutor 0154
 Modelo= 13AKSS Fabricante= PHB Vida Prevista= ???
 -Ultima manutenção - 28/10/98, foi reformado na oficina central - trocou Z3, Z4, Z5 e Z6, todos os rolamentos e retentores, o mesmo foi para o almoxarifado dia 17/01/00.
 -O redutor entrou em operação dia 10/08/2000 - foi retirado dia 10/04/2004 
 Horas trabalhadas estimadas = 15840 horas
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LEVANTAMENTO DE DADOS DURANTE DESMONTAGEM
Os dados levantados nos Elementos de Máquina se faz necessário para identificar as forças atuantes.
*Rolamento quebrado 6318, sem gaiola e elementos girantes;
*Avanço da fadiga na gaiola e pista externa no rolamento 6318;
*Rolamento NU312 com folga no assentamento e marcas de carga irregular nos rolos;
*Marcas acentuadas de desgastes nas faces laterais dos rolamentos de entrada;
*Desalinhamento e desgaste acentuado nas engrenagens da 2º redução;
*Arruela trava da porca de ajuste dos rolamentos do eixo de entrada, quebrada;
*Lubrificação insuficiente no rolamento falhado 6318;
*Obstrução do furo de lubrificação de um dos lados do rolamento 6318;
*Marcas de falta de ajuste em outras caixas de rolamentos (apresentando nódoa ou ferrugem);
*Vestígios de deteriorização do óleo com perda dos aditivos detergente ;
*Desgaste normal nos rolamentos do outros pontos;
*Tampa do rolamento 6318 trincada com vestígio de corrosão;
*Marca no eixo de entrada no assentamento dos rolamentos; 
*Rolamento montado com trava química
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VISTA MACRO DA FALHA
Rolamento falhado
Conseqüência secundária:
Perda das engrenagens da 2ª redução
por desalinhamento. 
*A conseqüência primária está relacionada com a perda
de produção;etc...
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ANÁLISE DAS FORÇAS ATUANTES 
Pelo princípio de transmissão do par cônico, a resultante de carga no rolamento 6318 está a aproximadamente 45 graus da linha central.
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DEPURAÇÃO DOS DADOS
Desgaste progressivo, indicador de fadiga por carga localizada, normal de trabalho (este ponto está localizado conforme slide anterior)que foi acelerado por deficiência de lubrificação
Desgaste dos elementos rolante e gaiola 
Ponto de atrito da pista interna na externa,após a quebra do rolamento
EVOLUÇÃO DO DESGASTE NA PISTA EXTERNA E ELEMENTOS 
Fratura frágil
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DEPURAÇÃO DOS DADOS
Corrosão na tampa em ponto que não chegou óleo.
FALHA NO REDUTOR COM DEFICIENCIA DE LUBRIFICAÇÃO NO ROLAMENTO
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ACOMPANHAMENTO NO GRÁFICO DE TENDÊNCIA DE VIBRAÇÃO 
Em Julho/02 já havia um desbalanceamento presente, que após a quebra com a troca do redutor e limpeza caiu para aproximadamente 4 mm/s. Na análise espectral já apresentava freqüência de engrenamento, ou seja a máquina vinha sofrendo com carga irregular nos elementos.
DEPURAÇÃO DOS DADOS
HOMG - PILOTO 2
Trend Display 
Date: 15-jul-02 
 07-abr-04
 09:11:36
 20.33
engrenamento
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DEPURAÇÃO DOS DADOS
Arruela trava com danos provocado por carga irregular conseqüência de vibração
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DEPURAÇÃO DOS DADOS
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DEPURAÇÃO DOS DADOS
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EFEITO DA PERDA DE ADITIVO DETERGENTE DO ÓLEO
DEPURAÇÃO DOS DADOS
Desgaste localizado em pontos indicando carga irregular por desalinhamento com pittings gerado pela deficiência do filme lubrificante
Perda do aditivo detergente
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1coc
2
3
COMENTÁRIOS:
-Foi avaliado outros rolamentos inclusive o Fag 6318 do lado oposto do eixo da 2ª redução, onde apresentaram desgaste normal.
-Foi analisado o relatório gerado pela automação onde as partidas antes da quebra foram em conseqüência da quebra da gaiola do rolamento onde o engrenamento ficou deficiente (montando os dentes) com sobrecarga ao motor.
-Os dentes da 2ª e 3ª redução apresentaram Pittings de desgaste irregular no perfil dos dentes com característica de desalinhamento, isto deve-se a folga em caixas de mancal e ineficiência do óleo.
CONCLUSÃO:
Quebra do redutor devido fadiga do rolamento 6318.Fadiga acelerada em função da energia de desbalanceamento e deficiência de lubrificação.
SUGESTÕES:
A definir no plano de ação.
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FIM
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