Analisador de vibrações
NK 100
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MANUAL DE OPERAÇÃO
TEKNIKAO
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:.............................. 10
Usando baterias recarregáveis: ....................................... 11
Balanceamento dinâmico usando o NK100:.................... 12
Usando a função auto: ................................................... 18
Sensor de vibração NK 20:............................................. 18
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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/s2.
Velocidade :
200 ou
20 mm/s.
Deslocamento:
2000 ou
200 • m.
- Faixa de freqüência 100 a 200.000 CPM em 3 faixas.
- Medida RMS real, 0 a Pico e norma ISO 2372.
- 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).
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Descrição das chaves de funções
Função
Chave
K CPM
RANGE
UNIT
STAND
CHANN
STROB
INDC
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
Seleciona a unidade de medida desejada: Aceleração (m/s2),
Velocidade (mm/s) e Deslocamento (• m). Esta chave
também altera a faixa de medida seleciona pela chave
RANGE
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.
Seleciona o acelerômetro de entrada 1 ou 2.
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.
FILTER
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.
ON - OFF
Liga ou desliga o instrumento.
PLOT
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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.
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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
1 2 3.4
Medida Saturada
+1 2:3.4
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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/s2), 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 100.
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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
Aceleração
Velocidade
Deslocamento
Range
200
20
200
20
2000
200
Saída analógica
10,0 mV / m/s2
100,0 mV / m/s2
10,0 mV / mm/s
100,0 mV / mm/s
1,0 mV / mm
10,0 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.
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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 199.900 RPM, dividido em
três faixas com fundo de escala em 2.000, 20.000 e 200.000 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,
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ajustável pelo potenciômetro frontal e faixa selecionada pela chave K CPM,
sendo que nas faixas com fundo de escala em 2.000 e 20.000, a luz
corresponde a um pulso por CPM, e na faixa de 200.000, 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.
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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.
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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.
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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.
e=
Onde:
w = Velocidade em Radianos
e = Residual especifico em
 grmm 

 ou µm
 kg 
u = Unidade de desbalanceamento
m = Massa do Rotor
cm = Centro de massa do Rotor
r = Raio do desbalanceamento
u ⋅ r  gr ⋅ mm 


m  kg 
w
u
r
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.
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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 + - 20% na
amplitude e/ou + - 35% 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:
Sem massa
Com massa
Vibração
10.5
9.0
Fase
28º
54º
14
Massa de 10g no ângulo 0.
Método prático
Criar um referência angular dividindo-se o rotor em 8, 12, 16, etc.
Exemplo:
= 360º
8
360º
N.º divisões
=
45º/ Divisões
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
T
0
180
Valor com
massa de
teste
0
V1
B
270
15
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
V0
VT
52,5
MC = 10 x 84
= :6,25 g
16
7-e) Conclusão
Adicionar uma massa de 6,25 gr a 74 da posição da massa de teste o que
corresponde a
74
45 = 1,64 div. Do rotor.
Diagrama:
90
MC = 6,25
Massa de
correção
A
6,25 a
74º
MT = 10g
Massa de
teste 10gr.
V0
* 29º
a 45º
* 29º
T
180
0
0
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.
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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 10000 Hz com ressonância em aproximadamente 20000 Hz.
Dimensões : 35 x 45 mm (sem base magnética).
TEKNIKAO Ind. e Com. Ltda
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