Desmistificando o monitoramento de vibração Parte 4: Diagnosticando desequilíbrio, desalinhamento, folga e desgaste de rolamentos

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Parte 1: Por que o monitoramento de vibração é importante e como ele funciona
Parte 2: Princípios de Análise de Vibração em Máquinas Rotativas
Parte 3: Identificação e interpretação de padrões gerais de vibração e falhas
Parte 4: Diagnóstico de desequilíbrio, desalinhamento, folga e desgaste do rolamento

As quatro falhas mais comuns da máquina

Cada componente da máquina produz um sinal de vibração único. Os sinais exibidos no espectro frequentemente formam padrões característicos. O reconhecimento de padrões é uma parte fundamental da análise de vibração, mas treinamento e experiência significativos são necessários para reconhecer e ler os padrões.

Não perca tempo analisando centenas de falhas raras de máquinas quando 90% das máquinas rotativas sofrem de quatro falhas comuns: desalinhamento, desequilíbrio, folga e desgaste dos rolamentos.

Tabela de resumo das quatro falhas mais comuns

Abaixo está uma visão geral simplificada dos padrões usados ​​para reconhecer as quatro falhas mais comuns da máquina. 

Desequilíbrio

Um desequilíbrio é um ponto pesado no eixo que causa forças em todas as direções radiais que levam à vibração excessiva e aumentam o desgaste de rolamentos, vedações, etc. Veja a Figura 2 abaixo.

Desalinhamento

Desalinhamento ocorre quando os eixos de rotação de dois eixos não são colineares quando a máquina está operando em condições normais de operação. Isso causa forças que levam à vibração excessiva e aumentam o desgaste de rolamentos, vedações, etc. Veja a Figura 3 abaixo para mais detalhes.

Frouxidão

Frouxidão ocorre quando o eixo, a fundação ou um componente fica solto, o que causa forças que levam à vibração excessiva e aumenta o desgaste de rolamentos, vedações, etc., como na Figura 4.

Falha de rolamento

Os rolamentos se desgastam devido a cargas excessivas, outras falhas da máquina, lubrificação ou instalação inadequada, etc. Se não forem corrigidos, os rolamentos acabarão falhando, e a Figura 5 mostra como isso se parece:

Por que as frequências de rolamento não são síncronas (picos não inteiros)

A geometria das esferas, gaiola e pistas se manifesta em velocidades diferentes — não em um múltiplo da velocidade do eixo. Isso significa que picos não sincronizados são tipicamente provenientes de rolamentos de rolos. Muitos programas de vibração precisam de quatro frequências de rolamento para diagnosticar falhas em rolamentos: pista interna, pista externa, gaiola e giro das esferas (veja a Figura 6). Uma das exceções é o Flukes 810, que utiliza reconhecimento automatizado de padrões.

A Figura 7 (abaixo) é um exemplo de falha de rolamento.

Observe que o pico de vibração do eixo está em 1X. Se a máquina tiver quatro palhetas do impulsor da bomba, um pico menor será exibido em 4X.

Mas qual é o pico grande em 3.56X? Uma máquina não pode ter pás de ventilador de 3.56 ou palhetas de bomba de 3.56. Provavelmente é devido a um rolamento.

Compreendendo a gravidade de quatro falhas comuns

A gravidade das quatro falhas comuns pode ser rastreada ao longo do tempo com base no histórico de centenas de milhares de máquinas que foram analisadas por muitos especialistas em vibração ao longo de 30 anos.

Esse conhecimento e experiência foram incorporados em algoritmos baseados em regras e em um banco de dados de referência que comprovadamente são eficazes em máquinas rotativas padrão — motores, bombas, ventiladores, compressores, sopradores e fusos de eixo único.

A progressão das falhas da máquina foi analisada para cada classe de máquina e cada falha, e padrões emergiram que permitem que o programa de diagnóstico dentro de um testador de vibração diagnostique com precisão a gravidade de cada falha. Veja abaixo como um analista experiente analisaria manualmente os dados – mas lembre-se de que um testador como o 810 da Fluke faz tudo isso automaticamente.

Progressão do desequilíbrio: observe a gravidade à medida que piora 

Um ponto pesado no eixo causa forças em todas as direções radiais que levam à vibração excessiva e aumentam o desgaste de rolamentos, vedações, etc. As indicações de desequilíbrio são bastante diretas: vibração 1X (eixo) maior que o normal nas direções radial e tangencial.

Como 1X é melhor visualizado na faixa baixa, procure por desequilíbrio comparando os picos de 1X na faixa baixa. Se os picos de 1X crescerem ao longo do tempo nas direções radial e/ou tangencial, mas não axial, a falha é desequilíbrio.

A gravidade é determinada pela quantidade de amplitude do pico 1X sobre a linha de base.

Observe o progresso da gravidade da falha em cada estágio do desequilíbrio e observe a ação de reparo sugerida na Figura 8 abaixo.

Progressão do desalinhamento: observe a gravidade à medida que piora 

Os eixos de rotação de dois eixos não são colineares quando a máquina está operando em condições normais de operação. Isso leva a vibração excessiva e aumenta o desgaste de rolamentos, vedações, etc.

Os indícios de desalinhamento são bastante simples. Eles incluem vibração 1X (eixo) maior que o normal na direção axial e 2X na direção radial/tangencial.

Os picos aumentados serão vistos nos locais do motor e da bomba porque há desalinhamento entre os dois eixos.

Como os picos 1X e 2X são melhor visualizados na faixa baixa, procure por desalinhamento comparando os picos 1X e 2X na faixa baixa. Se os picos aumentarem com o tempo, a falha é o desalinhamento.

A gravidade é determinada pela quantidade de amplitude sobre a linha de base.

Observe o progresso da gravidade da falha em cada estágio do desalinhamento e observe a ação de reparo sugerida na Figura 9.

Progressão da frouxidão: observe a gravidade à medida que ela piora 

O eixo, a fundação ou um componente ficou solto, o que causa forças que levam à vibração excessiva e aumentam o desgaste em rolamentos, vedações, etc.

Os indícios de folga são bastante simples. Eles incluem harmônicos 1X mais altos do que o normal em qualquer direção. Como esses harmônicos são melhor observados na faixa grave, procure por folga comparando os harmônicos 1X na faixa grave.

Se os harmônicos 1X aumentarem ao longo do tempo em qualquer uma ou todas as direções, a falha é a frouxidão. A gravidade é determinada pela amplitude dos harmônicos 1X sobre a linha de base.

Observe o progresso da gravidade da falha em cada estágio de soltura e observe a ação de reparo sugerida na Figura 10 abaixo.

Progressão do desgaste do rolamento: observe a gravidade à medida que piora 

Os sinais de rolamentos podem aparecer e desaparecer. Num mês eles estão presentes e no outro não. Todos sabemos que os rolamentos não melhoram.

Tenha isso em mente ao diagnosticar falhas em rolamentos. Procure picos não inteiros em qualquer direção. Observe a progressão da gravidade da falha em cada estágio de desgaste e anote a ação de reparo sugerida (consulte a Figura 11). Observação: os dados do motor estão normais. 

O desgaste dos rolamentos geralmente é causado por outros fatores que atuam sobre eles. Se os seus rolamentos estiverem falhando prematuramente, você pode querer verificar outras falhas menores na sua máquina, como desequilíbrio, desalinhamento ou folga. Por exemplo, um desalinhamento moderado pode ou não aumentar de gravidade com o tempo, mas os efeitos do desalinhamento aumentarão o estresse sobre os rolamentos e as vedações ao longo do tempo.

Certifique-se de que o testador que você está usando exiba todas as falhas encontradas na máquina para que você possa identificar possíveis candidatos à causa raiz da falha. Mesmo que o desalinhamento não seja extremo, ele ainda deve ser diagnosticado e corrigido logo para evitar danos colaterais aos rolamentos e vedações. 

Conclusão: dos sinais de vibração à manutenção mais inteligente

Nesta série, detalhamos como a vibração funciona, o que ela revela e como está diretamente ligada às falhas mais comuns em equipamentos rotativos. Mas a verdadeira lição é esta:

O monitoramento de vibração fornece às equipes de manutenção o sinal certo na hora certa. 

É cedo o suficiente para planejar e agir, mas focado o suficiente para evitar ruídos e falsos positivos. Ele abrange desde ferramentas simples de triagem até sistemas avançados de diagnóstico — e atende os técnicos onde eles estão, seja identificando problemas ou confirmando as causas raiz.

À medida que as equipes são encarregadas de manter mais equipamentos usando menos recursos, a vibração se torna mais do que uma mera medição. Ela se torna uma estratégia.

Com as ferramentas certas e uma compreensão clara do que a vibração está lhe dizendo, você pode passar de reparos reativos para um planejamento baseado em condições — e manter seus ativos funcionando por mais tempo, com menos surpresas.

Bio Autor: John Bernet é Especialista em Aplicações Mecânicas e Produtos na Fluke Corporation. Com mais de 30 anos de experiência em manutenção e operação de usinas nucleares e máquinas em usinas comerciais, John trabalhou com clientes de todos os setores na implementação de programas de confiabilidade. Ele é Analista de Vibração Certificado Categoria II e Profissional Certificado em Confiabilidade de Manutenção (CMRP), com mais de 20 anos de experiência no diagnóstico de falhas em máquinas.