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
4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas
Conteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
4.1 – Diagnóstico de máquinas;
4.2 – Desbalanceamento de eixos;
4.3 – Desalinhamento de eixos;
4.4 – Desalinhamento de correias;
4.5 – Componentes soltos;
4.6 – Falhas em engrenagens;
4.7 – Roçamento;
4.8 – Falhas em motores elétricos.
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.1 - Diagnóstico de máquinas
4 - Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Teoria
Através da análise de vibrações de conjuntos mecânicos é possível
identificar uma variedade de falhas e as mais comuns que respondem pela
maior parte das ocorrências em manutenção são:
• Desbalanceamento
• Desalinhamento
• Componentes soltos
• Defeitos em mancais de rolamentos
• Defeitos em engrenagens
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Procedimentos experimentais
Os procedimentos experimentais demonstrados neste material serão
executados em bancadas experimentais especialmente desenvolvidas para
simulação das falhas a serem apresentadas:
1ª - Bancada para testes de:
• Desbalanceamento;
• Desalinhamento de eixos;
• Desalinhamento de correias;
• Mancais de rolamentos;
• Falhas em engrenagens.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Procedimentos experimentais
Os procedimentos experimentais demonstrados neste material serão
executados em bancadas experimentais especialmente desenvolvidas para
simulação das falhas a serem apresentadas:
2ª Bancada para testes exclusiva
para Mancais de rolamentos.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Procedimentos experimentais
Os procedimentos experimentais demonstrados neste material serão
executados em bancadas experimentais especialmente desenvolvidas para
simulação das falhas a serem apresentadas:
3ª Bancada para testes de:
• Desalinhamento de eixos;
• Falhas em engrenagens;
• Mancais de rolamentos;
• Acoplamentos flexíveis;
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Procedimentos experimentais
Os procedimentos experimentais demonstrados neste material serão
executados em bancadas experimentais especialmente desenvolvidas para
simulação das falhas a serem apresentadas:
4ª Bancada para testes de:
• Desbalanceamento;
• Desalinhamento de eixos;
• Falhas em engrenagens;
• Mancais de rolamentos;
• Componentes soltos;
• Roçamento;
• Falha em motores elétricos.
4 - Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Sinais gerados por máquinas rotativas
• Quando se busca identificar falhas em máquinas rotativas, uma mudança
no sinal de vibração pode ser considerada uma mudança na condição da
máquina.
• Vibrações tendem a se alterar com a velocidade e a carga da máquina,
assim nesta primeira etapa iremos apresentar os sinais gerados por
equipamentos que trabalham a carga e velocidade constante.
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.2 – Desbalanceamento de eixos
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento
O desbalanceamento ocorre quando há uma distribuição desigual de
massa em torno da linha central de rotação de um eixo, gerando cargas
nos mancais como resultado das forças centrífugas.
Massa desbalanceando o eixo
1x RPM
O desbalanceamento pode ser identificado
no espectro de freqüências como um pico
com valor igual ao valor de rotação do eixo:
Não há a presença de harmônicas.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
Utilizando a bancada experimental nº 1 serão efetuadas coletas de dados
demonstrando como se caracteriza o defeito desbalanceamento:
Nos
discos
serão
acopladas massas para
induzir desbalanceamento
no eixo em 3 condições:
• Massas opostas a 180º
(sem desbalanceamento)
• Massas a 90º
• Massas lado a lado
(situação mais crítica)
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
Utilizando a bancada experimental nº 1 serão efetuadas coletas de dados
demonstrando como se caracteriza o defeito desbalanceamento:
Video demonstrativo do
experimento
realizado
disponível
na
base
Teleduc na aba vídeos do
cápítulo 4.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
1º caso – Massas opostas (Eixo sem desbalanceamento)
Massas no disco:
Sinal coletado com eixo a 20 hz:
Massa 1
Massa 2
Não
Freqüência
há freqüência
de
desbalanceamento
indicativa de falha
não
noidentificada
espectro
Tempo
Freqüência
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
2º caso – Massas a 90º
Massas no disco:
Sinal coletado com eixo a 20 hz:
Surge
Surge pico
pico no
no
espectro
espectro a
a 20
20 hz
hz
Massa 1
Massa 2
Tempo
Freqüência
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
3º caso – Massas lado a lado (situação mais crítica)
Massas no disco:
Sinal coletado com eixo a 20 hz:
Massa 1
Massa 2
Pico
com
alta
Pico
com
alta
amplitude
amplitude
Tempo
Freqüência
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
Comparando os espectros dos 3 sinais coletados a 20hz (1200 rpm):
Massas opostas
Massas a 90º
Massas lado a lado
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desbalanceamento - Exemplo
Visualização dos sinais coletados:
A aquisição de dados encontra-se na base Teleduc (aquisições de sinais):
•Desbalanceamento massas a 0 graus sinal no tempo e na freqüência
•Desbalanceamento massas a 90 graus sinal no tempo e na freqüência
•Desbalanceamento massas a 180 graus sinal no tempo e na freqüência
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.3 – Desalinhamento de eixos
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento
O desalinhamento ocorre quando o eixo motor e movido não estão no
mesmo centro e pode ser de 2 tipos:
• 1º Tipo: Angular: quando as linhas de centro estão em direções diferentes
do tipo paralelo (quando as linhas de centro estão na mesma direção
porem lado a lado).
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento angular
O desalinhamento angular pode ser identificado no espectro de
freqüências como um pico com valor igual ao valor de rotação do eixo e
com a presença de harmônicas da rotação do eixo:
1x RPM
2x RPM
3x RPM
Este tipo de desalinhamento pode indicar componentes soltos que estão
gerando impacto no sinal
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento angular – exemplo nº 1
Utilizando a bancada experimental nº 4 serão efetuadas coletas de dados
demonstrando como se caracteriza o defeito desalinhamento:
O eixo será colocado em
desalinhamento angular
em relação ao eixo motor
para a aquisição de
dados.
Os pinos indicados na
figura ao lado deslocam
a base do eixo causando
um
desalinhamento
angular.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento angular – exemplo nº 1
Sinal característico de desalinhamento angular com rotação de eixo 25Hz:
1x RPM
2x RPM
3x RPM
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento angular – exemplo nº 1
Visualização dos sinais coletados:
A aquisição de dados encontra-se na base Teleduc (aquisições de sinais):
• Desalinhamento angular na bancada nº 4 – execução
• Sinal aquisitado demonstrando a forma do sinal e do espectro resultantes
do desalinhamento angular.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamemento angular – exemplo nº 2
Utilizando a bancada experimental nº 3 serão efetuadas coletas de dados
demonstrando como se caracteriza o defeito desalinhamento:
Foram montados proxímetros ao
redor de um acoplamento
flexível a fim de demonstrar o
uso destes para avaliação de
desalinhamentos de eixos.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento angular – exemplo nº 2
Sinal coletado e demonstrado através de um gráfico de órbita, mostrando o
comportamento do eixo:
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento angular – exemplo nº 2
Visualização dos sinais coletados:
A aquisição de dados encontra-se na base Teleduc (aquisições de sinais):
• Sinal aquisitado demonstrando a forma do sinal no gráfico de órbita
resultantes do desalinhamento angular
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento paralelo
2º tipo de desalinhamento: Paralelo (quando as linhas de centro estão na
mesma direção porem lado a lado).
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento paralelo
O desalinhamento paralelo caracteriza-se por dois impactos por revolução
do eixo (a cada 180º ocorre um impacto), gerando assim a freqüências de
2x RPM com maior amplitude que a de 1x RPM
1x RPM
2x RPM
3x RPM
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento paralelo – exemplo nº 1
Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados
demonstrando como se caracteriza o defeito desalinhamento:
O eixo será colocado em
desalinhamento paralelo
em relação ao eixo motor
para a aquisição de
dados.
Os pinos indicados na
figura ao lado deslocam
a base do eixo causando
um
desalinhamento
paralelo.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento paralelo – exemplo nº 1
Sinal característico de desalinhamento paralelo com rotação de eixo 25Hz:
2x RPM
1x RPM
3x RPM
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Desalinhamento paralelo – exemplo nº 1
Visualização dos sinais coletados:
A aquisição de dados encontra-se na base Teleduc (aquisições de sinais):
• Sinal aquisitado demonstrando a forma do sinal e do espectro resultantes
do desalinhamento paralelo.