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Análise de Vibração
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Análise de Vibração
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Análise de Vibração
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Análise de Vibração - Introdução
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Todas as máquinas em funcionamento produzem vibrações que, aos poucos, as levam a um processo de deterioração.
Essa deterioração é caracterizada por uma modificação da distribuição de energia vibratória pelo conjunto dos elementos que constituem a máquina.
Observando a evolução do nível de vibrações, é possível obter informações sobre o estado da máquina.
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O princípio de análise das vibrações baseia-se na idéia de que a estrutura das máquinas excitadas pelos esforços dinâmicos (ação de forças) dão sinais vibratórios, cuja freqüência é igual à freqüência dos agentes excitadores.
Se captadores de vibrações forem colocados em pontos definidos da máquina, eles captarão as vibrações recebidas por toda a estrutura.
O registro das vibrações e sua análise permitem identificar a origem dos esforços presentes em uma máquina operando.
Análise de Vibração - Introdução
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Por meio da medição e análise das vibrações de uma máquina em serviço normal de produção detecta-se, com antecipação, a presença de falhas que devem ser corrigidas:
Rolamentos deteriorados;
Engrenagens defeituosas;
Acoplamentos desalinhados;
Rotores desbalanceados;
Eixos deformados;
Lubrificação deficiente;
Folga excessiva em buchas;
Falta de rigidez;
Problemas aerodinâmicos;
Cavitação.
Análise de Vibração - Introdução
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Manutenção Preditiva e Análise de Vibração
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Para a implantação da Manutenção Preditiva em máquinas rotativas, através da medida e análise de vibrações, torna-se necessário estabelecer os seguintes parâmetros:
Tipo de aparelho de medição e registro das vibrações;
Lista dos equipamentos a serem medidos com respectiva identificação e cadastramento no sistema de manutenção;
Levantamento de dados construtivos e operacionais dos equipamentos, tais como: rolamentos, número de dentes das engrenagens, rotação, potência, desenhos construtivos, etc.;
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Histórico de manutenção dos equipamentos;
Escolha dos pontos de medição e sua identificação no sistema e na máquina;
Grandezas a serem medidas para cada ponto;
Níveis de alarme para cada ponto de medição;
Periodicidade das medições;
Programação dos pontos de coleta de dados;
Informações e relatórios periódicos.
Manutenção Preditiva e Análise de Vibração
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O gráfico que registra os níveis globais registrados ao longo do tempo, chama-se CURVA DE TENDÊNCIA.
Através dessa curva, pode-se extrapolar com os resultados obtidos, realizando uma previsão da data de ocorrência de níveis de falha programando-se assim as intervenções com antecedência.
Curvas de Tendência
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A vibração é um movimento oscilante ou de trepidação de uma máquina ou de algum elemento de máquina, saindo de sua posição de estabilidade (estática ou dinâmica).
Como exemplo, tomemos uma massa suspensa presa ao referencial por uma mola, e que se movimenta a partir de sua posição neutra (repouso) até os limites superior e inferior, retornando à sua posição neutra, conforme a figura.
Vibração Convencional - Fundamentos
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Vibração Convencional - Fundamentos
Y
T
Neste ponto, estará completo UM CICLO DE OSCILAÇÃO.
Dizemos que existe VIBRAÇÃO quando este ciclo se repete várias vezes numa unidade de tempo.
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Vibração Convencional - Fundamentos
O TEMPO gasto para completar UM CICLO é chamado PERÍODO e, a quantidade de ciclos numa unidade de tempo é chamada FREQUÊNCIA DO MOVIMENTO.
Registrando graficamente este movimento temos o traçado senoidal desta “oscilação” ,que obedece às leis cinemáticas do “MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES - MHS”.
Nas máquinas temos caracterizado um movimento rotacional que segue as leis cinemáticas do “MOVIMENTO CIRCULAR UNIFORME - MCU”, por tratar-se de rotação constante no momento da medição.
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Vibração Convencional - Fundamentos
Movimento harmônico com projeção de um ponto que se move numa circunferência
Y
WT
D0
D0
Θ=WT
2π
Comparando os movimentos MHS e MCU, percebemos que as equações matemáticas obedecem aos mesmos princípios e são representadas, de forma simplificada, como se segue:
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Deslocamento
D = D0.sen.WT
D0
Velocidade
V = V0.sen.WT
WD0
Aceleração
A = A0.sen.WT
W²D0
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Vibração Convencional - Fundamentos
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Vibração Convencional - Fundamentos
O deslocamento é inversamente proporcional ao quadrado da freqüência. Quanto maior a freqüência, menor o deslocamento. 
Este parâmetro é utilizado para freqüências muito baixas (F≤100Hz) principalmente para identificar as seguintes causas de vibrações:
Desbalanceamento
Desalinhamento
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Vibração Convencional - Fundamentos
A velocidade é inversamente proporcional à freqüência. Quanto maior a freqüência, menor a velocidade.
Este parâmetro é utilizado para freqüências baixas (F≤1000Hz) principalmente para identificar as seguintes causas de vibrações:
Desbalanceamento;
Desalinhamento;
Folgas;
Falta de Rigidez;
Excentricidade;
Problemas Elétricos;
Vibrações Hidráulicas;
Vibrações Hidrodinâmicas;
Correias Defeituosas;
Rolamentos Defeituosos;
Engrenagens Defeituosas.
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Vibração Convencional - Fundamentos
A aceleração não depende da freqüência. Este é um parâmetro privilegiado em análise de vibrações pelo seu grande domínio de freqüências (0≤F≤20000Hz); utilizada principalmente para identificar as seguintes causas de vibrações:
Desbalanceamento;
Desalinhamento;
Folgas;
Problemas Elétricos,
Problemas em Rolamentos (Principalmente).
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Grandezas Físicas da Vibração
As principais grandezas são físicas da vibração são:
Amplitude
Frequência
Fase
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Grandezas Físicas da Vibração - Amplitude
A AMPLITUDE relaciona-se com a quantidade de energia contida no sinal vibratório mostrando a criticidade e capacidade destrutiva dos eventos presentes.
É plotada no “EIXO Y” cartesiano e pode ser medida em Deslocamento, Velocidade e Aceleração.
Amplitude
Métrico
Inglês
Deslocamento
Velocidade
Aceleração
Mícron
mm/s
m/s²
Mils
in/s
G
1,0 G=9,81 m/s²
Observação:
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Grandezas Físicas da Vibração - Amplitude
Amplitude
F
Pico
Pico a Pico
RMS
PICO = 1.0
PICO A PICO = 2 x PICO
RMS = 0.707 x PICO
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Grandezas Físicas da Vibração - Amplitude
PICO: O Valor de Pico é particularmente válido para indicação de
choques de curta duração, porém indicam somente a ocorrência do pico, não levando em consideração o histórico no tempo da onda.
PICO A PICO: O Valor Pico a Pico indica o percurso máximo da onda, e pode ser útil onde o deslocamento vibratório da parte da máquina é crítico para a tensão máxima ou folga mecânica é limitante.
RMS (ROOT MEAN SQUARE): é a medida de nível mais relevante, porque leva em consideração o histórico no tempo da onda e dá um valor de nível o qual é diretamente relacionado à energia contida, e portanto, à capacidade destrutiva da vibração.
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 A FREQUÊNCIA informa sobre a natureza dos eventos repetitivos.
Relaciona-se com a rotação fundamental da máquina, de forma proporcional inteira ou fracionada, identificada no espectro com harmônicas da rotação.
É plotada no “EIXO X” cartesiano e pode ser medida em:
CPM = Ciclos Por Minuto
CPS = Hz = Ciclos Por Segundo
Grandezas Físicas da Vibração - Freqüência
1 CPM = 60 Hz
Observação:
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Grandezas Físicas da Vibração - Freqüência
A
Freqüência
1 x RPM
9,8 x RPM
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 A FASE informa sobre a interação cinética entre os esforços atuantes e a reação física da máquina ou componentes.
Em máquinas rotativas temos o seguinte evento:Em um ponto de referência da máquina temos a atuação da força num determinado instante “t” e, para toda ação existe uma reação igual e contrária.
Contudo, em função da IMPEDÂNCIA MECÂNICA dos sistemas, estamos diante de um amortecimento da força de ação, o que torna a força de reação menor do que a de ação.
Grandezas Físicas da Vibração - Fase
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Grandezas Físicas da Vibração - Fase
Ação
Reação
Fase
A força de AÇÃO é rotacional e, quando ocorrer a REAÇÃO, o ponto forçante não mais estará no ponto de referência. 
Esta diferença angular é chamada de FASE DO MOVIMENTO.
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Sensores de Vibração
Nas medições de vibração há três parâmetros que representam o movimento detectado:
 Deslocamento
 Velocidade
 Aceleração
Estes parâmetros podem ser medidos por uma variedade de sensores de movimento e são matematicamente relacionados:
Velocidade é a primeira derivada do deslocamento
Aceleração é a primeira derivada da velocidade
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Sensores de Vibração
A seleção de um sensor de deslocamento, velocidade ou aceleração depende do tipo e design do equipamento a ser monitorado, das freqüências de interesse e dos níveis de sinais envolvidos.
Sensor de Deslocamento
Sensor de Velocidade
Sensor de Aceleração
Aceleração
Velocidade
Deslocamento
Velocidade
Deslocamento
Deslocamento
Parâmetro
1ª Integração
2ª Integração
Sensor de Vibração
-
-
-
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Sensores de Deslocamento
Sondas de correntes parasitas sem contato são os principais sensores utilizados para medir o deslocamento.
Este deslocamento pode estar relacionado com a velocidade de rotação, posicionamento do rotor ou ainda vibração radial do eixo.
Estes sensores são comumente conhecidos como "Sondas de proximidade" ou “Sondas de deslocamento” e são aplicados em máquinas que utilizam mancais de deslizamento.
Tem excelente resposta a baixas freqüências e podem ser utilizados para medições de fase das vibrações.
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Sensores de Deslocamento
Campo Magnético
Corrente Parasita
Deslocamento
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Sensores de Velocidade
Sensores de velocidade são utilizados para medições de vibração de baixa e média freqüência. Eles são úteis para o monitoramento de vibração e em operações de balanceamento em máquinas rotativas.
Em comparação com os acelerômetros, os sensores de velocidade possuem menor sensibilidade às vibrações de alta freqüência.
Os sensores de velocidade podem ser de dois tipos:
Captadores de Velocidade (Sensor Tradicional)
Sensor de Velocidade Piezoelétrico (Acelerômetro Integrado)
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Sensores de Velocidade
Os tradicionais ou "captadores de velocidade“, são um projeto mecânico que utilizam um sistema eletromagnético (bobina e um magneto) para gerar o sinal de velocidade.
Sua principal vantagem é a medida direta da velocidade. Porém tem como desvantagens seu desgaste ao longo do tempo, devido às partes móveis, e também sua sensibilidade à orientação de montagem.
Já “sensores de velocidade piezoelétricos” (acelerômetros integrados internamente) são mais comuns atualmente, devido a melhoria da sua capacidade de geração de sinais. São menores e mais resistentes por não possuírem partes móveis.
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Tipos de Sensor – Captador de Velocidade
Imã
Mola
Conector
Bobina
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Sensores de Aceleração
O sensor de aceleração ou acelerômetro é versátil, confiável e muito popular para monitoramento de vibração em máquinas e equipamentos. Para uma dada vibração mecânica, os acelerômetros piezoelétricos possuem sinal ao longo de um intervalo amplo de freqüências, tipicamente até 20 kHz, e são muito úteis para todos os tipos de medições de vibração.
A aceleração pode ser integrada para velocidade, sendo utilizada para medições de baixa freqüência. Já com sinais de alta freqüência, através de técnicas de processamento como Envelope de Aceleração, torna-se muito útil nas medições em mancais de rolamento.
Ao combinamos acelerômetros com equipamentos de vibração capazes de integrar sinais a partir da aceleração; criamos a possibilidade de um programa de monitoramento com vários parâmetros de vibração.
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Tipos de Sensor – Acelerômetro
Cristais Piezoelétricos
Mola
Conector
Massa
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Montagem dos Sensores
A configuração de montagem depende dos requisitos da medição dinâmica de vibração, tais como freqüência e faixa de amplitude.
Outros fatores a serem considerados são o local de montagem, proibições, a acessibilidade e temperatura.
Em geral, existem quatro configurações de montagem:
 Pontas de Prova
 Bases Magnéticas
 Adesivo ou Base Adesiva
 Parafusos Prisioneiros
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Montagem dos Sensores
A tabela seguinte ilustra cada método.
A observação é clara de como o método de montagem afeta a gama de freqüências que podem ser medidas.
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Pontas de Prova
Pontas de Prova são comumente usadas nas inspeções em programas de monitoramento.
A tarefa principal de qualquer programa é o exame básico da medição de vibração para procurar mudanças nas tendências, ao invés de medidas absolutas.
Assim, a ponta de prova oferece uma maneira rápida e conveniente de localização do sensor.
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Pontas de Prova
A atenuação da freqüência deste método ainda é insuficiente para afetar a vibração de rotação dos componentes da maioria das máquinas.
No entanto, o treinamento e a dedicação do operador são necessários para garantir que as medições feitas tenham razoável repetibilidade, devendo-se considerar uma maior freqüência medições, pois as pontas de prova podem ter ressonâncias estruturais na freqüência do intervalo da vibração de interesse.
As pontas de prova devem ser feitas em aço, não excedendo 150 mm (6 polegadas) de comprimento.
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Base Magnética
Suportes ou bases magnéticas também são populares na inspeção de equipamentos em programas de monitoramento de vibração.
Este método remove as variações associadas com as pontas de prova sendo aplicado por diferentes usuários, e tendo uma melhor resposta de freqüência, embora ainda reduzida quando comparada com parafuso prisioneiro ou bases adesivas.
As bases magnéticas estão disponíveis com superfícies planas para locais planos ou dois pólos para superfícies curvas.
Garantir que o ímã está firmemente em contato com o ponto de medição é vital para boas leituras de vibração.
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Base Magnética
Base Magnética Plana
(Superfícies Planas)
Base Magnética com Dois Pólos
(Superfícies Curvas)
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Adesivo ou Base Adesiva
Se não for possível furar para instalar um parafuso prisioneiro na caixa de mancal da máquina, para a instalação de um sensor, um adesivo ou base adesiva é recomendado.
A rigidez de um suporte adesivo é muito dependente da adequabilidade do adesivo utilizado para o meio ambiente a qual o sensor estará exposto e se o mesmo foi aplicado de acordo com as instruções do fabricante.
O adesivo acrílico é o tipo de adesivo mais recomendado para este tipo de montagem.
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Adesivo ou Base Adesiva
Quando se utiliza um adesivo, o sensor pode ser ligado diretamente à máquina ou a uma base adesiva.
A base adesiva é plana em uma face e tem um pino roscado na outra. Após a base ser aderida à máquina, o sensor é roscado no parafuso prisioneiro.
Um fluido de acoplamento deve ser aplicado na face do parafuso prisioneiro em que se encaixa o sensor.
A utilização de uma base adesiva é recomendada se a remoção repetida do sensor for necessária.
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Adesivo ou Base Adesiva
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Parafusos Prisioneiros
A utilização de parafusos prisioneiros na montagem de sensores garantem ampla gama de freqüências de medição em sistemas demonitoramento de alta freqüência e em ambientes agressivos.
O ponto de montagem sobre a estrutura deve ser 1,1 vezes maior do que o diâmetro da superfície do sensor.
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Parafusos Prisioneiros
O furo roscado deve ser perpendicular à superfície de montagem e de pelo menos dois segmentos de rosca mais profundo que o parafuso. Isto impedirá folgas entre o sensor e a superfície de montagem, produzindo uma resposta de freqüência ideal.
O torque adequado no parafuso de montagem deve ser observado. O torque baixo reduz a rigidez do acoplamento do sensor; o torque alto pode causar danos permanentes a rosca do sensor ou do parafuso.
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Posicionamento dos Sensores – Caixas de Mancal
Horizontal
Vertical
Axial
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Posicionamento dos Sensores - Bombas
Horizontal
Vertical
Axial
Vertical
Axial
Horizontal
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Posicionamento dos Sensores - Redutores
Horizontal
Axial
Vertical
Vertical
Axial
Horizontal
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Posicionamento dos Sensores – Motores Elétricos
Horizontal
Vertical
Axial
Horizontal
Vertical
Axial
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Existem dois tipos de monitoramento de vibrações em equipamentos:
Monitoramento ON-Line - Os sensores são instalados permanentemente na máquina e conectados a um sistema de monitoramento.
Monitoramento OFF-Line - As medições são realizadas em intervalos regulares por uma pessoa portando um coletor de dados.
Tipos de Monitoramento
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Tipos de Monitoramento
ON-Line
OFF-Line
Equipamento Portátil
Equipamento Fixo
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Criticidade da máquina para o processo
Custo de manutenção da máquina
Conseqüências de uma pane em termos de segurança
Estratégia da empresa
Tipos de Monitoramento
O tipo de monitoramento a ser aplicado a uma máquina depende de alguns critérios:
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Os parâmetros de monitoramento são definidos em uma base de dados que contém:
As características do sinal a medir: Sensor, grandeza, tipo de detecção, ...
O formato da aquisição: Temporal, espectro, ordem, envelope.
As características da aquisição: Freqüência, tamanho do bloco, enjanelamento, …
A natureza e as características das informações extraídas das aquisições: Amplitudes máxima, média ou RMS, energia, amplitude de uma dada freqüência, tratamento de um sinal específico.
Parâmetros de Monitoramento
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Estando os parâmetros definidos, o monitoramento consiste em: 
Coletar periodicamente as medições permitindo a estratificação dos parâmetros.
Comparar os valores com os limites pré-definidos 
Acompanhar a evolução com o tempo dos valores (histórico da evolução).
Interpretar as evoluções e ultrapassagens dos limites (elaboração do diagnóstico).
Analisar os espectros e sinais temporais a fim de confirmar o diagnóstico.
Interpretação das Medições
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A evolução com o tempo dos parâmetros de monitoramento fornecem indicadores preciosos para o diagnóstico.
Interpretação das Medições – Análise das Tendências
tempo 
Equipamento A
Equipamento B
Limite
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Geralmente são pré-definidos dois limites:
Limite de Alarme - Indica que uma mudança significante ocorreu. A máquina pode geralmente continuar funcionando durante a fase de análise do problema.
Limite de Perigo - Nível além do qual a continuação do funcionamento da máquina pode provocar um dano. Uma intervenção para reduzir as vibrações ou a parada da máquina é necessária. 
Interpretação das Medições – Limites
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Estes limites podem ser determinados utilizando:
Normas ISO
Recomendações do fabricante.
Um estado de referência: os valores dos limites são extrapolados de um momento ou de um estado da instalação que foi julgado satisfatório. O método de extrapolação depende do tipo da máquina e também da experiência do analista.
Interpretação das Medições – Limites
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Limites Recomendados (ISO-10816-6)
De acordo com o ISO-10816-1, existem limites de vibração recomendados para diferentes classes de máquinas.
Os valores numéricos atribuídos às zonas não tem a intenção de servir como especificação de aceitação, as quais devem estar sujeitas à acordos entre o fabricante da máquina e o cliente.
Os limites da zona, entretanto, devem garantir que defeitos grosseiros ou requisitos irrealistas sejam evitados.
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Limites Recomendados (ISO-10816-6)
Definição dos principais termos:
Rígida: uma fundação de máquina com os suportes da máquina rigidamente conectados ao palete da máquina e/ou o piso sólido das instalações.
Flexível: uma máquina com fixação flexível entre os suportes da máquina e a fundação ou piso das instalações. O exemplo mais comum é uma máquina em que isoladores de vibração (mecanismos flexíveis de amortecimento da vibração) separam a máquina da fundação.
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Limites Recomendados (ISO-10816-6)
Classe I: peças individuais de motores e máquinas integralmente conectadas à máquina durante a operação normal. Motores elétricos de produção a, no máximo, 15 kW são exemplos de máquinas desta categoria.
Classe II: máquinas de tamanho médio (normalmente motores elétricos com saída de 15 kW a 75 kW) sem fundações especiais, motores ou máquinas montados rigidamente (até 300 kW) em fundações especiais.
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Limites Recomendados (ISO-10816-6)
Classe III: grandes motores principais e outras máquinas grandes com massas rotativas montadas em fundações rígidas e pesadas que sejam relativamente rígidas na direção das medições de vibração.
Classe IV: grandes motores principais e outras máquinas grandes com massas rotativas montadas em fundações relativamente macias na direção das medições de vibração (por exemplo, conjuntos de turbogeradores e turbinas a gás com saídas superiores a 10 MW).
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Limites Recomendados (ISO-10816-6)
Zona A: Vibração de máquinas recentes instaladas.
Zona B: Máquinas com vibração normalmente aceita, para operação sem restrição a longo prazo.
Zona C: Máquinas com vibração considerada insatisfatória para operação contínua. Geralmente, a máquina pode ser operada por um período limitado nessa condição, até que ocorra uma oportunidade para corretiva.
Zona D: Valores de vibração dentro desta zona são, normalmente, considerados suficientemente graves para causar danos à máquina.
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Limites Recomendados (ISO-10816-6)
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pol./smm/s
0,010,28
0,020,45
0,030,71
0,041,12
0,071,80
0,112,80
0,184,50
0,287,10
0,4411,20
0,7018,00
1,1028,00
1,7745,90
Máquina
Velocidade da Vibração Vrms
BOM
SATISFATÓRIO
INSATISFATÓRIO
INACEITÁVEL
Classe I 
Máquinas 
Pequenas
Classe II 
Máquinas 
Médias
Classe III 
Fundação 
Grande e 
Rígida
Classe IV 
Fundação 
Grande e 
Macia