ANÁLISE DE DADOS E DIAGNÓSTICO

Neste capítulo serão apresentados os principais sintomas das falhas básicas em equipamentos rotativos, como desbalanceamento, desalinhamento, folgas, rolamentos, engrenagens, correias, problemas elétricos, mancais, e ressonância.

Os defeitos de funcionamento podem ser detectados e avaliados através do acompanhamento dos níveis de vibração, enquanto que o diagnóstico de suas origens é feito identificando-se sintomas característicos presentes no espectro e na forma de onda das vibrações. Em certos casos as relações de fase entre as vibrações de vários pontos devem ser consideradas, para confirmar os diagnósticos.

Ganhando um conhecimento básico sobre os padrões vibratórios gerados pelos diversos defeitos e aprendendo aplicar algumas regras básicas de observação, o analista de vibração estará apto a gerar milhares de reais de economia a cada mês, detectando falhas potenciais nos equipamentos e revelando suas origens, sem interrupção do processo produtivo.

Detectando-se os defeitos com antecedência, é possível realizar um planejamento antecipado das intervenções corretivas, definindo o momento mais oportuno para a sua realização, de forma a minimizar o seu impacto sobre a produção, e reduzindo-se os prazos e custos das intervenções pelo conhecimento antecipado dos componentes a serem substituídos e pela eliminação da troca de componentes com uma vida útil remanescente ainda significativa.

As mesmas técnicas de análise podem ser empregadas também para a avaliação do estado dos equipamentos logo após as intervenções, resultando numa maior confiabilidade na entrega dos equipamentos para operação e na eliminação de retornos e quebras catastróficas.

Esse método de trabalho, conhecido como Manutenção Preditiva, resulta também num aumento da segurança e da disponibilidade dos equipamentos, com redução dos riscos de acidentes e interrupções inesperadas da produção, assim como num aumento da vida útil das máquinas e componentes, que passam a funcionar em condições melhor conhecidas e controladas.

A médio prazo, através da análise estatística dos dados levantados pela Manutenção Preditiva, é possível identificar problemas crônicos e propor melhorias da engenharia de projeto, instalação e operação das máquinas. Também é possível realizar avaliações do desempenho do pessoal de manutenção e orientar planos de treinamento, visando o seu aprimoramento na correção dos problemas críticos, detectados com maior freqüência.







Nota: No restante do capítulo usaremos a notação 1N, 2N, 3N , 4N, etc... para indicar múltiplos da velocidade de rotação da máquina (N = frequência de rotação).

DESBALANCEAMENTO

Causas: O desbalanceamento de um rotor é causado pela não coincidência entre o seu centro de massa e o seu centro de rotação, devido a erros de montagem, incrustações, desgaste, ruptura ou perda de componentes como, por exemplo, palhetas de turbinas.

Sintomas:
• Vibrações elevadas na direção radial, com predominância da componente 1N.
• A amplitude da componente 1N aumenta com o aumento da velocidade de rotação.
• As amplitudes das componentes múltiplas de 1N não são elevadas (vide Nota 1).
• As vibrações na direção axial não são elevadas.

Notas:
1. Amplitudes elevadas nas freqüências de 2N, 3N, etc. indicam a existência de outros defeitos, como desalinhamento ou mancal "jambrado", empenamento e folgas.
2. No caso de máquinas com eixo horizontal, as vibrações na direção horizontal geralmente são maiores do que nas outras direções, pela maior rigidez do apoio na direção vertical. Nessas máquinas, vibrações axiais elevadas indicam desalinhamento e vibrações verticais elevadas podem ser causadas por folga e/ou falta de rigidez na base ou fundação.
3. Uma variação de amplitude da componente 1N indica que existem outras falhas além do desbalanceamento, como: ressonância, peça solta no rotor ou, no caso de motores de indução, trincas nas barras da gaiola, mau contato entre as barras e os anéis de curto circuito ou variação da folga rotor / estator, causada por mancais "jambrados" ou empenamento do rotor.
4. Se uma pequena variação da velocidade de rotação provoca uma variação drástica na amplitude da componente 1N, pode estar ocorrendo ressonância.
5. Todos os problemas acima relacionados devem ser corrigidos antes de se balancear o rotor.
6. Verificar a defasagem das vibrações horizontal e vertical em cada mancal. Se a defasagem não for de aproximadamente 90°, considerar a possibilidade de ressonância do pedestal, empenamento do eixo ou desalinhamento.
7. Por outro lado, se as leituras de fase de ponta a ponta do eixo não estiverem próximas, considerar a possibilidade de desbalanceamento dinâmico em planos diferentes, e/ou desalinhamento.


DESALINHAMENTO

Causas: O desalinhamento ocorre quando os eixos de duas máquinas acopladas apresentam um deslocamento angular ou paralelo, quando o centro de um dos mancais não está alinhado com os demais, ou ainda quando um dos mancais está inclinado com relação aos demais ("jambrado"). O desalinhamento pode ser causado por erros de montagem, recalque de fundações, dilatação térmica, deformação da estrutura ou travamento do acoplamento.

Sintomas:
• Vibrações elevadas nas direções radiais e na axial, com predominância das componentes 1N, 2N ou, em certos casos, 3N. Essas componentes apresentam amplitudes estáveis.
• As amplitudes das componentes 4 a 10N geralmente não são elevadas (Vide Nota 3.).

Notas:
1. Quando o desalinhamento é predominantemente angular, a componente predominante é 1N e a vibração axial é maior do que a radial.
2. Se as componentes 4 a 10N forem elevadas, ou a vibração axial muito baixa, suspeite de folga.
3. No caso de motores de indução, se as componentes 1 a 3N apresentarem modulação de amplitude ou bandas laterais, pode haver problemas eletromecânicos.
4. No caso de transmissão por correia, verifique o alinhamento das polias. Se as polias estão desalinhadas, é comum se detectar uma componente na frequência de rotação de um eixo nos mancais do outro, com amplitude elevada. Se as correias estão muito tensionadas ou com defeito surgem impulsos na frequência de passagem da correias, no dobro, e vibrações transitórias na frequência natural da estrutura suporte.
5. Verificar a amplitude das vibrações nas direções horizontal e vertical de cada mancal. Amplitude horizontal alta e vertical baixa indicam desalinhamento vertical do mancal. Inversamente, amplitude horizontal baixa e vertical alta indicam desalinhamento horizontal. O desalinhamento aumenta a rigidez na sua direção de atuação, facilitando a vibração na outra.
6. Verificar a fase das componentes 1N captadas na direção axial, nos mancais de cada lado do acoplamento. Se estiverem em contra-fase (180°) os eixos podem estar desalinhados. Se estiverem em fase, considerar desbalanceamento ou travamento do acoplamento. Se o desalinhamento principal é angular, as vibrações no lado de cima e de baixo dos mancais do lado do acoplamento, normalmente, estão em contra-fase.


EMPENAMENTO DE EIXOS

Causas: Ocorre devido à má montagem e/ou estocagem inadequada de eixos e rotores ou pelo aquecimento localizado do eixo, geralmente em máquinas térmicas e motores elétricos.

Sintomas:
• Vibrações elevadas em apenas uma máquina do grupo, com amplitudes elevadas das componentes 1N e/ou 2N, nas direções radiais e axial.

Notas:
1. Verificar a fase das vibrações axiais nos mancais da máquina. Se estiverem em contra-fase (180°) o eixo pode estar empenado.
2. Vibrações em contra-fase nos lados de cima e de baixo de um dos mancais são outro sintoma de empenamento.
3. Na maioria dos casos de eixo empenado, a fase das vibrações radiais nas direções horizontal e vertical é a mesma de ponta a ponta do eixo.



FOLGAS

Causas: Existem duas categorias de folgas: folgas estruturais ou de elementos rotativos. As folgas podem ser causadas por erros de montagem, desgaste excessivo, danos na fundação ou na base, trincas ou ruptura de componentes de fixação.

Sintomas:
• Vibrações elevadas nas direções radiais, com amplitudes elevadas das componentes 3 a 10N.
• As vibrações podem ter uma direção predominante, normalmente a vertical.
• Em certos casos podem ocorrer sub e inter-harmônicos.
• Geralmente as vibrações axiais não são elevadas.

Notas:
1. Os subharmonicos e interharmonicos geralmente ocorrem a 1/2N, 3/2N, 5/2N, etc.
2. Quando o problema é severo, podem ocorrer 1/3N, 1/4N e múltiplos.
3. As folgas podem aparecer somente em certas condições de carga e temperatura, ou a partir de impulsos transitórios no funcionamento da máquina.
4. Folgas na estrutura de suporte de máquinas com eixo horizontal geralmente provocam vibrações elevadas na direção vertical, com predominância da componente 1N.
5. Deterioração do acoplamento provoca sintomas de folgas nos mancais acoplados do acionador e do acionado, principalmente na direção axial.


ROÇAMENTOS

Causas: Roçamentos podem ser causadas por falta de lubrificação, empenamento do eixo, erros de montagem, deformação da carcaça, desnivelamento dos pedestais por recalque ou danos na fundação e/ou base da máquina.

Sintomas:
• Apresentam sintomas semelhantes à folgas, isto é, vibrações radiais elevadas nas freqüências de 3 a 10N e, eventualmente, sub e inter-harmônicos.
• As vibrações tem normalmente uma direção predominante.
• Quando o roçamento é mais intenso (raspagem) ocorrem também vibrações aleatórias com um espectro distribuído, em uma faixa de freqüência relativamente baixa.
• Má lubrificação de mancais geralmente acarreta vibrações aleatórias com espectro ao redor de 200 Hz.

Notas:
1. Os sub harmônicos e inter harmônicos geralmente ocorrem a 1/2N, 3/2N, 5/2N, etc.
2. Quando o problema é severo, podem ocorrer 1/3N, 1/4N e múltiplos.
3. O roçamento pode aparecer somente em certas condições de carga e temperatura , ou a partir de impulsos transitórios no funcionamento da máquina.
4. Em máquinas equipadas com mancais de escorregamento e monitoradas com proxímetros, pode-se distinguir processos de roçamento e folga, através do sentido da órbita do rotor. No caso de folga a órbita relativa ao movimento de instabilidade (a 1/2N) tem o mesmo sentido do movimento de rotação do rotor (a 1N) e no caso de roçamento, tem sentido inverso.


DEFEITOS EM MANCAIS DE ROLAMENTO

Causas: seleção incorreta, sobrecarga, defeito de fabricação, desalinhamento, "jambragem", estocagem inadequada, lubrificação inadequada, montagem incorreta, falha de vedação.
Sintomas:
• Para se detectar defeitos em mancais de rolamento, deve-se examinar cuidadosamente o espectro de freqüência das vibrações radiais e axiais, procurando-se identificar picos harmonicamente relacionados, de freqüências não síncronas com a de rotação.
• As freqüências básicas geradas por defeitos em mancais de rolamento são a freqüência de passagem da gaiola (FTF), de rotação das esferas (BSF) e de falha nas pistas externa (BPFO) e interna (BPFI). Uma ou mais destas freqüências fundamentais, com seus harmônicos e bandas laterais, podem aparecer no espectro.
• Geralmente os harmônicos de ordem 4 a 6 são os mais elevados no espectro de velocidade, quando o defeito está no estágio intermediário. Quando o defeito progride as amplitudes das harmônicas de menor ordem aumentam. Geralmente, se as freqüências fundamentais são predominantes o defeito é severo e a vida remanescente é bastante curta.
• O espectro de aceleração apresenta predominância de harmônicos de ordem ainda mais elevada e de freqüências naturais dos componentes do rolamento, na faixa de 1.000 a 20.000 Hz, que podem ser mais facilmente detectados por filtragem e medição do valor de pico (HFD) ou por demodulação do sinal (envelope). Geralmente, esses métodos fornecem detecção bastante antecipada dos defeitos .

Notas:
1. Geralmente os defeitos em rolamentos evoluem com certa lentidão e emitem sinais com bastante antecedência da falha final, que pode ocorrer por travamento ou ruptura de componentes. Defeitos típicos que evoluem dessa forma são: riscos em pistas, roletes ou esferas, "pitting", trincas, corrosão, erosão, e contaminação.
2. As freqüências de falha de rolamentos são dadas por:

S d
Defeito na Gaiola: FTF = ---- ( 1± ---- cos Ø )
2 D

Sd d
Defeito no Elemento Girante: BSP = ---- [ 1± ( ---- cos Ø ) 2 ]
(esfera ou rolete) 2D D

SN d
Defeito na Pista Externa: BPFO = N . FTF = ---- ( 1 - ---- cosØ)
2 D

SN d
Defeito na Pista Interna: BPFI = ------ ( 1 + ---- cos Ø )
2 D


onde:
Ø = angulo de contato
S = velocidade de rotação
N = nº de elementos girantes

D = diametro primitivo
d = diâmetro dos elementos girantes
+ p/ pista interna estacionária (b)
 p/ pista externa estacionária (a)


DEFEITOS EM MANCAIS DE ROLAMENTO (cont.)

3. Essas freqüências podem ser estimadas, com uma margem de ± 20 %, através das seguintes fórmulas aproximadas:

Defeito na Gaiola: FTF = 0,4 S p/ o caso (a) FTF = 0,6 S p/ o caso (b)

Defeito no Elemento Girante: BSP = 0,23.N.S p/ N < 10 BSP = 0,18.N.S p/ N > 10

Defeito na Pista Externa: BPFO = 0,4. N.S

Defeito na Pista Interna: BPFI = 0,4. N.S


DEFEITOS EM MANCAIS DE ESCORREGAMENTO

Causas:
Mancais de escorregamento podem apresentar várias falhas, incluindo folgas, roçamentos e instabilidade dinâmica. Esses problemas podem ser causados por montagem incorreta, folga excessiva (entre eixo e casquilho), desgaste, lubrificação incorreta, carga radial inadequada (falta) ou projeto inadequado.

FOLGA EXCESSIVA - Sem instabilidade

Sintomas:
• Vibrações radiais de nível elevado e constante, com predominância da componente 1N, 2N ou 3N, podendo ser confundida com desbalanceamento, desalinhamento ou folga na fixação dos componentes.
• Em máquinas horizontais, o melhor indicador é o nível elevado de vibração vertical.
• Também podem ocorrer vibrações axiais elevadas em mancais de escora.

INSTABILIDADE HIDRODINÂMICA
(Vibração auto excitada que pode ocorrer em mancais hidrodinâmicos de máquinas supercríticas)

Sintomas:
• Componente com freqüência de 42 a 48 % da velocidade de rotação, com amplitude elevada na direção radial e, às vezes, erráticas. Eventualmente, podem ocorrer harmônicos dessa freqüência.
• Vibrações axiais reduzidas na freqüência da instabilidade.
• Sentido de orbitação coincidente com o de rotação.



DEFEITOS EM MANCAIS DE ESCORREGAMENTO (cont.)

INSTABILIDADE PARAMÉTRICA

Ocorre em mancais hidrodinâmicos de máquinas supercríticas quando há variação de rigidez ao longo do ciclo de rotação, devido a roçamento ou baixa rigidez localizada.

ROÇAMENTO - Ocorre quando o munhão entra em contato com a superfície do casquilho, de forma intermitente ou contínua. Pode ser causado por lubrificação, folga ou carga inadequada, desalinhamento ou por vibração excessiva devido a outros problemas.

BAIXA RIGIDEZ - Ocorre quando o casquilho está mal fixado ou quando há uma folga localizada ou em casquilhos parcialmente apoiados ou suportados por rótula.

Sintomas:
• Componentes com freqüências de 1/4, 1/3 ou 1/2 da velocidade de rotação e harmônicos, com amplitude errática.
• Roçamento Contínuo - Ruído de alta intensidade (espectro distribuído), com amplitudes erráticas, muitas vezes com energia elevada em altas freqüências.
• Vibrações axiais reduzidas em mancais radiais.
• Sentido da órbita resultante do movimento de instabilidade (a 1/2N) contrário ao de rotação do eixo (a 1N) no caso de roçamento e coincidente com o de rotação, no caso de baixa rigidez.

Notas:
1. Deve-se empregar uma resolução elevada, geralmente maior do que 200 linhas, para se distinguir a freqüência de instabilidade da componente 1/2N associada a folga ou roçamento.
2. A instabilidade geralmente se manifesta durante a partida da máquina, quando o rotor se aproxima de uma velocidade crítica e persiste após a passagem pela crítica.
3. Existem evidências de que a freqüência da instabilidade aumenta à medida em que se reduz a folga entre o munhão e o casquilho.
4. O desgaste natural dos casquilhos pode provocar instabilidade em máquinas que originalmente não apresentavam esse problema.
5. Eixos verticais longos com mancais de guia são particularmente sensíveis à instabilidade devido a falta de carga radial.
6. A instabilidade dinâmica também pode ocorrer em mancais lubrificados por outros fluídos, como é ocaso de mancais de guia lubrificados por água em bombas submersas.

DEFEITOS EM ENGRENAGENS

Causas:

As engrenagens podem apresentar defeitos semelhantes aos de outras máquinas, como desalinhamento, desbalanceamento e folgas (que surgem com componentes de baixa frequência), porém também podem apresentar defeitos específicos que se manifestam de forma característica no espectro de vibrações (de altas frequências), como: deformação do círculo primitivo, irregularidades de passo e da forma dos dentes e excentricidade.
Esses defeitos podem ser causados por erros de usinagem, montagem e/ou ajuste incorreto, desgaste excessivo, lubrificação inadequada, contaminação, desalinhamento, fadiga ou sobrecarga.
Mesmo em engrenagens em boas condições de uso, as não-uniformidades inerentes ao engrenamento, como excentricidade das engrenagens e irregularidades na geometria dos dentes, geram modulações de amplitude e/ou frequência das vibrações, cujos espectros apresentam bandas laterais em torno da componente na frequência de engrenamento e seus múltiplos.

Sintomas:
• Aumento das amplitudes das vibrações radiais na freqüência de engrenamento e seus harmônicos e, principalmente, das suas bandas laterais.
• Numa caixa de engrenagens a freqüência de engrenamento indica o par de engrenagens defeituoso, enquanto que a causa do defeito está associada ao espaçamento das bandas laterais.
• Engrenagens cônicas e helicoidais também podem apresentar vibrações axiais com essas mesmas características.

Notas:
1. Cada par de engrenagens é associado a uma freqüência de engrenamento (Feng), relacionada com as velocidades de rotação (N1, N2) e os números de dentes (z1, z2) das engrenagens através da seguinte expressão:
Feng = z1 • N1 = z2 • N2
2. As freqüências de modulação mais comuns são:
– Freqüência de rotação de uma das engrenagens e seus múltiplos
– Freqüência de flutuação da carga
– Freqüência de engrenamento do mesmo par de dentes: Fmp = Feng / mmc (z1,z2)
mmc = mínimo múltiplo comum

DEFEITOS EM ENGRENAGENS (cont.)

3. A freqüência de engrenamento pode ser muito alta, devendo ser medida com um acelerômetro aparafusado ou colado ao redutor ou multiplicador. Freqüências maiores que 8.000 Hz são bastante comuns.
4. As amplitudes e a quantidade de bandas laterais variam muito em função da condição operacional (potência e velocidade) da caixa de engrenagens e, do local de medida. É portanto muito importante manter constante esses fatores para avaliar corretamente eventuais alterações na qualidade de funcionamento das engrenagens.componente na frequência de engrenamento e, principalmente, em suas bandas laterais.
5. Geralmente, durante o período inicial de funcionamento, podem ocorrer vibrações em freqüências associadas ao processo de fabricação das engrenagens (como, por exemplo, em freqüências relacionadas com o engrenamento do sistema de indexação da máquina cortadora).
6. Também podem estar presentes no espectro freqüências de rotação do pinhão e da coroa, freqüências fantasmas do "hobbing" e de ressonância dos dentes, das engrenagens ou da caixa.




DEFEITOS EM POLIAS E CORREIAS DE TRANSMISSÃO

Causas: Defeitos em correias podem ser causados por excentricidade ou desalinhamento das polias, tensão inadequada, montagem incorreta da correia na polia, mau acabamento das polias ou defeitos de fabricação.

Sintomas:
• Vibrações radiais elevadas em múltiplos da freqüência de passagem da correia (geralmente múltiplos pares).
• No caso de desalinhamento das polias:
- Vibrações axiais elevadas na freqüência de rotação dos eixos,
- Vibrações de um eixo transmitidas ao outro.

Notas:
1. A freqüência de passagem correia (FC) é dada por: FC =  . N . D / L , onde:
N = freqüência de rotação da polia D = diâmetro da polia L = comprimento da correia
2. FC é sempre menor do que a freqüência de rotação da polia mais lenta.
3. Em sistemas com múltiplas polias, os maiores níveis de vibração podem ocorrer na freqüência fundamental da correia vezes o número de polias em que a correia passa.

•
DEFEITOS EM MÁQUINAS DE FLUXO

• BOMBAS

DESBALANCEAMENTO HIDRÁULICO
Causas: Condições inadequadas de operação, excentricidade entre rotor e estator, obstrução do difusor.
Sintomas: Vibração elevada na freqüência de passagem de pás (FP), acompanhada de recirculação da água e baixo rendimento. FP = (Freqüência de Rotação) x (Nº de Pás)

MÁ INSTALAÇÃO DAS TUBULAÇÕES
Causas: Instalação inadequada das tubulações (sem juntas flexíveis) induzindo esforços que provocam desalinhamento na bomba e vibrações devido a ressonâncias.
Sintomas:
• Vibração elevada na freqüência de ressonância das tubulações e/ou conjunto bomba / tubulações, não relacionadas com as frequências de funcionamento.
• Vibrações reincidentes com características de desalinhamento e folgas na fixação da bomba.

FLUIDO APRISIONADO ENTRE O ROTOR E O ESTATOR
Causas: Folga excessiva nos Anéis de Desgaste, em bombas de múltiplos estágios.
Sintomas: Vibração elevada na freqüência de 1,2 a 1,8N (N = Freqüência de Rotação)

CAVITAÇÃO
Causas: Condições inadequadas de operação, como obstrução e/ou baixa pressão na sucção .
Sintomas: Vibrações aleatórias de alta freqüência (500 a 1000 Hz), acompanhadas de vibração elevada na freqüência de passagem de pás, com ruído característico (passagem de “pedras’).

• VENTILADORES

DESBALANCEAMENTO AERODINÂMICO
Causas: Condições inadequadas de operação, excentricidade entre rotor e estator, obstrução do estator, não uniformidade do comprimento ou do ângulo de ataque das pás.
Sintomas: Vibração elevada na freqüência de passagem de pás FP
FP = (Freqüência de Rotação) . (Nº de Pás)



DEFEITOS EM MOTORES ELÉTRICOS DE INDUÇÃO

Além dos problemas mecânicos comuns à maioria das máquinas rotativas (desbalanceamento, desalinhamento, folgas, defeitos em mancais, etc.), os motores de indução também podem apresentar problemas de funcionamento provenientes de defeitos no seu circuito elétrico ou de defeitos geométricos.

Nomenclatura e Definições


P - número de pólos
N - freqüência de rotação (cps)
B - número de barras do rotor
R - número de ranhuras do estator
Fr - freqüência da rede (Hz)
Fs - freqüência síncrona = 2Fr / P
S - freqüência de escorregamento = Fs – N
Fpp - freqüência de passagem de pólos = P x S
Fpb – freq. de passagem das barras = N x B
Fpr – freq. de passagem das ranhuras = N x R


Defeitos no Circuito Elétrico do Rotor

Causas: Trinca ou ruptura de uma ou mais barras da gaiola, mau contato entre as barras da gaiola e o anel de curto circuito, lâminas em curto, folga entre lâminas do pacote.
Sintomas:
• Espectro de vibração – modulação da frequência de passagem de ranhuras do estator Fpr por Fpp e, em estágio mais avançado, das componentes 1 a 3N, com amplitude proporcional à carga.
• Espectro da corrente (de qualquer uma das fases) - modulação de Fr por Fpp. Quando as amplitudes das bandas laterais ultrapassarem 0,4 % da amplitude da freqüência da rede, há ruptura de pelo menos uma barra. Para se visualizar essas bandas laterais é necessário o emprego de escala logarítmica.
• Observação: Outras fontes de modulação podem aparecer no espectro de corrente induzindo erros de avaliação:

Fr = 60,0 Hz Amplitude = 40,41 Arms
N = 1.786 rpm = 29,77 Hz Fpp = (4 polos) X (30,0 – 29,77 Hz) = 0,92 Hz
59,1 Hz = Fr - Fpp Amplitude = 0,02668 Arms ou – 63,6 dB >> EXCELENTE
56,6 Hz = Fr - Fmm Amplitude = 0,252 Arms 88ou – 44,1 dB >> MARGINAL
Fmm = freqüência de modulação mecânica = 3,4 Hz

DEFEITOS EM MOTORES ELÉTRICOS DE INDUÇÃO (cont.)

Defeitos no Circuito Elétrico do Estator

Causas: Curto circuito entre as lâminas ou desequilíbrio de impedância dos enrolamentos, proveniente de curtos, falhas de isolação ou diferença de comprimentos.

Sintomas:
• Desequilíbrio de corrente entre as fases. Um desequilíbrio superior a 5 % entre as corrente das fases é um indício de bobinas com impedâncias desiguais.
• Vibração elevada no dobro da freqüência da rede (2Fr). A presença de harmônicos de 2Fr é um sintoma de bobinas soltas.
Observação: Desequilíbrio das tensões de alimentação provoca sintomas idênticos.


Defeitos Geométricos - Variação Dinâmica do Entreferro

Causas: Empenamento do eixo / Excentricidade do rotor em relação ao eixo / Ovalização do rotor.
Sintomas:
• Espectro de corrente - Harmônicos impares da freqüência da rede com bandas laterais espaçadas na freqüência de rotação.
• Espectro de vibração - Modulação ao redor da freqüência de rotação, com espaçamento das bandas laterais igual à freqüência de passagem de pólos. Neste caso, há modulação na operação sem carga. Também modulação da freqüência de passagem de barras por 1N e/ou 120 Hz.

Defeitos Geométricos - Variação Estática do Entreferro

Causas: Excentricidade ou desalinhamento do rotor com relação ao estator devido ao mau posicionamento dos mancais / Ovalização do estator, devido a distorção permanente ou deformação elástica da carcaça, proveniente de mau assentamento dos pedestais.
Sintomas:
• Espectro de corrente - Modulação da componente na freqüência de passagem das ranhuras pela freqüência de passagem de pólos. Neste caso, bandas laterais superiores a 1 % da portadora (diferença < 40 dB) são consideradas indícios de centragem insuficiente do rotor. • Espectro de vibração - Amplitudes elevadas da componente no dobro da freqüência da rede. DEFEITOS EM MOTORES ELÉTRICOS DE INDUÇÃO (cont.) DEFEITOS NO ROTOR - RESUMO ESPECTRO DE CORRENTE FREQ. CENTRAL f - BANDAS LATERAIS VALOR ACEITÁVEL Barra quebrada ou trincada ou Fr Fpp (*) > 48 dB (**)
mau contato entre barras e anel
Ovalização ou empenamento (n+1) Fr N > 40 dB
Excentricidade c/ relação ao estator Fpr Fpp (*) > 40 dB

(*) Para determinar Fpp medir N com um Fpp = P ( Fs – N ) Polos 2 4 6 8
tacômetro ou analisador de vibrações ( 0,5 a 3,5 Hz ) Fs (Hz) 60 30 20 15

(**) Critério de Avaliação e Ações Recomendadas
Classificação Relação de amplitudes Avaliação Ação Recomendada
A 54 Db ou mais Excelente Nenhuma
B 48 a 54 dB Boa Nenhuma
C 42 a 48 dB Aceitável Acompanhar Tendência
D 36 a 42 dB Defeito Provável Analisar vibrações
E 30 a 36 dB Defeito Severo Inspecionar Rotor
F Menos de 30 dB Defeito Grave Substituir Motor

ESPECTRO DE VIBRAÇÕES FREQ. CENTRAL f - BANDAS LATERAIS VALOR ACEITÁVEL
Barra quebrada ou trincada ou 1N a 3N Fpp > 40 dB
mau contato entre barras e anel Fpr Fpp > 40 dB
Não circularidade (ovalização) 1N Fpp > 40 dB
ou empenamento do eixo Fpb N e/ou 2Fr > 40 dB
Excentricidade c/ relação ao estator 2Fr ---- < 20% de 1N

DEFEITOS NO ESTATOR – RESUMO

CORRENTE SINTOMAS VALOR ACEITÁVEL
Defeito no enrolamento
Curto circuito entre lâminas Desequilíbrio entre as fases < 5%
Mau contato

ESPECTRO DE VIBRAÇÕES SINTOMAS VALOR ACEITÁVEL
Defeito no enrolamento
Curto circuito entre lâminas Vibração a 2Fr < 20% da componente1N
Mau contato

DEFEITOS EM MOTORES ELÉTRICOS DE INDUÇÃO (cont.)

DADOS DE MOTORES WEG

R = No. de Ranhuras do Estator B = No. de Barras do Rotor

POLOS 2 POLOS 4 POLOS 6 POLOS 8 POLOS
Nsinc (rpm) 3.600 1.800 1.200 900
Carcaça R B R B R B R B
63 24 18 24 30 24 30 24 30
71 24 18 24 28 24 28 24 28
80 24 22 36 44 36 44 36 24
90 24 18 36 44 36 44 36 44
100 24 28 36 44 36 33 36 33
112 36 28 36 44 36 33 48 44
132 36 28 48 40 36 40 36 44
160 36 28 48 40 48 54 48 54
180 36 28 48 54 72 58 72 58
200 36 28 48 54 72 58 72 58
225 48 40 72 58 72 56 72 56
250 48 40 72 58 72 56 72 56
280 48 40 72 58 72 58 72 56


CLASSIFICAÇÃO DOS DEFEITOS PELA FREQÜÊNCIA DA VIBRAÇÃO

COMPONENTES SUB-HARMÔNICAS (com freqüência menor do que 1N)

a) "Oil Whirl" / "Oil Whip" - ocorre aproximadamente a 40 até 45% da freqüência de rotação em mancais de deslizamento
b) Folgas e Roçamentos - componentes com freqüências de 0.5N, 1.5N, 2.5N, etc.
c) Falhas da gaiola de rolamentos - componentes com freqüência da ordem de 0,4N e seus harmônicos.
d) Defeitos em transmissões por correia - vibrações subsíncronas na freqüência de passagem da correia.
e) Defeito na freqüência de repetibilidade de dentes - normalmente é uma freqüência muito baixa e pode ser melhor observada no domínio do tempo.
f) "Surge" - normalmente a componente principal está entre 10 até 50% da freqüência de rotação.

COMPONENTES SÍNCRONAS (freqüências múltiplas de 1N)

a) Desbalanceamento - freqüência de rotação (1N).
b) Desalinhamento e Empenamento do eixo - 1N e/ou 2N.
c) Folgas e Roçamentos - vários harmônicos da freqüência de rotação.
d) Desequilíbrios em máquinas de fluxo - freqüência de passagem de pás (número de pás vezes a freqüência de rotação) e seus harmônicos.
e) Defeitos de engrenagens - freqüência de engrenamento (número de dentes vezes a freqüência de rotação).
f) Problemas elétricos em motores de indução - freqüência de passagem de ranhuras.

COMPONENTES NÃO SÍNCRONAS

a) Mancais de rolamento - freqüência de passagem da gaiola (FTF), de rotação das esferas (BSF) e de falha nas pistas externa (BPFO) e interna (BPFI).
b) Folga elevada no anel de desgaste de bombas de fluxo - 1,2 a 1,8 N.
c) Problemas elétricos em motores elétricos - freqüência da rede e/ou seu harmônicos.
d) Cavitação - Vibrações aleatórias de alta freqüência.
e) Não usuais - existem vários casos não comuns de fontes de vibração, como materiais estranhos ou objetos que movem dentro do rotor, líquido confinado dentro do rotor que se transforma em vapor ao atingir a temperatura de operação, folga axial utilizada para expansão térmica, descarga elétrica através de rolamentos, etc.


INFORMAÇÕES ESPECÍFICAS DAS MÁQUINAS

As informações básicas necessárias para a análise de vibrações em equipamentos são as seguintes:

a. Layout geral

b. Localização dos pontos de medição

c. Condições operacionais e características do processo

d. Peso estimado do rotor

e. Diâmetro dos eixos

f. Descrição dos mancais

g. Motores elétricos: número de barras e ranhuras

h. Máquinas de fluxo: Número de pás ou palhetas de cada estágio

i. Correias (ou correntes):

Distância entre centros
Diâmetros das polias
Número de correias (ou correntes)

j. Engrenagens:

Tipo das engrenagens
Cadeia cinemática

k. Especificação do(s) acoplamento(s)