A identificação antecipada de condições problemáticas tais como lubrificação inadequada ou desalinhamento permite ao analista, aplicar medidas proativas corretivas para prolongar vida em serviço do rolamento. O início da deterioração freqüentemente acontece muito cedo, a medida que as pistas começam a se desgastar, desenvolvendo microcavidades na zona de carga. As microcavidades, neste ponto incipiente, não reduzem, necessariamente, vida operacional, mas é freqüentemente uma boa indicação de que a progressão para o estágio 1 é iminente.
Um rolamento que esteja no PRIMEIRO ESTÁGIO ainda é um “bom” rolamento. Porém, depois que uma parcela significativa da vida do rolamento tenha passado, as microcavidades resultam na degeneração do rolamento até o ponto onde cavidades muito pequenas se desenvolvem nas pistas. Estes pequenos defeitos nem sempre sofrem impactos com força suficiente para gerar sinais de vibração mensurável no domínio de velocidade.
Porém, a Tecnologia SEE® patenteada pela SKF, freqüentemente provê um sinal detectável, o qual está relacionado a um contato periódico de superfície. À medida que o rolamento se degrada e os elementos girantes causam impacto na falha, harmônicos da freqüência de dano começarão a aparecer no espectro de FFT.
Um rolamento no ESTÁGIO DOIS já se encontra com algum dano, como pode ser observado em seus harmônicos. Não há nenhuma razão para se trocar um rolamento neste ponto. De fato, foram retirados rolamentos nesta fase e o único dano aparente são diminutas descamações nas pistas. Porém, a medida que os harmônicos aumentam em amplitude, torna-se prudente aumentar a freqüência de coleta de dados. A degradação do rolamento é normalmente linear por um período de tempo e pode ser acompanhada em um gráfico de tendência, mas com o encurtamento da vida em serviço, tal degradação torna-se não linear.
Na FASE TRÊS o rolamento está chegando ao estado terminal. Os espectros de FFT mostram a freqüência fundamental de defeito e os harmônicos começarão freqüentemente a indicar bandas laterais do rolamento na velocidade de rotação do eixo. Isto é particularmente verdade para a BPFI (Freqüência de Passagem de Esfera na Pista Interna) onde o defeito passa através da zona de carga do rolamento. A vibração aumenta como a passagem através do defeito na zona de carga e o sinal é modulado, produzindo as bandas laterais da rotação. O sinal BPFO (Freqüência de Passagem de Esfera na Pista Externa) geralmente tem carregamento constante do rolamento até que a amplitude das folgas do rolamento, desbalanceamento, desalinhamento ou flexão do eixo modulem o sinal de defeito resultando freqüentemente em bandas laterais na velocidade de rotação.
Por exemplo, usando nosso BPFO de 107.6 Hz em um eixo que gira a 1,800 RPM ou 30 Hz, as bandas laterais estarão a 77.6Hz e 137.6Hz (107.6 + 30 e 107.6 - 30) e o segundo harmônico terá bandas laterais a 185.2 Hz e 245.2 Hz. (215.2 + 30 e 215.2 - 30). A futura progressão do dano gerará bandas laterais adicionais a 2x velocidade de rotação (47.6 e 167.6). Quando houver superposição das bandas laterais, os espectros tornar-se-ão mais difíceis de ser analisados. Mas tome cuidado, o rolamento está nos últimos dias de sua vida e deveria ser substituído o mais cedo possível. Durante a FASE TRÊS além das informações do espectro, as amplitudes globais fornecem sintomas da condição da pista do rolamento.
ESTÁGIO QUATRO. Neste momento a vida de serviço é extremamente curta e requer ação corretiva imediata. Tal estágio é caracterizado freqüentemente no domínio espectral da velocidade ou aceleração como amplitudes “monte de feno” (ruído de banda larga) na região de defeito do rolamento. Nos espectros de envelope de aceleração irão aparecer componente de freqüência de defeito com altas amplitudes, como também bandas laterais de velocidade 1x, 2x (indicando folgas) sobre a BPFO e no caso extremo, aparecerão freqüentemente componentes de defeitos de gaiola.
NÍVEIS GLOBAIS DE ALARME
Os níveis globais de vibração em envelope de aceleração são mais relativos que absolutos porque os critérios de alarme dependem de variáveis como velocidade, carregamento dinâmico, e sinal de transmissão da estrutura. Em geral, o método indicado para definir os tais níveis, é usar alarmes estatísticos que são determinados por tendências históricas de leituras globais. Estes métodos assumem que as variáveis são constantes e as medidas são específicas para os mesmos locais na máquina. Usuários experientes ajustam o alarme de alerta para mais ou menos 2x o desvio padrão e alarme de perigo para mais ou menos 3x o desvio padrão. O problema de separar ou discriminar um rolamento de leitura global de um bom rolamento do de um de leitura global ruim é mais complexo e menos definitivo quando não se dispuser de uma previa tendência história.
Existe uma quantidade razoável de dados históricos, derivado de métodos de envelope semelhantes que sugerem a tabela seguinte como uma diretriz para níveis pk/pk Ge (envelope de aceleração).
Reafirmamos que tais critérios de condição de rolamento são apenas diretrizes e caso apareçam leituras altas indicando falhas no rolamento, então uma análise de espectro deveria ser executada para confirmação do defeito. Sempre há exceções e a folga é uma condição que irá fazer com que a amplitude global do envelope seja alta. A folga é um impacto em 1X que afeta o nível global e freqüentemente agrava defeitos na pista do rolamento. Nunca faça uma substituição de um rolamento usando apenas a amplitude global, confira o espectro de freqüência para descobrir o conteúdo de energia e onde a mesma está sendo gerada.
Filtros de Bandas do Microlog
Estado Banda I
(5-100 Hz) Banda II
(50-1000 Hz) Banda III
(0,5-10 KHz) Banda IV
(5-40 KHz)
Bom 0 – 2 mGe 0 – 20 mGe 0 – 0.4 Ge 0 – 1,5 Ge
Satisfatório 2-10 mGe 20-200 mGe 0,4 –4 Ge 1,5-15 Ge
Insatisfatório 10-50 mGe 200-500 mGe 4-10 Ge 15-75 Ge
Inaceitável 50 + mGe 500 + mGe 0-2 Ge * 75+ Ge
(* este foi o valor publicado. Por parecer errado, consultamos o autor e tão logo recebamos o valor correto ou confirmação, faremos a correção).
Exemplos
Os espectros a seguir ilustram rolamentos em vários estágios comparados às leituras de velocidade padrão. Embora regularmente não estejamos acostumados a visualizar o envelope no domínio de tempo, os sinais de defeito rolamento serão evidentes se o defeito for bastante intenso.
Figura 1 - Envelope de Aceleração /Tempo
Na Figura 1 acima os defeitos da pista interna aparecem a cada passagem das esferas pelo defeito. Os marcadores mostram o intervalo de 0.00748 segundos que corresponde à freqüência de 133.5 Hz. O rolamento foi danificado durante a montagem.
Figura 2 - Velocidade
A Figura 2 é uma assinatura de vibração do mesmo rolamento, um 6201. Na velocidade (IPS), nós vemos a BPFO uma vez que o dano era extenso, mas não há harmônicos e a amplitude é baixa. A freqüência de 60 Hz e seus harmônicos são componentes de ruído de linha de alta tensão.
Figura 3 – Envelope de Aceleração /tempo
A Figura 3 mostra os mesmos dados usando-se envelope de aceleração.
Figura 4 - Tecnologia SEE
Finalmente, a Figura 4 é o espectro SEE correspondente. As unidades de amplitude ou são expressas como SEE ou unidades SEE. Pensando bem a gama de freqüência deveria ter sido fixada a 600 Hz, isto poderia ter mostrado os harmônicos adicionais como vistos na Figura 3.
Olhando para estes quatro gráficos poder-se-ia perguntar se todas estas leituras são necessárias. Porém, quando uma decisão de paralisação ou não de máquina de uma empresa deve ser tomada, é aconselhável usar todas as ferramentas de diagnóstico disponíveis. Quanto mais qualidade de informação que tivermos, melhores serão nossas decisões.
Figura 5 – Velocidade
A Figura 5 é o espectro de um rolamento MRC que havia sido armazenado de forma inadequada. Permaneceu na estante durante sete anos em um ambiente ácido, o que resultou na impressão de manchas nas esferas bem como a pista. Quando o rolamento foi instalado, os defeitos geraram uma Freqüência de Giro de Esferas (BSF) de 95.0 Hz. No espectro de velocidade, como mostra a Figura 5, não havia nenhum componente de BSF. Tal freqüência somente aparece no espectro de envelope, mostrado na Figura 6.
Embora as amplitudes do espectro sejam muito baixas, o elemento girante defeituoso produziu barulhos quando a máquina funcionou.
Figura 6 – Envelope de Aceleração
A Figura 7 é o espectro de um rolamento com a gaiola estragada. O responsável estava insatisfeito com as altas amplitudes de vibração e a análise confirmou o defeito de gaiola. Foi descoberto que o rolamento tinha 20 anos! Um problema adicional era que o oitavo harmônico da Freqüência Fundamental da Gaiola (FTF) sobrepunha-se ao terceiro harmônico da velocidade de giro (1XRPM). O rolamento foi trocado, e a vibração foi reduzida a níveis aceitáveis.
Figura 7 – Velocidade
O próximo conjunto de exemplos é de testes ocorridos com um fabricante de compressor que queria uma prova de que os problemas dos rolamentos poderiam ser detectados. Antes de chegarmos, ele havia danificado, de propósito, um dos seis rolamentos e nos pediu que achássemos o rolamento modificado. As medições confirmaram a existência do defeito.
A Figura 8 é o espectro de aceleração, (G's). A freqüência fundamental de passagem na pista externa (BPFO) não se mostra, mas seus harmônicos sim. Isto alertaria o analista de que algo está ocorrendo, mas a maioria das pessoas não faria medições rotineiras em aceleração “G's”.
Figura 8 – Aceleração
Uma nota adicional na solução de problemas de rolamentos. A maioria dos rolamentos terá suas BPFO e BPFI a múltiplos não inteiros da velocidade de giro. Em outras palavras, com a velocidade rotação a 1XRPM, a BPFO estará a 3,56X ou 4,73X. Esta é uma valiosa pista ao olhar para uma máquina, caso você não tenha nenhuma idéia do tipo de rolamento que está instalado.
Figura 9 – Velocidade
A Figura 9 é a medição de velocidade, que é o método que a maioria das pessoas usam. Não há absolutamente nada aqui que poderia levar as pessoas a se preocupar. Dos seis rolamentos na unidade, o responsável não nos informou qual era o estragado, mas por causa dos tamanhos diferentes, as freqüências de defeito do rolamento são todas diferentes. Tal fato destacou a BPFO do rolamento ruim, cuja freqüência era de 400 Hz.
Figura 10 – Envelope de Aceleração
A Figura 10 é a mesma leitura, processada pelo uso do envelope de aceleração. Isto mostra claramente que a BPFO não era visível na leitura de velocidade.
Figura 11 - Tecnologia SEE
Para este grupo de medição os dados foram processados usando a tecnologia SEE, (Figura11).
Se a gama de medição da freqüência fosse mais alta, os harmônicos seriam vistos, mas o item importante é que o sinal SEE está presente, sugerindo contato de superfície. Observe que as amplitudes são muito baixas, o que significa que o contato é leve.
Os próximos quatro espectros são de rolamentos com velocidades muito baixas. Esta aplicação é, provavelmente, a melhor para que se use o envelope ao invés de velocidade, uma vez que no primeiro caso não existe nenhuma integração e então nenhuma amplificação de baixa freqüência de ruído, como ocorre em todos os coletores de dados. A freqüência de corte inferior pode ser ajustada para 0 Hz e o espectro não terá o habitual "perfil íngreme" comum nos espectros de velocidade.
Estes espectros são de uma caixa de engrenagem de uma correia transportadora. O rolamento do fundo tinha uma história de falhas sendo exigido do cliente, três dias de estoque disponível para manter sua entrega imediata (“just in time”) para as eventualidades de falha dos rolamentos. O conhecimento das condições destes rolamentos possibilitou assegurar um programa de reparo, com a redução do estoque “just in time” de caros componentes de máquina.
A velocidade do eixo para esta unidade é 8,3 RPM. A BPFO variou entre 1,4 a 1,8 por causa de mudanças de velocidade enquanto estavam sendo realizadas as quatro diferentes leituras.
Figura 12 – Envelope de Aceleração
A Figura 12 é o espectro de envelope de aceleração com a BPFO a 1,8 Hz e dois harmônicos associados. Uma vez que não há bandas laterais na velocidade de giro, os rolamentos foram diagnosticados como tendo algum dano incipiente.
Figura 13 - Velocidade
A Figura 13 é o espectro de velocidade normal. Note que não há nenhuma indicação de dano do rolamento na BPFO, em 1.7 Hz.
A Figura 14 é um espectro de aceleração do mesmo rolamento, mostrando não existir nenhuma indicação de dano ou defeito.
Por outro lado, a Figura 12 mostra claramente a BPFO com harmônicos. Nosso conselho foi manter a máquina funcionando, mas aumentar a freqüência de inspeções para uma vez por semana em vez de uma vez por mês. Considerando a natureza crítica desta operação, este rolamento deveria ser trocado na próxima oportunidade.
O próximo exemplo, Figura 15, é o outro rolamento da mesma caixa de engrenagens. Está fortemente carregado e a ponto de começar a mostrar alguns harmônicos de defeito de BPFO.
Figura 15 – Envelope de Aceleração
É difícil se obter exemplos das três fases de defeitos. Se o observador está prestando atenção a tudo então ele que pode perceber que algo não está bem. O exemplo da Figura 16 é de um rolamento que estava estragado o bastante para causar bandas laterais. O espaçamento da freqüência entre as bandas laterais e a fundamental, equivalente a velocidade do eixo, de 40 Hz. Estas mesmas bandas laterais também se apresentam junto com os componentes harmônicos.
Figura 16 – Envelope de Aceleração
Figura 17 – Envelope de Aceleração
O exemplo final, Figura 17, é uma caixa de engrenagem que estava em uma das três fases (veja o artigo “Identificando os Estágios de Defeito do Rolamento”). O responsável pediu uma demonstração do processo de envelope para mostrar como ele poderia ser usado em uma configuração de rota. Quando a gama de freqüência foi ajustada, nós não conhecíamos a freqüência de engrenamento das engrenagens, então selecionamos uma gama de 1000 Hz. Tal ajuste poderia estar bom para uma “coleta de dados de rotina”. Se estivéssemos nós olhando para um problema específico na caixa de engrenagem, nós teríamos selecionado uma gama de freqüência mais alta - provavelmente aproximadamente 2000 Hz. Nós quase deixamos de abranger o segundo harmônico a 990 Hz, mas as bandas laterais estão muito claras a 25 Hz, a velocidade giro do eixo. Quando expressamos nossa preocupação que mostrou ser o principal problema da caixa de engrenagem, o responsável sorriu e disse “Eu sei, eu queria ver se seu coletor de dados era bom”. Ele é.
Conclusão
O Envelope de Aceleração e a Tecnologia SEE são metodologias de medição relativamente novas. No entanto, elas provaram ser indicadores de diagnóstico muito valiosos de uma gama extensa de problemas de máquinas. Além de velocidade e aceleração como parâmetros de medição padrão, estes métodos de envelope estão sendo adotados universalmente em programas de manutenção preditiva ao redor do mundo.
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