Desmistificando o Monitoramento de Vibração Parte 2: Princípios de Análise de Vibração em Máquinas Rotativas

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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

Os testes de vibração em máquinas rotativas fornecem informações vitais sobre as condições da máquina. Aqui estão alguns princípios básicos sobre vibração: 

Se o eixo de um motor gira o eixo da bomba a 1776 RPM, por exemplo, um ponto pesado no eixo causa uma força para fora em todas as direções radiais conforme o eixo gira. Isso é como um bambolê. 

Nota: Mesmo uma máquina saudável terá alguma vibração conforme o eixo gira, mas isso é considerado normal. 

O sensor na parte superior detecta a vibração apenas uma vez por revolução no eixo vertical (na figura abaixo, à esquerda). A onda senoidal (na figura abaixo, à direita) mostra a vibração vertical à medida que o eixo gira. Uma revolução completa do eixo resulta em um ciclo completo de uma onda senoidal. O pico ocorre quando o ponto mais pesado está na parte superior e o vale ocorre quando o ponto mais pesado está na parte inferior. 

Na Figura 1, veja como RPM do eixo = CPM da onda senoidal. 

Outros componentes da máquina no eixo

O eixo do motor em rotação gira o eixo da bomba através do acoplamento. Cada vez que uma palheta do impulsor passa pelo sensor na parte superior, ela cria uma pequena vibração. Se a bomba tiver 10 palhetas do impulsor, o sensor detecta a vibração de uma palheta 10 vezes a cada rotação do eixo. (O impulsor da bomba está na mesma velocidade que o eixo da bomba.) Uma onda senoidal mostra 10 ciclos completos. 

A maior massa do eixo do motor e da bomba causará maior amplitude de vibração (magnitude) do que a do impulsor. A onda senoidal para a vibração do impulsor da bomba será menor em amplitude do que a vibração do eixo, mas terá mais ciclos (10) para uma rotação completa do eixo. Na Figura 2, veja como as vibrações das palhetas do impulsor no eixo se igualam aos ciclos da onda senoidal. 

Formas de onda complexas

Se sobrepusermos as duas ondas senoidais (eixo e impulsor da bomba), o resultado pode ser semelhante à Figura 3:

Figura 3

Mas, na verdade, as vibrações se somam e se parecem mais com a Figura 4:

Figura 4

E 20 ou 30 vibrações de diferentes componentes de uma máquina rotativa real podem se parecer com a Figura 5:

Análise de Frequência (Espectro)

A forma de onda temporal contém informações sobre a máquina, mas os padrões dos diferentes componentes se sobrepõem e se misturam, criando uma visão bastante complexa. Um algoritmo matemático (FFT) converte a complexa forma de onda temporal em um gráfico simples chamado espectro de frequência. Ele separa as formas de onda individuais para que possamos analisá-las separadamente. Essa conversão é realizada dentro do testador. 

Dados de forma de onda e dados espectrais são os mesmos dados de vibração, apenas duas maneiras diferentes de visualizar os dados. 

No nosso exemplo anterior, podemos ver como a forma de onda complexa acima, à esquerda, é composta pelas duas formas de onda separadas no centro. Estas podem então ser convertidas em um espectro (na Figura 6 acima), que é um gráfico simples da amplitude do sinal (eixo y) em relação à frequência (eixo x). 

Vemos a mesma coisa nos espectros de uma máquina rotativa real na Figura 7 acima. 

•  Esses picos estão em frequências específicas que representam vibrações que ocorrem na máquina. O diagnóstico da máquina envolve a comparação dos picos no espectro com eventos que ocorrem na máquina. 
•  A análise espectral é a principal ferramenta que usamos para diagnosticar a condição de nossas máquinas rotativas. 

Conclusão

Com a capacidade de decompor sinais complexos de vibração em padrões simples e reconhecíveis, a análise de espectro nos dá uma janela poderosa para o que realmente está acontecendo dentro de nossas máquinas, geralmente antes que os problemas se tornem visíveis ou audíveis.

📖 Leia a Parte 3 → Identificando e interpretando padrões gerais de vibração e falhas

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.