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 tempo-freqüência;

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)

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas 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: 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.

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas 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.

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas 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: 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.

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas 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: 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.

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas 3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo Exercício: Calcule os parâmetros RMS, valor de pico, Fator de Crista e Curtose para os dados abaixo tomados de um sinal aleatório com um intervalo entre cada amostra de 1/20s. -6 52 58 49 53 12 31 77 56 55 29 -40 -43 -39 -18 -32 -36 3 -29 -79 -83 -47 10 45 36 11 -20 18 -37 -69 -28 -38 -82 -91 -65 8 1 -1 23 67 46 -46 -57 -77 -27 -3 27 44 96 98 88 42 34 16 -15 -58 -62 -66 -86 -42 40 -16 9 35 30 61 -44 -41 24 37 32 73 51 22 2 48

3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas 3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo Resultados do exercício proposto: Valor RMS = 46,458 Valor de Pico = 98 Fator de Crista = 2,105 Curtose K = 2,111479

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 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)

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 180º (sem desbalanceamento): m/s2 * Esta seria a assinatura inicial “Baseline” da máquina, contra a qual os níveis de alarme seriam definidos.

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 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

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 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

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 Distribuição das massas: m/s2 Baseline 45º 0º 90º 135º 180º

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 Uma máquina nova teria repetidas medições com amplitude igual a do Baseline; Um nível de alarme especificado pelo usuário ou pelo fabricante da máquina poderia ser usada para identificar o ponto correto de parada Baseline

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