Projeto Final Pronto

1

PÓLO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDAESCOLA DE ENGENHARIA INDUSTRIAL METALÚRGICA DE VOLTA REDONDACURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

OLIVIA CRISTINA PETRIZ MONTEIRO

PROPOSTA DA CRIAÇÃO DE UMA BANCADA DE INSPEÇÃO POR

ULTRA-SOM PARA DETECTAR DEFEITOS EM ROLAMENTOS

VOLTA REDONDA – RJ2010

ii


PROPOSTA DA CRIAÇÃO DE UMA BANCADA DE INSPEÇÃO POR ULTRA-SOM PARA DETECTAR DEFEITOS EM ROLAMENTOS

Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Mecânica.

Orientador: José Flávio Feiteira, D.Sc.Co-Orientador : Jayme Pereira de Gouvêa, D.C.

Volta Redonda2010

iii


PROPOSTA DA CRIAÇÃO DE UMA BANCADA DE INSPEÇÃO POR ULTRA-SOM PARA DETECTAR DEFEITOS EM ROLAMENTOS

Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Mecânica da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Mecânica.

BANCA EXAMINADORA

Prof. José Flávio Feiteira, D.Sc-OrientadorUniversidade Federal Fluminense

Prof. Jayme Pereira de Gouvêa, D.C. – Co-OrientadorUniversidade Federal Fluminense

__________________________________________________________Prof. Renata Gonçalvez Faísca, D.Sc.

Universidade Federal Fluminense

Volta Redonda2010

iv

Dedico esse projeto à Deus e aos meu pais, que sempre estiveram comigo desde o início dessa caminhada.

Olivia Cristina Petriz Monteiro

v

AGRADECIMENTOS

A Deus, que me deu a vida, a minha saúde e muita força de vontade para alcançar os meus

objetivos;

Aos meus pais que abriram mão de tudo o que foi possível para ter sua filha formada;

Aos meus orientadores, que tiveram boa vontade e paciência em me ajudar;

Aos meus amigos de graduação, que formaram uma família para mim nesses 5 anos e que,

sem dúvidas, se não fossem eles eu não estaria aqui. Em especial as amigas Nátalie e

Carolina, por estarem sempre do meu lado, me ajudando nas provas, nos conselhos, no

incentivo, e pelos bons momentos que passamos juntas.

vi

“Somente os fortes alcançam a vitória, porque os fracos logo se deixam vencer pelo

desânimo. Somente os fortes conquistam os altos cumes, porque sabem escalar a montanha

passo a passo e lentamente vencer os percalços. Toda subida exige esforços, perseverança e

coragem. Aqueles que temem os desafios ou que já antecipam o fracasso são vencidos pelo

descrédito em si mesmos e serão, na certa, derrotados. Pois, antes de tudo, é a força interior

que nos faz capazes de vencer!”

Autor desconhecido

vii

RESUMO

As técnicas preditivas para monitorar defeitos em rolamentos são largamente

utilizadas nas empresas. Este trabalho teve como objetivo explorar uma técnica inovadora e

pouco utilizada nas empresas brasileiras e propor a criação de uma bancada para ensaios no

laboratório de metrologia da UFF para detectar defeitos em rolamentos por meio do ultra-

som.

A conclusão deste trabalho foi que é possível afirmar, por meios de pesquisas baseadas

em empresas que utilizam a técnica e por meio do processamento de alguns sinais analisados,

a viabilidade deste ensaio. Foi possível também propor uma bancada de ensaios baseado no

estudo das possíveis condições de trabalho do rolamento, simulando seus possíveis defeitos.

Palavras chaves: rolamento, técnica preditiva, ultra-som

viii

ABSTRACT

The predictive techniques for monitoring defects in ball bearings are widely used in

business. This study aimed to explore an innovative technology and unusual in Brazilian

companies and it proposes the creation of a workbench for testing in the laboratory of

metrology of UFF to detect defects in bearings by means of ultrasound.

The conclusion of this work was that it is possible to assert, by means of research

based companies that use the technique and by processing some signs analyzed the feasibility

of this test. It was also possible to propose a bench trial based on a study of possible working

conditions of the bearing, simulating their possible defects.

Keywords: bearing, predictive technique, ultra-sound

ix

Sumário

1.INTRODUÇÃO 13

1.1.Objetivos ..............................................................................................................................13

1.2.Estrutura do Trabalho...........................................................................................................14

2.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 15

2.1.Ondas....................................................................................................................................15

2.1.1.Classificação das Ondas 15

2.1.2.Propagação das Ondas 16

2.1.3.Elementos de um Onda 17

2.2. Oscilações Mecânicas Audíveis 18

2.2.1.Som 18

2.2.2.Tom 19

2.2.3.Ruído 19

2.2.4.Barulho 19

2.3.Produção do Som 19

2.4.Transmissão do Som 21

2.5.Características do Som 21

2.5.1.Altura 21

2.5.2.Intensidade 21

2.5.3.Timbre 22

2.6.Fenômenos Sonoros 22

2.7.O Ultra-Som 25

2.8.Efeito Piezoelétrico e Produção do Ultra-Som26

2.8.1.Tipos de Cristais Piezoelétricos 27

2.9.Transdutores 27

2.9.1.Parâmetros do Transdutor 28

2.9.2.Características dos Transdutores 30

2.10.Ensaio não Destrutivo por Ultra-Som30

3.ROLAMENTOS 32

4.MATERIAIS E MÉTODOS 43

4.1.Princípio de Funcionamento do Tradutor de Ultra-Som 45

x

4.2.Processo Eterodyning 46

4.3.Descrição do Equipamento 48

4.4.Frequência de Monitoramento 50

4.5.Criação da Linha de Base 50

4.6.Métodos para o Ensaio 51

4.7.Caracterização dos Estágios de Falha 51

4.8.Análise dos Sinais 52

5.PROPOSTA DE CRIAÇÃO DA BANCADA DE ENSAIOS 58

5.1.Orçamento da Bancada de Testes 64

5.2.Falhas Induzidas em Rolamentos 64

5.3.Procedimentos de Ensaio 65

6.CONCLUSÃO 67

7.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 68

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Onda transversal 16

Figura 2: Onda longitudinal 16

Figura 3: Elementos de uma onda 17

Figura 4: Espectro sonoro 18

Figura 5: Lâmina de aço oscilante 20

Figura 6: Aparelho auditivo humano 20

Figura 7: Representação da reflexão das ondas sonoras 23

Figura 8: Aparelho sonar 24

Figura 9: Efeito piezoelétrico 26

Figura 10: Deformação e vibração do cristal piezoelétrico 26

Figura 11: Figura esquemática do transdutor 28

Figura 12: Transdutor normal 28

Figura 13: Transdutor angular 29

Figura 14: Transdutor monocristal 29

Figura 15: Transdutor duplo cristal 30

Figura 16: Esquema do ensaio de ultra-som 31

Figura 17: Componentes do rolamento 32

Figura 18: Estetoscópio 44

Figura 19: Ensaio de vibração 44

Figura 20: Medidor de temperatura 45

Figura 21: Diagrama de blocos do tradutor 47

Figura 22: Aparelho detector de ultra-som 48

Figura 23: Módulo de contato 49

Figura 24: Fone de ouvido 49

Figura 25: Cabo de transferência de dados 49

Figura 26: Transdutor magnético50

Figura 27: Sinal do rolamento bom no domínio do tempo 54

Figura 28: Sinal do rolamento bom no domínio da frequência 55

Figura 29: Sinal do rolamento ruim no domínio do tempo 56

Figura 30: Sinal do rolamento ruim no domínio da frequência 57

xii

Figura 31: Bancada de ensaio por ultra-som 53

Figura 32: Inversor de frequência 55

Figura 33: Representação da polia 55

Figura 34: Desenho esquemático de um rolamento rígido de uma carreira de esfera 55

Figura 35: Representação do conjunto polia e rolamento 56

Figura 36: Suporte e eixo 57

Figura 37: Suporte e polia tensora 57

Figura 38: Bancada de ensaio com a polia tensora 58

Figura 39: Aparelho detector de ultra-som 58

1. INTRODUÇÃO

Na economia globalizada, a concorrência entre as indústrias vem se tornando

cada vez mais acirrada. Visando o aumento da qualidade e a diminuição dos custos, as

máquinas trabalham em alta produtividade e em grandes velocidades. Os rolamentos

espalham-se pelas indústrias como os elementos mais largamente usados para

transmitir força entre os componentes giratórios das máquinas. Eles são os grandes

responsáveis por paradas não planejadas quando sua falha não é detectada a tempo. O

desenvolvimento contínuo de sua tecnoligia tem reduzido substâncialmente a fadiga,

aumentando sua vida, porém, por causa do seu grande número associado a qualquer

processo crítico, falhas individuais podem acontecer em pequenos intervalos de

tempo, podendo resultar em falhas catastróficas.

A manutenção preditiva monitora a condição mecânica real, o rendimento

operacional, além de outros indicadores da condição operativa das máquinas e

sistemas de processo que irão fornecer os dados necessários para assegurar o intervalo

máximo entre os reparos. Também minimiza o número e os custos de paradas não

programadas criadas por falhas da máquina.

A importância da manutenção acarreta no surgimento de novas técnicas e

procedimentos que buscam possibilitar uma detecção rápida e confiável das falhas de

componentes.

Para contribuir na melhoria da qualidade da manutenção, será explorado neste

trabalho a técnica de detecção de falhas em rolamentos utilizando o ultra-som, bem

como uma proposta de criação de uma bancada para testes.

1.1. Objetivos

O presente projeto tem o seguinte objetivo geral:

14

Propor a criação de uma bancada de ensaios para o laboratório de metrologia da

UFF;

Este trabalho apresenta também como objetivos específicos os seguintes ítens:

Reunir informações por meio de artigos e experiências em outras empresas para se

fazer um estudo da viabilidade do ensaio de inspeção por ultra-som na detecção

de defeitos em rolamento por ultra-som;

Fazer um estudo sobre o funcionamento do equipamento de detecção de ultra-som;

Fazer um estudo sobre o método de ensaio;

Fazer o processamento de sinais, através do Matlab, de amostras capturadas em

um rolamento com e sem defeito.

1.2. Estrutura do Trabalho

O trabalho apresenta uma breve introdução sobre o tema proposto apresentando

seu objetivo geral e específico. É feita uma revisão bibliográfica para reforçar

conceitos importantes para o entendimento de ondas sonoras, som, ultra-som, efeito

piezoelétrico e transdutor. Todos esses conceitos ajudam no entendimento do

equipamento de ultra-som, que é a ferramenta de estudo desse trabalho.

Um capítulo é reservado para introduzir conceitos sobre rolamentos, cuidados

com manutenção, assim como suas possíveis falhas e causas. No capítulo destinado a

materiais e métodos é feito um estudo sobre o funcionamento do equipamento, uma

descrição de seus componentes, métodos de ensaio e o processamento de sinais

capturados de um rolamento.

No capítulo 5, é apresentada uma proposta de uma bancada de ensaio por ultra-

som para a detecção dos defeitos em rolamentos e um orçamento do principais

componentes da bancada. É proposto também sugestões para a indução de falhas em

rolamentos, assim como os procedimentos de ensaios .

Os últimos capítulos são destinados à conclusão e as citações das referências

bibliográficas utilizadas para o estudo e elaboração deste presente trabalho.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Ondas

A onda é um movimento causado por uma perturbação e este movimento se propaga

através de um meio. Pode -se citar como exemplo de onda quando uma pedra é atirada em um

lago de águas calmas. Este impacto irá gerar uma perturbação na água, gerando ondas que

irão se propagar pela superfície da água.

Algumas ondas não podem ser observadas a olho nu, como as ondas de rádio, de

televisão e ultra-violetas. A luz e o som também são formas de onda.

Pode-se dizer que toda forma de onda transmite energia através de um meio e este meio

não acompanha a propagação.

2.1.1. Classificação das Ondas

As ondas são classificadas quanto à sua natureza e quanto ao sentido de suas vibrações.

Quanto a sua natureza podem ser:

Mecânicas: necessitam de um meio material para se propagar.

Exemplo: corda de violão. A onda, neste caso sonora, propaga-se através do ar, até os

nossos ouvidos.

Eletromagnéticas: não necessitam de um meio material para se propagar.

Exemplo: luz, ondas de rádio, televisão, raios x, raios gama etc.

Quanto ao sentido da vibração, as ondas classificam-se em:

16

Transversais: numa onda transversal, as partículas vibram em direção

perpendicular à direção de propagação da onda, como mostrado na figura 1.

Figura 1: Onda transversal

Longitudinais: as partículas vibram na mesma direção da propagação da onda,

conforme figura 2.

Figura 2: Onda longitudinal

Quanto à direção de propagação as ondas são classificadas como:

Unidimensionais: que se propagam em apenas uma direção, como as ondas em

cordas e molas esticadas;

Bidimensionais: são aquelas que se propagam por uma superfície, como as água

em um lago quando se joga uma pedra;

Tridimensionais: são capazes de se propagar em todas as dimensões, como a luz e

o som.

2.1.2. Propagação das Ondas

Para Callegari (2009), quando um átomo ou molécula é deslocado da sua

posição de equilíbrio por uma força, tensões internas agem de modo a restaurar as

17

partículas às suas posições originais. Devido às forças interatômicas entre partículas

adjacentes de material, o deslocamento de um ponto induz deslocamentos nos pontos

vizinhos, propagando assim uma onda elástica. A amplitude, o modo de vibração e a

velocidade das ondas diferem em sólidos, líquidos e gases justamente devido às

diferenças na distância média entre as partículas em cada um desses casos. Assim, as

ondas terão uma maior velocidade em sólidos, e menor em gases.

Existe uma relação entre a velocidade da onda em um sólido, o seu comprimento

e sua freqüência. Como na maioria dos casos, a velocidade da onda no material não

varia, freqüências maiores geram comprimentos de ondas maiores, de acordo com a

equação (1):

V= λ×f (1)

Onde V é a velocidade (m/s), f é a freqüência (Hz) e λ é o comprimento de onda (m).

2.1.3. Elementos de uma Onda

Analisando a figura 3 e fazendo uma analogia ao exemplo da pedra atirada à

lagoa, pode-se identificar cada um dos elementos de uma onda:

Figura 3 : Elementos de uma onda

Crista: são os pontos mais altos da onda (A, C, E, G).

Vales: são os pontos mais baixos da onda (B, D, F).

Comprimento: é a distância de uma crista à outra (ou de um vale a outro).

18

Amplitude: é a altura da crista, medida a partir da superfície calma da lagoa (linha

de repouso).

Freqüência: é o número de ciclos pela unidade de tempo. A unidade de medida de

freqüência é o hertz (Hz). 1 Hz = 1 ciclo/segundo

Ciclo: movimento completo de um ponto qualquer da onda, saindo de sua posição

original e voltando a ela.

Velocidade de propagação: a velocidade de propagação de uma onda é função do

meio que ela percorre. Para diferentes materiais temos diferentes velocidades de

propagação.

2.2. Oscilações Mecânicas Audíveis

2.2.1. Som

Bonjorno (1992) e Soares (1984) descrevem o som como aumentos e reduções

periódicas da densidade do ar, ou seja, compressão e rarefação. Recorrendo à

definição dada pela ABNT(1959), o som é "toda e qualquer vibração ou onda

mecânica em um meio elástico dentro da faixa de audio-freqüência." Uma vez que o

som é uma onda, ele apresenta todas as propriedades das ondas.

Conforme cita Bonjorno ( 1998 ), as ondas sonoras são ondas longitudinais, isto

é, são produzidas por uma seqüência de pulsos longitudinais.

As ondas sonoras podem se propagar com diversas freqüências, porém o ouvido

humano é sensibilizado somente quando elas chegam a ele com freqüência entre 20 Hz

e 20.000 Hz, aproximadamente. O espectro sono está representado na figura 4.

Figura 4: Espectro sonoro

Quando a freqüência é maior que 20 000 Hz, as ondas são ditas ultra-sônicas, e

menor que 20 Hz, infra-sônicas. As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são

audíveis pelo ouvido humano. As ondas infra-sônicas são produzidas, por exemplo,

19

por um abalo sísmico. Os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como

morcego e o cão.

O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por vibrações

periódicas. O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações

aperiódicas.

2.2.2. Tom

É qualquer oscilação mecânica audível composta por uma única freqüência. Sua

forma de onda é representada por uma senóide. Não se encontram tons puros na

natureza.

2.2.3. Ruído

É o fenômeno audível, cujas freqüências não podem ser discriminadas, porque

diferem entre si por valores inferiores aos detectáveis pelo aparelho auditivo. Aparece

em um analisador espectral como um espectro largo, quase contínuo em freqüências.

Como exemplo, temos: o ruído da chuva, o amassar do papel celofane, etc.

2.2.4. Barulho

Reserva-se o nome de barulho, em geral, a todo som indesejável. Difere-se do

ruído por apresentar um espectro de freqüências, passível de ser analisado, o que

permite os tratamentos acústicos adequados a cada caso.

2.3. Produção do Som

20

Ao fixar uma lâmina de aço muito fina para que ela possa oscilar conforme

indica a figura 5, com o deslocamento da sua extremidade livre, a lâmina irá começar

a oscilar para a direita e para a esquerda (Bonjorno; Clinton, 1998).

Figura 5: Lâmina de aço oscilante

Se a lâmina vibrar com rapidez, produzirá um som sibilante, mostrando que os

sons são produzidos pela matéria em vibração. Na medida em que a lâmina oscila para

a direita, ela realiza trabalho nas moléculas do ar, comprimindo-as, transferindo a elas

energia na direção da compressão. Ao mesmo tempo, as moléculas do ar, situadas à

esquerda, se expandem e se tornam rarefeitas, o que retira energia delas. Quando a

lâmina se move no sentido inverso, ela transfere energia para as moléculas do ar

situadas à esquerda, enquanto as da direita perdem energia.

O efeito combinado de compressão e rarefação simultâneo transfere energia das

moléculas do ar da esquerda para a direita, ou da direita para a esquerda na direção do

movimento da lâmina, produzindo ondas longitudinais, nas quais as moléculas do ar se

movimentam para frente e para trás, recebendo energia das moléculas mais próximas

da fonte e transmitindo-a para as moléculas mais afastadas dela, até chegarem ao

ouvido.

No ouvido, conforme figura 6, as ondas atingem uma membrana chamada

tímpano. O tímpano passa a vibrar com a mesma freqüência das ondas, transmitindo

ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação denominada som.

21

Figura 6: Aparelho auditivo humano

2.4. Transmissão do Som

O ar age como um meio de transmissão dos sons até o ouvido. O ar denso

transmite melhor o som do que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais

próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com maior

facilidade. Por conta disso, em pequenas altitudes os sons são bem audíveis, o que não

ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso. Os sons não se transmitem no

vácuo, porque exigem um meio material para sua propagação. Os sólidos transmitem o

som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases ( Bonjorno; Clinton,

1998)

A tabela 1 mostra a velocidade de propagação do som a 25°C.

Tabela 1: Velocidade de propagação do som

MeioVelocidade

(m/s)Ar 346

Água 1498Ferro 5200Vidro 4540

2.5. Características do Som

2.5.1. Altura

22

De acordo com Bonjorno e Clinton ( 1998), “altura é a qualidade que permite classificar os

sons em graves (baixos) e agudos (altos)”. Quanto maior a freqüência do som, mais agudo ele

é. A voz do homem tem freqüência que varia entre 100 Hz e 200 Hz e a da mulher, entre 200

Hz e 400 Hz. Portanto, a voz do homem costuma ser grave, ou grossa, enquanto a da mulher

ser aguda, ou fina.

2.5.2. Intensidade

É a qualidade do som que nos permite distinguir sons fortes de sons fracos. Vale

ressaltar que altura e intensidade são conceitos diferentes, pois a altura está relacionada com a

frequência e a intensidade com a potência ou energia (Bonjorno; Clinton, 1998).

A intensidade sonora é medida em bel (B) ou decibéis (dB). A intensidade da fala é de

40 dB. A partir de 120 dB, o som começa a prejudicar a audição.

Bonjorno e Clinton (1998) também dizem que a intensidade mínima audível é chamada

limiar de percepção auditiva, e a máxima, limiar da sensação dolorosa. Quando mede-se a

intensidade de um som, ela é comparada com o limiar de audibilidade, usando uma escala

logarítmica dada pela equação abaixo:

dB = 10. Log I / Io (2)

Onde:

dB = nível da intensidade em decibéis;

I = intensidade do som;

Io = intensidade do limiar da percepção auditiva (10e-12 W/m2)

2.5.3. Timbre

Também conforme Bonjorno e Clinton (1998), “ timbre é a qualidade que permite

classificar os sons de mesma altura e de mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes”.

Pelo timbre, é possível reconhecer quem fala ou qual o instrumento que toca.

2.6. Fenômenos Sonoros

23

Para Bonjorno e Clinton ( 1998), o som apresenta as seguintes propriedades

características: reflexão, refração, difração, interferência e ressonância.

1ª. Propriedade: Reflexão

Quando as ondas sonoras AB, A’B’, A”B” , conforme figura 7, provenientes de um

ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN, irá produzir reflexão das ondas sobre o

obstáculo.

Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD, C’D’, que se propagam em

sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como se emanassem de uma fonte P’,

simétrica da fonte P em relação ao ponto refletor.

A reflexão do som pode ocasionar os fenômenos eco e reverberação.

Figura 7: Representação da reflexão das ondas sonoras

Eco

Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o

som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc. O som refletido chama-se eco,

quando se distingue do som direto.

Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situada a, no

mínimo, 17 m do obstáculo refletor, pois o ouvido humano só pode distinguir dois sons com

intervalo de 0,1 s. O som, que tem velocidade de 340 m/s, percorre 34 m nesse tempo.

24

Figura 8: Aparelho sonar

O sonar, representado na figura8, é um aparelho capaz de emitir ondas sonoras na água

e captar seus ecos, permitindo, assim, a localização de objetos sob a água.

Reverberação

Em grandes salas fechadas ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro

produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo

depois de cessada a emissão. É esse prolongamento que constitui a reverberação.

A reverberação ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante em que o

som direito está se extinguindo, ocasionando o prolongamento da sensação auditiva.

2ª. Propriedade: Refração

Consiste em a onda sonora passar de um meio para o outro, mudando sua velocidade de

propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante a freqüência.

3ª. Propriedade: Difração

Fenômeno em que uma onda sonora pode transpor obstáculos. Quando se coloca um

obstáculo entre uma fonte sonora e o ouvido, por exemplo, o som é enfraquecido, porém não

extinto. Logo, as ondas sonoras não se propagam somente em linha reta, mas sofrem desvios

nas extremidades dos obstáculos que encontram.

25

4ª. Propriedade: Interferência

Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes. Neste caso, tem-

se uma região do espaço na qual, em certos pontos, ouve-se um som forte, e em outros, um

som fraco ou ausência de som.

Som forte → Interferência construtivaSom fraco → Interferência destrutiva 5ª. Propriedade: Ressonância

Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma freqüência deste,

ocorre um fenômeno chamado ressonância. Como exemplo, pode-se citar o vidro de uma

janela que quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a

jato.

2.7. O Ultra-Som

Tal como os olhos que só podem ver uma parte do espectro de luz, os ouvidos escutam

somente uma parte do espectro sonoro. A gama de freqüência que o ouvido humano pode

responder é chamada intervalo sonoro. Como já se sabe, os sons produzidos a uma freqüência

acima desse intervalo é chamado de ultra-som.

O ultra-som é utilizado pela natureza, que dotou certos animais com a capacidade de

emitir ondas ultra-sônicas. Os morcegos, golfinhos, mariposas se locomovem, encontram

alimentos e fogem do perigo através de ondas ultra-sônicas que eles próprios emitem.

Com a observação do procedimento desses animais, desenvolveu-se a idéia do sonar,

durante a Segunda Guerra Mundial. O sonar serve para detectar objetos sob a água, como

submarinos, e também para avaliar a profundidade dos mares. Após a Segunda Guerra, houve

um aumento muito grande de aplicações do ultra-som nos mais diversos campos.

Como o ultra-som está fora da faixa de freqüência audível ao homem, ele pode ser

empregado com intensidade bastante alta.

As ondas ultra-sônicas são geradas por transdutores, que convertem energia elétrica em

mecânica, e vice-versa. Os transdutores são feitos de materiais piezoelétricos, que apresentam

um fenômeno chamado efeito piezoelétrico.

26

2.8. Efeito Piezoelétrico e Produção do Ultra-Som

Em 1880, os irmãos Curie (Pierre e Jacques) descobriram o efeito piezelétrico de certos

materiais. Observaram que determinados materiais (como o quartzo) cortados em lâminas,

quando submetidos a cargas mecânicas geravam cargas elétricas em sua superfície, conforme

figura 9.

Figura 9 : Efeito piezoelétrico

No ano seguinte, G. Lippmann descobriu que o inverso da observação dos irmãos Curie

também era verdadeiro. Aplicando-se cargas elétricas na superfície dos cristais piezelétricos,

deformações no cristal eram geradas e quando corrente elétrica alternada era aplicada, ocorria

uma vibração no cristal, na mesma freqüência da corrente, conforme representado na figura

10.

Figura 10 : Deformação e vibração do cristal piezoelétrico

Esse princípio é utilizado na geração e na recepção do ultra-som. Ao se aplicar corrente

alternada de alta freqüência num cristal piezelétrico, ele vibrará na mesma freqüência,

gerando o ultra-som. Na recepção, ocorre o inverso: o ultra-som fará vibrar o cristal, gerando

um sinal elétrico de alta freqüência.

27

2.8.1. Tipos de Cristais Piezoelétricos

Para Adreucci (2008) materiais piezelétricos são: o quartzo, o sulfato de lítio, o titanato

de bário, o metaniobato de chumbo e o zirconato-titanato de chumbo (PTZ). O quartzo é um

material piezelétrico mais antigo, translúcido e duro como o vidro sendo cortado a partir de

cristais originários no Brasil. O Sulfato de Lítio é um cristal sensível a temperatura e pouco

resistente. O Titanato de Bário e o zirconato-titanato de chumbo são materiais cerâmicos que

recebem o efeito piezelétrico através de polarização. Esses dois cristais são os melhores

emissores, produzindo impulsos ou ondas de grande energia, se comparadas com aquelas

produzidas por cristais de quartzo. Para a inspeção ultra-sônica, interessa não só a potência de

emissão, mas também a sensibilidade da recepção (resolução). A freqüência ultra-sônica

gerada pelo cristal dependerá da sua espessura, cerca de 1 mm para 4 MHz e 2 mm para 2

MHz.

Os cristais acima mencionados são montados sobre uma base de suporte (bloco

amortecedor) e junto com os eletrodos e a carcaça externa constituem o transdutor ou

cabeçote propriamente dito.

2.9. Transdutor

O transdutor, representado na figura 11, também é conhecido como cabeçote, e é todo

dispositivo que converte um tipo de energia em outro. Vários tipos de transdutores são

conhecidos, entre eles o microfone e o alto-falante. No ensaio de ultra-som, os transdutores

são necessários para converter energia elétrica em energia mecânica de vibração (ultra-som) e

vice-versa.

O transdutor emite um impulso ultra-sônico que atravessa o material a inspecionar e

reflete nas interfaces, originando os ecos. Estes ecos retornam ao transdutor e gera, no

mesmo, o sinal elétrico correspondente.

A face de contato do transdutor com a peça deve ser protegida contra desgastes

mecânico podendo utilizar membranas de borracha finas e resistentes ou camadas fixas de

epoxi enriquecido com óxido de alumínio.

Os transdutores normais são construídos a partir de um cristal piezelétrico colado num

bloco rígido denominado de amortecedor. O bloco amortecedor tem função de servir de apoio

para o cristal e absorver as ondas emitidas pela face colada a ele.

28

Figura 11: Figura esquemática do transdutor

2.9.1. Parâmetros do transdutor

Existe uma grande variedade de transdutores para atender a diversas aplicações dos

ensaios de ultra-som.

São subdivididos em categorias: quanto ao ângulo de emissão/recepção do ultra-som e

quanto à função (emissor ou receptor ou emissor/receptor).

Quanto ao ângulo de emissão/recepção do ultra-som os transdutores podem ser:

Normais: emitem e/ou recebem o ultra-som perpendicularmente à sua superfície,

conforme figura 12.

Figura 12 : Transdutor normal

Angulares: emitem e/ou recebem o ultra-som obliquamente à sua superfície,

representado na figura 13.

29

Figura 13: Transdutor angular

Quanto à função, os transdutores podem ser:

Monocristal: possuem apenas um cristal piezelétrico, representado na figura 14.

Este tipo de cristal apresenta três modalidades:

- só emissor de ondas ultra-sônicas;

- só receptor de ondas ultra-sônicas ;

- emissor e receptor de ondas ultra-sônicas (o mesmo cristal emite e recebe os ecos

ultra-sônicos de maneira sincronizada).

Figura 14 : Transdutor monocristal

Duplo cristal: o mesmo transdutor possui um cristal para recepção e outro para

emissão do ultra-som, conforme figura 15.

30

Figura 15 : Transdutor duplo-cristal

2.9.2. Características dos Transdutores

Os elementos que caracterizam os transdutores são:

Tamanho do cristal piezelétrico: os transdutores normais mais utilizados possuem de 5

a 25 mm de diâmetro. Em geral, nos transdutores angulares utilizam-se cristais

retangulares.

Freqüência: devido às diferentes aplicações, existem transdutores com freqüência de

0,5 a 25 MHz. Os mais usuais vão de 1 a 6 MHz.

Amortecimento mecânico: o elemento amortecedor suprime no transdutor todas as

vibrações indesejáveis do cristal.

Face protetora: são elementos de contato com a peça. Em geral, são películas de

material plástico.

Carcaça: elemento com forma apropriada para acomodar todo o conjunto e, ao mesmo

tempo, facilitar seu manuseio.

Elementos elétricos: são contatos elétricos ligando o cristal piezelétrico ao elemento

de engate do cabo coaxial e à bobina geradora de freqüência.

2.10. Ensaio não destrutivo por ultra-som

31

O ensaio ultra-sônico baseia-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas

quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro do material. A onda será

refletida retornando até a sua fonte geradora, se o obstáculo estiver numa posição

normal (perpendicular) em relação ao feixe incidente.

Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo, a onda ultra-sônica ao

percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou

falha interna a este meio considerado. Através de aparelhos, como representado na figura 16,

é possível detectar as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e

interpretando as descontinuidades.

Figura 16 : Esquema do ensaio de ultra-som

O uso do ultra-som como ensaio não destrutivo é largamente difundido nas indústrias

para detectar descontinuidades em todo o volume do material a analisar.

As aplicações deste ensaio são inúmeras: soldas, laminados, forjados, fundidos, ferrosos

e não ferrosos, ligas metálicas, vidro, borracha, materiais compostos, tudo permite ser

analisado por ultra-som. Indústria de base (usinas siderúrgicas) e de transformação

(mecânicas pesadas), indústria automobilística, transporte marítimo, ferroviário, rodoviário,

aéreo e aeroespacial: todos utilizam ultra- som.

Com o avanço técnológico, o ultra-som vem sendo utilizado na manutenção industrial

na detecção de vazamentos de líquidos ou gases, falhas operacionais em sistemas elétricos

(efeito corona), e rolamentos danificados, etc. Com aparelhos capazes de reconstituir os sons

de alta frequência emitidos pelos componentes defeituosos, para uma faixa de frequência

audível aos seres humanos, torna-se possível ouvir e interpretar os sons que normalmente não

são ouvidos. Estes sons caracterizam o início da falha do componente/equipamento,

permitindo assim, que falhas no estágio inicial possam ser identificadas antes das técnicas

convencionais de manutenção preditiva.

3. ROLAMENTOS

Os rolamentos tornam possíveis o funcionamento de muitas máquinas utilizadas no dia

a dia ou nas indústrias. Sem eles, as peças frequentemente se desgastariam devido ao atrito.

Os rolamentos reduzem o atrito através de rolo ou esferas de metal liso, que rolam sobre

superfícies internas e externas igualmente lisas. Estas esferas ou rolos "sustentam" a carga,

permitindo que o dispositivo gire suavemente.

Existem rolamentos de diversos tipos, como rolamentos de esfera, de rolos, ou de

agulhas. Eles variam de rolamentos abertos, vedados ou selados.

Os componentes do rolamento geralmente são dois anéis de pista, o interno e o externo,

corpos rolantes, que rolam sobre as pistas dos anéis e de uma gaiola, que conduz os corpos

rolantes. A figura 17 representa um rolamento rígido de esfera.

Figura 17: Componentes do rolamento

A função dos corpos rolantes é a de transmitir as cargas incidentes sobre um rolamento

de um anel ao outro. Para uma alta capacidade de carga é importante acomodar o maior

número de corpos rolantes entre os anéis. É importante para a capacidade de carga de

33

um rolamento que todos os corpos rolantes sejam iguais em seu diâmetro. Por meio de

classificação, obtem-se grupos de corpos rolantes cuja tolerância dimensional é muito restrita.

Os anéis - interno e externo - guiam os corpos rolantes na direção de giro. Para

transferir esforços axias em sentido transversal, estes anéis são providos de sulcos nas pistas,

rebordos e superficies rolantes inclinadas.

As gaiolas evitam o contato mútuo dos corpos rolantes e, consequentemente, o atrito.

Mantém os corpos rolantes equidistantes, para uma homogênea distribuição da carga, evitam

a queda dos corpos rolantes nos rolamentos separáveis ou oscilantes e conduzir os corpos

rolantes na pista, fora da zona de carga.

Os rolamentos são largamente utilizados em uma unidade industrial. Existem milhares

destes componentes instalados e é de extrema importância saber e acompanhar o seu estado.

Alguns cuidados devem ser levados em conta quando o assunto é rolamento.

Durante a montagem, os seguintes fatores podem prejudicar o rolamentos:

Métodos e ferramentas inadequados;

Falta de limpeza;

Ajuste e torque impróprios.

Já em relação à solicitação, deve-se ter atenção para :

Excesso ou falta de aperto;

Vibrações;

Rotação excessiva.

O ambiente de trabalho também é um fator a ser considerado, pois pode influenciar

negativamente quando o rolamento está exposto às seguintes condições:

Calor externo;

Poeira, sujeira;

Umidade.

A lubrificação é uma grande causadora de defeitos em rolamentos. Deve-se ter controle

na lubrificação para não cometer as seguintes falhas na lubrificação:

Deficiente;

Inadequada;

Excessiva.

Se tomando os devidos cuidados, os rolamentos podem ser usados por um bom

período de tempo até a sua vida de fadiga, contudo há casos de falhas inesperadas.

Avaliando somente a peça que apresentou o defeito, é difícil determinar sua verdadeira

34

causa. Porém se for conhecida a máquina que o rolamento é usado, as condições de

trabalho, a situação anterior e posterior ao da ocorrência da falha, entre outros, o

estado do rolamento danificado poderá ser relacionado a várias causas que irá facilitar

a prevenção contra novas ocorrências.

Abaixo, na tabela 2, estão relacionadas algumas ocorrências de falhas em

rolamentos, possíveis causas e suas ações corretivas :

Tabela 2 : Ocorrência de Falhas em Rolamentos

ESCAMAMENTO

Exemplo ilustrativo

Ocorrência Possíveis Causas Ações corretivas

Quando um rolamento gira com

carga, ocorre a saída de material pela

fadiga do aço nas superfícies dos

elementos rolantes ou as superfícies das

pistas dos anéis interno e externo.

• Carga excessiva.

• Falha de instalação

(desalinhamento).

• Carga de momento.

• Contaminação por partículas, ou

por água.

• Lubrificação deficiente,

lubrificante inadequado.

• Folga não apropriada.

• Deficiência na precisão do eixo

e do alojamento.

• Consequência da oxidação em

paradas.

• Reconfirmar a especificação do

rolamento e checar as condições

de carga.

• Melhorar o sistema de

instalação.

• Melhorar o método de vedação,

prevenir a oxidação durante as

paradas.

• Utilizar lubrificantes com

viscosidade adequada, melhorar

o método de lubrificação.

• Checar a precisão do eixo e

alojamento.

• Checar a folga interna do

rolamento.

DESCASCAMENTO

35

Exemplo ilustrativo


Pequenos pontos aparecem na superfície das

pistas e elementos rolantes. Com o

desprendimento do material, surgirá

posteriormente, o escamamento.

• Lubrificante inadequado ;

• Contaminação por partículas.

• Selecionar lubrificante

apropriado.

• Melhorar os mecanismos de

vedação.

ARRANHADURA

Exemplo ilustrativo


• Na superfície da pista e dos corpos

rolantes.

• Em forma espiral, na pista do rolamento

axial de esferas.

• Na face lateral do rolo e na face de guia do

rebordo.

• Deficiência na lubrificação

quando da partida; consistência da

graxa muito alta; aceleração de

partida muito alta.

• Os anéis não estão paralelos;

velocidade de giro excessiva.

• Deficiência na lubrificação;

deficiência na instalação;

excessiva carga axial.

• Utilizar graxa menos

consistente; evitar aceleração

repentina.

• Correção da instalação; adequar

a précarga; selecionar o tipo mais

adequado de rolamento.

• Selecionar o lubrificante

adequado; corrigir a instalação.

ESCORREGAMENTO

36

Exemplo ilustrativo


Escorregamento é a danificação da superfície

das pistas e elementos rolantes provocados pelo

rompimento do filme de lubrificação.

• Alta velocidade e baixa carga.

• Acelerações e desacelerações

repentinas.

• Lubrificante inadequado.

• Entrada de água.

• Aumentar a pré-carga.

• Otimizar a folga.

• Utilizar lubrificantes com

viscosidade adequada.

• Melhorar o método de

lubrificação.

• Melhorar os mecanismos de

vedação.

FRATURAS

Exemplo ilustrativo


• Anel interno ou anel externo partidos.

• Corpos rolantes partidos.

• Rebordo lascado.

• Gaiola avariada.

• Excessiva carga de choque;

excessiva interferência;deficiência

na forma do eixo; deficiência na

conicidade da bucha; raio de

encosto muito grande;

desenvolvimento da trinca de

fricção; avanço do escamamento.

• Avanço do escamamento; batida

no rebordo quando da instalação;

queda por descuido no manejo.

• Carga anormal na gaiola em

decorrência de deficiência na

• Reanalisar as condições de

carga; adequar o ajuste; corrigir a

precisão de usinagem da bucha e

do eixo; corrigir o raio do

encosto (fazer menor que o

chanfro do rolamento).

• Cuidados quando da instalação

e manejo.

• Correção da instalação; estudar

o lubrificante e o método de

lubrificação.

37

instalação; deficiência na

lubrificação.

TRINCAS

Exemplo ilustrativo


Trincas na pista e nos elementos rolantes. Uso

contínuo sob estas condições levam a trincas

maiores ou fraturas.

• Interferência excessiva.

• Carga excessiva, cargas de

choques.

• Progressão do escamamento.

• Geração de calor e corrosão por

contato.

• Geração de calor por

deslizamento.

• Deficiência no ângulo do eixo

cônico.

• Deficiência na circularidade do

eixo.

• Raio de encosto muito grande.

• Corrigir a interferência.

• Verificar as condições de carga.


instalação.

• Usar um perfil apropriado para

o eixo.

GAIOLA DANIFICADA

Exemplo ilustrativo


• Danificação da gaiola inclui deformação da

gaiola, fraturas e desgaste.

• Fratura do pilar da gaiola.

• Falha de instalação

(desalinhamento).

• Falha de manuseio.

• Verificar o método de

instalação.

• Verificar temperatura, rotação e

38

• Deformação da face.

• Desgaste na superfície da janela.

• Desgaste na superfície do anel guia.

• Carga de momento elevada.

• Impactos ou grandes vibrações.

• Rotação excessiva, acelerações e

desacelerações repentinas.

• Falha de lubrificação.

• Aumento de temperatura.

condições de carga.

• Reduzir a vibração.

• Seleção do tipo de gaiola.

• Seleção do método de

lubrificação e lubrificante.

IMPRESSÕES

Exemplo ilustrativo


As partículas em contato com os elementos

rolantes na rolagem marcam as superfícies das

pistas e dos elementos rolantes. As impressões

podem ocorrer devido à impactos na instalação,

no espaçamento equidistante dos elementos

rolantes.

• Contaminação por partículas

metálicas.

• Carga excessiva.

• Impactos durante o transporte ou

a instalação.

• Manter o local de trabalho

limpo.

• Melhorar o sistema de vedação.

• Filtrar o óleo lubrificante.


instalação.

PITTING

Exemplo ilustrativo


A superfície dos elementos rolantes ou a pista de

rolagem apresenta uma coloração fosca.

• Contaminação por impurezas.

• Rolamento ou lubrificante

expostos ao meio-ambiente.

• Falhas na lubrificação.


• Filtrar o óleo lubrificante.

• Utilizar o lubrificante correto.

DESGASTE

39

Exemplo ilustrativo


Desgaste é deterioração da superfície por atrito

de escorregamento entre a superfície da pista,

elementos rolantes, rolos e faces, rebordos, bolsos

de gaiola, etc.

• Entrada de impurezas.• Progressão da oxidação e da corrosão elétrica.• Lubrificação deficiente.• Escorregamento feito pelo movimento irregular dos elementos.

• Melhorar os sistemas de vedação.• Limpar o alojamento.• Verificar o lubrificante e o método de lubrificação.• Prevenir o desalinhamento.

CORROSÃO POR CONTATO

Exemplo ilustrativo


• O desgaste ocorre devido ao deslizamento

entre as duas superfícies.

• O escorregamento ocorre ao ajustar a superfície

e também ao contato entre a pista e os elementos

rolantes.

• A corrosão por contato ocorre na superfície de

ajuste e também na área de contato entre as pistas

e os elementos rolantes.

• Lubrificante deficiente.

• Vibração de pequena amplitude.

• Ajuste inadequado.

• Usar lubrificante apropriado.

• Aplicar pré-carga.

• Verificar o ajuste apropriado.

• Aplicar um filme de

lubrificante na superfície de

contato.

ESMAGAMENTO (FALSO BRINEL)

40

Exemplo ilustrativo


Esmagamentos nas pistas e elementos rolantes

causados por vibração ou oscilação entre os

pontos de contato.

• Oscilação e vibração no

transporte.

• Movimento de oscilação com

pequena amplitude.

• Lubrificante deficiente.

• Fixar o eixo e alojamento

durante o transporte.

• Transportar com os anéis

interno e externo separados.

• Reduzir a vibração através de

précarregamento.

• Utilizar o lubrificante correto.

DESLIZAMENTO

Exemplo ilustrativo


O deslizamento ocorre nas superfícies de

ajuste, criando uma folga entre os anéis e o eixo

ou alojamento.

Deslizamento causa uma aparência brilhante

ocasionalmente com sujeira ou desgaste.

• Interferência insuficiente ou

ajuste com folga.

• Área de interferência

insuficiente.

• Verificar a interferência e

prevenir a rotação.

• Corrigir a interferência.

• Estudar a precisão do eixo e do

alojamento.

• Pré-carga na direção axial.

• Interferência na face do anel.

• Aplicar trava química na

superfície de ajuste.

• Aplicar lubrificante na

superfície de ajuste.

SUPERAQUECIMENTO

41

Exemplo ilustrativo


O superaquecimento ocorre durante o trabalho,

provocando a alteração na coloração da peça. A

quebra ocorre pela alteração dimensional, redução

da folga interna e consequentemente, ocorre

travamento e a quebra da gaiola.

• Falha de lubrificação.

• Excesso de carga (excesso de

pré-carga).

• Alta rotação.

• Folga interna muito pequena.

• Entrada de água e

contaminantes.

• Precisão do eixo e alojamento

deficiente.

• Reestudar o ajuste e a folga

interna do rolamento.

• Lubrificar em volume adequado

com o lubrificante adequado.

• Verificar a precisão do eixo e

alojamento.


instalação.

CORROSÃO ELÉTRICA

Exemplo ilustrativo


A corrosão elétrica ocorre quando há a passagem

de corrente elétrica pelo rolamento.

A corrente elétrica em forma de arco passa do

eixo pelos anéis e pelas esferas derretendo os

componentes.

• Diferença de potencial entre os

anéis internos e externos.

• Utilização de máquinas de solda,

com o aterramento em

equipamentos com rolamentos.

• Projetar circuitos elétricos para

prevenir fluxo através dos

rolamentos.

• Isolamento do rolamento.

• Não aterrar máquinas de solda

em equipamentos com

rolamentos.

OXIDAÇÃO E CORROSÃO

42

Exemplo ilustrativo


Oxidação e corrosão do rolamento são pontos na

superfície dos anéis e elementos rolantes e podem

ocorrer no espaçamento dos elementos rolantes

sobre os anéis ou sobre toda superfície do

rolamento.

• Entrada de gás corrosivo ou

água.

• Lubrificante inadequado.

• Formação de partículas de água

por condensação de umidade.

• Alta temperatura e alta umidade

quando a peça está parada.

• Falha do protetivo contra

corrosão durante

o transporte e estocagem.

• Manuseio inadequado.


• Verificar o método de

lubrificação.

• Prevenir danos por oxidação

quando o rolamento estiver

parado.

• Melhorar os métodos de

estocagem.

• Melhorar os métodos de

manuseio.

FALHA DE INSTALAÇÃO

Exemplo ilustrativo


Longos riscos na superfície das pistas ou dos

elementos rolantes causados durante a instalação

ou remoção do rolamento.

• Inclinação dos anéis internos e

externos durante a instalação ou

remoção.

• Impactos durante a instalação ou

remoção.

• Uso de ferramentas e

dispositivos apropriados.

• Evitar impactos usando prensa.

• Centrar as partes durante a

montagem.

ALTERAÇÃO NA COLORAÇÃO

43

Exemplo ilustrativo


Alteração na coloração da gaiola, elementos

rolantes e pistas dos anéis ocorrem devido à

deterioração do lubrificante à alta temperatura.

• Falha na lubrificação. • Melhorar o método de

lubrificação.

4. MATERIAIS E MÉTODOS

A premissa da manutenção preditiva é que os monitoramentos regulares das condições

mecânicas reais das máquinas, e do rendimento operativo dos sistemas de processo,

assegurarão o intervalo máximo entre os reparos. Ela também minimizará o número e o custo

das paradas não programadas criadas por falhas da máquina, e melhorará a disponibilidade

global das plantas operacionais.

A manutenção preditiva tem os seguintes objetivos:

Determinar, antecipadamente, a necessidade de serviços de manutenção numa

peça específica de um equipamento;

Eliminar desmontagens desnecessárias para inspeção;

Aumentar o tempo de disponibilidade dos equipamentos;

Reduzir o trabalho de emergência não planejado;

Impedir o aumento dos danos;

Aproveitar a vida útil total dos componentes e de um equipamento;

Aumentar o grau de confiança no desempenho de um equipamento ou linha de

produção;

Determinar previamente as interrupções de fabricação para cuidar dos

equipamentos que precisam de manutenção.

A manutenção preditiva exige a utilização de aparelhos adequados, capazes de registrar

diversos fenômenos. Com base no conhecimento e análise dos fenômenos, é possível prever

com antecedência eventuais defeitos ou falhas nas máquinas e equipamentos.

45

Após a análise dos fenômenos, a manutenção preditiva adota dois procedimentos para

atacar o problema:

1°) Estabelecer um diagnóstico: após detectada a irregularidade, o responsável deverá

estabelecer um diagnóstico referente à origem e à gravidade do defeito constatado. Este

diagnóstico deve ser realizado antes de se programar o reparo.

2°) Análise de tendências da falha: tem como objetivo prever com antecedência a avaria

ou quebra, através de aparelhos que exercem vigilância, predizendo a necessidade do reparo.

Para o elemento de máquina de estudo neste trabalho, o rolamento, destacam–se várias

técnicas/métodos preditivos para investigar e identificar as suas falhas através de aparelhos,

conforme citado abaixo:

Ruído do rolamento: instrumentos como o estetoscópio, representado na figura

18, podem ser usados para determinar as características do ruído;

Figura 18: Estetoscópio

Vibração do rolamento: Através do ensaio de vibração, representado na figura

19, é possível detectar irregularidades nos rolamentos. Um analisador de

espectro de freqüência é usado para medir a magnitude da vibração e a

distribuição das freqüências. Os resultados dos testes determinam as causas das

irregularidades;

Figura 19: Ensaio de vibração

46

Temperatura do rolamento: a temperatura do rolamento aumenta

gradativamente depois de sua partida até atingir a temperatura normal de

operação. Lubrificação insuficiente ou instalação imprópria podem causar um

rápido aumento da temperatura. Uma sonda ou um medidor digital de

temperatura, como representado no figura 20, são utilizados para fazer esta

medição;

Figura 20: Medidor de temperatura

Com o avanço tecnológico, equipamentos cada vez mais modernos estão sendo

desenvolvidos para detectar defeitos em rolamentos.

Segundo pesquisa da NASA, o monitoramento por ultra-som em rolamentos fornece a

mais antiga advertência ao seu desgaste, detectando seu fracasso muito antes de outros

métodos como a vibraçao.

4.1. Princípio de Funcionamento do Tradutor de Ultra-Som

Todos os equipamentos mecânicos operacionais produzem uma ampla faixa de som e

todos esses sons apresentam uma característica, que é sua assinatura sonora. Os rolamentos,

que são essenciais em todos os equipamentos rotativos, com o passar do uso, aumentam o

atrito, que altera a assinatura sonora do ultra-som. A mudança do ultra-som torna-se aparente

antes de outros sinais de desgaste aparecer, tais como a vibração. O ultra-som permite a coleta

de maiores informações sobre a máquina em operação. Usar o ultra-som para identificar o seu

desgaste nos primeiros estágio é uma valiosa ferramenta que evita interrupções despendiosas.

O aparelho de ultra-som responsável por identificar defeitos em rolamentos é

comumente chamado de Detector ou Transdutor de Ultra-Som. Ele recebe o nome de Detector

pois, diferente dos aparelhos convencionais de ultra-som, que emitem e detectam o sinal de

47

resposta ultra-sônico, ele somente detecta e traduz as ondas. E o nome Transdutor está

relacionado à capacidade do instrumento de traduzir as ondas ultra-sônicas. O rolamento em

funcionamento emite ondas ultra-sônicas e o tradutor de ultra-som tem a capacidade de

captar estes sinais e traduzí-los em um som audível para que este possa ser interpretado.

Seu princípio de funcionamento é baseado na captação da onda de ultra-som, através de

um transdutor, transferindo este som para o instrumento. Os instrumentos são capacitados de

converter o ultra-som em um sinal audível, a fim de que se possa escutar o som característico

do rolamento. O instrumento também tem a capacidade de medir qual a intensidade sonora de

cada registro de som capturado. Ao se realizar o ensaio, pode-se ouvir os sons através de

fones de ouvido e determinar a fonte com base na intensidade sonora. O aparelho também

grava o som capturado para que este possa ser analisado em um software.

Os instrumentos de ultra-som fornecem informações de três maneiras:

Qualitativa: com a capacidade de ouvir os sons através do fone de ouvido, que isola os

ruidos de fundo;

Quantitativa: através da leitura da intensidade, em dB, no visor do painel;

Analítica: através de software de análise espectral, realizando uma análise do som

gravado do rolamento.

A capacidade de analisar a intensidade e os padrões sonoros é muito importante, assim

como a capacidade de ouvir e entender os ulltra-sons dos equipamentos. São três maneiras

complementares de se fazer a inspeção e isso é um diferencial neste tipo de ensaio.

4.2. Processo “Heterodyning”

Como se sabe, o ultra-som está em uma frequência acústica que o ouvido humano não

pode escutar. O instrumento de ultra-som realiza um processo eletrônico chamado

heterodyning que traduz os ultra-sons recebidos pelo instrumento para uma faixa audível,

onde o usuário pode escutar e reconhecer o som através de fones de ouvido, ou então gravá-

los para uma posterior análise no software.

A figura 21 representa o diagrama de blocos do tradutor “heterodyne”.

48

Figura 21: Diagrama de blocos do tradutor

Onde:

Oscilador Local: tem a função de gerar ondas com frequência diferente a da

frequência de entrada;

Mixer: aparelho multiplicador de sinais;

Filtro Passa Baixa: permite a passagem do sinal somente em uma determinada

faixa de frequência.

Detalhadamente, pode-se dizer que um receptor heterodyne recebe o sinal de interesse a

uma frequência f ¿ que se misturam, ou multiplicam, com um segundo sinal f LO gerado por um

circuito oscilador, chamado oscilador local (LO). Esta mistura gera duas novas frequências: a

soma (f ¿+ f LO) e a diferença ( f ¿- f LO) da frequência original. Uma das frequências novas é

descartada, normalmente a mais elevada, filtrando para fora da saída do mixer. A frequência

da diferença restante é chamada de frequência intermediária (IF).

Como exemplo pode-se supor um rolamento que está gerando um sinal sonoro de 31

kHz. Misturando uma frequência de onda constante de 30kHz com este sinal, terá uma

diferençça de 1kHz e uma soma de 61kHz. A informação de 1kHz é muito fácil de ouvir e

interpretar. A soma, que é muito maior, não poderá ser ouvida, e é descartada.

A fórmula matemática utilizada para o processo heterodyning é:

A cos ( ω1 t ) B cos (ω2t )=12 {AB {cos (ω1+ω2 ) t }}+ 1

2 {AB {cos (ω1−ω2 ) t }} (3)

Sendo que: A é a amplitude da primeira onda;

B é a amplitude da segunda onda;

49

ω1 é a frequência da primeira onda;

ω2 é a frequência da segunda onda.

Onde o produto do lado esquerdo representa a multiplicação (mistura) de uma onda e o

lado direito mostra que o sinal resultante é a diferença entre dois termos, um na soma das

frequências e outro na diferença, que podem ser considerado sinais separados.

4.3. Descrição do equipamento

O Tradutor de Ultra-Som é um equipamento portátil e por ser capaz de não somente

detectar defeitos em rolamentos, mas como também defeitos elétricos e vazamentos em

tubulações, é composto por diversos acessórios. Abaixo segue alguns principais acessórios

utilizados para inspeção em rolamentos:

Pistola: É o instrumento propriamente dito, representado na figura 22. Durante seu

módulo de operação, ele mostra os parâmetros de controle, tais como nível de

intensidade, freqüência, nível da bateria, nível da sensibilidade, valor da

sensibiliade, módulo de visualização e função de seleção de campo. Os níveis de

intensidade são mostrados em um gráfico de barras juntamente com seu valor

numérico em dB. A freqüência pode ser ajustada entre 20kHz e 100kHz e pode ser

sintonizadas ao executar as inspeções. O equipamento funciona apertando o gatilho

e para desligar é só soltar.

Figura 22 : Aparelho detector de ultra-som

50

Módulo de Contato: é uma haste utilizada como guia de ondas, como na figura 23,

que é sensível ao ultra-som que é gerado internamente. Possui um transdutor

piezoelétrico localizado em seu interior. É equipado com amlificação de baixo ruído

para permitir um claro sinal inteligível para ser recebido e interpretado. Fica

acoplado na parte traseira da pistola.

Figura 23: Módulo de contato

Fone de ouvido: é projetado para uso com ou sem capacete e pode bloquear os sons

intensos encontrados em um ambiente industrial, para que o usuário possa

facilmente ouvir os sons recebidos pelo instrumento. O fone de ouvido é

representado na figura 24.

Figura 24 : Fone de ouvido

Porta I/O : É um cabo para o download de transferância das informações registradas,

conforme figura 25.

Figura 25: Cabo de transferência de dados

51

Transdutor Magnético: Este acessório, representado pela figura 26, é utilizado

quando o local de ensaio é de difícil acesso, quando não se consegue alcançar o

rolamento a ser ensaiado.

Figura 26 : Transdutor Magnético

4.4. Frequência de Monitoramento

É muito importante definir a freqüência de monitoramento do equipamento. Devem-se

levar em consideração quais são os equipamentos mais críticos, aqueles que se parar de

funcionar irão cessar a operação. Existem equipamentos que se falharem, outro pode assumir

sua função. Logo sua freqüência de monitoramento tende a ser menor. Se for possível

continuar a operação mesmo com o equipamento sem funcionar, este deverá ser inspecionado

com uma freqüência de tempo mais ampla.

Cada situação é diferente, pois irá depender do tamanho da planta, o equipamento a ser

controlado e o número de pessoal treinado para fazer essas leituras sem afetar a programação.

4.5. Criação da Linha de Base

Equipamentos mecânicos produzem uma “assinatura normal do som” durante seu

funcionamento eficaz. Como os componentes começam a falhar, ocorre uma mudança na

assinatura sonora original do som. Esta mudança pode ser notada com uma mudança na

intensidade do painel, na qualidade do som ouvido, ou na mudança do espectro sonoro,

através do software.

52

A criação da linha de base é muito importante nesse contexto. A partir de sua criação,

irá iniciar o monitoramento do equipamento e, qualquer alteração a partir da linha de base,

servirá de alerta para o inspetor.

A primeira leitura feita em um equipamento será sua linha de base. O ideal é que o

rolamento monitorado seja novo para a leitura inicial. Caso não seja, o importante é começar a

fazer sua leitura inicial.

4.6. Métodos para o Ensaio

Existem dois métodos básicos para a realização dos ensaios: o Método Comparativo e o

Método Histórico.

Para o Método Comparativo, os procedimentos de ensaio deverão ser executados. O

próximo passo é comparar essa leitura, com a mesma sensibilidade, medindo outro rolamento

em condições de carga e velocidades iguais ao inspecionado anteriormente. A leitura e a

qualidade do som devem ser semelhantes.

Já no Método histórico, o rolamento deverá ser acompanhado durante um período de

tempo para que seu histórico seja estabelecido. Através do histórico, as alterações de ruído,

intensidade e espectro tornam-se evidentes na detecção de algum problema.

4.7. Caracterização dos Estágios de Falha do Rolamento

Existem diferentes tipos de fases de falha em rolamento. O primeiro estágio é o de pré-

falha, que é a falta de lubrificação. Nesta fase os níveis de lubrificação diminuem e os níveis

de ultra-som aumentam com uma ligeira mudança na qualidade do som. O aumento da

amplitude é acompanhado de uma reconhecida mudança na qualidade do som, piorando as

condições do rolamento, e este passa a entrar no seu estágio inicial de falha. Nesta fase, o som

característico do rolamento sofre uma considerável mudança, e esta mudança pode ser

confirmada pela análise do seu espectro. Se essa condição se agrava, os níveis de ruído e calor

sobem rapidamente e o rolamento entra no seu estágio final, que acarretará na falha

catastrófica.

Estudos feitos pela NASA mostraram que o monitoramento do aumento da amplitude

de uma frequência ultra-sônica é a forma mais eficaz de se detectar defeitos em rolamento,

53

pois detecta seu estágio de falha, antes dos outros métodos convencionais. Estes estudos

provaram que, quando a mudança da leitura inicial for de 8 dB, sem alteração na qualidade do

som, indica uma falha na lubrificação. Porém, se a leitura for superior a 12 dB, pode-se supor

que o rolamento entrou em seu estágio de falha.

Visto que a falta de lubrificação antecede a falha inicial, é conveniente realizar a

inspeção por ultra-som no momento da re-lubrificação. Com a redução do filme lubrificante,

ocorrerá um aumento da intensidade sonora. Para a re-lubrificação é necessário adicionar

somente a quantidade de lubrificante suficiente para retornar a leitura da linha de base. Isso

evitará o excesso de lubrificação, que também é uma causa muito comum de falha em

rolamento, pois a pressão de excesso do lubrificante provoca um acúmulo de calor, que pode

gerar tensões e deformações. Algumas medidas devem ser levadas em consideração para

evitar o excesso de lubrificantes: não lubrificar se a leitura da linha de base e a qualidade do

som forem mantidas, lubrificar somente o suficiente para trazer a leitura do ultra-som para a

linha de base e ter cautela, pois alguns lubrificantes precisam de tempo para cobrir

uniformemente a superfície do rolamento, o que pode gerar um falso resultado se

inspecionado no momento errado.

4.8. Análise dos Sinais

O aparelho de detecção de ultra-som possui um software próprio para a análise dos

sinais, onde você transfere os dados e o programa os analisa na forma de espectro. Quando se

faz os downloads dos dados para o software, a data, a hora e a gravação das ondas sonoras são

salvas. O software também permite ver e ouvir as leituras gravadas, criando uma linha de

base, podendo fazer tendências das leituras e comparar cada nova leitura com a anterior.

O Processamento de Sinais consiste na análise e/ou modificação de sinais de forma a

extrair informações dos mesmos e/ou torná-los mais apropriados para alguma aplicação

específica. O processamento é feito através de diversas técnicas computacionais, sem a

necessidade do uso de softwares específicos, como o software próprio do equipamento.

Para a representação do som em um ambiente computacional, torna-se necessário a

quantização do som, ou seja, um registro numérico. Para isso, o software Matlab tem uma

função chamada wavread, onde retorna em Y os respectivos valores da amplitude. Após

extrair estes números, é possível utilizá-los para a plotagem de um gráfico do som no domínio

54

do tempo, por exemplo, ou aplicar a Transformada Rápida de Fourier (FFT) e obter um

gráfico no domínio da freqüência. Logo, o Matlab processa os sinais sonoros, convertendo o

som, em wav., e os transforma em gráfico, podendo assim, fazer a interpretação do sinal.

Como exemplos, foram analisados dois sinais capturados de um rolamento. O primeiro

sinal é de um rolamento operando em condição normal, denominado rolamento bom. Já o

segundo sinal é de um rolamento logo após a lubrificação, e pode-se considerá-lo um

rolamento ruim, pois como já foi dito, os lubrificantes precisam de um tempo para cobrir a

superfície do rolamento e com isso, mesmo o rolamento estando lubrificado, gera um som

característico de uma lubrificação insuficiente nos instantes iniciais.

Abaixo, segue o algoritmo utilizado no Matlab para o processamento do sinal ‘bom’:

% Analisa Sinais de Mancais

%

% Lendo os Dados

[sigt,fa,NBITS]=WAVREAD('Good Bearing');

% Gerando o eixo t (tempo)

t=1:length(sigt);

t=0:1/fa:20;

t=t(1:length(sigt));

% Grafico do Sinal no Tempo

figure(1); plot(t,sigt);

xlabel('Tempo em segundo');

ylabel('Amplitude em Volt');

title('Sinal no Dominio do Tempo');

grid

pause(3)

% Ouvindo o sinal

% sound(sigt,fa)

% Obtendo o Sinal no Dominio da Frequencia via FFT

sigf=fft(sigt);

sigf=sigf.*conj(sigf); % Densidade Espectral de Potencia

55

% Gerando o eixo f (frequencia)

f=1:(length(sigf)/2);

f=f/max(f);

f=f*fa/2;

% Grafico do Sinal no Dominio da Frequencia

sigf=sigf/max(sigf);

figure(2); plot(f(1:10),sigf(1:10));

xlabel('Frequencia em Hertz');

ylabel('Amplitude em Volt');

title('Sinal no Dominio da Frequencia');

grid

axis([0 1 0 1.3])

Os gráficos dos sinais gerados no domínio do tempo e da frequência são representados

pelas figuras 27 e 28, respectivamente.

Figura 27: Sinal do rolamento bom no domínio do tempo

56

Figura 28: Sinal do rolamento bom no domínio da frequência

De forma semelhante à apresentada anteriormente, abaixo segue o algorítimo do

processamento do sinal ‘ruim’ :

% Analisa Sinais de Mancais%% Lendo os Dados[sigt,fa,NBITS]=WAVREAD('Bad_Bearing3.wav');

% Gerando o eixo t (tempo)t=1:length(sigt);t=0:1/fa:20;t=t(1:length(sigt)); % Grafico do Sinal no Tempofigure(1); plot(t,sigt);xlabel('Tempo em segundo');ylabel('Amplitude em Volt');title('Sinal Do Rolamento Ruim no Dominio do Tempo');gridpause(3)

% Ouvindo o sinal% sound(sigt,fa)

% Obtendo o Sinal no Dominio da Frequencia via FFT

57

sigf=fft(sigt);sigf=sigf.*conj(sigf); % Densidade Espectral de Potencia

% Gerando o eixo f (frequencia)f=1:(length(sigf)/2);f=f/max(f);f=f*fa/2;% Grafico do Sinal no Dominio da Frequenciasigf=sigf/max(sigf);figure(2); plot(f(1:10),sigf(1:10));xlabel('Frequencia em Hertz');ylabel('Amplitude em Volt');title('Sinal do Rolamento Ruim no Dominio da Frequencia');gridaxis([0 1 0 1.3])

As figuras 29 e 30 representam os gráficos dos sinais gerados no domínio do tempo e da

frequência, respectivamente.

Figura 29: Sinal do rolamento ruim no domínio do tempo

58

Figura 30: Sinal do rolamento ruim no domínio da frequência

Através da análise dos gráficos representativos dos sinais, pode-se fazer uma comparação

entre o sinal bom e o sinal ruim. Comparando os sinais no domínio do tempo, observa-se

claramente uma maior variação na amplitude do sinal do rolamento ruim, que representa a

elevação nos níveis de emissão sonora quando o rolamento apresenta algum defeito.

Já comparando os sinais no domínio da freqüência, observa-se que praticamente não há

variação de um sinal para o outro. Pode-se dizer que essa semelhança na representação gráfica

se deve ao processo “heterodyning”, que filtra as altas freqüências, permitindo passagem

somente das freqüências audíveis, que são semelhantes.

5. PROPOSTA DE CRIAÇÃO DA BANCADA DE ENSAIOS

Conforme mencionado anteriormente, o projeto tem como objetivo principal propor

uma bancada didática de ensaios de ultra-som para detectar defeitos em rolamentos. A

bancada ficará situada no laboratório de metrologia da EEIMVR, e servirá de apoio para que

os alunos possam efetuar as medidas de ultra-som e possam trabalhar com a análise de

processamento do sinal adquirido.

Na bancada, o rolamento será montado em um eixo engastado, e este será movimentado

por uma correia que é acionada por um motor através de uma polia. Com a aquisição dos

sinais através do aparelho transdutor de ultra-som é possível aplicar as técnicas de

processamento de sinais para identificar os defeitos do rolamento. É importante citar que a

potência e o torque requeridos pelo conjunto são muito baixos, somente o suficiente para

vencer o atrito. Por conta disso não foi necessário dimensionar alguns componentes da

bancada.

A bancada de teste está representada pela figura 31 e tem os seus principais

componentes definidos a seguir:

Figura 31: Bancada de ensaio por ultra-som

60

1. Especificação do motor

O motor utilizado para promover a rotação do conjunto polia e rolamento deverá ter as

especificações conforme a tabela 3:

Tabela 3: Especificação do motor

Marca WEG

Tipo Indução

N° Fase Trifásico

Potência Nominal 0,5 cv

Frequência 60hz

Rotação Nominal 1720 RPM

Fator de Potência 0,8

Voltagem 220V

Rendimento 68%

2. Inversor de Frequência

De acordo com a especificação do motor, pode-se selecionar um inversor de freqüência

para o motor. O inversor de freqüência é um controlador de velocidade. Com ele pode-se

variar a velocidade do conjunto, simulando uma condição alternativa de operação para o

mesmo tipo de rolamento.

Para selecionar o inversor de freqüência é necessário saber qual a corrente de trabalho

do motor. Para isso, tem-se:

(4)

Onde:

Cos ϕ=Fator . .de .. Potencia0 .5×736 (watt )=√3×220×I×0 . 68×0.8I=1 .78 A

Com todos os dados do motor, foi possível especificar o inversor modelo ABB

ACS150-01E-02A4-2, conforme figura 32. Foi especificado um inversor de freqüência que

possui entrada monofásica ou bifásica, devido a não disponibilidade de uma rede trifásica nos

P=√3×V×I×Eficiência×cosϕ

61

laboratórios. Porém este inversor tem uma característica na sua saída, que é trifásica, podendo

perfeitamente alimentar o motor trifásico especificado.

Figura 32: Inversor de freqüência

3. Polia

A polia escolhida foi uma polia plana com guia, representada esquematicamente pela

figura 33, e apresenta as seguintes dimensões: 100 x 20 mm. O diâmetro interno da polia será

definido a partir do diâmetro do motor utilizado.

Figura 33: Representação da polia

4. Rolamento

Foi selecionado um rolamento rígido de esfera de uma carreira da SKF, semelhante à

figura 34. Este rolamento é o mais popular de todos, possui uma construção simples e é

adequado para operar em altas rotações, requerendo poucas atenções em serviço.

62

Figura 34: Desenho esquemático de um rolamento rígido de uma carreira de esfera

Dados do rolamento: d= 50 mm

D= 90 mm

B=20 mm

Obs.: A bancada permite o ensaio de rolamentos com diversas dimensões e tipos.

5. Correia

Para transmitir movimento ao sistema, foi especificada uma correia plana com 20 mm

de largura e o comprimento calculado baseado no esquema representado pela figura 35.

Figura 35: Representação do conjunto polia e rolamento

Para calcular o comprimento da correia, é necessário calcular o comprimento das

semicircunferências e somá-los ao comprimento a, multiplicado por 2.

Analisando geometricamente a figura, pode-se chegar à seguinte fórmula:

L=π × ( R+r )+2×√c22+(R−r )2 (5)

Substituindo os dados, pode-se obter o comprimento da correia:

L=3,14× (50+45 )+2×√8002+(50−45)2

63

L=¿ 1898 mm

6. Suporte do eixo

O eixo é fixado ao suporte conforme a figura 36. O eixo maior, com rosca externa, é

fixado a um eixo menor, com rosca interna, soldado ao suporte. A concepção de um eixo com

rosca foi idealizada para que possibilite ter diversos diâmetros de eixo em um mesmo suporte

e, podendo assim, variar o tamanho dos rolamentos sem a alteração do suporte.

Figura 36: Suporte e eixo

7. Suporte da polia tensora

Com o passar do uso, com a utilização de novas correias ou ainda com o uso de

rolamento com dimensões diferentes do especificado neste trabalho, a correia passa a

apresentar uma pequena folga, ficando frouxa e correndo o risco de se deslizar do conjunto

polia/rolamento. Para solucionar este problema, é ideal a utilização de uma polia que irá atuar

como uma polia tensora, evitando estes tipos de problemas. A polia tensora, quando

necessária a sua utilização, irá ficar presa no suporte, que é fixo na bancada. A figura 37 e 38

apresenta o esquema proposto.

64

Figura 37: Suporte e polia tensora

Figura 38 : Bancada de ensaio com a polia tensora

8. Detector de ultra-som

Existem marcas e modelos variados para este aparelho. O aparelho detector de ultra-

som apropriado para este tipo de ensaio deve apresentar como acessório o fone de ouvido, um

visor que mostra a medida da intensidade sonora e ter como opção a gravação dos sons

característicos dos defeitos.

Um modelo completo para este caso seria o Ultraprobe 10000, do fabricante

UeSystems, representado na figura 39.

65

Figura 39 : Aparelho detector de ultra-som

5.1. Orçamento da Bancada de Testes

Foi feita uma consulta com alguns fornecedores a fim de realizar um orçamento dos

principais componentes da bancada de teste. A tabela 4 apresenta o orçamento realizado.

Tabela 4: Orçamento da bancada

Equipamento/

ComponenteQuantidade Fornecedor

Preço Unitário

(R$)

Ultraproble 10000 1 Instronic 42.584,32

Rolamento 1 Rolatel 28,50

Correia 1Giusto Correias

Planas19,50

Polia 2 CP Polias 36,00

Motor 1 ESA 300,00

Inversor de

Frequência1 Mlti Drive 370,00

Preço Total 43.374,32

5.2. Falhas Induzidas em Rolamentos

Os rolamentos deverão sofrer uma falha induzida, para que possa caracterizar seus

defeitos. É necessário, então, criar defeitos do tipo localizado (furos, pequenos lascamentos)

nas pistas interna e externa dos rolamentos, assim como em seus elementos girantes. Defeitos

distribuídos, como corrosão e arranhões, também deve ser provocados.

66

Para elaborar o defeito do tipo corrosão, é recomendável mergulhar o rolamento em

uma solução ácida, do tipo HCL, por diferentes estágios de tempo. Isso permite a criação de

uma escala de defeitos que abrange corrosões das mais leves, até as mais severas.

Para a criação do defeito tipo riscado, riscos devem ser executados no rolamento com

brocas com ponta de diamante. Os defeitos pontuais também devem ser executados com

brocas com ponta de diamante, gerando profundidades e larguras diferentes para formar

diferentes furos e pequenos lascamentos. Os vários defeitos criados com brocas, com

profundidades diferentes, têm por objetivo simular os vários graus de severidade de defeitos.

Um dos primeiros passos, ao executar o proposto ensaio, é estabelecer os valores de

referência para os rolamentos sem defeitos. Após isso, cria-se o banco de dados de defeitos

induzidos em rolamentos.

5.3. Procedimentos de Ensaio

Uma sequência importante deve ser executada na realização dos ensaios de detecção de

ultra-som:

Escolher o local para fazer as leituras ;

Identificar o local escolhido e sempre realizar as medições no mesmo local ;

Verificar a velocidade e a carga da máquina, pois as diferenças afetam a leitura ;

Definir a frequência de captação do aparelho ;

Ajustar a sensibilidade para obter uma boa qualidade do sinal ;

Aproximar do rolamento sempre com o mesmo ângulo de aproximação da máquina

com o instrumento;

Aplicar a mesma quantidade de pressão ao fazer a leitura. A pouca pressão gera uma

leitura inferior e uma pressão maior faz com que a leitura seja elevada;

A leitura em decibéis deverá ser guardada e se for percebido que o rolamento está

emitindo um som incomum, é recomendável gravar a sua reprodução para uma

posterior análise no software .

67

Com o presente aparelho de detecção de ultra-som, como já foi dito, é possível

reconhecer o defeito característico do rolamento por três formas: pelo fone de ouvido, pelo

nível de intensidade sonora, e pela análise no software. É muito importante que o aluno

aprenda a caracterizar o defeito através de todas as formas, porém é de grande importância

que ele possa, através da análise do som, aplicar os conhecimentos teóricos aprendidos em

sala de aula, possibilitando o processamento do sinal adquirido e sua interpretação.

Este trabalho propõe que o aluno, para trabalhar seus conhecimentos teóricos, faça a vez

do software do equipamento, e através do software MATLAB, consiga aplicar técnicas de

processamento do sinal sonoro.

6. CONCLUSÃO

Com o estudo feito neste trabalho, através do princípio de funcionamento do

equipamento e experimentos realizados através do Matlab, é possível afirmar a viabilidade da

técnica de inspeção por ultra-som na detecção de defeitos em rolamentos.

Baseado no entendimento do funcionamento e das condições de falha do rolamento,

foi possível elaborar uma bancada de ensaios para o laboratório de metrologia da EEIMVR,

que irá permitir aos alunos a prática de técnicas de detecção de defeitos por ultra-som,

aplicando os conhecimentos teóricos aprendidos em sala de aula, podendo ter uma visão

prática da realidade encontrada em um ambiente industrial.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

NSK BRASIL LTDA. Diagnóstico rápido de ocorrências em rolamentos. São Paulo, 2008.SDT INTERNATIONAL. The decibel and the decibel micro. Cobourg, 2001.INFRARED.Técnica de manutenção preditiva com receptor ultra-sônico. Rio de Janeiro, 2007.UeSystems. How to locate mechanical problems, Canadá, 2004.Hall, James; Rienstra, Allan. Lubrification e Fluid Power, 2° ed., North America, 02 may 2002.Komnios, Nick. Finding your watch and loosing your bearings, 2000.Juvinall, Robert C.; Marshek, Kurt M. “Fundamentos do projeto de componentes de máquina”; tradução e revisão técnica Fernando Ribeiro da Silva. Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2008.ALMEIDA, Marcio Tadeu. Manutenção preditiva: benefícios e lucratividade, 2008. Frarey, John L. Technology Showcase: Integrated Monitoring Diagnostics and Failure Prevention. Proceedings of a Joint Conference, Mobile, Alabama, April 22-26, 1996.Lima, Walter da Costa. Manutenção Preditiva: Caminho para a excelência e vantagem competitiva, 2006.Almeida de, Márcio Tadeu. Manutenção Preditiva: Confiabilidade e Qualidade, 2009.Fagundes, Jarbas Cabral. END - Ensaios não destrutivos, 1996.PEM PLANT ENGINEERING AND MAINTENANCE. Latest ultrasonic technology reduces equipment failure, December 2003.http://www.machinerylubrication.com/Read/535/condition-based-lubrication. Acesso em maio de 2010.

http://www.machinerylubrication.com/Read/535/condition-based-lubrication

70

http://www.plantservices.com/. Acessado em abril de 2010.

http://ntrs.nasa.gov/search.jsp. Acessado em abril de 2010.

Bonjorno; Clinton. ‘Temas de Física 2’. São Paulo : Ed. FTD S.A. , 1998.

http://ntrs.nasa.gov/search.jsp

http://www.plantservices.com/

Projeto Final Pronto

Documents

Transcript of Projeto Final Pronto