INGRID GOMES PEREIRA
CLASSIFICAÇÃO E CONTROLE DOS DIFERENTES TIPOS
DE VIBRAÇÕES
São Luís
2021
INGRID GOMES PEREIRA
CLASSIFICAÇÃO E CONTROLE DOS DIFERENTES TIPOS
DE VIBRAÇÕES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à
Faculdade Pitágoras, como requisito parcial
para a obtenção do título de graduado em
Engenharia Mecânica.
Orientador: Melany Stelle
São Luís
2021
INGRID GOMES PEREIRA
CLASSIFICAÇÃO E CONTROLE DOS DIFERENTES TIPOS
DE VIBRAÇÕES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à
Faculdade Pitágoras, como requisito parcial
para a obtenção do título de graduado em
Engenharia Mecânica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
São Luís, dia de mês de 2021
AGRADECIMENTOS
Agradeço inicialmente a Deus por guiar meus caminhos, me conceder discernimento
nessa jornada e me ajudar a ultrapassar todos os obstáculos. Aos meus familiares
que se tornaram um suporte em todos os momentos, e aos meus amigos os quais tive
o prazer de tê-los em minha vida durante toda essa jornada.
Meu recado às mulheres: contem suas
histórias. Descubram o poder de milhões de
vozes que foram caladas por séculos
Ryane Leão
PEREIRA, Ingrid Gomes. CLASSIFICAÇÃO E CONTROLE DOS DIFERENTES
TIPOS DE VIBRAÇÕES. 2021. X. Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia
Mecânica – Faculdade Pitágoras, São Luís, 2021.
RESUMO
O estudo de vibrações é de suma importância para a Engenharia Mecânica, uma vez
que sua análise permite resolver diversos problemas relacionados ao mal
funcionamento de sistemas mecânicos, os quais tendem a causar grandes impactos
nos meios que se aplicam, principalmente na esfera industrial, onde a manutenção
planejada de maquinas e equipamentos é essencial para um bom desenvolvimento
dos processos de manufatura por auxiliar na garantia de efetividade dos mesmos e
aumento da sua vida útil, uma vez que longos tempos de parada podem acarretar em
grandes prejuízos par esses setores. Dessa forma o presente trabalho busca analisar,
através de revisão bibliográfica, como se classificam os diferentes tipos de vibrações
existentes, afim de entender como se originam e os impactos que causam nas linhas
de produção por acarretar na parada de maquinas e equipamentos e representar
riscos, assim como os mecanismos de controle essenciais para uma boa gestão da
manutenção e prevenção de acidentes.
Palavras-chave: Vibrações. Manutenção. Maquinas. Equipamentos. Indústria.
PEREIRA, Ingrid Gomes. CLASSIFICATION AND CONTROL OF DIFFERENT
TYPES OF VIBRATION. 2021. X. Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia
Mecânica – Faculdade Pitágoras, São Luís, 2021.
ABSTRACT
The study of vibrations is of paramount importance for Mechanical Engineering, since
its analysis allows solving several problems related to the malfunction of mechanical
systems, which tend to cause great impacts on the means that are applied, mainly in
the industrial sphere, where the Planned maintenance of machines and equipment is
essential for a good development of manufacturing processes, as it helps to guarantee
their effectiveness and increase their useful life, since long downtimes can cause great
losses for these sectors. Thus, this work seeks to analyze, through a literature review,
how the different types of existing vibrations are classified, in order to understand how
they originate and the impacts they cause on production lines by causing the shutdown
of machinery and equipment and representing risks, as well as the control mechanisms
essential for good maintenance management and accident prevention.
Keywords: Vibrations. Maintenance. Machines. Equipments. Industry.
13
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14
2.
CLASSIFICAÇÕES VIBRACIONAIS................................................................. 16
3.
TÍTULO DO SEGUNDO CAPÍTULO (COLOQUE UM TÍTULO ADEQUADO)
ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
4.
TÍTULO DO TERCEIRO CAPÍTULO (COLOQUE UM TÍTULO ADEQUADO)
ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.
CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 31
REFERÊNCIAS......................................................................................................... 32
14
1. INTRODUÇÃO
A principal novidade da revolução industrial na segunda metade do século
XVIII, foi o advento das máquinas. Desde então, as indústrias se tornaram cada vez
mais dependentes de tais equipamentos, à medida que os maquinários promoveram
um aumento gigantesco da produção, consequentemente um aumento nas vendas.
Dentro desse contexto que se insere a necessidade da manutenção, já que, com
dependência cada vez maior das máquinas, a manutenção é de suma importância
para garantir eficiência fabril.
Desde a primeira geração da manutenção, até os dias atuais, houve um grande
salto em desenvolvimento estratégico e tecnologia industrial. Dentre elas, uma nova
maneira de identificar potenciais problemas ou atipicidades surgiu no mercado, a
análise de vibração. Com uma redução evidente nos custos de manutenção, a análise
de vibração possibilita uma previsão eficaz de possíveis intervenções, além de
proporcionar uma maior vida útil aos maquinários, sua operação é considerada
simples e rápida.
As vibrações estão presentes constantemente na realidade industrial,
máquinas e equipamentos sempre estão sujeitos a elas, as quais são indissociáveis
dos seus funcionamentos. Assim o estudo de vibrações se faz necessário pela sua
importância no meio industrial, considerando que um bom estudo de caso, aliado a
um conhecimento prévio das possíveis causas e consequências de paradas
decorrentes da necessidade de manutenção, pode potencializar a efetividade do
processo.
A análise de vibrações é uma importante ferramenta nos processos de
manutenção em máquinas e equipamentos. Com ela, torna-se possível prever e
controlar problemas no desempenho de máquinas e equipamentos, assim como
identificar peças que precisem ser trocadas. Dessa forma, busca-se elucidar: Como
pode-se definir e controlar os diferentes tipos de vibrações?
O presente estudo busca elucidar os diferentes tipos de vibrações, como se
caracterizam a fim de identificar as devidas formas de controle e como se relacionam.
Tratando de forma objetiva, nas quais se destacam os seguintes objetivos específicos:
Compreender como se caracterizam os diferentes tipos de vibração; definir a melhor
forma de controle para cada vibração; relacionar tais informações com as máquinas e
15
equipamentos onde ocorrem, a fim de obter uma análise mais ampla das causas e
consequências dos problemas decorrentes das vibrações.
A pesquisa será realizada através de revisão de literatura, contemplando sites,
livros, artigos e dissertações publicados nos últimos dezoito anos. As palavras-chave
usadas para fomentar a pesquisa serão: análise de vibrações; controle vibracional;
vibração em máquinas e equipamentos.
16
2. CLASSIFICAÇÕES VIBRACIONAIS
As vibrações podem ser definidas como qualquer movimento oscilatório, ou
seja, que se repete após um intervalo de tempo denominado período. Esse movimento
pode ocorrer em corpos rígidos ou partículas (sedo estes isolados ou em associação).
As vibrações podem ser classificadas em amortecidas e não amortecidas e, internas
a estas, livres ou forçadas. As vibrações livres ocorrem quando o movimento resulta
apenas de condições iniciais, não havendo nenhuma causa externa atuando durante
o mesmo. Zhoul (2012) complementa, quando os efeitos de transferência de energia
geram uma ação contínua de movimentos vibratórios, trata-se de um modelo vibratório
forçado ou de regime permanente. Enquanto ao amortecimento Cismasiu (2010)
define:
•
Não amortecidas: quando se pode desprezar o atrito - o movimento continua
indefinidamente;
•
Amortecidas: a amplitude decresce lentamente até que, passado um certo
tempo, o movimento cessa.
Segundo Rao (2009), qualquer movimento que se repita após um intervalo de
tempo pode ser denominado vibração. Uma massa suspensa acoplada a uma mola
presa a um referencial, que se desloca da sua posição inicial até um limite superior e
inferior, retornando a sua posição original é um sistema vibratório simplificado. Este
movimento é considerado um ciclo de oscilação completo e o tempo gasto para
completar um ciclo é denominado período. A repetição desse movimento é chamada
vibração por unidade de tempo e a quantidade de ciclos presentes nessa unidade de
tempo é caracterizada frequência de movimento. Silva (2012).
Além destas, podem ser classificadas em linear e não linear, determinísticas e
aleatórias. Enquanto a linearidade, pode-se definir a vibração linear como aquela que,
como o nome diz, se comporta linearmente, ou seja, de acordo com uma equação do
1º grau (y=ax). Qualquer vibração que tenha um componente fora desse padrão, é
considerada não linear. José (2018), explica:
Caso a vibração seja linear, o princípio da superposição pode ser aplicado e
as técnicas de análise são bastante compreensivas. Como todos os sistemas
vibratórios tendem a se comportar não-linearmente com o aumento da
amplitude de oscilação, um conhecimento de vibração não-linear é
necessário ao se lidar com sistemas vibratórios na prática. (JOSÉ, 2018).
17
Vibrações determinísticas são aquelas em que a magnitude é conhecida em
qualquer instante no sistema, pode-se considerar também que esta é um tipo que
pode ser equacionada pela sua periodicidade. As oscilatórias têm variância nas suas
magnitudes, ou seja, não pode ser equacionada. O conhecimento das características
gerais que envolvem o conceito de vibração é fundamental para a análise e
determinação dos métodos adequados para o controle da mesma, uma vez que, a
partir deste conhecimento prévio, pode-se definir quais os materiais e procedimentos
mais adequados. (ALVES, 2009).
“O programa de manutenção preditiva, com base no controle de vibração,
parte do princípio de que toda máquina vibra e que quanto maior é o defeito
existente tanto maior será a vibração. Assim, fazendo-se medições periódicas
de vibração num determinado equipamento e registrando-se os valores
obtidos, pode-se acompanhar o desenvolvimento de um defeito e fazer a
manutenção corretiva quando estes valores atingirem limite predeterminados.
Com isso, obtém-se uma série de vantagens em relação às técnicas
convencionais de manutenção (corretiva e preventiva)”. (MATOS, 1980)
No monitoramento pelas técnicas de vibração, as vibrações das máquinas
podem ser medidas externamente, sem abrir ou parar as máquinas. É um método não
destrutivo, que dá a possibilidade do diagnóstico das condições de falha, a um custo
não proibitivo. E segundo Lenzi (1991), a análise das vibrações é o melhor parâmetro
para avaliar as condições dinâmicas, como balanceamento, estabilidade nos mancais,
tensões dinâmicas existentes em componentes, e falhas incipientes em rolamentos e
engrenagens, além de identificar desalinhamentos entre eixos e tolerância limite de
funcionamento. Outro ponto importante é que todos os níveis de vibrações medidos e
analisados, podem ser comparados aos limites recomendados pelos fabricantes e/ou
por informações da máquina quando nova ou em boas condições de operação.
O excesso de vibração para Viana (2002, p.13) “[...] se constitui frequentemente
em um processo destrutivo, ocasionando falhas nos elementos de máquinas por
fadiga”. Alves (2009) aponta que dentre as diversas fontes de vibração aquelas mais
comuns e que, portanto, podem ser apontadas como as principais causadoras dos
problemas das vibrações mecânicas são: Desbalanceamento; Desalinhamento;
Folgas Generalizadas; Dentes de Engrenagens; Rolamentos; Corrente Elétrica;
Campo Elétrico Desequilibrado; Outros. Para Nascimento (2006) a Análise de
Vibração pode ser mensurada como sendo, o processo em que as falhas em alguns
elementos móveis de uma máquina ou equipamento, são encontradas através da taxa
de variação das forças dinâmicas geradas.
18
Assim, visando controlar as variações nas vibrações de máquinas e
equipamentos, com a análise de vibrações pode-se prever uma falha no
funcionamento ao e identificar alguma alteração na frequência de vibracional de algum
dos componentes, permitindo que este seja alterado antes de provocar danos
maiores. (NEPOMUCENO, 2014). Ainda, de acordo com Nepomuceno (2014), a
análise de vibração é de suma importância para o conceito de manutenção preditiva,
já que ela avalia de forma eficaz as condições dos equipamentos, assim, evitando
uma pausa maior para futuras correções.
Vibrações mecânicas presentes em mecanismos rotativos são uma das
melhores fontes de investigação em manutenções. De acordo com Lima (2014 apud
RAO, 2009) um sistema vibratório simplificado se baseia no deslocamento de uma
massa suspensa acoplada a uma mola presa a um referencial. A frequência do
movimento vibratório pode ser analisada, e comparada em intervalos diferentes, para
averiguar a existência de irregularidades, interferência ou defeitos que venham a
modificar a vibração correta do equipamento. Silva (2012) propõe que a fadiga devido
a níveis fora da normalidade de vibração, podem levar a quebra, e assim desalinhado
toda uma linha produtiva.
As variáveis que comumente interessam na vibração são três: deslocamento,
velocidade e aceleração. Existem transdutores aptos a converter os sinais mecânicos
associados à vibração em sinais elétricos. Tendo por base o fenômeno físico utilizado
para conversão, é possível ter à disposição transdutores sensíveis ao deslocamento,
à velocidade das partes móveis e a aceleração. Silva (2012).
Tanto a manutenção preventiva como a preditiva, utilizam da análise de
vibração como forma de averiguar as condições de um equipamento com mecanismo
rotativo. Visto que ambas são consideradas formas de manutenção planejada. De
acordo com a NBR 5462 (1994) a manutenção preventiva é realizada periodicamente,
e é direcionada para a redução da probabilidade de haver falha ou degradação de um
equipamento. Já na manutenção preditiva ou controlada, se tem um sistema de
técnicas de análise que visam reduzir tanto a manutenção preventiva, como a
manutenção corretiva.
Os sinais ou leis de controle são determinados em função das características
dinâmicas das estruturas, dos sinais de excitação e da resposta temporal do
equipamento controlado, ou seja, da amplitude de resposta do sistema, devendo ser
determinada automaticamente, o que resulta em maior adaptabilidade. Nagahama,
19
(2013). Essa determinação deve ser feita através dos instrumentos adequados ao
processo.
Para identificar uma série de falhas que ocorrem de acordo com a frequência
vibracional das máquinas em que estão inseridas se faz necessário utilizar diferentes
instrumentos capazes de definir a intensidades dos possíveis danos, tais como os
medidores de vibração analisadores de frequência (proxímetros e acelerômetros).
(KARDEC E NASCIF, 2004).
Tendo isso em vista, a utilização da análise vibratória como técnica a ser
aplicada junto as averiguações periódicas da manutenção preventiva possui grande
valia, visto que esta tem a capacidade de perceber falhas iniciais antes mesmo de se
tornarem um problema, evitando uma maior logística para a manutenção futura.
Juntamente de outras avaliações dentro da manutenção preventiva, permite analisar
o rendimento e qualidade dos equipamentos em que essas técnicas são aplicadas.
(GONÇALVES, 2016). O comportamento vibratório pode revelar muitos detalhes
sobre o funcionamento de um equipamento, como descreve Marques (2019), que seja
através de comparações com vibrações normais e anormais, até a detecção de
desalinhamento, desbalanceamento, falhas e folgas em rolamentos, problemas nos
motores, dentre outros.
2.1 CONSEQUÊNCIAS DAS VIBRAÇÕES EXCESSIVAS EM MÁQUINAS E
EQUIPAMENTOS
Kardec e Nascif (2004) revelam que as organizações, como um todo, vêm
procurando constantemente, novas ferramentas de gerenciamento de manutenção,
que lhes propiciem uma maior competitividade através da qualidade e produtividade
de seus produtos, processos e serviços. A análise de vibrações consegue diagnosticar
defeitos, tais como: falha prematura de rolamento, vedação, eixo ou acoplamento;
vibrações excessivas; alta temperatura principalmente nos acoplamentos e
quantidade excessiva
de
vazamento de
óleo nas vedações do mancal.
(NEPOMUCENO, 2014).
Fazendo desta uma alternativa bastante adequada a realidade e vantajosa a
realidade industrial, pois, segundo Zaions (2003, p.19), “[...] a competição acirrada
entre empresas determina um cenário onde não basta apenas produzir; é preciso
também competir com qualidade e baixo custo”. O controle de vibrações é altamente
20
recomendado e eficaz para manutenção da vida útil de máquinas e equipamentos,
portanto é de suma importância sua caracterização e descrição para a busca de
métodos de melhoramento de processos. (NEPOMUCENO, 2014).
De acordo com Pieta (2011), o desalinhamento de eixos ocorre quando as
linhas de centro dos eixos de rotação de duas máquinas não estão em linha um com
o outro. Existem três tipos de desalinhamento: paralelo, angular ou misto. O
desalinhamento paralelo significa que mesmo estando os eixos paralelos entre si, eles
estão deslocados uns dos outros. Pode ocorrer na forma vertical ou horizontal. No
desalinhamento angular, a linha de centro dos eixos forma um ângulo e encontra-se
fortes vibrações no eixo axial. Já o desalinhamento misto, é o desalinhamento mais
encontrado nos motores. Ele é uma combinação do desalinhamento angular com o
paralelo. (PIETA, 2011).
21
3. ANÁLISE E CONTROLE DE VIBRAÇÕES
Através do desenvolvimento tecnológico aplicado à indústria e suas áreas
complementares, surgiram as técnicas aplicadas as manutenções de maquinários,
visando o monitoramento dos equipamentos, assim como a predição de falhas que
podem vir a ocorrer, trazendo problemas nas linhas de produção e possivelmente
grande gasto financeiro com reparação ou reposição de tais equipamentos
problemáticos. (HOLANDA, 2016).
Uma das técnicas desenvolvidas é hoje conhecida por Manutenção Planejada,
fundamentada na descrição acima. Com o objetivo de encontrar falhas potenciais, a
manutenção planejada possui grande importância no setor industrial, visto que através
de uma análise capaz de prever possíveis falhas, uma intervenção apropriada antes
do problema ser completamente instaurado, pode ajudar a evitar gastos
desnecessários com novos equipamentos, assim como evitar danos a produção futura
ao qual aquela máquina esteja direcionada. (RIBEIRO, 2019).
Durante a década de 50, houve um grande aumento na mecanização industrial,
onde nesse contexto surgiram as primeiras indagações a respeito do tempo de vida
útil dos novos equipamentos que estavam surgindo, na história da manutenção, as
técnicas criadas nessa época correspondem a segunda geração de tipos de
manutenção. Visto que mais gastos seriam dispendidos para troca de maquinários
quebrados, planos foram sendo elaborados para a criação de manutenções periódicas
capazes de avaliarem possíveis problemas iniciais, e assim terem tempo de resolver
antes de se tornarem maiores, assim como preverem o tempo útil dos equipamentos
utilizados. Foi assim sendo desenvolvida a hoje chamada de Manutenção Preventiva.
(GONÇALVES, 2016).
Já a Manutenção Preditiva corresponde a terceira geração, onde acordo com
Ribeiro (2019 apud SLACK, 2008) “visa realizar a manutenção somente quando os
equipamentos precisam dela”. Permitindo um maior desempenho, e colaborando para
a detecção de variações antes destas levarem a falhas mais comprometedoras no
equipamento. Muitas características de um equipamento podem ser avaliadas para
averiguar seu estado, sendo a vibração uma das mais utilizadas pelos métodos de
análise, e foco do presente estudo.
Por estar presente em diversos equipamentos que possuem elementos
rotativos, e ser possível sua comparação direta em diferentes estados de
22
funcionalidade de um equipamento, através da diferença de vibrações que ele emite.
Frequências naturais e não naturais podem ser comparadas e assim utilizadas como
ponto de investigação, tanto para averiguar a presença de defeitos iniciais, ou
problemas já instalados, assim como para intuir o tempo útil de um determinado
mecanismo, através de dados comparáveis. (MORAIS, 2016)
Vibrações mecânicas presentes em mecanismos rotativos são uma das
melhores fontes de investigação em manutenções. De acordo com Lima (2014 apud
RAO, 2009) um sistema vibratório simplificado se baseia no deslocamento de uma
massa suspensa acoplada a uma mola presa a um referencial. A frequência do
movimento vibratório pode ser analisada, e comparada em intervalos diferentes, para
averiguar a existência de irregularidades, interferência ou defeitos que venham a
modificar a vibração correta do equipamento. Silva (2012) propõe que a fadiga devido
a níveis fora da normalidade de vibração, podem levar a quebra, e assim desalinhado
toda uma linha produtiva.
Tanto a manutenção preventiva como a preditiva, utilizam da análise de
vibração como forma de averiguar as condições de um equipamento com mecanismo
rotativo. Visto que ambas são consideradas formas de manutenção planejada. De
acordo com a NBR 5462 (1994) a manutenção preventiva é realizada periodicamente,
e é direcionada para a redução da probabilidade de haver falha ou degradação de um
equipamento. Já na manutenção preditiva ou controlada, se tem um sistema de
técnicas de análise que visam reduzir tanto a manutenção preventiva, como a
manutenção corretiva.
Dentro da manutenção preventiva são realizadas diversos tipos de
intervenções, como limpeza, lubrificação e calibração, sempre acontecendo de
maneira regular, afim de prevenir algum defeito futuro no equipamento, seja quanto
ao desgaste natural, onde a manutenção preventiva entraria como forma de aumentar
o tempo de vida do equipamento, ou através de falhas iniciais, onde esta identificaria
a falha antes de se tornar algo maior, que acabasse comprometendo todo o
funcionamento da máquina, dando espaço para um maior planejamento de correção,
e assim evitando que um problema maior se instaurasse, levando à mais gastos
inesperados. (HOLANDA, 2016)
Tendo isso em vista, a utilização da análise vibratória como técnica a ser
aplicada junto as averiguações periódicas da manutenção preventiva possui grande
valia, visto que esta tem a capacidade de perceber falhas iniciais antes mesmo de se
23
tornarem um problema, evitando uma maior logística para a manutenção futura.
Juntamente de outras avaliações dentro da manutenção preventiva, permite analisar
o rendimento e qualidade dos equipamentos em que essas técnicas são aplicadas.
(GONÇALVES, 2016). O comportamento vibratório pode revelar muitos detalhes
sobre o funcionamento de um equipamento, como descreve Marques (2019), que seja
através de comparações com vibrações normais e anormais, até a detecção de
desalinhamento, desbalanceamento, falhas e folgas em rolamentos, problemas nos
motores, dentre outros.
Segundo Rao (2009), qualquer movimento que se repita após um intervalo de
tempo pode ser denominado vibração. Uma massa suspensa acoplada a uma mola
presa a um referencial, que se desloca da sua posição inicial até um limite superior e
inferior, retornando a sua posição original é um sistema vibratório simplificado. Este
movimento é considerado um ciclo de oscilação completo e o tempo gasto para
completar um ciclo é denominado período. A repetição desse movimento é chamada
vibração por unidade de tempo e a quantidade de ciclos presentes nessa unidade de
tempo é caracterizada frequência de movimento. Silva (2012).
Os sinais ou leis de controle são determinados em função das características
dinâmicas das estruturas, dos sinais de excitação e da resposta temporal do
equipamento controlado, ou seja, da amplitude de resposta do sistema, devendo ser
determinada automaticamente, o que resulta em maior adaptabilidade. Nagahama
(2013). Essa determinação deve ser feita através dos instrumentos adequados ao
processo.
Para identificar uma série de falhas que ocorrem de acordo com a frequência
vibracional das máquinas em que estão inseridas se faz necessário utilizar diferentes
instrumentos capazes de definir a intensidades dos possíveis danos, tais como os
medidores de vibração analisadores de frequência (proxímetros e acelerômetros).
(KARDEC E NASCIF, 2004).
Tendo isso em vista, a utilização da análise vibratória como técnica a ser
aplicada junto as averiguações periódicas da manutenção preventiva possui grande
valia, visto que esta tem a capacidade de perceber falhas iniciais antes mesmo de se
tornarem um problema, evitando uma maior logística para a manutenção futura.
Juntamente de outras avaliações dentro da manutenção preventiva, permite analisar
o rendimento e qualidade dos equipamentos em que essas técnicas são aplicadas.
(GONÇALVES, 2016). O comportamento vibratório pode revelar muitos detalhes
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sobre o funcionamento de um equipamento, como descreve Marques (2019), que seja
através de comparações com vibrações normais e anormais, até a detecção de
desalinhamento, desbalanceamento, falhas e folgas em rolamentos, problemas nos
motores, dentre outros.
De acordo com Geitner e Bloch (1994), o procedimento de obter e apresentar
as amplitudes de vibração para todas as frequências presentes, talvez seja a mais útil
de todas as técnicas de análise. Estima-se que 85% dos problemas que ocorrem em
máquinas rotativas possam ser identificados a partir da análise no domínio da
frequência. Segundo Vance (1988), as frequências presentes no sinal de vibração
medido constituem algumas das informações mais úteis obtidas para diagnosticar
problemas da dinâmica da rotação.
O desbalanceamento, o desalinhamento e a presença de mancais defeituosos
são as principais causas de vibrações indesejadas em rotores, de modo que grandes
amplitudes de vibração síncrona, isto é, na mesma frequência que a rotação do eixo,
geralmente indicam um problema de desbalanceamento do rotor. O estado de
desbalanceamento ocorre quando o centro de massa de um sistema rotativo não
coincide com o centro geométrico. Porém, nem toda excitação do eixo é síncrona. Na
realidade, os problemas mais destrutivos da dinâmica da rotação envolvem
movimentos não síncronos. A instabilidade na dinâmica da rotação trata quase que
exclusivamente de excitações não-síncronas. Aliás, esta é uma característica da
instabilidade em turbo máquinas, pela excitação do sistema rotor-mancal em
frequências diferentes que a velocidade de rotação do rotor. (VANCE, 1988).
A análise de vibrações consegue diagnosticar defeitos, tais como: falha
prematura de rolamento, vedação, eixo ou acoplamento; vibrações excessivas; alta
temperatura principalmente nos acoplamentos e quantidade excessiva de vazamento
de óleo nas vedações do mancal. (NEPOMUCENO, 2014).
Fazendo desta uma alternativa bastante adequada a realidade e vantajosa a
realidade industrial, pois, segundo Zaions (2003, p.19), “[...] a competição acirrada
entre empresas determina um cenário onde não basta apenas produzir; é preciso
também competir com qualidade e baixo custo”. O controle de vibrações é altamente
recomendado e eficaz para manutenção da vida útil de máquinas e equipamentos,
portanto é de suma importância sua caracterização e descrição para a busca de
métodos de melhoramento de processos. (NEPOMUCENO, 2014).
25
Almeida (1994), em seu estudo definiu a amplitude de uma vibração através de
sua severidade e podendo ser classificada de várias formas. A relação entre o nível
pico-a-pico, nível de pico, nível médio e nível RMS de um sinal senoidal. O valor picoa-pico indica a máxima amplitude da onda e é usado, por exemplo, onde o
deslocamento vibratório da máquina é parte crítica na tensão máxima de elementos
de máquina. O valor de pico é particularmente usado na indicação de níveis de
impacto de curta duração. O valor médio, por outro lado, é usado quando se quer se
levar em conta um valor da quantidade física da amplitude em um determinado tempo.
A velocidade de vibração tem sido selecionada como um parâmetro importante
para caracterizar a severidade de vibração de uma máquina. O valor da velocidade
RMS é usado para medir a severidade de vibração e o nível máximo medido ou
calculado é definido em uma posição selecionada e dentro de condições operacionais
e ambientais pré-ajustadas. Esta pode ser medida e mostrada diretamente por
instrumentos eletrônicos apropriados. (NASCIMENTO, 2016).
Kardec e Nascif (2004) revelam que as organizações, como um todo, vêm
procurando constantemente, novas ferramentas de gerenciamento de manutenção,
que lhes propiciem uma maior competitividade através da qualidade e produtividade
de seus produtos, processos e serviços. A análise de vibrações consegue diagnosticar
defeitos, tais como: falha prematura de rolamento, vedação, eixo ou acoplamento;
vibrações excessivas; alta temperatura principalmente nos acoplamentos e
quantidade excessiva
(NEPOMUCENO, 2014).
de
vazamento de
óleo nas vedações do mancal.
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4. PROBLEMAS RELACIONADOS AO EXCESSO DE VIBRAÇÕES
Vários problemas podem ser detectados com a análise de vibração, desde os
mais simples como: desalinhamento, desbalanceamento, folgas e falhas nos
rolamentos, como os mais complexos: falhas nas engrenagens, eixo empenado,
cavitação em bombas, problemas em compressores, problemas elétricos nos
motores, entre outros. Para isso é necessário o uso de softwares desenvolvidos para
transcrição dos dados coletados e armazenados no coletor de vibração,
transformando-os em dados legíveis para o analisador que por sua vez, deve
conhecer os elementos que compõem a vibração das máquinas. Nascimento (2016).
O nível global de vibrações é uma das formas de avaliação do desempenho de
equipamentos rotativos, consiste em medir o nível global (valor eficaz) do sinal
proveniente de um transdutor, onde a ocorrência de qualquer defeito provoca uma
alteração do nível global da vibração característica, pertencentes a cada máquina,
provocando alterações deste parâmetro. As medições sistemáticas visam avaliar a
intensidade das vibrações e se elas estão dentro das faixas de aceitação. (LENZI,
1991).
O
comportamento vibratório pode revelar muitos detalhes sobre o
funcionamento de um equipamento, como descreve Marques (2019), que seja através
de comparações com vibrações normais e anormais, até a detecção de
desalinhamento, desbalanceamento, falhas e folgas em rolamentos, problemas nos
motores, dentre outros.
Segundo Rao (2009), qualquer movimento que se repita após um intervalo de
tempo pode ser denominado vibração. Uma massa suspensa acoplada a uma mola
presa a um referencial, que se desloca da sua posição inicial até um limite superior e
inferior, retornando a sua posição original é um sistema vibratório simplificado. Este
movimento é considerado um ciclo de oscilação completo e o tempo gasto para
completar um ciclo é denominado período. A repetição desse movimento é chamada
vibração por unidade de tempo e a quantidade de ciclos presentes nessa unidade de
tempo é caracterizada frequência de movimento. Silva (2012).
Os sinais ou leis de controle são determinados em função das características
dinâmicas das estruturas, dos sinais de excitação e da resposta temporal do
equipamento controlado, ou seja, da amplitude de resposta do sistema, devendo ser
determinada automaticamente, o que resulta em maior adaptabilidade. Nagahama
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(2013). Essa determinação deve ser feita através dos instrumentos adequados ao
processo.
Para identificar uma série de falhas que ocorrem de acordo com a frequência
vibracional das máquinas em que estão inseridas se faz necessário utilizar diferentes
instrumentos capazes de definir a intensidades dos possíveis danos, tais como os
medidores de vibração analisadores de frequência (proxímetros e acelerômetros).
(KARDEC E NASCIF, 2004).
A velocidade de vibração tem sido selecionada como um parâmetro importante
para caracterizar a severidade de vibração de uma máquina. O valor da velocidade
RMS é usado para medir a severidade de vibração e o nível máximo medido ou
calculado é definido em uma posição selecionada e dentro de condições operacionais
e ambientais pré-ajustadas. Esta pode ser medida e mostrada diretamente por
instrumentos eletrônicos apropriados. (NASCIMENTO, 2016).
De acordo com Geitner e Bloch (1994), o procedimento de obter e apresentar
as amplitudes de vibração para todas as frequências presentes, talvez seja a mais útil
de todas as técnicas de análise. Estima-se que 85% dos problemas que ocorrem em
máquinas rotativas possam ser identificados a partir da análise no domínio da
frequência. Segundo Vance (1988), as frequências presentes no sinal de vibração
medido constituem algumas das informações mais úteis obtidas para diagnosticar
problemas da dinâmica da rotação.
O desbalanceamento, o desalinhamento e a presença de mancais defeituosos
são as principais causas de vibrações indesejadas em rotores, de modo que grandes
amplitudes de vibração síncrona, isto é, na mesma frequência que a rotação do eixo,
geralmente indicam um problema de desbalanceamento do rotor.
De acordo com (KAEPENKO, WIERCIGROCH e CARTMELL, 2002), a
presença de folga excessiva em mancais invariavelmente causa severa nãolinearidade. Primeiramente, o fenômeno se apresenta na forma da descontinuidade
da rigidez, que pode conduzir a respostas complexas. Como uma primeira
aproximação, o rotor com folga excessiva no mancal pode ser considerado um
oscilador não-linear. As simulações experimentais mostram vibrações periódicas,
síncronas e subsíncronas, bem como, vibrações caóticas do rotor, acompanhadas por
harmônicos elevados. O espectro para movimento periódico apresenta picos
localizados em frequências discretas. Por outro lado, o espectro para o movimento
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caótico não apresenta frequências discretas, mas apresenta uma faixa contínua, em
uma faixa do espectro.
De acordo com a Norma ISO 2372, as seguintes classes de equipamentos são
apropriadas para a maioria das aplicações:
CLASSE I: Máquinas pequenas: Partes individuais de máquinas e motores,
integralmente conectados com toda a máquina em sua condição de operação normal,
motores elétricos até 15 kW são exemplos típicos de máquinas desta categoria.
CLASSE II: Máquina de médio porte, tipicamente motores elétricos de 15 kW a
75 kW, sem fundação especial, motores rigidamente montados ou máquinas até 300
kW em fundação especial.
CLASSE III: Grandes acionadores principais e outras máquinas grandes, com
massas rotativas montadas em fundações rígidas e pesadas que são relativamente
rígidos na direção de medida da vibração.
CLASSE IV: Turbomáquinas: Grandes acionadores principais e outras
máquinas grandes com massa rotativa montada em fundação que são relativamente
suaves na direção da medição da vibração (por exemplo turbo geradores,
especialmente aqueles com subestrutura leve).
CLASSE V: Máquinas e sistemas mecânicos acionados com esforço de inércia
desbalanceado, realizados por partes alternativas, montados em fundações que são
relativamente rígidas na direção da medida da vibração.
CLASSE VI: Máquinas e sistemas mecânicos acionadores com esforço de
inércia desbalanceado realizado por partes alternativas, montados em fundações que
são relativamente flexíveis na direção da medição da vibração, máquinas com massas
rotativas acopladas com folgas, como eixo batedor em máquinas trituradoras,
máquinas centrifugas com capacidade variável de desbalanceamento operando como
unidades únicas sem componentes conectados, telas vibratórias, máquinas de teste
dinâmico de fadiga, excitadores de vibração usados em plantas de processamento.
(ISO 2372).
De acordo com Lenzi (1991), a análise das vibrações é o melhor parâmetro
para avaliar as condições dinâmicas, como balanceamento, estabilidade nos mancais,
tensões dinâmicas existentes em componentes, e falhas incipientes em rolamentos e
engrenagens, além de identificar desalinhamentos entre eixos e tolerância limite de
funcionamento. Outro ponto importante é que todos os níveis de vibrações medidos e
analisados, podem ser comparados aos limites recomendados pelos fabricantes e/ou
29
por informações da máquina quando nova ou em boas condições de operação.
Segundo Matos (1980\0, o programa de manutenção preditiva, com base no controle
de vibração, parte do princípio de que toda máquina vibra e que quanto maior é o
defeito existente tanto maior será a vibração. Assim, fazendo-se medições periódicas
de vibração num determinado equipamento e registrando-se os valores obtidos, podese acompanhar o desenvolvimento de um defeito e fazer a manutenção corretiva
quando estes valores atingirem limites predeterminados, mantendo assim, a máquina
em funcionamento logo em seguida.
Nepomuceno (1988) revela em seus estudos a importância de observar que a
escolha dos pontos de aplicação dos dispositivos de medida e análise das vibrações,
constitui o fator criticamente fundamental para o sucesso de um programa destinado
a análise ou monitoramento de vibrações de máquinas. A escolha de um ponto
inadequado não retirará, do sinal global, a componente ou componentes que
representam, realmente, as condições do equipamento. Nesse caso, nenhuma
análise, por mais completa e complexa que seja, indicará as condições reais do
equipamento. Normalmente os mancais constituem pontos obrigatórios de medida e
análise de vibrações. Isto porque é exatamente em tais regiões que se localizam as
cargas dinâmicas e forças maiores existentes no equipamento.
Já Klempnow (1998) observa o efeito das vibrações em mancais de rolamento,
que são elementos mecânicos que originam a maioria das paradas das máquinas
rotativas; por isso é que uma das premissas básicas nos programas de manutenção
preditiva está orientada para a detecção antecipada das falhas deste tipo de
componente.
A identificação de qual defeito está presente é possível, visto que cada defeito
mecânico gera, durante a rotação, forças que vão provocar choques nos mancais,
transmitindo-se a todo equipamento em forma de vibração. Estas forças variam em
sentido e quantidade, enquanto a parte rotativa muda sua posição em relação à
carcaça da máquina. O movimento vibratório determinado por estas forças tem
características determinadas pela maneira de como estas forças são geradas (variam
com o tipo e a localização do defeito), sendo possível, portanto, uma análise de causa
e efeito para cada caso particular. (NEPOMUCENO, 1989).
Num sistema, muitos componentes vibram, mas estas vibrações serão em
diferentes frequências, diferentes amplitudes e diferentes fases; a análise das
vibrações deve ser capaz de identificar as vibrações que se originam das forças
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flutuantes ou torques que são transmitidos através do sistema, ou seja, tem energia
se alternando entre os componentes. (NASCIMENTO, 2016).
Estas forças podem ser senoidais em algum caso especial, mas
frequentemente são periódicas simples ou mesmo aleatórias. Nepomuceno (1989)
ressalta que o interessado na manutenção terá seu trabalho facilitado se possuir
dados e valores numéricos dos parâmetros de vibração para o equipamento novo ou
em boas condições. Com isto, será possível o acompanhamento e diligenciamento da
variação de tais parâmetros, isto porque o valor da variável depende do equipamento
e, na manutenção preditiva em base ao estado real.
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com o avanço iminente da tecnologia, a indústria passa a ser um ambiente
impossibilitado de pausa, visto que quaisquer intervalos de produção podem gerar
danos financeiros de altíssimo risco. Visto isso, o sistema de fabricação passou a
buscar novas formar de manter seus maquinários funcionando sem parar por
completo a produção. Desta forma, diferentes tipos de manutenções passaram a se
popularizar, dentre elas destaca-se o método de análise de vibração, tema central do
presente estudo.
A análise de vibração obedece a um padrão previamente esquematizado e
definido geralmente pelo fabricante ou fornecedor dos produtos ativos da fábrica, que
estabelece paradas periódicas com a finalidade de permitir a troca de peças usadas
por novas, assegurando assim o funcionamento ideal da máquina por um período
predeterminado, evitando pausas a produção e transtornos ocasionados por tal.
Dentro dos processos de manutenção, uma das técnicas que mais se destaca
trata-se da análise de vibração. Tendo isso em vista, a utilização da análise vibratória
como técnica a ser aplicada junto as averiguações periódicas da manutenção
preventiva possui grande valor ao mercado, visto que esta tem a capacidade de
perceber falhas iniciais antes mesmo de se tornarem um problema, evitando uma
maior logística para a manutenção futura.
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REFERÊNCIAS
•
Livro com um autor
CISMASIU, Corneliu. Apontamento de vibrações mecânicas. Faculdade de
Ciências e Tecnologia. Lisboa, 2018.
NAGAHAMA, C. (2013). Análise numérica e modelagem computacional de um
sistema estrutural com controle semiativo de vibração do tipo amortecedor.
Master's thesis,
Universidade Federal de Juiz de Fora. Juiz de Fora-MG.
NEPOMUCENO, Lauro Xavier. Técnicas de manutenção preditiva-vol. 1. Editora
Blucher, 2016.
RIBEIRO, Diogo Feitosa. Eficiência da Análise de Vibração na Detecção de
Possíveis Falhas Mecânicas. 2019.
SILVA, Bruna Tavares Vieira da. Bancada para análise de vibração: análise de
falhas em máquinas rotativas. 2012.
SOUZA, Valdir Cardoso. Organização e Gerência da Manutenção –
Planejamento, Programação e Controle da Manutenção. 3ª Ed, revisada. São
Paulo: All Print, 2009. 285 p.
ZHOU, Xinping. Vibração e estabilidade de cápsulas cilíndricas de paredes finas
endurecidas por anel que transportam fluido. Acta mechanica solida sinica , v.
25, n. 2, pág. 168-176, 2012.
•
Livro com até três autores
Almeida, R. G. T., Vicente, S. A. S., Padovese, L. R., New Technique for
Evaluation of Global Vibration Levels in Rolling Bearing COBEM 2001,
Vibration and Sound, Vol. 10 pp. 241 _ 248, 2001.
33
BLOCH, H. P., GEITNER, F. K., Machinery Failure Analysis and
Troubleshooting, 2 ed. Texas, Gulf Publishing Company, 1994.
KARDEC, Alan; NASCIF, Julio. Manutenção Função Estratégica, 2ª ed, 1ª
Reimpressão 2004. Editora Quality Mark, Rio de Janeiro, Coleção Manutenção,
Abraman.
KLEMPNOW, LESCANO, VIGNALE, RUZZANTE, HIERRO, Análisis de Falhas en
Cojintes a Rodamientos usando Vibraciones Mecânicas y Emisión Acústica.
18° Encontro da SOBRAC, 1998, Florianópolis, pg.(591 - 594).
•
Livro com quatro ou mais autores
•
Documentos online
•
Livros e/ou folhetos e trabalhos acadêmicos em meio digital ou eletrônico
•
Coleção de publicação periódica em meio eletrônico
•
Artigo, seção e/ou matéria de publicação periódica em meio eletrônico
•
Legislação
•
Atos administrativos normativos em meio eletrônico
GONÇALVES, Cirilo Felipe et al. Implantação de um Programa de Manutenção
Preventiva com Estudo de Caso em uma Empresa de Beneficiamento de
Grãos. Janus, v. 13, n. 23, 2016.
•
Pessoa jurídica
•
Pessoa jurídica com mais de um autor
34
•
Instituição governamental da administração direta
•
Capítulo de coletânea (livro organizado que contém contribuições de vários
autores):
•
Trabalhos acadêmicos (dissertações e teses):
ALVES, Alison Jorge. Estudo de caso da importância da manutenção preditiva
com ênfase na análise de vibração em uma usina sucroalcooleira. Trabalho de
Conclusão de Curso em Engenharia de Produção. UNIFOR-MG, 2009.
HOLANDA, Sandra Maria Santos. Aplicação da manutenção preditiva por análise
de vibrações em equipamentos de trens urbanos com plano de manutenção
proposto. 2016. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco.
MORAIS, Bruno Emanuel Folgado Bento. Análise de vibrações a grupos de
eletrobombas de uma estação elevatória. 2016. Tese de Doutorado.
NASCIMENTO, Rodrigo do. Manutenção Preditiva usando Análise de Vibração.
2006.38f. Dissertação (Graduação) Curso de Engenharia de Produção Mecânica,
Centro Universitário Anhanguera, Faculdade de Pirassununga.
ZAIONS, Douglas Roberto. Consolidação da Metodologia de Manutenção
Centrada na Confiabilidade em uma Planta de Celulose e Papel. Universidade
Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação
em Engenharia de Produção, 2003.