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 Não há freqüência indicativa de falha no espectro Freqüência de desbalanceamento não identificada Massa 2 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: Massa 1 Surge pico no espectro a 20 hz Surge pico no espectro a 20 hz 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 Pico com alta amplitude Pico com alta amplitude Massa 2 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.