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PRINCÍPIOS DEVIBRAÇÕES MECÂNICAS
PRINCÍPIOS DEVIBRAÇÕES MECÂNICAS
TPETPEPRINCÍPIOS DE
VIBRAÇÕES MECÂNICAS
PRINCÍPIOS DEVIBRAÇÕES MECÂNICAS
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A manutenção PROATIVA estabelece que as causas dos defeitos
devem ser eliminadas. O defeito em si não é tão importante como
conhecer os mecanismos de desgaste que levaram à sua ocorrência.
Conhecendo esses mecanismos é possível eliminar a raiz do defeito.
A manutenção PROATIVA é a manutenção do bom senso. Exige
conhecimento do projeto da máquina e o uso de ferramentas de
análise como as técnicas preditivas.
MANUTENÇÃO PROATIVA
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A vibração é uma oscilação em torno de uma
posição de referência e é freqüentemente um
processo destrutivo, ocasionando falhas nos
elementos de máquina por fadiga.
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O movimento vibratório de uma máquina é o
resultado das forças dinâmicas que a excitam.
Essa vibração se propaga por todas as partes
da máquina, bem como para as estruturas li-
gadas a ela. Geralmente uma máquina vibra
em várias freqüências diferentes.
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Toda máquina apresenta um certo nível deruído e vibração devido à operação e a fontesexternas.
Uma parcela destas vibrações é causada porpequenos defeitos mecânicos ou excitaçõessecundárias perturbadoras que atuam naqualidade do desempenho da máquina.
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O fato de que os sinais de vibração de uma
máquina trazem informações informações
relacionadas com o seu funcionamento, in-
dica a saúde da máquina e a decisão sobre
uma intervenção ou não nessa máquina.
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Cada máquina apresenta uma forma
característica de vibração, em aspecto
e nível. Porém máquinas do mesmo
tipo apresentam variações em seus
comportamentos dinâmicos. Isso se
deve às variações de ajustes,
tolerâncias, e principalmente defeitos.
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Cada elemento de máquina induz uma excitação própria, gerando uma perturbação específica. Geralmente esses elementos são rotores, engrenamentos, mancais, etc...O comportamento dinâmico da máquina é uma composição das perturbações de todos os componentes, defeitos e excitações oriundos dos movimentos.
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Então, em uma máquina as vibrações se
dão em várias freqüências devido às várias
excitações. O movimento em um ponto
qualquer será a superposição de várias
harmônicas.
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Os diagnósticos para fins de manutenção
das máquinas, com o objetivo de identificar
as possíveis causas destes movimentos são
obtidos separando as harmônicas do sinal
global e associando-as com os elementos
defeituosos ou desvios de montagem.
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CAUSAS DE VIBRAÇÃO EM MÁQUINAS
Desbalanceamento de massaDesalinhamento de eixos
Folgas generalizadasDentes de engrenagensRolamentosTráfego férreo e rodoviário
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EFEITOS DAS VIBRAÇÕES
Altos riscos de acidentes
Desgaste prematuro de componentes
Quebras inesperadas
Aumento dos custos de manutenção
Fadiga estrutural
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CONTROLE DAS VIBRAÇÕES
Eliminação das fontes
Isolamento das partes
Atenuação da resposta
Faz-se por três procedimentos diferenciados:
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ELIMINAÇÃO DAS FONTES
Balanceamento
Alinhamento
Substituição de peças defeituosas
Aperto de bases soltas
Etc...
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ISOLAMENTO DAS PARTES
Colocação de um meio elástico amortecedor
de modo a reduzir a transmissão da
vibração a níveis toleráveis.
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ATENUAÇÃO DA RESPOSTA
Alteração da estrutura (reforços, massas
auxiliares, mudança da freqüência natural,
etc...
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MOVIMENTO PERIÓDICO
O movimento oscilatório pode repetir-se
regularmente, como no pêndulo de um
relógio, ou apresentar irregularidade
considerável, como em terremotos. Quando
o mesmo se repete a intervalos iguais de
tempo T ele é chamado de periódico.
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MOVIMENTO HARMÔNICO
A forma mais simples de um movimento
periódico é o movimento harmônico
simples, representado pelas funções seno e
coseno. Todo movimento harmônico é
periódico, mas nem todo movimento
periódico é harmônico.
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Fig.. 1
t
Xo
MOVIMENTO OSCILATÓRIO
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Estudos mais profundos no campo das
variações ondulatórias causadas por
vibrações mostram que qualquer forma de
onda no tempo pode ser decomposta em
uma série de senóides puras.
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Os sinais harmônicos representam
perfeitamente a maioria dos sinais de uma
máquina. Assim sendo, uma componente de
vibração é essencialmente um movimento
harmônico, uma senóide como visto a
seguir.
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t
SENÓIDE
T
Amplitude
90 180 270 360
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Em regime de funcionamento um
equipamento está sujeito a vibrações que
ocorrem ao mesmo tempo mas em diversas
freqüências diferentes. Isto torna difícil
uma avaliação destes eventos no domínio
do tempo, pois os sinais se sobrepõe.
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Para que possamos avaliar simultaneamente
todos os sinais, é melhor que o façamos no
domínio da freqüência, onde podemos
explicitar cada evento separadamente.
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Para exemplificarmos, tomemos três sinais
simultâneos no intervalo de tempo “t”, e que
ocorram em freqüências múltiplas entre si.
Vejamos estes sinais em um sistema de três
dimensões cujos eixos determinem o tempo,
a amplitude e a freqüência de cada sinal.
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t
f
a
T = 2T = 3T
a1
a2
a3
1ª harmônica
2ª harm.
3ª harm.
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T1T2
T3
No plano ta temos uma visão superposta das três formasde onda onde distinguimos claramente os três períodos.Como os sinais são harmônicos entre si, temos:T3 = 2T2 = 3T3
t
aDomínio do tempo
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No plano fa, o que temos é uma visão em separado decada sinal segundo sua amplitude e freqüência
f
aDomínio da freqüência
f1 f2 f3
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Como estamos considerando sinais harmônicosas freqüências são múltiplas da primeira, ouseja: f2 = 2f1 f3 = 3f1 f4 = 4f1E assim sucessivamente.
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Sinais harmônicos entre si são muito comuns
no campo das vibrações mecânicas, por isso
é de extrema importância que saibamos
identificar os sinais presentes em uma
máquina e estabelecer as relações entre os
mesmos.
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Em outras palavras, é necessário saber se
um determinado sinal acontece na
freqüência fundamental de um evento ou se
é a conseqüência harmônica de um outro
sinal qualquer.
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A primeira harmônica de um sinal qualquer
é chamada de fundamental. Assim sendo, as
harmônicas de um sinal são conseqüência de
sua fundamental e não existem sem a
mesma.
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É natural que todo equipamento apresente
vibrações em determinadas freqüências
quando de seu funcionamento. Essas
vibrações são decorrentes da própria
rotação do equipamento e de seus elementos
de máquina.
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Essas vibrações são consideradas normais
desde que mantidas dentro de um limite
aceitável de amplitude e sem o aparecimento
de componentes indesejáveis tais como
famílias de harmônicas, bandas laterais,
etc...
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Dos sinais inerentes ao funcionamento dos
equipamentos podemos destacar como os
mais comuns e que devem ser conhecidos de
antemão pelo analista:
• Freqüência de rotação da máquina.
• Freqüência de passagem de pás quando bombas ou ventiladores
• Freqüência de engrenamento quando redutores
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Estes sinais estão todos relacionados com a
rotação do equipamento e devem ser
conhecidos pelo analista, pois muitas vezes
servem como referência para o ajuste e
análise do espectro de vibração.
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FREQÜÊNCIA DE ROTAÇÃO - 1 X RPM
Um sinal de vibração na freqüência de
rotação da máquina é o sinal mais certo de
obtermos, uma vez que o mesmo é causado
pelo movimento de giro do eixo. Sendo assim
é necessário que se conheça sempre a
velocidade de rotação da máquina.
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Em se tratando de motores elétricos, a quase
totalidade dos equipamentos da mrn têm
velocidade de rotação padrão conforme o
fabricante. Essas rotações dependem do
número de pólos do motor e são relacionadas
a seguir.
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VELOCIDADES PADRÃO PARA MOTORESELÉTRICOS CONFORME Nº. DE PÓLOS
2 PÓLOS = 3.600 RPM
4 PÓLOS = 1.800 RPM
6 PÓLOS = 1.200 RPM
8 PÓLOS = 900 RPM
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Como os espectros são analisados no
domínio da freqüência, em ciclos por
segundo, é necessário que façamos a
conversão da rotação de rpm para rps, ou
Hertz. Isso se faz dividindo a rotação em
rpm por 60.