Analisador de vibrações NK 100 MANUAL DE OPERAÇÃO TEKNIKAO

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1 Analisador de vibrações NK 100 www. ekn / ka t.com.r i o MANUAL DE OPERAÇÃO TEKNIKAO

2 ÍNDICE: Descrição:...3 Principais características:...3 Descrição das chaves de funções:...4 Descrição operacional:...5 Medindo a amplitude global da vibração:...5 Tabela iso...7 Medidas em outras unidades:...7 Medida de vibração filtrada:...8 Usando a unidade estroboscópica:...9 Registrando espéctros de freqüência: Usando baterias recarregáveis: Balanceamento dinâmico usando o NK100: Usando a função auto: Sensor de vibração NK 20:

3 DESCRIÇÃO: O NK 100 é um analisador/medidor de vibrações e balanceador dinâmico para equipamentos rotativos. Tanto o NK 100 quanto o acelerômetro são de fabricação 100% nacional, com cobertura técnica total feita pela TEKNIKAO Ind. e Com Ltda. PRINCIPAIS CARACTERíSTICAS: - Indicação digital de 3 ½ dígitos em display de cristal liquido. - Indicação em bargraph de 21 pontos. - Fundo de escala para medida de amplitude: Aceleração : 200 ou 20 m/s 2. Velocidade : 200 ou 20 mm/s. Deslocamento: 2000 ou 200 m. - Faixa de freqüência 100 a CPM em 3 faixas. - Medida RMS real, 0 a Pico e norma ISO Filtro digital ativo de fácil sintonia. - Saída Analógica para monitoração. - Saída compatível com registrador XY. - Luz estroboscópica. - Acelerômetro com amplificador interno. - Estojo para facilitar o transporte. - Dois canais de entrada. - Peso 4,5 Kg (estojo completo). 3

4 Descrição das chaves de funções Chave Função K CPM RANGE Seleciona a faixa de freqüência de trabalho (RPM). Esta chave seleciona a faixa de freqüência em que o filtro deve atuar, a faixa de freqüência da unidade estroboscópica e a faixa para registro do espectro de freqüência Seleciona a faixa de amplitude da vibração na unidade e norma de medida selecionada UNIT Seleciona a unidade de medida desejada: Aceleração (m/s 2 ), Velocidade (mm/s) e Deslocamento ( m). Esta chave também altera a faixa de medida seleciona pela chave RANGE STAND Seleciona a norma a ser usada para a medida: ISO 2372, True RMS ou valor 0 a pico. Quando esta chave estiver em ISO a unidade será sempre em velocidade. CHANN Seleciona o acelerômetro de entrada 1 ou 2. STROB INDC PLOT FILTER ON - OFF Seleciona o modo de funcionamento da unidade estroboscópica: AUTO: A unidade estroboscópica será acionada em fase com o sinal de vibração filtrado. Esta função faz a sintonia automática do filtro com o sinal de vibração. FASE: A unidade estroboscópica será acionada em fase com o sinal de vibração filtrado e sintonizado manualmente, indicando a fase do vetor de desbalanceamento. OSC: A unidade estroboscópica será acionada por um oscilador interno ajustado manualmente, independente do sinal de vibração. Executa a inversão das indicações do bargraph e display. Faz com que a freqüência do filtro percorra a faixa selecionada linear e automaticamente, permitindo o registro do espectro de freqüência. Liga ou desliga o filtro de freqüência. Liga ou desliga o instrumento. 4

5 DESCRIÇÃO OPERACIONAL: 1) Medindo a amplitude global da vibração: Conecta-se o sensor de vibração NK 20 em um dos conectores das entradas (1) ou (2) através do seu cabo espiral. O sensor NK 20 deve ser colocado em contato físico com a superfície da máquina, na posição e no sentido em que se deseja medir a de vibração (em geral no mancal, no sentido axial, radial ou longitudinal). Para maior facilidade, deve-se usar a base magnética, que foi desenhada para permitir sua acomodação em superfícies planas ou curvas. A base-magnética deve ser rosqueada na parte inferior do sensor NK 20. Certifique-se que ela esteja bem acomodada, tanto no sensor quanto na superfície da máquina, pois em alguns casos a vibração pode provocar ressonância no conjunto mancal-base-sensor, o que induzirá vibrações no sensor, e conseqüentemente, medidas de vibrações maiores do que a real. Em locais em que não seja possível o uso da base-magnética, (locais pequenos, ou de alta temperatura superficial), deve-se utilizar a haste de alumínio, que deve ser rosqueada no lugar da base-magnética. O sensor NK 20 é sustentado pelo operador, e a haste pressionada no ponto de medida. Também neste caso deve-se ter o cuidado de não permitir a ressonância do conjunto. Na lateral do NK 100 está a chave seletora de tensão AC. Esta chave também seleciona a alimentação da unidade estroboscópica. 5

6 Antes de ligar o NK 100 certifique-se de que a chave seletora de tensão está de acordo com a rede elétrica. Ao ligar o NK 100, ele já estará configurado para a medida da amplitude de vibração do canal 1, segundo a norma ISO 2372, ou seja, valor de velocidade RMS na faixa de 10 a 1000 Hz, com fundo de escala de 200 mm/s. Se o sensor estiver conectado na entrada 2 deve-se mudar a entrada através da chave CHANN. Imediatamente o display de cristal líquido, indicará o valor da amplitude. Se este valor estiver abaixo de 19,9 mm/s, pode-se amplificar a medida através da chave RANGE. O fundo de escala passará a 20 mm/s. Esta função multiplica o sinal de entrada por 10. Em alguns casos, onde o nível de vibração é elevado, pode ocorrer uma saturação interna. Neste casos o NK 100 apaga o display, que indicará apenas o numeral 1. Porem durante a medida de deslocamento pode ocorrer uma saturação interna não visível no display, ou bargraph, neste caso o display indicará, além do valor de deslocamento, o sinal de + e :. Por exemplo: Medida Normal :3.4 Medida Saturada 6

7 A norma ISO 2372 (ou VDI 2056) fornece uma tabela de referência para medida global de vibração: 2) Medidas em outras unidades: Em alguns casos é necessário que a medida seja feita em outras unidades como aceleração, deslocamento ou velocidade sem que esta esteja ligada à norma ISO. Esta seleção é feita pela chave UNIT, na qual podemos selecionar a medida em aceleração (m/s 2 ), velocidade, (mm/s) ou deslocamento (µm). A variação da amplitude em função do tempo destas unidades pode ser monitorizada por um osciloscópio conectando-o à saída analógica, padrão BNC localizado na lateral do NK

8 Estas unidades podem ser indicadas no display em valores RMS ou 0-pico, sendo selecionados pela chave STAND. Um ganho adicional na indicação da amplitude e na saída analógica é possível pela chave RANGE em todas as unidades, conforme tabela abaixo: Unidade Range Saída analógica Aceleração ,0 mv / m/s ,0 mv / m/s 2 Velocidade ,0 mv / mm/s ,0 mv / mm/s Deslocamento ,0 mv / mm ,0 mv / mm 3) Medida de vibração filtrada A vibração medida em valores globais é composta pela somatória da vibração derivada de diversos fatores ou componentes da máquina, cada qual em uma amplitude e freqüência própria. Para se determinar o nível de vibração em cada freqüência deve-se filtrar o sinal proveniente do sensor através de um filtro eletrônico, passa banda de alta rejeição. O circuito de filtro disponível no NK 100 apresenta uma concepção nova, pois funciona por chaveamento em alta freqüência de capacitores. Possui ganho unitário, rejeição de -23db por oitava e é de fácil sintonia, a qual é feita por um potenciômetro de 10 voltas com alta linearidade, localizado no frontal do NK 100. A princípio a medida de freqüência do filtro é feita pela indicação dos pontos do bargraph, o que dá um valor aproximado do valor da freqüência na qual o filtro está sintonizado. 8

9 Para que este valor seja medido com precisão, podemos inverter a indicação do display com o bargraph através da chave INDC. Neste momento a medida da amplitude passa a ser indicada no bargraph e a freqüência do filtro no display. Pressionando-se novamente a chave INDC temos a condição inicial. A faixa de freqüência do filtro é de 100 RPM até RPM, dividido em três faixas com fundo de escala em 2.000, e CPM (ciclos por minuto). Estas faixas são selecionadas pela chave K CPM. Após ser feita a sintonia do filtro na freqüência e na unidade desejada pressiona-se a chave FILTER. O display (ou bargraph), indicará a amplitude da vibração filtrada na unidade e freqüência selecionadas. Na saída analógica também estará disponível o sinal filtrado, na unidade desejada. Pode-se manter o filtro ativo e percorrer outras freqüências manualmente, ou com a função PLOT, que será descrita posteriormente. 4) Usando a Unidade Estroboscópica A Unidade Estroboscópica do NK 100, é fabricada em PVC, com conectores de alta isolação elétrica, de porte e peso reduzidos. É conectada ao NK 100 através de um cabo espiral. Esta unidade funciona em 110 ou 220 Vac, selecionada pela chave seletora de tensão na lateral do NK 100. O controle desta unidade é feita pela chave STROB. A Função OSC faz a luz piscar em função de um oscilador interno, cuja freqüência é a mesma indicada pelo display ou bargraph, 9

10 ajustável pelo potenciômetro frontal e faixa selecionada pela chave K CPM, sendo que nas faixas com fundo de escala em e , a luz corresponde a um pulso por CPM, e na faixa de , é de um pulso a cada 10 CPM. Na unidade estroboscópica, pressione a chave para ligar e direcione o foco de luz para a unidade girante da máquina. Gire lentamente o potenciômetro de ajuste da freqüência até que se tenha a impressão de que a máquina esteja parada. Para facilitar a visualização é recomendado que se faça marcas ou números nas bordas da parte girante da máquina para se ter uma referência de ângulo. É possível que se obtenha uma imagem nítida e estável com metade da freqüência de rotação da máquina, em caso de dúvida ajuste a freqüência da luz estroboscópica para o dobro. Se for observado duas imagens das marcas defasadas de 180º, retorne ao valor inicial. Este é o valor real da rotação da máquina. Na função PHASE, a luz é comandada pelo sinal de vibração filtrado, ou seja, a luz pisca quando o sinal senoidal da vibração filtrada, atinge o ponto mais alto. Esta função e a função AUTO são utilizadas no balanceamento dinâmico, descrito posteriormente. 5) Registrando Espéctros de freqüência O registro de espéctros de freqüência é feito em papel por um registrador com dois canais analógicos X e Y. O NK 100 fornece uma saída de tensão DC proporcional à amplitude do sinal de vibração, em valores de PICO ou RMS VERDADEIRO, filtrado ou não, na unidade desejada. Este sinal está disponível na lateral do NK100 através de um conector padrão BNC denominado saída Y. O valor de tensão corresponde a 2 Vdc no fundo de escala do display ou bargraph. 10

11 A saída X, também localizada na lateral, com conector BNC, fornece um sinal DC proporcional à freqüência sintonizada no filtro, com fundo de escala de 2 Vdc para todas as faixas de rotação. Quando acionada a chave PLOT, esta fará com que a freqüência de sintonia do filtro suba linear e automaticamente desde o valor ajustado pelo potenciômetro de sintonia, até o fim da escala selecionada. Esta função também fará com que a pena do registrador baixe no inicio do registro e levante ao desativar a função, bastando para isso que se conecte o cabo de controle da pena do registrador XY na saída PENA, disponível na lateral do NK 100, através do conector padrão BNC. Note que o espectro pode ser da aceleração, velocidade ou deslocamento, em valores de PICO ou RMS VERDADEIRO. Opcionalmente a saída de sinal pode ser conectada a uma interface para registro do sinal e analise de espectro diretamente ligado a um computador pessoal. Consulte-nos. 6) Usando baterias recarregáveis (opcional): O NK 100 pode funcionar com baterias recarregáveis, que são instaladas na fábrica internamente ao instrumento. Não é necessário recarregador externo para as baterias, bastando que o instrumento esteja desligado, porem conectado à rede elétrica 110 ou 220 Vac, selecionado pela chave seletora de tensão, por um período de 6hs. É normal que, nas primeiras recargas das baterias, não se atinja a carga total. Após algumas recargas o instrumento poderá funcionar por um período de 6h. 11

12 7) Balanceamento Dinâmico usando o NK100 Todas as informações necessárias para balancear em campo são obtidas a partir das medições dos movimentos vibratórios transmitidos aos mancais, que são os pontos mais afetados por esforços de desbalanceamento e vibrações. As vibrações geradas por desbalanceamento de rotores são transmitidas a um captador piezoelétrico ( NK 20) que converte os movimentos vibratórios dos mancais em um sinal eletrônico proporcional. Este sinal eletrônico representa a mistura de vibrações geradas na máquina toda. As vibrações geradas por desbalanceamento atuam exclusivamente na freqüência de rotação do rotor e devem ser isoladas das demais vibrações. Esta tarefa é feita pelo sistema de filtragem do NK100, em alguns casos podemos usar a tecla AUTO, neste caso o NK100 identifica o pico máximo do sinal e mede sua freqüência, sintoniza automaticamente o filtro e emite um sinal para lâmpada estroboscópica que pisca em fase com o sinal de vibração já filtrado, facilitando a operação. O NK100 mede a posição angular do pico (positivo ou negativo) da vibração em relação a referência angular utilizada no rotor. Esta posição angular da vibração é denominada ângulo de fase. Em primeiro lugar deve-se ter certeza de que a vibração encontrada no equipamento analisado é de primeira ordem ( 1 X Freqüência ), para isso use o filtro. Coloque em RMS ou Pico e na unidade de mm/s ou µm, sintonize o filtro na rotação do rotor. Quando o filtro for ligado, o valor no display, será o valor devido ao desbalanceamento. Para ter certeza de que o filtro está bem sintonizado, use a lâmpada Strobo para verificar se o rotor parece parado. 12

13 Um desbalanceamento ocorre quando o centro de massa de um rotor não coincide com o centro de rotação. Quando o rotor está girando, uma força centrífuga é gerada causando vibração no eixo. Onde: w = Velocidade em Radianos e = Residual especifico em grmm ou µm kg w u r e = m gr r mm kg u u = Unidade de desbalanceamento m = Massa do Rotor cm = Centro de massa do Rotor r = Raio do desbalanceamento e cm m 7-b) Ciclo de medição Divida o rotor em ângulos no sentido oposto ao da rotação. Acelerar o rotor até a rotação operacional; Medir a amplitude de vibração. Note que o filtro deve estar ligado e sintonizado na rotação do rotor. Uma vez ajustado o filtro, não altere sua sintonia. As etapas para a correção do balanceamento devem ser feitas sempre na mesma rotação. É importante não mover o sensor de vibração, de sua posição. Anote o valor de vibração que aparece no display. Esta é a amplitude do desbalanceamento. Coloque a strobo em PHASE, ilumine o rotor próximo a posição do sensor de vibração, você verá um dos ângulos marcados no rotor parado na posição do sensor de vibração. Este ângulo é a fase do desbalanceamento. Uma massa de teste deve ser colocada para calcular a influência de um peso na vibração do rotor, com o cálculo desta influência podemos conseguir o desbalanceamento. 13

14 Cálculo de massa de teste. MT = M. Rotor x 30 R Onde : MT = massa de teste (gr) M = massa do Rotor em (kg) R = Raio de teste em (cm) Coloque a massa de teste no rotor e rode a máquina. Anote o novo valor da vibração medida e a posição da massa de teste, assim como o novo ângulo mostrado pela Strobo. Observando os resultados entre a 1ª leitura e a 2ª leitura, deve-se obter uma variação de no mínimo % na amplitude e/ou % no ângulo de fase. No caso contrário, recomenda-se mudar a posição angular da massa de teste ou alterar seu valor para que seja obtida uma vibração sensível na condição de vibração. 7-c) Processo de Correção Calcular a massa de correção e sua posição angular via método gráfico. Método gráfico Anotar os valores em forma de tabela: Exemplo: Vibração Fase Sem massa º Com massa º 14

15 Massa de 10g no ângulo 0. Método prático Criar um referência angular dividindo-se o rotor em 8, 12, 16, etc. Exemplo: 360º N.ºdivisões = 360º = 45º/ Divisões 8 Adotar um ponto de medição no mancal. Importante : O vetor AO, é o rotor do desbalanceamento antes da massa de teste. O vetor OB, que é a representação gráfica da vibração e seu correspondente ângulo de fase após a introdução da massa de teste, e na verdade a resultante de duas causas agindo em conjunto.para darmos seqüência ao cálculo, precisamos avaliar o efeito em termos de vibração e angulo de fase gerado exclusivamente pela massa de teste. 90 A Mt V0 Valor inicial 180 Valor com massa de teste T 0 0 V1 B

16 Se o vetor OB é a resultante do efeito de duas massas agindo em conjunto, a vibração e o ângulo de fase geradas pela massa de teste podem ser obtidas através da subtração do vetor original AO OB. Vetorialmente, isto é feito unindo-se os pontos a e b (T) do diagrama vetorial. O vetor AB corresponde a vibração gerada exclusivamente pela massa de teste ( fig. 2). Para calcularmos o vetor AB, também basta medi-lo e dividi-lo pelo fator de escala da vibração. Por exemplo: 1mm/s = 5mm ou 5mm 1mm / s Para se calcular o vetor AB = 84 mm 84mm 5mm /1mm / s = 16,8 mm/s Nosso objetivo é fazer que o valor AB, que agora tem o mesmo módulo de OA anule este último. Precisamos gira-lo até que fique sobreposto a OA. Mede-se com um transferidor o ângulo formado entre as retas V0 e V1, no exemplo, basta girar AB 29 no sentido horário (fig. 3) 7-d) Massa de correção MC = MT x V 0 VT MC = 10 x 52,5 84 = :6,25 g 16

17 7-e) Conclusão Adicionar uma massa de 6,25 gr a 74 da posição da massa de teste o que corresponde a = 1,64 div. Do rotor. Diagrama: 90 MC = 6,25 A Massa de correção 6,25 a 74º MT = 10g V0 Massa de teste 10gr. * 29º * 29º a 45º T V1 * Mesmo ângulo B 27 Observe que o giro da massa de correção obedece o ângulo formado entre o V0 e T, partindo da posição da massa de teste. 17

18 8) Usando a função AUTO A função AUTO foi implementada afim de facilitar o balanceamento em campo, quando o sinal de vibração devido ao desbalanceamento é predoninante. O NK 100 identifica o máximo pico do sinal de vibração, mede a freqüência deste sinal, sintoniza o filtro nesta freqüência e faz a luz estroboscópica piscar em fase com o sinal de vibração filtrado, independente do ajuste manual. Isto pode ser feito em qualquer unidade de medida, porem em velocidade e deslocamento o sinal é mais puro, portanto mais fácil de sintonizar.em outras palavras, para se fazer um balanceamento rápido, basta ligar o NK 100 e dirigir o foco de luz para a máquina. Imediatamente fica definido o vetor V1. Para se determinar o vetor V2, adicione a massa de teste e repita a operação. 9) Sensor de Vibração NK 20 No conector do acelerômetro temos a alimentação de ± 5V dc, e por onde o NK 100 recebe o sinal de vibração. O fato do acelerômetro possuir amplificação interna possibilita a extensão do cabo espiral para medidas de vibração em locais distantes até 20m. O NK 20 é produzido em aço inox ASTM 316, possui rosca M-8 para fixação da haste de alumínio ou da base magnética.sua resposta em freqüência é linear na faixa de 5.0 a Hz com ressonância em aproximadamente Hz. Dimensões : 35 x 45 mm (sem base magnética). TEKNIKAO Ind. e Com. Ltda Av. Agenor Couto de Magalhães, São Paulo - SP Brasil CEP: Fone/Fax (011) / (011)

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