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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃOPÓS-GRADUAÇÃO

FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS

Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá

Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos

Conteúdo do capítuloConteúdo do capítulo

Neste capítulo efetuaremos o estudo de:

3.1 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio do tempo;

3.2 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio da freqüência;

3.3 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio tempo-freqüência;

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas

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FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS

Capítulo 3.1 – Avaliação de falhas com o uso de técnicas no domínio do tempo

3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo

• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:

A medição de nível global é um método de análise aproximado da condição da máquina através do sinal de vibração, mensurando a amplitude do sinal, avaliada de diferentes formas.

• O valor RMS ou valor eficaz que mede a energia da vibração;

• O valor de pico-a-pico, que mede a amplitude máxima da onda fundamental. Esta medida é bastante útil quando a amplitude de deslocamento constitui um parâmetro crítico em relação às restrições de carga máxima.

• O valor de pico, ou de crista, parâmetro útil para identificar eventos de curta duração, como choques de curta duração, por exemplo.




Quando alguma característica mecânica é alterada as solicitações sobre os elementos mecânicos são alteradas modificando as freqüências que compõe a vibração do sistema.

O desgaste, presença de trincas, folgas, alterações no acoplamento, dentre outros fenômenos são alterações mecânicas que interferem na solicitação mecânica dos componentes e geram freqüências que se propagam pela estrutura do sistema alterando a vibração global




Este tipo de medição precisa de um valor de referência para identificação dos pontos de alarme pois a base de comparação passa a ser a própria máquina.



Parâmetros calculados a partir do sinal no domínio do tempo:

• Valor RMS (Root Mean Square)

• Valor de pico (Peak-Value)

• Fator de Crista (Crest-Factor)

• Curtose (Kurtosis)




O valor médio quadrático (RMS) é utilizado para indicar o nível de energia das vibrações do equipamento:

n = número de ponto do sinal xi(t) = sinal da vibração medido

O valor RMS é uma medida simples da energia da vibração, podendo ser utilizado para indicar deterioração das condições do equipamento.

O valor RMS sofre poucas alterações nos estágios iniciais dos danos nos elementos mecânicos, pois a energia total do sinal permanecerá praticamente inalterada.


n

ii

T

T

xn

dttxT

RMS1

2

0

2 1)(

1lim



Com a progressão da falha o valor RMS tende a aumentar pois o numero de picos no sinal cresce, desta forma é possível utilizar níveis de alarme para manutenção:

O monitoramento do equipamento através do valor RMS deve sempre considerar dados históricos para permitir uma avaliação dos pontos de parada e alarme.

3 - Ferramentas de diagnóstico de falhas3 - Ferramentas de diagnóstico de falhas


• Valor de pico (Peak-Value)

O valor de pico é o valor da maior amplitude presente no sinal.

Quando seu valor aumenta é um indicativo de que impactos começaram a surgir no equipamento com uma possível falha futura.

Geralmente seu valor aumenta antes do valor RMS, pois o valor de pico é pontual, já o valor RMS depende da energia global do sinal e demora mais para ser alterado.



• Fator de Crista (Crest-Factor)

É a relação entre o valor de pico e o valor RMS:

Conforme o início e a progressão da falha o fator de crista pode exibir aumentos abruptos, causados pelo aumento de um defeito localizado (aumenta o valor de pico, mas o valor RMS permanece praticamente o mesmo), sendo possível utilizá-lo como um indicador de monitoramento do surgimento de um defeito.


RMS

Pico de ValorCrista de Fator

RMS

Pico de ValorCrista de Fator


• Relação entre Valor RMS, Fator de Crista e valor de Pico:



• Curtose (Kurtosis)

A curtose é definida como sendo o valor do quarto momento estatístico da função distribuição da densidade de probabilidade:

Para mancais de rolamento o valor da curtose varia conforme o progresso da falha, sendo que cresce rapidamente quando a falha se inicia e continua crescendo até certa fase do progresso da falha, quando então com o aumento do valor RMS a curtose pode ser reduzida.


2

1

2

1

4

1

1

n

ii

n

ii

XXn

XXn

K



• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático

Nos discos serão acopladas massas para induzir desbalanceamento no eixo em 5 condições:

• Massas opostas a 180º (sem desbalanceamento)

• Massas a 135º, 90º e 45º

•Massas lado a lado (situação mais crítica)




Massas opostas a 180º (sem desbalanceamento):

* Esta seria a assinatura inicial “Baseline” da máquina, contra a qual os níveis de alarme seriam definidos.

m/s2




Massas opostas a 135º:

m/s2





m/s2




Massas opostas a 0º (massas lado a lado)

m/s2




Distribuição das massas:Monitoramento de desbalanceamento por Valor RMS

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

Posição das massas

Va

lor

RM

S

Valor RMS 0,0318 0,0357 0,0449 0,0483 0,0496

180º 135º 90º 45º 0º

Baseline

180º

135º

90º45º

0º

m/s2




Monitoramento de desbalanceamento por Valor RMS

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

Posição das massas

Va

lor

RM

S

Valor RMS 0,0318 0,0357 0,0449 0,0483 0,0496

180º 135º 90º 45º 0º

Baseline• Uma máquina nova teria repetidas medições com amplitude igual a do Baseline;

• Um nível de alarme especificado pelo usuário ou pelo fabricante da máquina poderia ser usada para identificar o ponto correto de parada



• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático para o aluno

• Com base nos sinais fornecidos do exemplo acima, elaborar rotina em um dos softwares a seguir para cálculo dos parâmetros RMS, valor de pico, Fator de Crista e Curtose.

• Softwares que podem ser utilizados: Matlab, Scilab, Octave ou Labview

• Os sinais estão disponíveis na base de dados do Teleduc

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