Introdução Às Vibrações

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 Chedas Sampaio, Março 2014 06/03/2014 Introdução às vibrações 1 por Chedas  Sampaio Março 2014 Introdução às vibrações Introdução às vibrações, por Chedas Sampaio 1 ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO Vibração Vibração mecânica Vibrações  no controlo de condição Exemplos de aplicação Introdução às vibrações,  por Chedas Sampaio 2

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Vibrações mecânicas

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 1

    porChedasSampaioMaro2014

    Introduos vibraes

    Introduosvibraes,porChedasSampaio1

    ESTRUTURADAAPRESENTAOVibrao

    VibraomecnicaVibraesnocontrolodecondioExemplosdeaplicao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio2

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 2

    VIBRAO

    Introduosvibraes,porChedasSampaio3

    FactoVibrao

    O Universo e a Vida so movimento. Grande parte dessemovimento manifestase na forma de oscilaes ouvibraes:

    LuzMovimentodosplanetasMarsSomMolculasCoraoFala

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibration.Seetheunseen4

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 3

    Oque?Vibrao

    o movimento de um ponto ou sistema oscilando em tornode uma posio de referncia (equilbrio esttico).

    Introduosvibraes,porChedasSampaio5

    Medese, instante a instante, o afastamento (amplitude) doponto ou sistema relativamente posio de referncia.

    Comosemede?Vibrao

    SinalnotempoIntroduosvibraes,porChedasSampaio

    6

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 4

    Emqueunidadesdemedidasemedeaamplitude?Vibrao

    As vibraes podem ser medidas em deslocamento [mm],velocidade [mm/s] ou acelerao [m/s2] ou [g].

    Tambm comum apresentaremse as vibraes emdcibeis:

    Introduosvibraes,porChedasSampaio7

    Emqueunidadesdemedidasemedeaamplitude?Vibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio8

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 5

    Classificaodavibrao PresenadaexcitaoVibrao

    Livre a vibrao manifestada por um sistemaquando perturbado da sua posio derepouso e deixado a vibrar sem aco dequalquer fora ou momento. A oscilao deum pndulo ou de um automvel quandobate num ressalto so exemplos.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    a vibrao manifestada por um sistemaquando sujeito a uma excitao que seprolonga no tempo. A vibrao que resultada rotao de um ventilador desequilibradoou a cavitao de uma bomba so exemplosdeste tipo de vibrao.

    Forada

    9

    Classificaodavibrao PresenadeamortecimentoVibrao

    Noamortecida a vibrao manifestada por um sistema que no temdissipao de energia. uma vibrao terica uma vez queno existem sistemas reais que no apresentem dissipaode energia. Um sistema sem amortecimento, uma vezexcitado, nunca mais pra.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Pndulo

    Amortecida a vibrao manifestada por um sistema que tem dissipaode energia. Em vibrao livre tende a parar, uma vez que aenergia dissipada no reintroduzida no sistema.

    10

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 6

    Classificaodavibrao ComportamentolinearVibrao

    Linear a vibrao manifestada por um sistema cujo Princpio daSobreposio se aplica. Os sistemas que exibem pequenas amplitudesde vibrao podem, muitas vezes, ser considerados lineares.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    A resposta excitao total dosistema igual soma das respostasa cada uma das excitaesconsideradas isoladamente, quesomadas constituem a excitaototal.

    f1(t)

    f2(t)f3(t)

    x3(t)

    x1(t)

    x2(t)

    f(t)

    x (t)

    Nolinear a vibrao manifestada por um sistema cujo Princpio daSobreposio no se aplica. Os sistemas que exibem grandesamplitudes de vibrao normalmente so no lineares. 11

    Classificaodavibrao PrevisodaposioVibrao

    Aleatria Nas mquinas, so normalmente deorigem hidrulica ou aerodinmica. Soexemplos a cavitao e certasinstabilidades hidrulicas em bombascentrfugas, bem como turbulncias deescoamento em ventiladores. Nasestruturas so originadas por aco dovento ou do mar.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Determinstica(peridica)So as mais importantes quando setrata de caracterizar a condio dasmquinas. A cada ciclo de rotao dseuma repetio da ocorrncia dosfenmenos na mquina, a maior partedos quais se manifestam na forma devibraes peridicas. Nas estruturas soresultantes da aco de mquinas emfuncionamento na proximidade. 12

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 7

    Classificaodavibrao DuraoVibrao

    Estacionria a vibrao que dura mais que ointervalo de aquisio. Nasmquinas em funcionamento e nasestruturas operacionais estsempre presente.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Transiente Nas mquinas ocorremnormalmente nos arranques eparagens, ou quando muda acondio de funcionamento. Tminteresse para a identificao defrequncias de ressonncia,velocidades crticas e choques emrolamentos e engrenagens. Nasestruturas ocorrem por aco desismos, exploses, passagem decomboios, etc.. 13

    VibraoharmnicaVibrao

    A forma mais simples de vibrao a VIBRAOHARMNICA.

    Todas as outras formas de vibrao no so mais que a somade vibraes harmnicas.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio14

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 8

    VibraoharmnicaVibrao

    A forma mais simples de vibrao a VIBRAOHARMNICA.

    Todas as outras formas de vibrao no so mais que a somade vibraes harmnicas.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio15

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    A amplitude da vibrao harmnica a amplitude mxima.

    Amplitude

    Introduosvibraes,porChedasSampaio16

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 9

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    O nmero de movimentos completos (ciclos), ou repeties domovimento, por unidade de tempo (segundo) chamado deFrequncia, cuja unidade mais usual o Hertz [Hz].

    Frequncia

    Introduosvibraes,porChedasSampaio17

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    Tambm costuma ser apresentada em ciclos por minuto, CPM,ou em rotaes por minuto, RPM.

    Frequncia

    Introduosvibraes,porChedasSampaio18

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 10

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    A posio inicial do ponto, no instante (t=0) em que secomeou a medir, conhecida por Fase e indicada emRadianos ou em Graus.

    Fase

    Introduosvibraes,porChedasSampaio19

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    X

    T

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    T perodof frequnciaX pico fase

    20

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 11

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    1derivada

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Deslocamento

    Velocidade

    2derivadaAcelerao

    21

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    1derivada

    2derivada

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Deslocamento

    Velocidade

    Acelerao

    22

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 12

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    EXEMPLO 1: identifique a seguinte harmnica3

    [s]

    23

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    EXEMPLO 1: identifique a seguinte harmnica1ciclo 2ciclos 3ciclos4ciclos 5ciclos 5ciclosem1s

    5Hz[s]

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 13

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    EXEMPLO 1: identifique a seguinte harmnica

    4quadrante

    1quadrante

    1mascomoongulodo4quadrante

    [s]

    rad]

    25

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    EXEMPLO 2: uma harmnica de 12 Hz tem a amplitude de 2gs. Qual ser a sua amplitude em velocidade?

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 14

    Vibraoharmnica propriedadesVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    EXEMPLO 3: uma vibrao tem amplitudes mximas de 1m/s2 , de 15.92 mm/s e 253.30 m. Diga se esta vibrao harmnica?

    27

    VibraoperidicaVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibraoperidica

    28

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 15

    VibraoperidicaVibrao

    +

    +

    =

    +

    +

    =

    Introduosvibraes,porChedasSampaio29

    VibraoperidicaVibrao

    +

    +

    =

    +

    +

    =

    Introduosvibraes,porChedasSampaio30

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 16

    VibraoperidicaVibrao

    Introduosvibraes,porChedasSampaio31

    VibraoperidicaVibrao

    FFT

    IFFT

    SinalnoTEMPO SinalnaFREQUNCIA

    A Fast Fourier Transform permite determinar quais as harmnicas(amplitude, frequncia e fase) que compem a vibrao medida.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio32

    Anliseemfrequncia(LabView)

    Anliseemfrequncia(MathCad)

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 17

    VIBRAOMECNICA

    Introduosvibraes,porChedasSampaio33

    FactoVibraomecnica

    Algumas vezes as vibraes so desejadas:

    Avibraodascordasvocais Avibraodascordasdeumaviolaoupiano Avibraodeumcrivo Avibraodeumatelatransportadora Avibraodeumcompactador Avibraodeummartelopneumtico

    Introduosvibraes,porChedasSampaio34

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 18

    FactoVibraomecnica

    Outras vezes no: Avibraoprovocadaporumterramoto

    Avibraodeummotorelctricocomfaltadeumafase

    Avibraodeumaturbinacomrotordesequilibrado

    Aoscilaodoautomvel Obalanodonavio Avibraotransmitidaaummecanismodeprecisooucontrole

    Introduosvibraes,porChedasSampaio35

    FactoVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio36

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 19

    FactoVibraomecnica

    Problemas estes que se devem a deficiente PROJECTO demquinas e estruturas:

    Milleniumbridge Londres(10Jun2000)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio37

    FactoVibraomecnica

    A deficiente MANUTENO:

    Introduosvibraes,porChedasSampaio38

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

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    FactoVibraomecnica

    E a deficiente OPERAO:

    Introduosvibraes,porChedasSampaio39

    ObjectivosdoestudodavibraoVibraomecnica

    1. Compreensodofenmeno(vibraolivreevibraoforada,identificaoemodelaodaspropriedadesdinmicas)

    2. Soluodeproblemas(projecto,isolamento,absoro,equilibragem,)

    3. Previsodocomportamentodesistemasdinmicos

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    ManutenoOperaoProjecto

    DetecoDiagnstico

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 21

    1. Indstria ProjectodeEstruturaseMquinas AvaliaodoestadodaestruturaeIdentificaododano

    (StructuralHealthMonitoring) AvaliaodoestadodamquinaeIdentificaododano

    (ConditionMonitoring) Testesdevibrao(fadiga,resistnciasvibraeseao

    choque,simulaodetransporte,...) Processos(crivos,telastransportadoras,compactadores,...)

    AplicaesVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio41

    2. Desporto Projectodeobjectos(calado,raquetes,dardos,tacos,...) Projectodeveculos(desportomotorizadoeno

    motorizado)

    AplicaesVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio42

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 22

    AplicaesVibraomecnica

    3. Msica Projectodeinstrumentos

    4. Sade Efeitodasvibraesnocorpohumano(sadeehigieneno

    trabalho) Incomodidade Treino(estimulaomuscular) Tratamentos

    Introduosvibraes,porChedasSampaio43

    Procedimentodeestudo(anlise)devibraesVibraomecnica

    A representao do comportamento dinmico dos sistemasmecnicos por modelos tericos fundamental para acompreenso da vibrao.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Uma vez na posse da descrio terica dessas caractersticasnaturais dinmicas, ou seja, do modelo matemtico que asrelaciona, estaremos em posio de o aplicar numavariedade de situaes como sejam:

    detecodedanoemestruturas validaodemodelostericos modificaoestrutural projectoestrutural etc... Canho

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 23

    Procedimentodeestudo(anlise)devibraesVibraomecnica

    Como a maior parte dos sistemas reais (mquinas eestruturas) so muito complexos, o seu estudo dinmicoenvolve normalmente um processo de simplificao naconstruo do modelo.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio45

    Apesar da maior parte dos sistemas reais serem contnuos, oseu comportamento pode muitas vezes ser representadopor um modelo de parmetros discretos cujos elementosidealizados so:

    ModelaomatemticaVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    amassa amola oamortecedor aexcitao

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 24

    No modelo, conhecido por modelo de 1 grau de liberdade,por s ser necessria uma coordenada para descrever omovimento da massa, os 3 primeiros elementos descrevemo sistema.

    ModelaomatemticaVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    mk c

    f(t)A energia armazenada na massa e namola sob a forma de energia cintica epotencial, respectivamente. A energia entrano sistema pela excitao e dissipada noamortecedor.

    47

    Nos sistemas mecnicos a massa apresenta dois tipos demovimento:

    GraudeliberdadeVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Movimento de translao Movimento de rotao

    A translao o movimento ao longo de um eixo. Soexemplos o deslizamento de uma caixa numa rampa ou ombolo num cilindro.

    A rotao o movimento em torno de um eixo central. Soexemplos as rodas de um carro e o rotor de um ventilador.

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  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 25

    Definese grau de liberdade como o nmero mnimo decoordenadas independentes, requeridas para determinarcompletamente a posio de todas as partes de um sistemaem qualquer instante do tempo.

    GraudeliberdadeVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    A coordenada Y (distncia aoponto morto inferior) suficiente para descrever omovimento do mbolo.

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    Exemplos de modelos de 1 grau de liberdadeModelode1graudeliberdade

    Vibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio50

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 26

    Exemplos de modelos de 2 graus de liberdadeModelode2grausdeliberdade

    Vibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio51

    Exemplos de modelos de 3 graus de liberdadeModelode3grausdeliberdade

    Vibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio52

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 27

    FactoVibraomecnica

    A vibrao dos sistemas mecnicos est intimamenterelacionada com 3 propriedades fsicas:

    MassaouInrcia

    Amortecimento

    Rigidez

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Armazenamentodeenergiapotencial

    Armazenamentodeenergiacintica

    Dissipaodeenergia

    53

    FactoVibraomecnica

    A vibrao dos sistemas mecnicos envolve a transfernciada energia potencial para energia cintica e da energiacintica para energia potencial, alternadamente. Se osistema amortecido, alguma energia dissipada em cadaciclo de vibrao e dever ser substituda por uma fonteexterna se se pretende uma vibrao estacionria.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio54

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 28

    FactoVibraomecnica

    Para um sistema mecnico vibrar necessrio um input ouexcitao (fora ou momento). A resposta, ou output, dosistema depende da excitao, das condies iniciais, dascondies de fronteira e das suas propriedades dinmicas(massa, amortecimento e rigidez).

    Introduosvibraes,porChedasSampaio55

    FactoVibraomecnica

    A vibrao livre, manifestada pelos sistemas mecnicos,ocorre sempre s mesmas frequncias, variando estas com osistema, da chamaremse Frequncias Naturais e serem, porisso, uma propriedade fsica tal como o peso ou a cor.

    O conhecimento desta propriedade tem sido fundamentalno desenvolvimento de reas da Cincia to distintas como:

    AMedicinaAsTelecomunicaesAEngenhariaEstruturalAMsica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Viblivre(WModel)

    Viblivre(MathCad)

    56

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 29

    FactoVibraomecnica

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibraolivre

    57

    FactoVibraomecnica

    Quando um sistema mecnico forado a vibrar a uma dassuas frequncias naturais, a amplitude da vibrao mxima podendo mesmo levar ao colapso do sistema.

    RESSONNCIA

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibforada(WModel)

    58

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 30

    FactoVibraomecnica

    Quando um sistema mecnico forado a vibrar a uma dassuas frequncias naturais, a amplitude da vibrao mxima podendo mesmo levar ao colapso do sistema.

    RESSONNCIA

    Introduosvibraes,porChedasSampaio59

    RessonnciaVibraomecnica

    Testedoimpacto

    Testedorunup

    Introduosvibraes,porChedasSampaio60

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 31

    VibraomecnicaRessonncia

    Introduosvibraes,porChedasSampaio61

    FactoVibraomecnica

    Em ressonncia, o sistema mecnico vibra frequncia natural a queest a ser forado e exibe uma forma caracterstica de deformao.

    MODODEVIBRAO

    Introduosvibraes,porChedasSampaio62

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 32

    FactoVibraomecnica

    Em ressonncia, o sistema mecnico vibra frequncia natural a queest a ser forado e exibe uma forma caracterstica de deformao.

    MODODEVIBRAO

    Introduosvibraes,porChedasSampaio63

    FactoVibraomecnica

    Em ressonncia, o sistema mecnico vibra frequncia natural a queest a ser forado e exibe uma forma caracterstica de deformao.

    MODODEVIBRAO

    Introduosvibraes,porChedasSampaioVibforada(WModel)64

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 33

    FactoVibraomecnica

    Em ressonncia, o sistema mecnico vibra frequncia natural a queest a ser forado e exibe uma forma caracterstica de deformao.

    MODODEVIBRAO

    Introduosvibraes,porChedasSampaio65

    VIBRAESNOCONTROLODECONDIO

    Introduosvibraes,porChedasSampaio66

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    Introduosvibraes 34

    ManutenoVibraesnocontrolodecondio

    Manuteno a combinao de todas as aces tcnicas,administrativas e de gesto durante o ciclo de vida de umbem, destinadas a mantlo ou replo num estado em quepossa cumprir a funo requerida.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio67

    Definio (NP EN 13306:2007)

    Planeamento Preparao

    ProgramaoExecuo

    Oquehparafazer? Comofazer?

    Quandofazer?Fazer

    Introduosvibraes,porChedasSampaio68

    ManutenoVibraesnocontrolodecondio

    Funes fundamentais:

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    Introduosvibraes 35

    SistemadeManutenoPlaneada

    SistemadeRecolhaeTratamento

    deDadosManutenoPreventivaSistemticaManutenoPreventivaCondicionada

    (ControlodeCondio)

    Histrico

    Introduosvibraes,porChedasSampaio69

    ManutenoVibraesnocontrolodecondio

    ControlodecondioVibraesnocontrolodecondio

    o processo de determinao da condio das mquinas eestruturas, enquanto em funcionamento, para prever eprogramar a reparao mais eficiente antes da ocorrnciada falha catastrfica.

    Este tipo de manuteno no s evita trabalhos noprogramados e prejuzos elevados de paragens imprevistascomo ajuda a encomenda atempada de sobresselentes, agesto mais eficaz do pessoal e o planeamento de mltiplasreparaes no momento adequado.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio70

    Definio

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    Introduosvibraes 36

    ControlodecondioVibraesnocontrolodecondio

    Testes e medies no destrutivas, de avaliao decondio, so executadas periodicamente para obterinformao sobre a condio ou sade das mquinas eestruturas, em funcionamento, e assim ajudar na decisosobre a sua reparao ou melhoria antes da ocorrncia defalha catastrfica.

    Assim, a oportunidade das aces de reparao ousubstituio CONDICIONADA pelo conhecimento doestado real (condio) da mquina ou estrutura.

    Introduosvibraes,porChedasSampaio71

    Descrio

    ControlodecondioVibraesnocontrolodecondio

    AvaliaopermanentedoestadoIdentificaododano

    e

    Introduosvibraes,porChedasSampaio72

    Objectivos

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    Introduosvibraes 37

    ControlodecondioVibraesnocontrolodecondio

    ComparaoMEDIOACTUALversusMEDIODEREFERNCIAouNORMASEVERIDADEMEDIOACTUALversusMEDIESANTERIORESeANLISEDETENDNCIAMEDIOACTUALversusOUTRASMQUINASOUESTRUTURASIGUAIS

    MediesperidicasExtracodeparmetros/indicadoressensveisaodano

    AnliseestatsticadosindicadoresFiabilidadedosindicadores

    Introduosvibraes,porChedasSampaio73

    Avaliao permanente do estado

    ControlodecondioVibraesnocontrolodecondio

    DETECO1. Deteco(Hdano/avaria?)

    DIAGNSTICO2. Localizao(Onde?Qual?)3. Classificao(Quetipo?)4. Quantificao(Qualagravidade?)5. Previso(Quantotempo?)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio74

    Identificao do dano

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 38

    ControlodecondioVibraesnocontrolodecondio

    Tcnicaslocais:InspecovisualUltrasonsCorrentesEddyRaiosgamaElevadocusto,exploraointermitente

    ParmetrosprocessuaisTermografiaInspecovisualVibraesAnlisesdosfluidosUltrasons...Tcnicasglobais:

    VibraesFibrapticaReconhecimentodepadresestatsticosMenorcusto,exploraocontnua

    Introduosvibraes,porChedasSampaio75

    Tcnicas/Tecnologias

    Estruturas Mquinas

    Facto a tcnica com MAIOR APLICAO no controlo de condiode MQUINAS e CRESCENTE a sua aplicao na avaliaodo estado de ESTRUTURAS.

    Vibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio76

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 39

    Facto

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Baseiase na medio de aceleraes, velocidades oudeslocamentos das chumaceiras das mquinas atravs detransdutores piezoelctricos e, na maioria das mquinascrticas, na medio de rbitas e deslocamentos do veioatravs de transdutores eddycurrent.A deteco de avarias fazse normalmente pelo nvel devibrao que pode ser comparado com dados histricos(valores de referncia) ou com normas de severidadenacionais e internacionais.

    Vibraesnocontrolodecondio

    77

    Facto

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    O diagnstico um processo bem mais complexo e baseiasena relao que existe entre as frequncias presentes navibrao medida e os tipos de avarias.

    Para o diagnstico so necessrias tcnicas deprocessamento donde sobressai a fast fourier transform cujafinalidade mostrar o contedo de frequncia do sinalmedido.

    Vibraesnocontrolodecondio

    78

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 40

    Vantagens

    Detecta a maior parte das avarias. Detecta as avarias na sua fase incipiente. Detecta as avarias sem ser necessrio parar a

    mquina. Permite diagnosticar a causa da avaria.

    Vibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio79

    AplicaoVibraesnocontrolodecondio

    MotoresalternativosCompressores

    MotoreselctricosBombas

    VentiladoresTurbinas...

    PontesEdifciosAeronavesNavios

    Outrasestruturascivisemecnicas

    Estruturasesistemasmecnicos(Structuralhealthmonitoring)

    Mquinasrotativasealternativas(Conditionmonitoring)

    Desalinhamento

    Fendas...Introduosvibraes,porChedasSampaio

    80

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 41

    A determinao da condio actual baseada na interpretaode sinais no tempo e espectros de frequncia considerando:

    1. Adirecodavibrao2. Cadaamplitude,frequnciaefasedasdiferentes

    componentesdoespectro3. Aidentificaodasfrequncias estruturais

    (ressonnciaevelocidadescrticas)4. Aidentificaodasfrequnciasdeorigem

    mecnicae/ouhidrulica5. Aidentificaodosmodosdevibrao

    DeterminaodacondioVibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio81

    E segue o seguinte procedimento:1. Verificao da repetibilidade e rigr da medio2. Localizao da fonte de vibrao3. Clculo de parmetros normalizados (em condies de

    funcionamento de referncia, para comparao com normasou com valores do histrico (mesma mquina, outras iguais)

    4. Interpretao dos espectros (por bandas e freqs caractersticas)5. Interpretao das harmnicas e rharmnicas6. Anlise das diferentes amplitudes (em termos absolutos ou

    relativos, por relao de fases, direces de medida, por taxade variao no tempo e por alteraes em funo davelocidade ou outro parmetro de funcionamento)

    ProcedimentoVibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio82

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 42

    Ondesemede?

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibraesnocontrolodecondio

    83

    Ondesemede?

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    VibraesnocontrolodecondioOs pontos de medida devero ser identificados.Normalmente sero numerados em ordem crescente doaccionador para o accionado.

    84

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 43

    Quesensoresseutilizam?Vibraesnocontrolodecondio

    Sensordeproximidade

    Acelermetro

    Introduosvibraes,porChedasSampaio85

    Queequipamentosseutilizam?Vibraesnocontrolodecondio

    Sensorfotoelctrico

    Introduosvibraes,porChedasSampaio86

    Medio

    Lmpadaestroboscpica(1 e2)

    ColectordedadosouAnalisadordevibraes

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 44

    Queequipamentosseutilizam?Vibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio87

    ComputadorporttilcomsoftwaredeaquisioeSistemadeaquisiomulticanal

    Queequipamentosseutilizam?Vibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio88

    Transdutordefora

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 45

    Queequipamentosseutilizam?Vibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio89

    Shaker

    Marteloinstrumentado

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    A aplicao das tcnicas de Medio e Anlise de Vibraesna identificao do dano tem duas fases fundamentais:

    Deteco antecipadadaavaria(mediesperidicas,rotina,simples,alarmesautomticos,operadorexecuta)

    Diagnstico dacausadaavaria(mediesapedido,excepcionais,tcnicasavanadas,peritoexecuta)

    IdentificaododanoVibraesnocontrolodecondio

    90

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 46

    DetecoAlarmesdefinidoscombaseem:

    1. Medies de referncia (mquinanovaou1asmediesconhecidasoumediesapsgrandereparao)

    2. Mediesemmquinassemelhantes3. NormasdeSeveridade

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibraesnocontrolodecondio

    91

    DetecoAlarmesdefinidoscombaseemNormasdeSeveridade

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibraesnocontrolodecondio

    92

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 47

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    A deteco de avarias normalmente assegurada porcomputador com programa adequado. Existem 2 tipos dealarmes, alerta (aconselhase 8 dB ou 2.5x caso no exista umanorma ou experincia) e perigo (aconselhase 20 dB ou 10x casono exista uma norma ou experincia), que so parametrizveispelo utilizador. Estes alarmes podem ser escalares (tendncia) ouvectoriais (nvel):

    DetecoVibraesnocontrolodecondio

    93

    DetecoVibraesnocontrolodecondio

    Alarmesautomticos

    OperadorcomformaobsicaMediesperidicas

    Introduosvibraes,porChedasSampaio94

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 48

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    O diagnstico da avaria efectuado pelo perito aps adeteco. Existem variadas tcnicas e equipamentos que operito faz uso nesta situao. As tcnicas mais usadas so oespectro FFT, com as funes zoom e harmnicas, e osequipamentos so o colector de dados, a lmpadaestroboscpica e o sensor fotoelctrico.

    DiagnsticoVibraesnocontrolodecondio

    95

    DiagnsticoVibraesnocontrolodecondio

    Tcnicasdediagnstico

    Operadorcomformaoavanada

    Introduosvibraes,porChedasSampaio96

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 49

    Muitas das avarias em mquinas rotativas podero serevitadas desde que se adoptem procedimentos correctoscomo:

    Equilibragem adequadaAlinhamento precisoFuncionamento longe das frequncias naturaisLubrificao aconselhadaLimpeza

    BoasprticasVibraesnocontrolodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio97

    Medir sempre nas mesmas condies defuncionamento (presses, velocidade, carga, )

    No caso de ventiladores medir com os registostotalmente abertos

    Evitar o funcionamento de outras mquinas navizinhana

    E muitos falsos alarmes podero ser evitados se:Boasprticas

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Vibraesnocontrolodecondio

    98

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 50

    VibraesnocontrolodecondioAs vibraes que os sistemas mecnicos exibem dependemdas suas propriedades fsicas dinmicas e da excitao.

    Sistemamecnico Resposta

    Input(forae

    momento)

    Excitao

    (Inrcia,amortecimentoeelasticidade)

    Output(vibrao)

    Sensibilidadedasvibraessavarias

    Introduosvibraes,porChedasSampaio99

    Vibraesnocontrolodecondio

    Sistemamecnico

    f1(t)

    f2(t)

    f3(t)

    x1(t)

    x2(t)f4(t)f5(t)

    Excitaoexterna

    Excitaointerna

    Resposta

    Sensibilidadedasvibraessavarias

    Introduosvibraes,porChedasSampaio100

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 51

    Vibraesnocontrolodecondio

    Sistemamecnico

    Excitaoexterna

    Excitaointerna

    Resposta

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraoforada

    Introduosvibraes,porChedasSampaio101

    Vibraesnocontrolodecondio

    SistemamecnicoResposta

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraolivre

    Introduosvibraes,porChedasSampaio102

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 52

    Vibraesnocontrolodecondio

    Excitaoexterna

    Excitaointerna

    Resposta

    VentoVibraodeoutramquinaMar...

    Sistemamecnico

    SensibilidadedasvibraessavariasAlteraodaexcitaoexterna

    Introduosvibraes,porChedasSampaio103

    Vibraesnocontrolodecondio

    Sistemamecnico

    Excitaoexterna

    Excitaointerna

    Resposta

    DesequilbrioInjecodeficienteDesalinhamento...

    SensibilidadedasvibraessavariasAlteraodaexcitaointerna(avaria)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio104

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 53

    Vibraesnocontrolodecondio

    Sistemamecnico

    Excitaoexterna

    Excitaointerna

    Resposta

    FendaJuntadefeituosaApoiodegradado...

    SensibilidadedasvibraessavariasAlteraodaspropriedadesdinmicas(avaria)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio105

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    A medio da vibrao livre permite a deteco e odiagnstico de alteraes estruturais (propriedadesdinmicas):

    Massa

    Amortecimento

    Rigidez

    Introduosvibraes,porChedasSampaio106

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 54

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    A medio da vibrao forada permite a deteco e odiagnstico de alteraes na excitao:

    ExcitaoexternaExcitaointerna

    Introduosvibraes,porChedasSampaio107

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Frequncia indicaotipodeavariae/oucomponenteavariadoAmplitude indicaagravidadedaavariaFase permitedistinguiravariascomsintomassemelhantes

    Excitaointerna(avaria)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio108

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 55

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Desequilbrio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio109

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Desalinhamentoparalelo

    Introduosvibraes,porChedasSampaio110

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 56

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Desalinhamentoangular

    Introduosvibraes,porChedasSampaio111

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Empeno

    Introduosvibraes,porChedasSampaio112

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 57

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Desapertoestrutural

    Introduosvibraes,porChedasSampaio113

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondioDesaperto/folgaselementosrotativos

    Introduosvibraes,porChedasSampaio114

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 58

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Avariashidrulicaseaerodinmicas2VP

    VP

    Introduosvibraes,porChedasSampaio115

    SensibilidadedasvibraessavariasVibraesnocontrolodecondio

    Rolamentos

    Introduosvibraes,porChedasSampaio116

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 59

    EXEMPLOSDEAPLICAO

    Introduosvibraes,porChedasSampaio117

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio118

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 60

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio119

    1 21

    Oqueobteremosseacadainstantedavigaemvibraolivresubtrairmosambasasdeformadasoperacionais(refernciaecom

    dano),assimcomoascurvaturas?

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio120

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 61

    1 21

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Nota: modelo FEM de 20 elementos viga

    3gdl/n, com amortecimento

    viscoso proporcional soluo temporal obtida por mtodo

    Anlise Modal

    Diferenadasdeformadasoperacionais

    Diferenadascurvaturasdasdeformadasoperacionais

    121

    1 21

    Eoqueobteremosserepetirmosomesmoprocedimentomasparaavigaemvibraoforada?

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio122

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 62

    1 21

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    Nota: modelo FEM de 20 elementos viga

    3gdl/n, com amortecimento

    viscoso proporcional soluo temporal obtida por mtodo

    Anlise Modal

    Diferenadasdeformadasoperacionais

    Diferenadascurvaturasdasdeformadasoperacionais

    123

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio124

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 63

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio125

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio126

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 64

    FrequencyresponsefunctioncurvaturemethodNunoMaia(IST)eChedasSampaio(ENIDH)

    Structuralhealthmonitoring

    Introduosvibraes,porChedasSampaio127

    MediodevibraestorsionaisControlodecondio

    JooPais(Specman),VieiraAntunes(ITN)eChedasSampaio(ENIDH)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio128

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 65

    MediodevibraestorsionaisControlodecondio

    JooPais(Specman),VieiraAntunes(ITN)eChedasSampaio(ENIDH)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio129

    MediodevibraestorsionaisControlodecondio

    Umsinalrealsinusoidalrepresentadomatematicamentepor:

    AsuatransformadadeHilbert:

    OsinalanalticocujacomponenterealosinalecujacomponenteimaginriaarespectivatransformadadeHilbert:

    JooPais(Specman),VieiraAntunes(ITN)eChedasSampaio(ENIDH)

    Introduosvibraes,porChedasSampaio130

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 66

    MediodevibraestorsionaisJooPais(Specman),VieiraAntunes(ITN)eChedasSampaio(ENIDH)

    Seosinalformoduladoemfrequncia,(t) serosinalmodulador:

    Semultiplicarmososinalanalticoporretiramosdosinalanalticoafrequnciaportadora,f:

    AtransformadadeFourierpermitenosobterasfrequnciasdosinalmodulador:

    Controlodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio131

    MediodevibraestorsionaisJooPais(Specman),VieiraAntunes(ITN)eChedasSampaio(ENIDH)

    Controlodecondio

    Introduosvibraes,porChedasSampaio132

  • ChedasSampaio,Maro2014 06/03/2014

    Introduosvibraes 67

    Bibliografiaaconselhada

    Introduosvibraes,porChedasSampaio

    EngineeringVibration,4thed.2013,PrenticeHall,DanielInmanMechanicalVibrations,5thed.2010,AddisonWesley,SingiresuS.Rao

    Sitehttp://www.chedassampaio.net

    133

    FIM

    Introduosvibraes,porChedasSampaio134