Recolha de dados para análise de vibrações: o que é necessário ter em conta?

O que deve considerar ao recolher dados para análise de vibrações? A análise de vibrações ajudará a evitar que uma pequena falha evolua para um verdadeiro desastre. A coisa mais importante sobre análise de vibrações é saber como recolher os dados. A primeira coisa a fazer é recolher os dados completos. Isto significa obter um traço de vibração de espetro completo em três eixos (horizontal, vertical e axial) em ambas as extremidades do motor e do equipamento acionado.

Vejamos como recolher dados para análise de vibrações.

Quando se olha para um traço de vibração, é útil pensar em múltiplos da velocidade de rotação. Porque nem todo o equipamento da fábrica funciona à mesma velocidade, isto simplifica a análise. O desequilíbrio do rotor, por exemplo, é normalmente mostrado à velocidade de rotação. Os problemas mecânicos, tais como um veio dobrado, um acoplamento deficiente ou uma caixa de rolamentos sobredimensionada, tendem a aparecer ao dobro das rpms.

As frequências de vibração a múltiplos mais elevados da velocidade de rotação correspondem ao número de componentes numa peça rotativa específica, tal como o número de esferas num rolamento. Outras fontes de frequências de vibração em múltiplos da velocidade de rotação podem ser as pás da ventoinha, as pás do impulsor, as barras do rotor ou as ranhuras do estator, ou alguma combinação destas.

A velocidade indicada na placa de identificação não é a velocidade exacta do motor, baseia-se na velocidade média do fabricante para essa conceção específica do motor. A velocidade real de um motor de indução é sempre inferior à velocidade síncrona. Certifique-se de que tem este facto em consideração, especialmente quando se trata de gamas de alta frequência. Utilizando um sincronizador de 1800 rpm, por exemplo, pode propor a um técnico que procure algo com 53 componentes se houver um pico a 95.400 rpm (95.400/1800 = 53). Se a velocidade de funcionamento fosse 1766 rpm, o mesmo pico a 95.400 cpm indicaria 54 barras de rotor (95.400/1766 = 54).

Os rolamentos de esferas ou de rolos têm várias frequências específicas associadas. A frequência de passagem das esferas, por exemplo, depende do número de corpos rolantes de um determinado rolamento. Preste atenção às diferenças nos complementos de um determinado tamanho de rolamento entre os fabricantes. Um fabricante pode utilizar 8 esferas num determinado rolamento; outro pode utilizar 9 no mesmo rolamento. Tenha também em atenção os rolamentos "max", que são concebidos com mais esferas do que os rolamentos normais para aumentar a sua capacidade de carga.

O número de esferas e a velocidade atual do motor são os factores utilizados para a determinação da frequência com que se espera que um elemento de rolamento apresente problemas. Os defeitos na pista interna e externa também são mostrados em freqüências específicas. Como a circunferência da pista externa do rolamento é maior do que a pista interna, a faixa na qual as esferas passam por um defeito na pista será diferente.

Os programas de recolha de dados de análise de vibrações armazenam esta informação sobre os rolamentos numa base de dados. No entanto, para tirar o melhor partido destes programas, é útil trabalhar com um centro de assistência que forneça relatórios de reparação detalhados, incluindo o tamanho e o fabricante do rolamento. Isto elimina o trabalho de adivinhação quando surge um problema.

As forças aerodinâmicas ou hidrodinâmicas aparecem ocasionalmente no traço de vibração. Se um motor funcionar a 1.775 rpm e tiver 7 pás de ventoinha, pode ocorrer um pico a 12.425 cpm (1.775 x 7 = 12.425). Uma bomba com um rotor de 5 pás a rodar a 1.450 rpm pode ter um pico a 7.250 cpm. Normalmente, estes picos são de baixa magnitude.

Embora interessante, não é importante a menos que ocorram problemas de frequência ressonante. Se a amplitude do pico aumentar significativamente desde a última leitura, isso pode indicar um problema em desenvolvimento, como uma pá de ventilador alta a passar por um ressalto ou uma pá de rotor danificada.

A ressonância torna-se um problema quando a frequência natural do conjunto completo está próxima da frequência de vibração de uma parte do sistema rotativo. Com o equipamento existente, isto só ocorre quando algo é alterado. A instalação de uma bomba ou motor de substituição mais leve, por exemplo, pode alterar a frequência natural o suficiente para criar um problema de ressonância.

As leituras elevadas indicam um problema de ressonância a 1200 cpm (rpm do motor) que ocorreu quando uma nova placa de base foi instalada num motor e numa bomba. Este facto foi verificado através de um teste de impacto. A estrutura de suporte do motor que levanta o motor em alinhamento com a bomba soou literalmente como um sino, ressoando a 1.200 cpm. Em caso de dúvida, o teste de impacto é uma forma rápida de identificar problemas de ressonância.

Por vezes, um operador identifica um pico a uma frequência muito elevada de 30 000 cpm ou superior. Isto corresponde normalmente à frequência de passagem de uma barra do rotor, ou ranhura. Estas frequências são múltiplos da velocidade de funcionamento, pelo que serão mais elevadas para motores de alta velocidade do que para motores de baixa velocidade. Por exemplo, um motor de 150 CV com 65 barras de rotor a funcionar a 3.565 rpm deve ter uma frequência de passagem de barras de 231.725 cpm (3.565 x 65 = 231.725). Em contrapartida, um rotor de 65 barras a rodar a 300 rpm apresentará uma frequência de passagem de barras de 19.500 cpm (300 x 65 = 19.500).

As barras do rotor com defeito aumentam geralmente a amplitude e a frequência de passo das barras do rotor no motor. As barras do rotor defeituosas causam geralmente um par de bandas simétricas de 1 Hz de tamanho, que aparecem como picos adicionais entre a frequência de passo do rotor no motor.

Nos sistemas de 60 Hz, os problemas eléctricos aparecem quase sempre a 7.200 cpm (60 ciclos por segundo x 60 segundos x 2 = 7.200 cpm). As causas possíveis incluem:

• Desequilíbrio de tensão,
• Folga de ar excêntrica que pode ser o resultado de uma caixa de rolamentos descentrada ou sobredimensionada,
• Um veio do motor dobrado entre as chumaceiras,
• barras do rotor defeituosas, ou
• Corte de voltas num rotor síncrono.

Cortar a alimentação enquanto se monitoriza a assinatura de vibração é uma verificação eficaz de problemas eléctricos. Se um pico de 7.200 cpm desaparecer instantaneamente quando a alimentação é desligada, o problema é de natureza eléctrica. Se a amplitude do pico diminuir lentamente, o problema é mecânico. Este teste é especialmente útil para diferenciar entre um problema elétrico e uma caixa de rolamentos solta num motor de 2 polias, mas pode funcionar a 3.575 rpm x 2 = 7.150. A diferenciação entre as duas frequências requer um operador cuidadoso.

O variadores de frequência tornam a interpretação dos dados ainda mais difícil, uma vez que o motor de indução acionado por inversor pode funcionar muito abaixo da velocidade indicada na placa de identificação. Mesmo os problemas eléctricos são mais difíceis de diagnosticar, porque a frequência varia. Como ponto de referência, a velocidade real pode ser conhecida e registada quando se recolhem dados de vibração.

As gerações mais recentes de analisadores de transformada rápida de Fourier podem indicar um pico a uma frequência muito elevada, um pico não identificado anteriormente pelo equipamento mais antigo. A menos que seja de magnitude considerável, ou que a amplitude aumente com o tempo, isto normalmente não indica um problema. Um relatório do aparecimento súbito de um pico de alta frequência pode indicar que a tecnologia de vibração tem um novo analisador, em vez de um problema de maquinaria.

As leituras axiais elevadas indicam geralmente um desalinhamento. A causa pode ser externa, como o desalinhamento dos acoplamentos; ou interna, como o desalinhamento mecânico ou um veio torto. O desalinhamento pode envolver um acoplamento desgastado, uma caixa sobredimensionada ou, num motor de rolamento de casquilho (buzina), uma folga excessiva entre o veio e o rolamento.

Normalmente, a magnitude das leituras axiais não é superior a metade das leituras radiais. Uma leitura axial dita elevada pode não ser de magnitude absoluta elevada, mas sim desproporcionadamente elevada em comparação com as leituras radiais. Uma leitura de velocidade de 0,08 no eixo vertical é superior a uma leitura axial de 0,06, mas a leitura axial é mais suscetível de indicar um problema. 

Com um pouco de intuição e um traço de vibração de três eixos tirado em ambas as extremidades do impulsor e em ambas as extremidades do equipamento acionado, não é difícil identificar a origem de um problema.

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