VIBRAÇÃO E RUIDO EM MANUTENÇÃO PREDITIVA

Transcrição

1 Universidade Estadual Julio de Mesquita Filho Faculdade de Engenharia Campus de Bauru TRABALHO DE MANUTENÇÃO INDUSTRIAL DE FROTAS VIBRAÇÃO E RUIDO EM MANUTENÇÃO PREDITIVA Guilherme Bandeira Guilherme de Abreu Rafael Gianelli Bauru, 30 de setembro de 2010

2 ÍNDICE 1. Introdução Manutenção Preditiva Conceito Objetivos Vibração na Manutenção Preditiva Fundamentos da Vibração Amplitude de Vibração Ressonância Análise de Vibração Sistemas e Instrumentos para Medição de Vibração Medidor de Vibração de Nível Global (Sem filtro) Medidor de Vibração com Análise de Freqüência Analisadores de Freqüência por Transformada de Fourier Transdutores de vibração e parâmetros de medida Critérios de severidade e avaliação dos níveis de vibração Notas sobre diagnoses de falhas Resultados Previstos Curvas de Tendência Emissão acústica na manutenção Preditiva Os principais parâmetros para caracterização Benefícios proporcionados pelo uso da técnica de EA

3 1. Introdução A manutenção preditiva (do inglês, predictive maintenance) é aquela que é realizada a qualquer tempo, visando corrigir uma fragilidade percebida antecipadamente à ocorrência de um problema. Difere da manutenção preventiva por se realizar em virtude da constatação de uma tendência. A manutenção preventiva, por exemplo, ocorre a intervalos regulares, independente do desempenho do equipamento ou mecanismo, mas sim de acordo com um planejamento, como a troca de óleo do carro que é realizada a cada 3, 5 ou 10 mil kilômetros independentemente de como está se comportando o veículo. Na manutenção preditiva são registrados e analisados, em tempo real, vários fenômenos, tais como: Vibrações das máquinas; Emissão acústica; Pressão; Temperatura; Desempenho; Aceleração. Neste trabalho, serão apenas as Vibrações e as Emissões acústicas. 2. Manutenção Preditiva 2.1. Conceito A manutenção preditiva, se realiza uma vez que se perceba uma tendência: por exemplo, o conserto ou a troca de um pneu que se percebe esvazia com uma frequência distinta do padrão. Na área de informática, mecanismos de monitoramento estão constantemente verificando o desempenho do equipamento, coletando dados sobre sua utilização, erros recuperáveis ocorridos, sensores de temperatura, estados de alerta e outras informações. A análise dessas informações permite que se delineiem hipóteses sobre a origem dos problemas e iniciativas sejam tomadas para evitar que o equipamento chegue à situação de inoperância. Como exemplo, ao se perceber que a temperatura interna do equipamento tem subido no decorrer do tempo deve-se verificar se os sistemas de ventilação estão desobstruídos, se os ventiladores estão funcionando adequadamente etc. 3

4 Este tipo de manutenção indica as condições reais de funcionamento das máquinas com base em dados que informam o seu desgaste ou processo de degradação, e assim prediz o tempo de vida útil dos componentes das máquinas e equipamentos e as condições para que esse tempo de vida seja bem aproveitado. Na europa, a manutenção preditiva é conhecida pelo nome de manutenção condicional e nos estados unidos recebe o nome de preditiva ou previsional. Com base no conhecimento e análise dos fenômenos, torna-se possível indicar, com antecedência, eventuais defeitos ou falhas nas máquinas e equipamentos. A manutenção preditiva, após a análise do fenômenos, adota dois procedimentos para atacar os problemas detectados: Estabelece um diagnóstico e efetua uma análise de tendências. Diagnóstico: Detectada a irregularidade, o responsável terá o encargo de estabelecer, na medida do possível, um diagnóstico referente à origem e à gravidade do defeito constatado. Este diagnóstico deve ser feito antes de se programar o reparo. Análise da tendência da falha: A análise consiste em prever com antecedência a avaria ou a quebra, por meio de aparelhos que exercem vigilância constante predizendo a necessidade do reparo. Com base no conhecimento e análise dos fenômenos, torna-se possível indicar, com antecedência, eventuais defeitos ou falhas nas máquinas e equipamentos. A manutenção preditiva, geralmente, adota vários métodos de investigação para poder intervir nas máquinas e equipamentos. Entre os vários métodos destacam-se o Estudo das Vibrações; Análise dos óleos; Análise do estado das superfícies e análises estruturais de peças Objetivos Os objetivos da manutenção preditiva são: Determinar, antecipadamente, a necessidade de serviços de manutenção numa peça específica de um equipamento; Eliminar desmontagens desnecessárias para inspeção; 4

5 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. Por meio desses objetivos, pode-se deduzir que eles estão direcionados a uma finalidade maior e mais importante: A redução de custos de manutenção e aumento da produtividade. 3. Vibração na Manutenção Preditiva A manutenção preditiva baseada na monitoração da vibração tem sido empregada com sucesso em indústrias de processamento contínuo desde o início dos anos 70. As plantas de refinaria e petroquímicas adotaram esta técnica e obtiveram economia considerável com o aumento de disponibilidade de equipamento produtivo e correspondente aumento de produtividade. Desde então, a monitoração da condição tem sido implantada com sucesso em industrias que empregam máquinas rotativas em geral. Esse sucesso é devido a resultados econômicos obtidos em curto prazo, pela redução de intervenções de manutenção em até 70%, após reduzido período de monitoração e pela possibilidade de planejamento de intervenções com conhecimento prévio da época e causa das falhas. Situações reais demonstram economia de até 75% nos custos de manutenção nas empresas que adotaram esse procedimento, o que indica um rápido retorno no investimento com a instrumentação para a monitoração de vibração, durante a implantação do programa. É valioso notar que o sucesso desse programa não depende necessariamente de grandes investimentos iniciais em equipamentos sofisticados de análise. Muitos esquemas de sucesso começam com medidores e analisadores de vibração analógicos de baixo custo, de funcionamento simplificado, capazes de atender a um elevado número de equipamentos, dos mais diversos tipos. É necessário apenas que os equipamentos de coleta de dados sejam confiáveis e robustos, capazes de suportar os rigores do trabalho diário, em ambientes agressivos. 5

6 Todas as máquinas em funcionamento produzem vibrações que, aos poucos, levamnas a um processo de deteriorização. Essa deteriorização é caracterizada por uma modificação da distribuição de energia vibratória pelo conjunto dos elementos que constituem a máquina. Observando a evolução do nível de tais vibrações, é possível obter informações sobre o estado da máquina Fundamentos da Vibração A vibração é um movimento oscilante ou de trepidação de uma máquina ou de algum elemento de máquina, saindo de sua posição de estabilidade (estática ou dinâmica). Como exemplo, tomemos uma massa suspensa presa ao referencial por uma mola, e que se movimenta a partir de sua posição neutra (repouso) até os limites superior e inferior, retornando à sua posição neutra. Neste ponto, estará completo UM CICLO DE OSCILAÇÃO. Dizemos que existe VIBRAÇÃO quando este ciclo se repete várias vezes numa unidade de tempo. O TEMPO gasto para completar UM CICLO é chamado PERÍODO e, a quantidade de ciclos numa unidade de tempo é chamada FREQUÊNCIA DO MOVIMENTO. Registrando graficamente este movimento temos o traçado senoidal desta oscilação,que obedece às leis cinemáticas do MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES - MHS. Em nossas máquinas temos caracterizado um movimento rotacional que segue as leis cinemáticas do MOVIMENTO CIRCULAR UNIFORME - MCU, por tratar-se de rotação constante no momento da medição. Comparando os movimentos MHS e MCU, percebemos que as equações matemáticas obedecem aos mesmos princípios e são representadas, de forma simplificada, como se segue: Registro de movimento harmônico. 6

7 Movimento harmônico com projeção de um ponto que se move numa circunferência Amplitude de Vibração A AMPLITUDE relaciona-se com a quantidade de energia contida no sinal vibratório mostrando-nos a criticidade e destrutidade dos eventos presentes. É plotada no EIXO Y cartesiano. Pode ser tomada em Deslocamento, Velocidade e Aceleração e suas curvas de confiabilidade de respostas são: 7

8 Podem ser obtidas nos sistemas métrico ou inglês. AMPLITUDE MÉTRICO INGLÊS Deslocamento microns mils Velocidade mm/s in/s Aceleração G * G A detecção do sinal pode ser em PICO, RMS OU PICO-A-PICO As Normas e Recomendações mais utilizadas são: ISO-2372, VDI-2056 e NBR (ABNT) Ressonância A RESSONÂNCIA é a interação física e matemática de dois ou mais eventos atuando simultaneamente. As energias dos eventos manifestando-se em freqüências idênticas ou próximas entre si, darão surgimento a excitações não previstas inicialmente nos mais diversos sistemas mecânicos, elétricos ou estruturais. É objetivo da análise espectral, identificar os vários componentes que podem gerar as interações para assim proceder as modificações necessárias para eliminá-las. 8

9 Agregando o monitoramento periódico e sistemático, podemos identificar situações de ressonância as mais imprevisíveis, responsáveis, muitas das vezes, pela deterioração prematura de máquinas e componentes. Os exemplos mais comuns de RESSONÂNCIAS são: RPM da máquina com CPM da estrutura RPM de um componente com CPM de partes de rolamentos CPM de área espectral com CPM de partes de rolamentos CPM de engrenagens com CPM de carcaças e estruturas CPM de componentes de máquinas com CPM de sensores CPM de rolamentos com CPM de alimentação elétrica, dentre outros. Nos estudos de RESSONÂNCIA é comum confundi-la com BATIMENTO, devido à forma de manifestação, uma vez que nos dois casos existe um ruído modulado e característico, porém, de naturezas diferentes. RESSONÂNCIA é a interação entre energias de freqüências próximas, incluindo-se nestas, as freqüências naturais envolvidas, ao passo que o BATIMENTO é a interação simples de dois eventos de rotação similar. A RESSONÂNCIA é permanente e o BATIMENTO é transitório. O BATIMENTO possui um grau de destrutividade muito menor do que a RESSONÂNCIA, e isto é fundamental em preditiva Análise de Vibração O ensaio para vibrações mecânicas, em muitas indústrias, é um método indispensável na detecção prematura de anomalias de operação em virtude de problemas, tais como falta de balanceamento das partes rotativas, desalinhamento de juntas e rolamentos, excentricidade, interferência, erosão localizada, abrasão, ressonância, folgas, etc.. O método é particularmente útil na monitoração de operação mecânica de máquinas rotativas (ventiladores, compressores, bombas, turbinas, etc.), na detecção e reconhecimento da deterioração de rolamentos, no estudo de mau funcionamento típicos 9

10 em maquinaria com regime cíclico de trabalho, laminadores, prensas, etc., e na análise de vibrações dos processos de trincamento, notadamente em turbinas e outras máquinas rotativas ou vibratórias. Este método também permite uma grande confiabilidade na operação de instalações e na interrupção de uma máquina em tempo hábil, para substituição de peças desgastadas. Na usinagem mecânica com ferramental sofisticado, a medição das vibrações é essencial para a melhoria da qualidade final do produto. 0 método é aplicado na engenharia civil para o estudo do comportamento das estruturas sujeitas a carregamento provocados por um tráfego de alta velocidade. O ensaio de Análise de Vibrações é um método muito valioso, pois a identificação das falhas no monitoramento de máquinas e motores é feito por medições eletrônicas das vibrações, não percebidas por nossos ouvidos, eliminando assim a subjetividade do técnico. O princípio de Análise baseia-se na idéia de que as estruturas das máquinas excitadas pelos esforços dinâmicos (ação de forças) dão sinais vibratórios, cuja freqüência é igual à freqüência dos agentes excitadores. Se captadores de vibrações forem colocados em pontos definidos da máquina, eles captarão as vibrações recebidas por toda a estrutura. O registro das vibrações e sua análise permitem identificar a origem dos esforços presentes em uma máquina operando. Por meio da medição e análise das vibrações de uma máquina em serviço normal de produção detecta-se, com antecipação, a presença de falhas que devem ser corrigidas: Rolamentos deteriorados; Engrenagens defeituosas; Acomplamentos desalinhados; Rotores desbalanceados; Vínculos desajustados; Eixos deformados; Lubrificação deficiente; Folga excessiva em buchas; Falta de rigidez; Problemas aerodinâmicos; Problemas hidráulicos; 10

11 Cavitação. As mais comumente encontradas são: Desbalanceamento de massas rotativas. Rotores excêntricos ou empenados. Eixo empenado. Desalinhamentos em geral. Rolamentos danificados ou inadequados. Correias fora de padrão. Cavitação/Refluxo hidráulico. Passagem de palhetas. Turbulência em mancais de deslizamento. Motores Elétricos defeituosos. Engrenamentos desgastados ou incorretos Sistemas e Instrumentos para Medição de Vibração Os sistemas de instrumentação para a monitoração periódica de vibração podem ser classificados em 3 níveis: Medidor de vibração de nível global (sem filtro), Medidor de vibração com análise de freqüência(com filtro) e Analisadores de Freqüência por Transformada de Fourier Medidor de Vibração de Nível Global (Sem filtro) O medidores de vibração de nível global é um instrumento capaz de medir o valor global de vibração( pico ou rms), em uma extensa faixa de freqüência, que depende das normas e padrões aplicáveis. Pelo seu funcionamento, este instrumento mede a vibração total resultante da ação de todas as freqüências presentes no sinal de vibração, dentro da faixa considerada. As medições são comparadas com padrões gerais (Normas) ou valores de referências estabelecidos para cada máquina. A condição da máquina é assim avaliada no campo, com o mínimo de dados. Este tipo de medidor deve ter a capacidade de medir o valor true RMS ou valor de Pico de velocidade, deslocamento e, em alguns casos, aceleração, sobre uma faixa de freqüência de 5 Hz a Hz. Em casos de falta de valores de referência, as leituras de velocidade em RMS podem ser diretamente comparadas com critérios de severidade de vibração normalizados que podem indicar a necessidade de manutenção. 11

12 O medidor de vibração de nível global é um instrumento com grande capacidade de detecção de mau funcionamento de máquinas, porém possui capacidade limitada para a identificação e diagnóstico, tarefas estas que devem ser realizadas por medidores de vibração com análise de freqüência ou analisadores por Transformada de Fourier. No caso específico de mancais de rolamentos onde, vibrações de outras fontes não predominam, é possível detectar deterioração de mancais, em seus estágios ainda iniciais. Para esta finalidade, o medidor de vibração deve ser chaveado para a leitura simultânea do valor RMS e valor de Pico. Os defeitos nos elementos rodantes e/ou pistassão responsáveis por pulsos de vibração em alta freqüência que podem ser medidos através do medidor de nível global de vibração. Nos estágios iniciais de falhas, os picos resultantes dos pulsos de vibração tem pouca influência sobre o valor RMS, e grande influência sobre o valor de Pico. Dessa forma, à medida que a deterioração do rolamento aumenta, a relação entre o Valor de Pico e o Valor RMS aumenta consideravelmente (de 3 para aproximadamente 10 vezes). Por outro lado, nos estágios mais avançados de falhas, os defeitos já não apresentam grande influência sobre o valor de Pico, porém o valor RMS, nesse instante, sofrerá grande alteração. A relação entre o valor de Pico e o valor RMS, denominada Fator de Crista, volta, então, a reduzir-se para aproximadamente 3 vezes. Dessa forma, é possível, acompanhar a evolução da condição de rolamentos, através da monitoração do Fator de Crista Medidor de Vibração com Análise de Freqüência Medidor de Vibração simples, tais como os mencionados no parágrafo anterior, medem o nível de vibração global sobre uma faixa larga de freqüência. O nível medido reflete o nível de vibração das componentes de freqüência dominantes do espectro, que são, é claro, as componentes mais importantes para serem monitoradas. Mas quando o mesmo sinal de vibração é analisado em freqüência e o espectro registrado em forma de gráfico, o nível de muitos componentes, possivelmente também importantes, são revelados. O desenho esquemático abaixo, ilustra esta diferença. Note que devido às componentes de freqüência(b) determinarem o nível de vibração global, aumentos em componentes importantes (A) podem ser detectados nos estágios iniciais somente através da análise em freqüência. Note também que assim que a largura da banda é reduzida, um espectro mais detalhado com picos individuais separados é obtido. Em geral, quanto mais 12

13 estreita a banda de freqüência da análise, mais cedo podem ser detectadas as falhas em desenvolvimento. Mas por outro lado, quanto mais estreita a largura da banda de freqüência, mais tempo a análise levará, a não ser que instrumentos de medição mais sofisticados sejam utilizados. A detecção de falhas nos estágios iniciais, juntamente com o diagnóstico e previsão de quebras torna-se possível com o uso de instrumentos capazes de separar as freqüências presentes no sinal de vibração. Através do estudo da máquina analisada, é possível correlacionar cada componente de freqüência, com o comportamento dinâmico dos elementos de máquina. A capacidade de separação de freqüências dependerá da largura do filtro utilizado pelo instrumento. Quanto mais estreita for a largura do filtro, mais fácil será a separação de freqüências muito próximas e conseqüentemente, mais fácil será a detecção de falhas. Não apenas os aumentos de níveis em componentes de freqüência fornecem indicação de falhas, mas também a freqüência em que elas ocorrem indicam qual parte da máquina está se deteriorando. Para cada ponto de monitoração, desbalanceamento, desalinhamento, erosão em mancais, quebra de dentes de engrenagens, etc. Terão suas freqüências características que podem ser reveladas com o auxílio da análise de freqüência. As tabelas de defeitos, apresentadas mais adiante, ilustram esta relação. O registro do aumento dos níveis para um ou mais componentes de freqüência, sobre um número de medidas periódicas, possibilita a monitoração da tendência dos níveis dessas componentes em função do tempo para as falhas em desenvolvimento. A curva resultante conhecida por GRÁFICO DE TENDÊNCIA, pode ser extrapolada no tempo para indicar quando a condição atingirá limites perigosos para que a manutenção possa ser marcada antecipadamente para uma data conveniente Analisadores de Freqüência por Transformada de Fourier Em casos onde se deseja uma análise de freqüência, com larguras de filtro muito estreita, ou deseja-se realizar a análise de freqüência sobre um sinal transiente (choques) torna-se necessária a utilização de um sistema capaz de executar a Transformada de Fourier do sinal, que é uma ferramenta matemática capaz de transformar um sinal randônico, periódico ou transitório, numa série de Fourier equivalente, denominado ESPECTRO DE FREQÜÊNCIA. Este instrumento baseia-se na propriedade de que 13

14 qualquer sinal pode ser decomposto numa série infinita de componentes de freqüência que representa o mesmo sinal no domínio da freqüência. Cada componente de freqüência dessa série pode ser relacionada ao funcionamento dinâmico de determinado de máquina. A utilização desse tipo de instrumento, permite que seja levantado o espectro de freqüência de referência para cada ponto de medida denominada ASSINATURA DA MÁQUINA ou BASELINE. Dessa forma é possível comparar espectros de freqüência de máquinas sob suspeita com seus espectros de referência, identificar as alterações, relacioná-las com as freqüências características de falhas dos diversos elementos de máquinas, e assim, proceder ao diagnóstico Transdutores de vibração e parâmetros de medida Os sinais de vibração são captados através de sensores denominados transdutores. Os principais transdutores utilizados em Programas de Manutenção pela Condição são: Transdutores de Deslocamento Relativo ou de Proximidade, Transdutores Sísmicos - Pickups de velocidade e Acelerômetros Piezoeléctricos. Enquanto os transdutores de deslocamento relativos são melhores para algumas aplicações específicas como monitoração de vibração de eixos, os transdutores sísmicos, que medem a vibração absoluta, tem-se tornado bastante popular na monitoração da condição de máquinas em geral. Os transdutores de deslocamento relativo, tais como os sensores de eddy current ou de proximidade, embora tenham uma faixa de freqüência que pode ser estendida até Hz, na verdade, somente podem ser efetivamente utilizados em baixa freqüência, visto que os harmônicos mais elevados, normalmente, apresentam amplitudes de deslocamento tão reduzidas que praticamente não podem ser detectadas por esse tipo de transdutores. Entre os transdutores sísmicos, os acelerômetros piezoeléctricos tem-se tornado, recentemente os mais utilizados para a medida de vibração de máquinas por apresentarem uma curva de resposta em freqüência muito superior do que os pickups de velocidade combinadas com dimensões razoavelmente reduzidas. Além disso, esses transdutores são robustos e apresentam uma maior durabilidade ( não possuem partes móveis ), que os torna indicado para o rigor do trabalho diário de coleta de dados. Como em muita situação de monitoração, tornam-se necessário medições de freqüências bem acima de 1000 Hz, combinadas com amplitudes de vibração extremamente elevadas, o acelerômetro piezoeléctrico é a única escolha. 14

15 Com uma instrumentação baseada no uso de acelerômetros, o usuário fica livre para escolher entre aceleração, velocidade ou deslocamento, com parâmetro de medida, bastando para isso que o medidor de vibração possua circuitos integradores, que transformam sinais proporcionais à aceleração do movimento vibratório em sinais proporcionais à velocidade e ao deslocamento. Com essa liberdade de aplicação, diferentes engenheiros tem, por hábito, diferentes preferências na escolha do parâmetro mais adequado para a monitoração de vibração. Vamos, entretanto, analisar a questão a partir de um ponto de vista puramente técnico. O desenho abaixo mostra um espectro de vibração de uma máquina típica, expresso em termos dos três diferentes parâmetros (aceleração, velocidade e deslocamento). Pode ser visto que esses espectros tem diferentes inclinações para cada parâmetro, mas apesar disso, possuem picos nas mesmas freqüências, e a amplitude dos picos relativos à inclinação geral de cada espectro é a mesma. Dessa forma, podemos concluir que cada curva é uma representação correta para o espectro de vibração. Existe de fato, uma relação matemática muito simples entre as curvas, tal que, o valor da amplitude, a qualquer freqüência, em cada uma das outras curvas - de fato, isto é realizado por integração eletrônica, nos medidores de vibração. Note que, no exemplo ilustrado, a faixa de amplitude necessária para apresentar a curva total de velocidade é a menor e assim ocupa a menor faixa no sistema de medição. Isto também significa que componentes de freqüência nesta curva necessitam uma alteração relativa menor para que comece a influenciar nos níveis de vibração global. A maioria das componentes das outras curvas precisam sofrer uma alteração muito grande para conseguir influenciar o nível de vibração global. A conclusão é que, de uma maneira geral, ( e especialmente quando utilizando instrumentos simples que fornecem leituras simples sobre uma faixa de freqüência) o espectro mais plano é o parâmetro que possibilita detecções de falhas mais cedo. Este parâmetro é tipicamente velocidade. Mas pode, em alguns casos ser aceleração, especialmente, onde vibrações de alta freqüência são particularmente interessantes, como por exemplo em mancais de rolamento e redutores. Por outro lado, se é sabido que as falhas a serem monitoradas ocorrem principalmente em baixa freqüência, como é o caso de compressores alternativos ou ventiladores de torres de resfriamento, deve-se escolher o parâmetro deslocamento. Em sistemas de medição baseados em acelerômetros, o medidor de vibração ou préamplificador associado, normalmente, já inclui circuitos de integração, tal que os parâmetros de medida, tanto aceleração, velocidade ou deslocamento, possam ser escolhidos simplesmente através de acionamento de uma simples chave. 15

16 3.7. Critérios de severidade e avaliação dos níveis de vibração Muitos engenheiros começam usando um dos critérios de vibração padronizados (Norma) como um guia para julgamento da condição de máquinas. Algumas Normas, como ISSO 2372, especificam limites de vibração, que dependem apenas da potência da máquina e do tipo de fundação. Muitos critérios de aplicação comuns são baseados na medida do valor RMS da velocidade de vibração sobre um faixa de 10 a 1000 Hz, embora a prática mostre que é possível encontrar muitas componentes importantes em freqüências mais elevadas. Embora os valores absolutos sugeridos por esses critérios não sejam sempre relevantes, eles são muito úteis por indicarem o significado de vários graus de aumento dos níveis de vibração. Por exemplo, a Norma ISO 2372, mencionada previamente, indica que um aumento da ordem de 2,5 vezes (8 db) no nível de vibração é uma alteração significativa no estado de funcionamento da máquina. Esse aumento, na verdade, corresponde a largura de uma classe de qualidade. Por outro lado, o aumento de um fator de 10 vezes(20 db) é grave pois uma máquina com essa alteração, pode passar da classificação não permissível. Esses fatores de aumento de vibração, como especificado pelo critério mencionado, aplica-se somente as medidas em nível RMS, mas muitos anos de experiência tem provado que eles também podem ser aplicados para a avaliação de componentes individuais de freqüência obtidas pela análise de freqüência. As medidas de vibração na superfície do elemento de máquina refletem as forças cíclicas que estão sendo transmitidas naquele ponto. A medida da velocidade real de vibração é proporcional não apenas às forças envolvidas mas também à mobilidade da estrutura, naquele ponto. Mobilidade é a medida da tendência da estrutura em ser colocada em movimento ( inverso da impedância mecânica). A relação entre a força de excitação, mobilidade e a velocidade de vibração resultante, é ilustrado no esquema abaixo, em função da freqüência. O espectro de freqüência resultante é resultado da multiplicação, ponto a ponto, do espectro da força de excitação pelo espectro da mobilidade. Note que, no exemplo, a componente de força com grande amplitude (A) na freqüência (n) é reduzida pela baixa mobilidade nesta freqüência (n) tal que nenhum pico especial é notado no espectro de vibração. Não é portanto recomendável olhar apenas para os picos de nível mais elevado, no espectro de vibração, valores reduzidos também contém informações sobre alterações de forças. As características de mobilidade das máquinas normalmente não se alteram significativamente com o tempo, tal que pode-se assumir que, se o nível de vibração num ponto, numa determinada freqüência, dobrar, o nível de força também terá dobrado, naquele ponto e naquela freqüência. A mobilidade pode diferir 16

17 significativamente de uma máquina para outra, de maneira que uma indicação mais confiável da condição da máquina é obtida por alterações relativas, isto é, especificando a BASELINE de referência ou nível de referência e permitindo um fator fixo de alteração para representar uma modificação do estado de funcionamento. Muitos anos de experiência tem confirmado que este método pode ser utilizado para a maioria das máquinas. A prática tem mostrado que para componentes de freqüência até 1000 Hz, um aumento de 2,5 vezes ( 8 db) deve ser considerado uma alteração significativa na condição, necessitando de investigação, e um aumento de 10 vezes ( 20 db) a partir da condição de referência significa a necessidade de reparo imediato como sugerido pela Norma ISO e outros critérios. Para componentes de freqüência acima de 4000 Hz, esses fatores podem cautelosamente serem aumentados para 6 vezes ( 16 db) e 100 (40 db) como mostrado no esquema acima Notas sobre diagnoses de falhas Tendo reconhecido que o aumento do nível de vibração normalmente indica o desenvolvimento de uma falha, o engenheiro da planta precisa então localizar a falha num elemento particular da máquina. Medidas de vibração de nível global fornece muito pouca informação que ajude a identificar as falhas. A medida do fator de crista mencionada anteriormente pode isolar a falha em um mancal de rolamentos de bolas ou rolos. Entretanto, somente com o espectro de freqüência será possível obter o diagnóstico preciso da falha em desenvolvimento. Procurar falhas em máquinas, em geral, envolve um trabalho de detetive. O espectro de freqüência constitui a pista principal, que é o aumento do nível de vibração em uma ou mais freqüências conhecidas. Isto é análogo a uma impressão digital na cena do crime, tudo que é necessário agora é que o detetive compare a impressão digital com as impressões dos criminosos conhecidos. Na diagnose de falhas de máquinas, isto é equivalente a conhecer as freqüências de vibração características de uma possível falha e encontrar aquelas que coincidem com as freqüências que sofreram aumento nas componentes. Isto implica no estudo inicial das especificações e desenhos de engenharia para cada máquina, fazer um plano esquemático e registrar nele as características geométricas e dinâmicas do equipamento, tais como: o número de pólos do motor, as velocidades de rotação, número de dentes das engrenagens, os dados das bolas/rolos do mancais de rolamentos, etc. Através de cálculos simples, estes dados são convertidos nas freqüências características que compõem o espectro de 17

18 freqüência esperado no caso de desenvolvimento de falhas. As tabelas de identificação de falhas, apresentadas no apêndice alistam as falhas mais comuns e suas freqüências características em função da velocidade de rotação Resultados Previstos As atividades de Manutenção Preditiva permitem ganhos financeiros para a empresa resultantes dos seguintes benefícios para a manutenção. Redução dos custos de manutenção - Com base na análise de vibrações e nas curvas de tendência, pode-se ter uma previsão de quando será necessária uma intervenção de manutenção, e quais os serviços a serem realizados, prolongando-se a vida útil de componentes, substituindo-as apenas o necessário.. Aumento da eficiência das intervenções da manutenção - através da indicação antecipada dos elementos com falha e da avaliação dos resultados das intervenções Aumento da disponibilidade dos equipamentos - A utilização de programas preditivos pode virtualmente eliminar paralisações imprevistas devido 18

19 a falha de máquinas, bem como reduzir a necessidade de programação de paradas desnecessárias para serviços preventivos. Aumento da confiabilidade operacional - A eliminação de paradas não programadas aumenta a confiabilidade Curvas de Tendência O gráfico que registra os níveis globais registrados ao longo do tempo, chama-se CURVA DE TENDÊNCIA. Através dessa curva, pode-se extrapolar com os resultados obtidos, realizando uma previsão da data de ocorrência de níveis de falha programando-se assim as intervenções com antecedência. 19

20 4. Emissão acústica na manutenção Preditiva Emissão acústica foi definida como um fenômeno onde ondas elásticas transientes são geradas por rápida liberação de energia mecânica a partir de fontes localizadas em um material ensaiado (ABNT, 2004). Fontes de emissão acústica incluem os mecanismos de deformação e fratura, tais como: crescimento de trincas, movimento de discordâncias, maclação, deslocamento de contornos de grão, fratura e decoesão de inclusões (Miller, 1987). Vazamentos oriundos de recipientes pressurizados tais como vasos de pressão e tanques de armazenamento também geram sinais detectados e classificados como emissão acústica. A técnica de emissão acústica consiste em avaliar sinais acústicos coletados através de sensores piezelétricos instalados na superfície externa do equipamento. Sinais de emissão acústica são ondas mecânica de natureza transitória que se propagam através do meio isolante e estrutura interna até atingir a superfície externa do equipamento ensaiado. Estas ondas podem ser geradas por vibrações mecânicas, descargas parciais, arco elétricos, trincas, etc. A análise destes parâmetros em conjunto com a localização do sinal e com a análise de gás nos dá a criticidade do defeito. Além de identificar defeitos elétricos também podem ser identificados defeitos mecânicos com afrouxamento de parafuso, vibração, folgas de calço, etc. 20

21 Os Sensores Piezelétricos transformam os sinais captados em sinais elétricos onde são transmitidos através de cabos até uma unidade de processamento de sinais. Nesta unidade de processamento o sinal é digitalizado e feito a sua caracterização Os principais parâmetros para caracterização Amplitude Máxima: É o pico de voltagem do sinal, expresso em decibéis (db), referente a 1µV; Número de contagens: É o número de vezes que a amplitude do sinal excede um limite de referência adotado; Energia: área medida sob um envelope do sinal retificado, em coordenadas de amplitude x tempo. Este parâmetro, da forma como é obtido, é adimensional; Duração intervalo de tempo entre a primeira e a última vez que o sinal cruza o limite de referência; Freqüência Média relação entre o número de contagem e duração Tempo de subida intervalo de tempo entre a primeira vez que o sinal cruza o limite de referência e o momento em que ocorre o pico de voltagem. 21

22 4.2. Benefícios proporcionados pelo uso da técnica de EA Como qualquer outra técnica de inspeção preditiva, o custo evitado da falha de equipamentos é difícil de mensurar pois envolve não só o reparo e a substituição do equipamento e instalações, mas também as perdas provocadas pelo tempo de interrupção do fornecimento, os prejuízos ao mercado consumidor, ao meio ambiente, à imagem da empresa, entre outros, além das penalidades impostas pelos agentes reguladores. Pela avaliação da criticidade é possível adiar ou evitar intervenções desnecessárias. Devido às características particulares da técnica de EA, tem-se: Redução dos custos e dos tempos de paradas para inspeções; Os ensaios são realizados de forma simples, com o equipamento em operação normal Rapidez no diagnóstico A detecção e análise de defeitos é feita em tempo real Redução dos custos e dos tempos de manutenção Direcionamento das intervenções possibilitado pela localização tridimensional dos defeitos. BIBLIOGRAFIA /pdf/7Apostil_Vibracao.PDF