Analise de Vibracoes - Principais Defeitos

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VIBRAÇÕES MECÂNICAS
1° semestre de 2018
Prof. Luiz Henrique Jorge Machado
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE
ENGENHARIA MECÂNICA - GRADUAÇÃO
RECONHECIMENTO DE FALHAS
• Os trabalhos de manutenção preditiva iniciaram-se 15 a 20 anos 
atrás, à base de normas internacionalmente estabelecidas e 
aceitas, tais como DIN 7090 e ISO 2372, hoje substituída pela ISO 
10816 partes 1-6. 
• Estas normas: operam à base de níveis vibracionais globais, 
dividindo as amplitudes aceitáveis por grupos de máquinas.
• Acompanhamento pelo nível global: obviamente é uma forma 
simples e barata de avaliar equipamentos, porém, esta forma 
simplista de análise afeta a confiabilidade do trabalho de 
manutenção preditiva.
• Assim, o uso deste método para obter a condição de 
equipamentos deve ser avaliado criteriosamente, apenas 
empregando-o em equipamentos periféricos, sem grandes 
importâncias. 
Nível Global
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
• Altos picos em 1x rpm do eixo na Radial;
• Baixa vibração axial em 1x rpm do eixo;
• Pequenos harmônicos da rotação do eixo;
• Pode gerar outras falhas, especialmente Folgas;
Desbalanceamento
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
▪ Depósitos de sujeira distribuídos irregularmente;
▪ Falta de homogeneidade do material (vazios);
▪ Excentricidade do cubo;
▪ Ajuste inadequado cubo/eixo (interferências de 0,0005"/ pol de ø eixo → API – 673);
▪ Uso ou não de chaveta no balanceamento;
▪ Rpm de balanceamento (rotores rígidos, flexíveis, em balanço);
▪ Falta de perpendicularismo entre rotor r eixo;
▪ Distorção de rotores provocada por aquecimento não-uniforme, alívio de tensões ou ação da 
força centrifuga;
▪ Temperatura de balanceamento;
▪ Corrosão ou desgaste não-uniforme do rotor;
▪ Palhetas quebradas;
▪ Peso de balanceamento que se solta;
Causas de um Desbalanceamento
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
▪ Ruptura de anéis travantes (vergalhões) entre as palhetas;
▪ Ventoinha do motor danificada;
▪ Montagem inadequada do acoplamento (chavetas não estão a 180º);
▪ Desbalanceamento do acoplamento (excentricidade, parafusos ou porcas de peso diferentes ou 
que faltam, etc.);
▪ Rotor com empeno no centro (flexa exagerada);
▪ Desbalanceamento magnético;
▪ Peças montadas no rotor após balanceamento (ex.: Polias, ventoinhas, etc.);
▪ Cruzetas de balanceamento mal fixadas;
▪ Em caso de compressores centrífugos, além das causas supracitadas, há possibilidade de arraste 
de partículas de água do intercooler (furado) com incidência nas pás do rotor;
▪ Rotores que trabalham com rotações diferentes (ex.: Centrifugas).
Exemplos de Defeitos
Causas de um Desbalanceamento
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Paralelo
Angular
Combinado
Desalinhamento - Tipos
Exemplos de Defeitos
• 1x rpm Alta na direção axial;
• Alta vibração no número de garras do acoplamento ou 
elementos x a rpm;
• Alta vibração em 2x rpm é muito comum. Mas, isto pode 
aparecer tanto na axial ou radial em 1, 2 e 3x rpm. Harmônicos 
da rpm acima de 4x são normalmente baixos;
Desalinhamento - Tipos
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Exemplos de Defeitos
Espectro característico de desalinhamento:
Fonte: LLK Engenharia
Fatores que podem influenciar num Alinhamento:
▪ Ancoragem das tubulações
▪ Juntas de expansão
▪ Parafusos soltos
▪ Trincas nas bases e colunas de sustentação
▪ Infiltração entre a base da máquina e o concreto
▪ Calços soltos
▪ Calços enferrujados
▪ Excesso de Calços
▪ Pinos guias soltos ou trincados 
▪ Desnivelamentos em geral
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Normalmente são causadas por peças soltas ou fixações 
defeituosas que geram vibrações com um grande número de picos 
harmônicos com ruído de fundo.
As principais causas são: 
▪ Bases trincadas
▪ Parafusos soltos 
▪ Eixos com fixação defeituosa
▪ Desgastes excessivos
Folgas Mecânicas
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Freqüência Predominante:
▪Caracterizado por um grande número de harmônicos 
múltiplos da freqüência de giro.
▪Muitas vezes direcional com amplitudes largamente 
diferentes nos sentidos horizontal e vertical.
▪As maiores amplitudes tipicamente ocorre no sentido 
radial, especialmente, no plano vertical para 
equipamentos com eixo horizontal.
Folgas Mecânicas
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Espectro característico indicativo de folgas Mecânicas:
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Desgaste em 
Engrenagens
Engrenamento
Exemplos de Defeitos
Engrenamento
Exemplos de Defeitos
▪Na análise de vibração produzidas por dentes de 
engrenagens,imperfeições de contato ou ações dinâmicas 
associadas, produzem freqüências de contato.
▪Sinais de vibração de menor intensidade que aparecem 
próximos dos sinais de harmônicos da freqüência fundamental.
• Freqüência Dominante:
– N° Dentes x RPM.
• Direção Dominante: 
– Usualmente Radial.
– Axial p/ helicoidais.
• Características:
– Bandas Laterais modulam c/ rotação.
– Severidade aumenta com amplitude
– Amplitude depende da carga.
Engrenamento
Exemplos de Defeitos
Espectro de vibrações característico de Engrenamento:
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Rolamentos
Exemplos de Defeitos
Elementos de máquinas mais estudados e pesquisados em termos 
de análise de vibrações pois raramente encontramos máquinas onde 
estes componentes não estão presentes.
• Quatro diferentes freqüências de falha de rolamento:
Pista 
Externa
(BPFO)
Pista 
Interna
(BPFI)
Esferas
(BSF)
Gaiola 
(FTF)
Rolamentos
Exemplos de Defeitos
Rolamentos
Exemplos de Defeitos
As técnicas de detecção de falhas em rolamentos mais difundidas 
são:
▪HFD (high frequency detection), onde o nível de aceleração é 
medido na faixa de 5 a 20 Hz.
▪Fator de crista (Crest Factor) onde a relação entre valores 
RMS e Pico são acompanhados, dando uma idéia do desgaste 
do elemento.
▪SPIKE ENERGY, 
▪Envelope Detection 
Espectro característico de rolamento defeituoso:
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Mancal de rolamento Mancal de deslizamento
Suporte por
elementos rolantes
Suporte por
elemento lubrificante
- Hidrostático
- Hidrodinâmico
Seleção do mancal
Rigidez eamortecimento da 
máquina rotativa
Desempenho das máquinas
MANCAIS
Aumento da razão potência / peso de máquinas:
- projetos de rotores mais velozes
- eixos mais flexíveis
- redução do tamanho das partes rotativas
- operação com mais estágios
- redução da folga entre as partes rotativa e estacionária
Maior potencial a problemas de vibração
Mancais hidrodinâmicos consistem em componentes vitais para a atenuação 
das vibrações excessivas em máquinas rotativas.
Quando utilizar mancais de deslizamento?
- Motores de automóveis e aviões 
- Motores a gás e a óleo 
- Motores marítimos 
- Máquinas a vapor estacionárias 
- Bombas e compressores alternativos 
- Turbinas a vapor 
- Motores e bombas rotativas 
ALTA VELOCIDADE
e/ou
ALTA POTÊNCIA 
Modelo de um eixo apoiados em mancais
Materiais utilizados – Mancais de deslizamento
- Metal patente (liga de Estanho-Antimônio-Cobre);
- Liga de Cobre e Chumbo;
- Bronze;
- Alumínio;
- Polímeros;
- Metal babite;
Mancal Babite liga metálica muito usada em mancais 
para se reduzir o atrito mecânico.
Uma composição típica desta liga apresenta 80% de chumbo, 
15% de antimônio e 5% de estanho.
Vantagens: - amortece as vibrações, diminuindo assim os 
choques e os ruídos; 
- construção simples, bem como permite 
formatos variados; 
- produção e projeto de mancais para grandes 
máquinas (diâmetros) possuem custo menor;
- suportam altas cargas e velocidades. 
Desvantagens: - atrito maior de partida;
- consumo maior de lubrificante;
- exige maiores cuidados com a circulação do 
lubrificante e manutenção;
- exije uma dedicação maior no projeto;
Quais as vantagens e as desvantagens?
Fonte: LLK Engenharia
Mancais de deslizamento
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Mancais de deslizamento
Exemplos de Defeitos
Normalmente vibrações em mancais de deslizamento são 
provocados por:
▪ Folgas excessivas
▪ Problemas de lubrificação
▪ Carregamento impróprio
▪ Rompimento do filme de óleo lubrificante
Fonte: LLK Engenharia
Mancais de deslizamento
Exemplos de Defeitos
A freqüência predominante da vibração pode ocorrer a várias faixas de 
freqüência :
▪ 0,4-0,48x RPM - Sub-harmônicos,
▪ 1XRPM, 
▪ 2XRPM,
▪ 3XRPM 
▪ Harmônicos mais altos, dependendo do projeto do mancal e a aplicação. 
Fonte: LLK Engenharia
Mancais de deslizamento
Exemplos de Defeitos
Espectro característico de mancais de deslizamento:
Principais falhas em mancais de deslizamento
- Falha na lubrificação;
- Desgaste;
- Fadiga;
- Erosão por cavitação;
- Desgaste por adesão na partida;
- Efeitos químicos;
- Efeitos térmicos;
- Danos elétricos;
- Materiais incompatíveis;
- Defeitos de fabricação.
por falha na lubrificação 
durante a partida
por desgaste devido à 
contaminação por partículas
por oxidação do lubrificante por fadiga originada de 
vibração excessiva
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Freqüência de passagens de pás;
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Elétricos
Exemplos de Defeitos
• É muito importante: análise de vibrações de motores, determinar se o 
problema é elétrico ou mecânico.
• Contudo: não existe uma separação clara entre estes.
• Problema elétrico no estator: as vibrações aparecerão numa freqüência 
igual ao dobro da rede (120 Hz).
• Problema no rotor: as vibrações estarão presentes na freqüência do 
rotor e suas harmônicas serão moduladas pelo número de pólos vezes o 
escorregamento ( slip).
Elétricos
Exemplos de Defeitos
▪ A principal causa de falha em rotores (além dos rolamentos): é 
relacionada com as barras rotativas e é importante detectar as falhas 
nestas, nos primeiros estágios de desenvolvimento. 
Elétricos
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Uma falha em um motor elétrico geralmente progride como a seguir :
Exemplos de Defeitos
1°- Quebra de 
uma barra 
rotativa devido 
às altas tensões 
geradas na 
partida.
2°- Ocorre 
calor 
localizado na 
região da 
barra 
quebrada, 
empenando o 
rotor.
3°- Quando a barra 
quebra, surge 
centelhamento 
causando calor 
adicional e empeno 
do
rotor. 
(rebalanceamento 
não inibe o problema)
4°- Barras adjacentes 
recebem mais 
corrente e desta 
maneira estão 
sujeitas a maiores 
tensões mecânicas e 
calor. 
Fonte: LLK Engenharia
Elétricos
Exemplos de Defeitos
Essas falhas desencadeiam em:
1°- Mudanças na trajetória da 
corrente (barra quebrada). 2°- Produção de Fluxos 
harmônicos
3°- Introdução de corrente 
no enrolamento do 
estator
4°- Harmônicos da freqüência da rede (bandas 
laterais = número de pólos * escorregamento)
5° Falha iminente
Fonte: LLK Engenharia
Espectro de vibrações característico de defeitos Elétricos em 120 Hz:
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias;
• Freqüência de passagens de pás.
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Correias
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Correias
Exemplos de Defeitos
São uma das mais comuns e significantes fontes vibratórias em máquinas 
industriais, mas geralmente são as últimas a serem investigadas
Correias frouxas : 
▪ Tendem a escorregar
▪ Desgastam-se com facilidade
▪ Favorecem o aparecimento de 
ondas estacionárias
Correias apertadas:
▪ Têm desgaste acentuado,
▪ Carregam radialmente os mancais 
▪ Aumentam os níveis de vibração da 
própria correia
Fonte: LLK Engenharia
Esquema Cálculo comprimento de Correias
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Correias
Exemplos de Defeitos
▪ A freqüência de vibração de uma correia é o número de vezes por 
segundo que ela completa um ciclo. correia
poliapolia
correia
L
RRPM
F


2
   222 rRCrRLcorreia  
Fonte: LLK Engenharia
Correias
Exemplos de Defeitos
Se as correias forem identificadas como fonte de vibração de alto 
nível deve-se verificar: 
▪ O alinhamento das polias
▪ A condição dos gornes 
▪ Condições da correia
Fonte: LLK Engenharia
• Desbalanceamento;
• Desalinhamentos;
• Folgas mecânicas;
• Engrenamentos;
• Rolamentos;
• Mancais de deslizamento
• Elétricos;
• Correias;
• Freqüência de passagens de pás.
Exemplos de Defeitos
Fonte: LLK Engenharia
Freqüência de passagens de pás
Exemplos de Defeitos
Freqüência de passagem de pás (BPF) = número de pás ou vãos x rpm
Fonte: LLK Engenharia
Freqüência de passagens de pás
Exemplos de Defeitos
Excitações na freqüência de passagem de pás podem ser causadas 
por:
▪ Anel impulsor mal posicionado em relação ao rotor
▪ Obstruções que perturbam o fluxo
▪ Má Instalação do rotor na carcaça
▪ Excesso de curvas abruptas na tubulação