UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

TRABALHO DE MANUTENO INDUSTRIAL

TCNICAS DE ANLISE DE VIBRAES APLICADAS A MANUTENO

PREDITIVA

JHONATTAN DIAS

CURITIBA, 17 DE NOVEMBRO DE 2014

INTRODUO

Antes de explicar sobre como a anlise de vibraes mecnicas pode ser

aplicada na manuteno industrial vale dar uma introduo sobre o que e como

funciona a manuteno preditiva. O termo, do ingls predictive maintenance, refere-se

a manuteno que realizada com o objetivo de predizer falhas e detectar mudanas

no estado fsico do equipamento. Difere da manuteno preventiva por no ser

agendada e ocorrer em perodos regulares de tempo independente do funcionamento e

desempenho da mquina ou mecanismo. Isto porque, esse tipo de manuteno

realizada em virtude de uma constatao de tendncia a falha. Podemos citar como

exemplos vibraes, emisses acsticas, presso, temperatura, desempenho e

acelerao fora do comportamento considerado normal e padro.

Os objetivos desse tipo de manuteno podem ser resumidos em reduzir impactos

dos procedimentos preventivos, eliminar montagens e desmontagens para inspeo,

impedir propagao de danos, maximizar a vida til, reduzir trabalho de emergncia no

planejado, alm de aumentar grau de confiana no desempenho.

1. FUNDAMENTOS DA VIBRAO

Vibrao um movimento oscilante em torno de uma posio de equilbrio e pode

acontecer a um equipamento inteiro ou apenas alguns elementos, retirando-os da

posio de estabilidade deles. Um ciclo de vibrao se completa quando o corpo retorna

para a posio inicial de movimentao e dito vibrao quando esse movimento se

repete numeras vezes.

O tempo em que um ciclo demora para ser realizado chamado de perodo, cuja

inversa chamada de frequncia do movimento e significa quantos ciclos so

percorridos dentro da unidade de tempo.

Podemos relacionar o movimento do corpo obtido graficamente com o

movimento rotacional de uma partcula. Aquele obedece as leis cinemticas do

movimento harmnico simples (MHS) gerando uma senoidal, enquanto este obedece

as leis cinemticas do movimento circular uniforme (MCU). Relacionando os dois

notamos que o comportamento e leis que regem o movimento so semelhantes.

Movimento harmnico de um corpo em x por t.

Movimento de uma partcula em movimento circular em x por t

Comparao entre os movimentos

Um conceito muito importante em vibraes o de amplitude, que corresponde

a quantidade de energia contida num sinal vibratrio mostrando a criticidade e o quo

destrutivo um sinal . Pode ser obtida atravs do deslocamento (microns no sistema

mtrico ou mils no sistema ingls), velocidade (mm/s no sistema mtrico ou in/s no

ingls) e acelerao (G* no sistema mtrico ou G no ingls).

A deteco dessa amplitude pode se dar em pico, RMS ou pico-a-pico, sendo as

normas e recomendaes utilizadas as ISSO-2372, VDI-2056 e NBR-10.082(ABNT).

A frequncia natural de um componente corresponde a frequncia em que ele

oscilar quando sujeito a uma fora impulsiva. Mediante a uma fora oscilatria o

equipamento ir vibrar seguindo a frequncia de excitao, e o problema ocorre quando

essa frequncia coincide com a natural do equipamento. Isso porque nesse momento

que surge o evento de ressonncia que quando uma excitao comea a alimentar a

outra acumulando grande energia vibratria ocasionando, com isso, problemas com

rudo, grandes amplitudes e fadiga muitos casos.

para a eliminao desse evento de ressonncia que uma anlise espectral

aplicada, pois com ela se reconhece as frequncias naturais do sistema e as faixas de

excitao em que o fenmeno ocorrer. Para identificar situaes de ressonncia que

ocasionam a deteriorao prematura do componente pode ser aplicado o

monitoramento peridico e sistemtico com a aplicao de inmeros sensores e

instrumentao da mquina.

2. APLICAO DA ANLISE DE VIBRAES

O ensaio de vibraes indispensvel para a deteco prematura de anomalias em

operao devido a desbalanceamentos, desalinhamentos de e juntas e rolamentos,

excentricidade, interferncia, eroso localizada, abraso, ressonncia, folgas, entre

outros fatores.

um mtodo permite alta confiabilidade, permitindo interromper a mquina em

tempo hbil a substituio de peas e reparos, evitando a fatdica falha catastrfica que

pode, em muitos casos, arriscar vidas humanas.

Pode ser aplicado no apenas na manuteno industrial, mas tambm na usinagem

mecnica, pois permite a melhoria da qualidade do produto, do acabamento superficial

e evita problemas de sobrecarga de mquina, ferramenta e insertos, prolongando a vida

dos mesmos.

O princpio por trs da anlise est no fato que as estruturas e mquinas excitadas

por esforos dinmicos (ao de foras) do sinais vibratrios de frequncia igual dos

agentes excitadores. Se forem colocados sensores e captores de vibraes em pontos

especficos da mquina possvel medir a vibrao que toda a estrutura est recebendo

e, a partir de anlise, possvel identificar a origem dos esforos durante a operao.

Esse mtodo elimina a subjetividade humana do tcnico, pois pode ser feito atravs

de monitoramento eletrnico, prevendo problemas como:

Rolamentos deteriorados;

Engrenagens defeituosas (desgastadas ou com engrenamento incorreto);

Acoplamentos desalinhados;

Rotores desbalanceados (excntricos ou empenados);

Vnculos desajustados;

Eixos deformados (empenados);

Lubrificao deficiente;

Folga excessiva em buchas;

Problemas hidrulicos (refluxo hidrulicos);

3. INSTRUMENTAO PARA MEDIO DE VIBRAO

Podemos classificar os sistemas de instrumentao para a monitorao peridica

de vibraes em 3 nveis diferentes: medidos de vibrao de nvel global (sem filtro),

medidor de vibrao com anlise de frequncia (com filtro) e analisadores de frequncia

por Transformada de Fourier.

3.1 MEDIDOR DE VIBRAO DE NVEL GLOBAL (SEM FILTRO)

um instrumento capaz de medir o valor global de vibrao (pico ou rms) em uma

extensa faixa de frequncia a qual ir depender da norma a ser aplicada ou do padro

utilizado. Mede a vibrao total resultante da ao de todas as frequncias presentes

dentro da faixa considerada, devido ao seu funcionamento. Tais medies so

comparadas a padres gerais e normas ou valores de referncia a fim de avaliar a

condio da mquina e impacto da oscilao.

capaz de medir o valor de pico de velocidade, deslocamento e acelerao (em

alguns casos) sobre uma faixa que vai de 5 Hz at 5000 Hz. Caso no haja um

parmetro de referncia para avaliao, as leituras de velocidade em RMS podem ser

comparadas com critrios de severidade normalizados que podem indicar a

necessidade de manuteno.

Possui uma grande capacidade de deteco de mau funcionamento de mquinas,

porm limitado para identificao e diagnostico, sendo essas a cargo de medidores

com anlise de frequncia ou analisadores por Transformada de Fourier. Para mancais

de rolamentos onde vibraes de outras fontes no predominam possvel de detectar

a deteriorao em seus estgios iniciais ainda.

Os defeitos nos elementos rodantes e/ ou pistas so responsveis por pulsos de

vibrao em alta frequncia que podem ser medidos pelo medidor de nvel global de

vibrao. Nos estgios iniciais das falhas, os picos resultantes tm pouca influncia

sobre o valor RMS e grande influncia no valor do pico.

Porm, nos estgios mais avanados da falha, os defeitos no apresentam grande

influncia sobre o valor de pico, mas o RMS ir sofrer grande modificao. O fator de

Crista a relao entre o valor do pico e o valor de RMS e acaba sendo reduzido de

volta a, aproximadamente, 3 vezes. Isso permite acompanhar a evoluo da condio

de rolamentos, monitorando o valor do Fator de Crista.

3.2 MEDIDOR DE VIBRAO COM ANLISE DE FREQUNCIA

Os medidores de vibrao simples (como o citado anteriormente) mede o nvel de

vibrao global sobre uma larga faixa de frequncias. Entretanto, em muitos casos, uma

anlise do espectro de frequncias revela outros componentes importantes no conjunto,

e no apenas os que possuem sinal vibratrio predominante.

Quanto mais estreita a faixa de monitoramento, mais cedo posso detectar a falha

em desenvolvimento, entretanto, mais tempo a anlise levar, a no ser que se utilizem

instrumentos mais sofisticados para auxiliar nessa anlise.

Essa deteco de falhas nos estgios iniciais, junto com um diagnstico e previso

de quebras possvel com o uso de instrumentos capazes de separar as frequncias

presentes no sinal de vibrao. possvel correlacionar o comportamento dinmico dos

elementos de mquinas atravs dos componentes de frequncia obtidas. Essa

correlao ser mais fcil quanto mais estreita for a faixa de anlise, o que resulta numa

deteco de falhas mais fcil.

Assim como o aumento dos nveis de vibrao indicam falhas, o aumento da

frequncia em que ocorrem tambm servem de indicadores, fornecendo informao de

onde a mquina est se deteriorando. Para cada tipo de falha (desalinhamento de eixos,

eroso de mancais, quebra de dentes de engrenagem) nos pontos de monitoramento

haver um espectro caracterstico que pode ser revelado por meio de anlise de

vibraes.

O registro do aumento dos nveis para um ou mais componentes de vibraes

possibilita a monitorao da tendncia dos nveis desses componentes em funo do

tempo para a falha de desenvolvimento. Esse grfico obtido tem por nome grfico de

tendncia, e quando extrapolado permite saber quando ser atingida condies

perigosas, e, com isso, ser marcada uma data de manuteno antecipadamente.

3.3 ANALISADORES DE FREQUNCIA POR TRANSFORMADA DE FOURIER

Quando deseja-se uma anlise com largura de filtro muito estreita ou sobre um sinal

transiente (choque), torna-se necessria a utilizao de um instrumento capaz de

realizar a Transformada de Fourier do sinal. Essa ferramenta matemtica capaz de

transformar um sinal randmico, peridico ou transitrio em uma srie de Fourier

equivalente, denominado espectro de frequncia. Essa ferramenta parte da propriedade

que diz que qualquer sinal pode ser decomposto em sries infinitas de componentes em

frequncia, convertendo o sinal no tempo para o domnio da frequncia.

Cada componente de frequncia dessa srie pode ser relacionado ao

funcionamento dinmico de determinada mquina. A utilizao desse tipo de

instrumento permite que seja levantado o espectro de frequncia para cada ponto de

referncia medido. Dessa forma possvel comparar espectros de frequncia de

mquinas sob suspeita com os espectros de referncia e poder correlacionar as

alteraes com as frequncias caractersticas de cada falha e realizar o diagnstico.

4. DIAGNOSES DE FALHAS

Tendo reconhecido que o aumento do nvel de vibrao normalmente indica o

desenvolvimento de uma falha, o engenheiro da planta precisa ento localizar a falha

num elemento particular da mquina. Medidas de vibrao de nvel global fornece muito

pouca informao 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 frequncia ser possvel obter o

diagnstico preciso da falha em desenvolvimento.

Procurar falhas em mquinas, em geral, envolve um trabalho de detetive. O

espectro de frequncia constitui a pista principal, que o aumento do nvel de vibrao

em uma ou mais frequncias conhecidas. Isto anlogo a uma impresso digital na

cena do crime, tudo que necessrio agora que o detetive compare a impresso

digital com as impresses dos criminosos conhecidos.

Na diagnose de falhas de mquinas, isto equivalente a conhecer as

frequncias de vibrao caractersticas de uma possvel falha e encontrar aquelas que

coincidem com as frequncias que sofreram aumento nos componentes. Isto implica no

estudo inicial das especificaes e desenhos de engenharia para cada mquina, fazer

um plano esquemtico e registrar nele as caractersticas geomtricas e dinmicas do

equipamento, tais como: o nmero de plos do motor, as velocidades de rotao,

nmero de dentes das engrenagens, os dados das bolas/rolos dos mancais de

rolamentos, etc. Atravs de clculos simples, estes dados so convertidos nas

frequncias caractersticas que compem o espectro de frequncia esperado no caso

de desenvolvimento de falhas. As tabelas de identificao de falhas, apresentadas no

apndice alistam as falhas mais comuns e suas frequncias caractersticas em funo

da velocidade de rotao.

CONCLUSES

A aplicao de manuteno preditiva em uma empresa permite, alm de ganhos

financeiros para empresa, uma reduo de custos de manuteno, pois a analise

vibraes aliada as curvas de tendncia permite prever quando a falha ir ocorrer,

permitindo um planejamento de quando dever ser realizada a manuteno,

prolongando a vida til do componente, substituindo-o apenas quando necessrio.

Alm disso, a anlise do espectro de frequncias permite uma maior eficincia

na interveno, vindo a atuar apenas onde necessrio e quando necessrio. Aumenta

a disponibilidade dos equipamentos e confiabilidade operacional a empresa. Ou seja, a

anlise de vibraes e do espectro de frequncias uma ferramenta extremamente til

na manuteno preditiva.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1120-manuteno-preditiva-anlise-de-

vibraes

http://wwwp.feb.unesp.br/jcandido/manutencao/Grupo_12.pdf

http://www.wikiwand.com/pt/Manuten%C3%A7%C3%A3o_preventiva

http://www.wikiwand.com/pt/Vibra%C3%A7%C3%A3o

http://www.mspc.eng.br/mecn/mvbr110.shtml