AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Mauro Hugo Mathias
Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá
Programa de Pós-graduação em Mecânica
Área de Projetos
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
Conteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
3.1 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio do tempo;
3.2 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio da freqüência;
3.3 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio tempofreqüência;
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 3.1 – Avaliação de falhas com o uso de técnicas no domínio
do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:
A medição de nível global é um método de análise aproximado da condição
da máquina através do sinal de vibração, mensurando a amplitude do sinal,
avaliada de diferentes formas.
• O valor RMS ou valor eficaz que mede a energia da vibração;
• O valor de pico-a-pico, que mede a amplitude máxima da onda
fundamental. Esta medida é bastante útil quando a amplitude de
deslocamento constitui um parâmetro crítico em relação às restrições de
carga máxima.
• O valor de pico, ou de crista, parâmetro útil para identificar eventos de
curta duração, como choques de curta duração, por exemplo.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:
Quando alguma característica mecânica é alterada as solicitações sobre os
elementos mecânicos são alteradas modificando as freqüências que
compõe a vibração do sistema.
O desgaste, presença de trincas, folgas, alterações no acoplamento,
dentre outros fenômenos são alterações mecânicas que interferem na
solicitação mecânica dos componentes e geram freqüências que se
propagam pela estrutura do sistema alterando a vibração global
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:
Este tipo de medição precisa de um valor de referência para identificação
dos pontos de alarme pois a base de comparação passa a ser a própria
máquina.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
Parâmetros calculados a partir do sinal no domínio do tempo:
• Valor RMS (Root Mean Square)
• Valor de pico (Peak-Value)
• Fator de Crista (Crest-Factor)
• Curtose (Kurtosis)
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Valor RMS (Root Mean Square)
O valor médio quadrático (RMS) é utilizado para indicar o nível de energia
das vibrações do equipamento:
T
RMS 
lim
T 
1 2
1 n 2
x (t )dt 
xi


T 0
n i 1
n = número de ponto do sinal
xi(t) = sinal da vibração medido
O valor RMS é uma medida simples da energia da vibração, podendo ser
utilizado para indicar deterioração das condições do equipamento.
O valor RMS sofre poucas alterações nos estágios iniciais dos danos nos
elementos mecânicos, pois a energia total do sinal permanecerá
praticamente inalterada.
3 - Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Valor RMS (Root Mean Square)
Com a progressão da falha o valor RMS tende a aumentar pois o numero
de picos no sinal cresce, desta forma é possível utilizar níveis de alarme
para manutenção:
O monitoramento do equipamento através do valor RMS deve sempre
considerar dados históricos para permitir uma avaliação dos pontos de
parada e alarme.
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Valor de pico (Peak-Value)
O valor de pico é o valor da maior amplitude presente no sinal.
Quando seu valor aumenta é um indicativo de que impactos começaram a
surgir no equipamento com uma possível falha futura.
Geralmente seu valor aumenta antes do valor RMS, pois o valor de pico é
pontual, já o valor RMS depende da energia global do sinal e demora mais
para ser alterado.
Fator de Crista 
Valor de Pico
RMS
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Fator de Crista (Crest-Factor)
É a relação entre o valor de pico e o valor RMS:
Valor de Pico
Fator de Crista 
RMS
Conforme o início e a progressão da falha o fator de crista pode exibir
aumentos abruptos, causados pelo aumento de um defeito localizado
(aumenta o valor de pico, mas o valor RMS permanece praticamente o
mesmo), sendo possível utilizá-lo como um indicador de monitoramento do
surgimento de um defeito.
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Relação entre Valor RMS, Fator de Crista e valor de Pico:
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Curtose (Kurtosis)
A curtose é definida como sendo o valor do quarto momento estatístico da
função distribuição da densidade de probabilidade:
K
1 n
4


X

X
 i
n i 1
1 n
2
  X i  X  
 n i 1

2
Para mancais de rolamento o valor da curtose varia conforme o progresso
da falha, sendo que cresce rapidamente quando a falha se inicia e continua
crescendo até certa fase do progresso da falha, quando então com o
aumento do valor RMS a curtose pode ser reduzida.
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Nos
discos
serão
acopladas massas para
induzir desbalanceamento
no eixo em 5 condições:
• Massas opostas a 180º
(sem desbalanceamento)
• Massas a 135º, 90º e
45º
•Massas lado a lado
(situação mais crítica)
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Massas opostas a 180º
(sem desbalanceamento):
m/s2
* Esta seria a assinatura inicial “Baseline” da máquina,
contra a qual os níveis de alarme seriam definidos.
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Massas opostas a 135º:
m/s2
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Massas opostas a 90º:
m/s2
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Massas opostas a 45º:
m/s2
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Massas opostas a 0º
(massas lado a lado)
m/s2
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3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Monitoramento de desbalanceamento por Valor RMS
Distribuição das massas:
m/s2
Baseline
0,05
90º
135º
180º
Valor RMS
0º
45º
0,06
0,04
0,03
0,02
0,01
0
Valor RMS
180º
135º
90º
45º
0º
0,0318
0,0357
0,0449
0,0483
0,0496
Posição das massas
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático
Monitoramento de desbalanceamento por Valor RMS
0,06
Baseline
0,05
Valor RMS
• Uma máquina nova teria
repetidas medições com
amplitude igual a do Baseline;
0,04
0,03
0,02
0,01
0
Valor RMS
180º
135º
90º
45º
0º
0,0318
0,0357
0,0449
0,0483
0,0496
Posição das massas
• Um nível de alarme especificado
pelo usuário ou pelo fabricante da
máquina poderia ser usada para
identificar o ponto correto de
parada
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações Exercício prático para o aluno
• Com base nos sinais fornecidos do exemplo acima, elaborar rotina em
um dos softwares a seguir para cálculo dos parâmetros RMS, valor de
pico, Fator de Crista e Curtose.
• Softwares que podem ser utilizados: Matlab, Scilab, Octave ou
Labview
• Os sinais estão disponíveis na base de dados do Teleduc