Entenda como funciona a análise e monitoramento de vibração

Entenda como funciona a análise e monitoramento de vibração

A análise de vibração é um processo de busca de anomalias e mudanças de monitoramento a partir da assinatura de vibração estabelecida de um sistema. Entenda mais nesse artigo como ela é a realizada. 

Como ocorre vibração

A vibração de qualquer objeto em movimento é caracterizada por variações de amplitude, intensidade e freqüência. Estes podem se correlacionar com os fenômenos físicos. Isso possibilita o uso de dados de vibração para obter informações sobre a saúde dos equipamentos. A análise de vibração pode ser usada para:

– Encontrar um problema de desenvolvimento que possa ser reparado para aumentar a vida útil da máquina
– Detectar e monitorar um problema crônico que não pode ser reparado e só piorará
– Estabeleça critérios de teste de aceitação para garantir que a instalação / reparos sejam devidamente conduzidos

Técnicas de Medição de Vibração

Embora possam ser utilizadas várias técnicas sofisticadas, os dois métodos mais fundamentais para a apresentação de dados de vibração são a forma de onda do tempo (amplitude em função do tempo) e o espectro de frequência (amplitude em função da frequência).

A análise de vibração segue o fluxo geral conforme descrito abaixo:

Calcule o espectro de vibração esperado

Com base nas características de um sistema, é possível modelar seu espectro de vibração. Para um determinado recurso rotativo, isso inclui um pico esperado na freqüência de rotação fundamental do eixo, picos síncrona (harmônicos) com base em componentes adicionais, como lâminas de ventilação e engrenagens, etc. Em particular, as ferramentas eletrônicas podem ser usadas de forma muito efetiva comportamento esperado do sistema.

Estabeleça uma linha de base

Para efetivamente usar dados de vibração para monitoramento de condição, é importante estabelecer uma linha de base. Afinal, nem todas as vibrações são sinistras. Existem muitas vibrações de natureza benigna e sem impacto na vida útil ou no desempenho das máquinas. Um espectro de vibração de linha de base permite identificar esses recursos.

Digitalize o sinal

Os dados de vibração são capturados por acelerômetros instalados em um ou mais eixos ortogonais. A taxa de amostragem dos acelerômetros precisa ser suficientemente rápida para capturar o comportamento de interesse. Em seguida, o sinal precisa ser digitalizado a uma taxa de amostragem apropriada para permitir a reconstrução digital. O resultado é a forma de onda do tempo (amplitude de oscilação em função do tempo) de vibração ao longo dos eixos de interesse.

Converter em espaço de frequência

Gráfico que mostra o tempo de vibração em forma de onda
Gráfico que mostra o tempo de vibração em forma de onda

O próximo passo é realizar um algoritmo de transformação de Fourier rápida (FFT) para converter a forma de onda do tempo em um espectro de freqüência de vibração. O escopo do espectro de freqüência depende dos acelerômetros e do conversor analógico-digital (ADC) usado. Conforme discutido acima, grande parte da visão fornecida pela análise de vibração baseia-se na correlação de picos de freqüência com as características físicas do sistema.

Olhe para a harmônica

Gráfico de frequência com picos síncronos
Gráfico de frequência com picos síncronos

O processo de correlação começa com os chamados picos síncronos – picos. São harmônicos da freqüência de rotação fundamental do eixo. Considere um motor de 1800 RPM, 3 Hz que é conduzido por uma entrada elétrica de 480 V, 60 Hz. A freqüência fundamental seria de 30 Hz. Quaisquer batimentos síncronos – picos em 2X, 3X, 4X, etc. – fornecem informações sobre questões diretamente relacionadas à rotação do eixo do motor.

Considere uma bomba de seis válvulas. Uma bomba com seis palhetas, por exemplo, terá um pico de vibração a 6X, ou seis vezes a freqüência fundamental. Se esse pico triplicar ou quadruplicar, isso indica algum tipo de problema com as palhetas.

Análise do tempo-onda

A análise do tempo da forma de onda apode otimizar a análise das vibrações. Não deve ser considerado uma ferramenta primária, mas sim como uma ferramenta para fornecer informações adicionais. Pode ser útil para aplicações de baixa velocidade porque revela a forma como a máquina se move. A análise da forma de onda do tempo é freqüentemente usada para analisar as engrenagens, por exemplo. Existe um ponto de cruzamento em torno de 100 RPM – abaixo dessa velocidade, a análise da forma de onda do tempo proporciona melhores resultados e a análise de freqüência não é efetiva.

Análise de fase

A outra ferramenta que complementa a análise da frequência e da forma do tempo é a análise de fase. Esta é uma análise do ponto pesado da análise em relação a algum gatilho. Isso pode ser uma vibração introduzida por qualquer coisa que esteja correlacionada com a freqüência de rotação do eixo, como um defeito de rolamento. A análise de fase permite determinar onde a vibração do eixo ocorre em relação ao eixo.
Análise de dados de vibração

As características dos espectros de vibração podem ser separadas em sinais de estado estacionário, que repetem sinais contínuos e transitórios, que ocorrem como resultado de eventos específicos. As características do sinal podem ser subdivididas em características síncronas, assíncronas e sub-síncronas da seguinte maneira:

Picos de vibração síncronos

No equipamento rotativo, o espectro de vibração apresentará uma espiga na freqüência de rotação fundamental do eixo. Isso é verdade para qualquer sistema, não apenas um com falhas. O sistema tipicamente também exibirá espigões em múltiplos da freqüência fundamental, referidos como 2X, 3X, etc. Estes são conhecidos como picos síncronos. Eles são freqüentemente ligados a características físicas do sistema. Uma engrenagem com 32 dentes irá introduzir um pico de vibração em 32X, ou 32 vezes a freqüência fundamental, por exemplo.

Picos de vibração assíncronos

Nem todos os recursos em um espectro de vibração são síncronos. O sistema pode sofrer choques ou impactos periódicos que irão gerar picos. Os picos de freqüência assíncronos também podem ser gerados por recursos como uma caixa de velocidades com múltiplos estágios, uma bomba que sofre de cavitação, etc. Esses picos assíncronos podem fornecer informações de diagnóstico úteis.

Picos sub-síncronos

Os espectros de vibração podem exibir um terceiro tipo de recurso conhecido como picos sub-síncronos. Estes são basicamente harmônicos da freqüência fundamental. Eles são causados por qualquer elemento físico do sistema que opera a uma frequência abaixo da do eixo principal. Um cinto solto em um eixo girando a 30 Hz, por exemplo, pode escorregar o suficiente para se mover em apenas 29,19 Hz. Isso criará um pico de freqüência imediatamente ao lado do pico fundamental em 30 Hz. Outros exemplos incluem defeitos de gaiola em rolamentos de esferas, turbulência, etc.

Benefícios do Monitoramento Contínuo de Vibração

Exemplo de sensor para monitoramento de vibração online
Exemplo de sensor para monitoramento de vibração online

As ferramentas e métodos descritos acima podem ser aplicados para avaliar quantitativamente a condição eo desempenho do equipamento. Os dados de vibração podem revelar-se quando o equipamento quebrou soldas ou parafusos, se as barras do rotor em um motor estão intactas, se o entreferro entre o rotor e o estator no motor não for concêntrico, etc. Os dados de vibração podem alertar as equipes de manutenção para estruturais ou rotativas solidez ou presença de ressonância.

A análise de vibração pode ser usada para determinar se os rolamentos foram devidamente instalados. Em um rolamento cônico, por exemplo, a raça interna deve ser expandida para absorver a folga entre o elemento rotativo e a raça externa. Se essa depuração não for removida, o rolamento pode acabar torto ou vacilante. Isto irá introduzir características não periódicas no sinal de vibração. A análise de fase também pode ser usada para verificar a concentricidade do rolamento.

sensor vibracao exemplo
Exemplo de um rolamento do motor do ventilador com o sistema de monitoramento de condição Dynapar OnSite ™ instalado

A análise de vibração também pode ser usada para determinar o quão bem uma máquina é montada. Pode detectar o desalinhamento em uma bomba, por exemplo, determinar se os elementos rotativos são vinculativos, se a base for desigual, ou se houver torsão entre o motor e a bomba.

Monitoramento de vibração on-line 24 horas, 7 dias por semana

A análise de vibrações proporciona benefícios significativos para otimizar o desempenho e a manutenção de uma ampla gama de ativos industriais. O desafio é como implementá-lo efetivamente. As leituras manuais capturadas periodicamente podem colher informações úteis, mas a condição da máquina evolui continuamente. Para monitorar essa condição, a análise de vibração deve ocorrer continuamente, também. Ao alavancar a conectividade sem fio de componentes inteligentes, os sistemas de monitoramento de condições on-line permitem realizar análises de vibração de forma segura, contínua e econômica. Em termos de casos de uso, o monitoramento de vibração online é muito eficaz quando aplicado ao seguinte.

Dynapar OnSite™
O sistema de monitoramento de condições Dynapar OnSite™ é uma solução de hardware e software que combina flexibilidade e resultados rápidos.

Monitorar ativos críticos

O monitoramento de vibração começa com ativos críticos, equipamentos caros que representariam perda substancial em caso de falha catastrófica. Historicamente, esse tipo de equipamento foi rastreado usando o monitoramento de vibração baseado em campo. Eventualmente, o monitoramento contínuo de condições on-line. As anomalias no espectro de vibração podem indicar problemas como a quebra da lubrificação e os defeitos dos rolamentos com bastante antecedência para permitir o reparo atempado, prolongando a vida útil do bem.

Monitorar ativos problemáticos

Muitas plantas operam 24 horas por dia, parando uma vez por mês ou uma vez por trimestre para manutenção programada. O tempo de inatividade não programado reduz a produtividade. Pode custar de dezenas de milhares de dólares por hora a dezenas de milhares de dólares por minuto. O monitoramento de vibração on-line fornece um método para monitorar um recurso problemático durante a preparação para a manutenção planejada. Se a condição do equipamento piorar, a linha pode ser interrompida antes da ocorrência de uma catástrofe. Com monitoramento contínuo de vibração on-line, as equipes de manutenção podem receber alertas imediatos quando a condição de um recurso problemático muda, permitindo uma resposta rápida.

Monitorar recursos difíceis de acessar

No que diz respeito à manutenção, os recursos mais desafiantes não são necessariamente os de alto valor, mas aqueles localizados em locais difíceis de alcançar. Podem estar em telhados, dentro de torres de resfriamento inacessíveis, alta radiação ou ambientes de alta temperatura, etc. Monitoramento de vibração torna possível entender como os vários componentes do sistema estão funcionando. A manutenção pode detectar problemas com antecedência e tomar medidas quando é conveniente prevenir o tempo de inatividade não planejado sem colocar o pessoal em risco desnecessariamente.

No ambiente industrial de hoje, gerenciamento, manutenção e OEMs, procura cada ferramenta possível para maximizar a disponibilidade. O monitoramento de vibração on-line é uma ferramenta essencial para a manutenção preditiva. Permite aos proprietários de ativos maximizar a produtividade e minimizar o tempo de inatividade, aumentando a segurança do trabalhador. Com sistemas econômicos de monitoramento de condições on-line, as organizações podem aproveitar os benefícios do monitoramento de condições on-line a um preço acessível.

O Monitoramento de Condições Dynapar OnSite™ estará disponível em breve

Reduza custos e aumente a produtividade com uma ferramenta de monitoramento de condições projetada para facilidade de uso e escalabilidade.

Dynapar OnSite™ é um poderoso sistema de manutenção preditivo que visa prevenir falhas antes delas ocorrerem. Reduza o tempo de inatividade não programado, melhore a eficiência da análise de vibração baseada em campo e obtenha análises e tendências em tempo real para alertar sobre possíveis falhas em máquinas.

Fale com a Dynapar e registre seu interesse:

– Ligue +55 11 3616-0150
– Envie e-mail para atendimento@sptech.com
– Ou preencha este formulário no site.

Sobre a Dynapar

A Dynapar é uma das empresas operacionais da Specialty Product Technologies, Grupo Fortive, do qual também fazem parte a Veeder-RootWest Control SolutionsHengstlerAnderson-NegeleGems Sensors, entre outras. Possui fábricas no Brasil, Estados Unidos e Alemanha.

Conta com assistência técnica local e 1 ano de garantia para todos os produtos. Oferece a mais completa linha de encoders do mercado: incremental, absoluto, senoidal, heavy-duty (robusto).

Seus encoders são dedicados a mercados como energia eólica, área petrolífera e veículos fora da estrada. Experiência, versatilidade e competência para atender sua necessidade de precisão e desempenho.

Deixe uma resposta