Monitoramento e
análise de vibraçã
O guia completo com tudo o que você precisa
saber sobre monitoramento de vibração.
SUMÁRIO
1.
Introdução
2.
O que é vibração e como identificá-la?
2.1.
Critério de análise de vibração
2.2.
Tipos de análises
2.3.
Como é implementada a análise de vibração?
3.
Análise de vibração com IoT
4.
Como a vibração detecta possíveis falhas?
5.
Como identificamos qual falha se encontra no ativo?
6.
A detecção de falhas por meio de algoritmos
7.
Definição de desbalanceamento
7.1.
Desbalanceamento estático
7.2.
Desbalanceamento conjugado
7.3.
Desbalanceamento dinâmico
8.
Analisando as grandezas físicas
9.
As vantagens da análise de vibração
Introdução
A vibração de um ativo é um indicador
importante de anormalidade em seu
comportamento, que quando não identificadas
e corrigidas rapidamente, provocam sérios
danos ao equipamento.
Como por exemplo: riscos operacionais, de
segurança e até interrompendo as linhas de
produção, acarretando elevados prejuízos
financeiros.
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Quando a vibração é medida e analisada corretamente, ela pode ser usada como um importante
indicador do estado de saúde da máquina, ajudando o profissional da manutenção a tomar
ações corretivas e evitar futuros problemas.
Todas as máquinas, quando estão em funcionamento, emitem um determinado espectro de
vibração. Cada tipo de equipamento possui uma assinatura espectral original e todo elemento
de máquina que o compõe é responsável por uma parcela das frequências que constituem
este espectro.
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O que é vibração e como identificá-la?
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A análise de vibração tem o objetivo de
analisar as variações nas vibrações das
máquinas. A partir desse método, é possível
identificar problemas capazes de prejudicar
o desempenho dos equipamentos. Isso nos
permite identificar quais máquinas requerem
mais atenção da manutenção.
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As informações obtidas são fundamentais para a manutenção preditiva, uma vez que
possibilitam uma avaliação efetiva das condições dos equipamentos.
Dessa forma, o gestor de manutenção consegue evitar defeitos e falhas inesperadas, garantindo o
funcionamento adequado dos equipamentos.
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O desgaste, má utilização, manutenção inadequada
ou inexistente, entre outras causas, levam à alteração
das propriedades dinâmicas dos equipamentos,
levando a falhas como:
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Critério de análise de vibração
Para identificar o espectro de ondas e descobrir como são detectadas as causas dos problemas
a partir das vibrações, você precisa ter uma noção inicial das especificações de cada máquina,
considerando aspectos de características geométricas e comportamento do equipamento,
como: número de polos do motor, velocidade de rotação, número de dentes da engrenagem,
entre outros.
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Veja esse exemplo:
MOTOR X
●
Número de pólos: 4
●
Rotação 60Hz: 3600 RPM
●
Engrenagem A: 36 dentes
●
Engrenagem B: 72 dentes
●
Temperatura max: 60 ºC
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Frequência de 60Hz
Frequência de 50Hz
Número de
polos
Rotação
síncrona
Número de
polos
Rotação
síncrona
2 polos
3.600 RPM
2 polos
3.000 RPM
4 polos
1.800 RPM
4 polos
1.500 RPM
6 polos
1.200 RPM
6 polos
1.000 RPM
8 polos
900 RPM
8 polos
750 RPM
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Depois de reconhecer os aspectos, é possível identificar padrões nos diagramas de vibração,
que caracterizam problemas relacionados às variações dela. Sendo assim, podemos construir
uma tabela-base para identificar essas variações na vibração.
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Causa
Frequência
Amplitude
Observação
Desbalanceamento
1 X RPM
Proporcional ao
desbalanceamento, maior no
sentido radial
Geralmente aparece no primeiro
harmônico
Desalinhamento / Eixo torto
1/2/3/4 X RPM
Grande em direção axial
Desalinhamento entre mancais
Folga nos mancais
½ X RPM
Grande no sentido vertical
Como a frequência é menor que ½
RPM a fase pode ser variável
Falta de firmeza mecânica
2 X RPM
Instável
Geralmente afeta o alinhamento
Correias frouxas
1 X RPM
Instável
-
Engrenagens defeituosas
Alta (nº de dentes X RPM)
“blips”
Frequência entre 15.000 e 40.000
RPM
Rolamentos deteriorados
Alta
“blips”
Frequência entre 15.000 e 40.000
RPM
Lubrificação
Alta
-
A amplitude se modifica
notadamente em função da
lubrificação
Eixo torcido
1 X RPM
Grande valor no sentido axial
A amplitude pode se apresentar de
forma pulsátil
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Tipos de análises
Antes de tudo, saiba que existem 3 formas de medir o parâmetro de análise dos espectros de onda.
São elas:
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Como é implementada a análise de vibração?
A análise de vibrações pode ser feita de
forma manual ou automática, ou
on-line e off-line. Porém, com as novas
tendências da tecnologia e o avanço do
IoT, a coleta de dados feita por sensores
automáticos está se tornando cada vez
mais lucrativa para as empresas
interessadas em melhorar o setor da
manutenção com o uso da tecnologia.
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O investimento em análises de vibração e,
consequentemente, em manutenção
preditiva, é extremamente importante para
poder se antecipar e não ser pego de
surpresa por paradas repentinas.
Ao diminuir a frequência dessas paradas,
diminui-se também o tempo de inatividade
e reposição de equipamentos e, é claro, os
prejuízos.
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Análise de vibração com IoT
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A análise de vibração IoT é realizada por meio de sensores, que são colocados em pontos
estratégicos das máquinas, transformando as vibrações em sinais elétricos, e depois
encaminhados para aparelhos registradores de vibrações.
Gráfico gerado pela plataforma TRACTIAN
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O sensores IoT não necessitam de
coletas no local, a partir do
momento que o sensor é ‘colado’
no equipamento, o profissional não
precisa se preocupar em realizar
novas coletas até o ativo, o
processo é automatizado e não
depende de interferências
externas, já que é 100% remoto.
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Depois do mapeamento e escolha dos ativos a serem monitorados, basta colocar o sensor na
posição adequada em cada máquina. Também conhecido como ‘band-aid’, por contar com
uma tecnologia plug & play, o sensor IoT é extremamente prático, permitindo que a instalação
ocorra em até 3 minutos.
Alerta gerado pela plataforma TRACTIAN sobre uma mudança no perfil de vibração
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Como a vibração detecta possíveis falhas?
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Todas as máquinas, quando estão em funcionamento, emitem um padrão de vibração,
identificado por meio do espectro. No entanto, quando ela foge do padrão, a análise dela nos
permite identificar os espectros e verificar se essa vibração irregular está diretamente
relacionada a algum defeito no ativo.
As vibrações exercidas durante o funcionamento dos ativos são caracterizadas pelo desgaste ou
folga do equipamento e dos componentes que os formam. A partir do espectro de vibração, é
possível analisar o desgaste e a deterioração dos mesmos, garantindo a saúde e o bom
funcionamento da máquina.
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Como identificamos qual falha se encontra o ativo?
Cada categoria de falha deteriora de forma
particular a assinatura espectral do equipamento.
Logo, ao analisar o espectro e detectar
frequências incoerentes com o comportamento
esperado para aquela máquina nas condições
normais de operação, é possível identificar as
características de vibração de cada componente
individual e diagnosticar problemas como por
exemplo: desgaste, desalinhamento e folgas
mecânicas.
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Atualmente existem tecnologias baseadas em inteligência artificial, ciência de dados e redes
neurais que promovem o monitoramento online de ativos em tempo real, utilizando entre outras
técnicas, a análise espectral para detecção de falhas.
A TRACTIAN é uma delas! Os algoritmos atuam na linha de frente da detecção de anomalias do
ativo, por isso são baseados na análise dos sinais vibratórios, adquiridos com o uso dos
sensores.
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A detecção de falhas por meio de algoritmos
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A primeira etapa do processo de detecção pelos algoritmos consiste no levantamento da
assinatura espectral do equipamento que está sendo analisado.
Esta assinatura é equivalente a uma leitura do comportamento vibratório intrínseco ao ativo, que
chamamos de “DNA de vibração do equipamento”, porque representa sua resposta vibratória
nas condições regulares de operação.
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Qualquer anormalidade no comportamento vibratório habitual do equipamento ou quaisquer
frequências desconhecidas de seu espectro regular são identificadas imediatamente pela
plataforma. A partir disso, insights são gerados e enviados na forma de alertas e-mail e
WhatsApp para que os responsáveis pela manutenção possam entrar em ação.
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Definição de desbalanceamento
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O desbalanceamento ocorre quando o centro de massa e o centro de rotação do rotor não coincidem,
levando a uma distribuição desequilibrada da massa em torno da sua linha central de rotação.
Ele promove a geração de forças centrífugas, decorrentes da distribuição irregular de massa, que serão
transmitidas aos mancais.
Essa carga imposta aos mancais poderá fazer com que componentes sejam danificados, diminuindo
a vida útil do equipamento.
Existem alguns tipos de desbalanceamento, caracterizados a partir da análise dos vetores das forças de
reação nos mancais. Veja a seguir.
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Desbalanceamento Estático
O eixo principal de inércia e o eixo ao redor do qual a máquina está rotacionando estão paralelos,
mas não coincidem.
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Desbalanceamento Conjugado
O eixo principal de inércia não está paralelo ao eixo de rotação, entretanto os dois se intersectam
no centro de gravidade do rotor.
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Desbalanceamento Dinâmico
Este tipo de desbalanceamento é considerado uma combinação dos dois anteriores, em que o eixo
principal de inércia e o eixo de rotação não estão paralelos nem se intersectam no centro de
gravidade do rotor.
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Analisando as grandezas físicas
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Quando se fala em grandezas físicas, deve-se considerar que cada uma tem sua importância,
dependendo do intervalo de frequências que sua sensibilidade engloba. Entretanto, a maneira
mais usual é medir a aceleração ou a velocidade, já que essas grandezas, quando
comparadas com o deslocamento, permitem analisar uma maior gama de falhas.
A velocidade é a mais indicada para analisar as frequências baixas e médias do espectro,
enquanto a aceleração é mais sensível às frequências altas.
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Uma abordagem interessante é utilizar a curva de aceleração como medição primária e, por meio
dela, obter tanto a velocidade quanto o deslocamento, usando processos matemáticos como a
integração numérica. O que possibilita a aplicação de diferentes tipos de análise se forem
tomados os devidos cuidados, como o uso de filtros e a escolha apropriada da resolução e da
frequência de amostragem.
Alerta gerado pela plataforma TRACTIAN sobre um aumento na velocidade RMS
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As vantagens da análise de vibração
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Com a análise de vibração, é possível prever uma falha antes que ela ocorra, permitindo o
agendamento de uma manutenção, com um consequente aumento da eficiência do processo
de manutenção, além da redução de quebras inesperadas e o prolongamento da vida útil dos
ativos.
Dessa forma, se uma vibração anômala for tratada antes de o problema realmente acontecer,
tem-se também um aumento da eficiência e do lucro da empresa.
É importante também entender que a análise de vibração é um dos principais métodos de
implementação da manutenção preditiva.
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Com o sistema de monitoramento online, é possível
realizar a análise de vibração de acordo com a coleta
de dados em tempo real. Dessa forma, se tem o
controle da saúde do maquinário, evitando
problemas inesperados para a manutenção.
Em um mercado cada vez mais competitivo, é
fundamental buscar novas e melhores formas de
desenvolver o setor da produção, sendo o
investimento em manutenção preditiva um exemplo
indispensável disso. Quando adotada, a análise de
vibração se torna uma poderosa ferramenta para o
monitoramento dos equipamentos e para o
desenvolvimento da empresa.
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Sus máquinas seguras.