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Curso de Manutenção Industrial (Mecânica)

VIBRAÇÕES MECÂNICAS

Diagnóstico de avarias através da análise de Vibrações

O Docente: Eng. Victor Jaime Tamele

Conteúdo

• Causas ou principais fontes de vibração;

• Possíveis efeitos das vibrações;

• Controle de vibrações;

• Diagnóstico de avarias através da análise de Vibrações;

• Desbalanceamento.

11-03-15 O Docente: Eng. Victor Jaime Tamele 2

Causas ou principais fontes de vibração

• Desbalanceamentos de massas girantes;

• Desalinhamentos de eixos, correias, correntes;

• Folgas generalizadas e bases de máquinas soltas;

• Defeitos em dentes de engrenagens;

• Mancais de suportes defeituosos;

• Escoamentos de fluido turbulentos, cavitação de bombas;

• Transportes aéreo, férreo;

• Explosivos, terramotos, abalos sísmicos, etc. 11-03-15 O Docente: Eng. Victor Jaime Tamele 3

Possíveis efeitos das vibrações

• Desconforto humano;

• Alto risco de acidentes nas instalações;

• Desgaste prematuro dos componentes;

• Falha da estrutura, colapso;

• Quebras inesperadas, paradas repentinas;

• Perdas de energia e desempenho das máquinas;

• Baixa qualidade dos produtos, falta de acabamento.


Controle de vibrações

• Eliminação das fontes (balanceamentos, alinhamentos,

reapertos, lubrificação, ajuste de rigidez, etc);

• Isolamento das partes (amortecedores);

• Atenuação da resposta (reforços estruturais, massas

auxiliares, mudança da frequência de ressonância).



• Cada componente de um sistema mecânico produz, consoante as suas características um sinal vibratório próprio.

• A conjugação de todos esses sinais gera o movimento vibratório extremamente complexo de um sistema mecânico real.

• O diagnóstico de avarias através da análise de Vibrações consiste em conseguir extrair do sinal emitido pelo sistema as assinaturas mais preponderantes para esse sistema, conseguindo assim identificar a fonte dos problemas e intervir de uma forma mais assertiva.




Exemplo de um sinal vibratório no Domínio temporal


Através da análise de vibrações de conjuntos mecânicos é possível identificar uma variedade de falhas e as mais comuns que respondem pela maior parte das ocorrências em manutenção são:

• Desbalanceamento;

• Desalinhamento;

• Componentes soltos;

• Defeitos em mancais de rolamentos;

• Defeitos em engrenagens.



• O desbalanceamento ocorre quando há uma distribuição desigual de massa em torno da linha central de rotação de um eixo, gerando cargas nos mancais como resultado das forças centrífugas.


Massa desbalanceando o eixo

Desbalanceamento


As principais causas para o desequilíbrio são: • Corrosão; • Desgaste; • Erosão; • Fractura; • Desapertos Mecânicos; • Tensões originadas em gradientes térmicos.


Desbalanceamento


As principais causas para o desequilíbrio são: • Balanceamento executado de maneira inadequada,

deixando o desbalanceamento residual; • Por qualquer razão; depósito de material estranho

em alguma das pás do rotor, desbalanceado as massas;

• Empeno permanente ou temporário; • Excentricidade entre os componentes acoplados.


Desbalanceamento


• O desbalanceamento pode ser identificado no espectro de frequências como um pico com valor igual ao valor de rotação do eixo.


1x RPM

Desbalanceamento


• Algum desbalanceamento existe em todas as máquinas, a

questão principal é saber qual o desbalanceamento

admissível para cada uma delas.

• Esse pico em 1xRPM, normalmente domina o espectro,

apresentando um ângulo de fase estavel e repetitivo.

• A amplitude de vibração é função da rotação, aumenta

aproximadamente com o quadrado desta.


Desbalanceamento


• Peças soltas e folgas exageradas vão amplificar os efeitos do desbalanceamento, as vezes, a ponto de não ser possível reduzir a vibração somente com o balanceamento.


Desbalanceamento



Desbalanceamento

No desequilíbrio a vibração é produzida pela força centrifuga que é dada por:

Logo é possível afirmar que a força da vibração será tanto mais severa quanto mais rotativa for a maquina.



Desbalanceamento

Corpo em rotação totalmente equilibrado


• Desbalanceamento estático;

• Desbalanceamento semi-estático;

• Desbalanceamento de momento ou binário;

• Desbalanceamento dinâmico.


Tipos de Desbalanceamento


• É definido como a excentricidade do centro de

gravidade de um rotor, causado por uma massa

desequilibrada a um certo raio do centro de rotação.

• Pode ser corrigido pela colocação de uma massa de

correcção no plano ortogonal ao eixo de rotacao.


Desbalanceamento estático


• Caracteriza-se pelo eixo de rotação do corpo conter

o centro de gravidade do corpo, no entanto a

distribuição da massa do rotor não é axisimétrica em

relação a este eixo.

• Para corrigir o desbalanceamento binario são

necessarias duas massas para cada uma anular o

efeito de cada massa de desbalanceamento.11-03-15 O Docente: Eng. Victor Jaime Tamele 19

Desbalanceamento de momento ou binario


• Ocorre quando o eixo principal de inércia corta o

eixo de rotação do rotor em um ponto fora do centro

de gravidade.

• Este tipo de desbalanceamento pode ser causado

pela combinação de desbalanceamento estático e

binario.


Desbalanceamento semi-estático


• É fundamentalmente uma sobreposição de efeitos

dos dois tipos de desbalanceamento.

• Neste caso para além do eixo de rotação não

coincidir com o eixo principal de inércia do corpo, o

centro e gravidade também não está contido no eixo

de rotação.


Desbalanceamento dinâmico



Desbalanceamento

Fonte de vibracao

Frequencia de excitacao

Plano de accao

Amplitude Caracteristica do espectro

Estatico 1X Radial Estavel Faixa estreita

Dinamico 1X Radial _ Harmonicos na ordem 1X

No acoplamento

1X Radial + Axial

_

Motor em balanco

1X Radial + Axial

_

Tabela de Diagnóstico - Desbalanceamento


O procedimento de balanceamento consiste na realização das seguintes etapas:

• Medição da vibração inicial;• Montagem de massa de teste e nova medição;• Definição da massa de correção e da posiçãao

angular para montagem;• Montagem da massa de correção e realização de

nova medição.


Balanceamento



Desbalanceamento - Exemplo Desbalanceamento - Exemplo 1º caso – Massas opostas (Eixo sem desbalanceamento)

Massas no disco: Sinal coletado com eixo a 20 hz:

Não há freqüência indicativa de falha

no espectro

Tempo FrequênciaMassa 2

Massa 1



Desbalanceamento - Exemplo Desbalanceamento - Exemplo

2º caso – Massas a 90º


Surge pico no espectro a 20 hz

Massa 2

Massa 1

Tempo Frequência




3º caso – Massas lado a lado (situação mais crítica)


Pico com alta amplitude

Tempo FrequênciaMassa 2

Massa 1



Comparando os espectros dos 3 sinais coletados a 20hz (1200 rpm):


Massas opostas Massas a 90º Massas lado a lado


FIM

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