Aqui apresentam-se diversos casos práticos de análise de vibrações em rolamentos.

Caso 1 – Análise de vibrações em rolamentos de apoio de cilindros de arrefecimento

Os Serviços Técnicos da DMC foram solicitados para a avaliação do estado de funcionamento de diversos rolamentos de apoio de cilindros de arrefecimento, de uma rotativa de impressão. A sua solicitação teve lugar após ter ocorrido uma avaria catastrófica, num dos cilindros, devido à gripagem de um dos rolamentos, o qual deu origem a que o veio de um cilindro se tivesse partido. De referir que a máquina se encontrava em período de garantia, tendo a sua entrada em funcionamento ocorrido há menos de um ano.

Figura 1 – Análise de vibrações em rolamentos – Esquema da máquina

Foram efetuadas medições nos apoios de 10 cilindros, sendo que os rolamentos instalados são os apresentados a seguir:

Refª Rolamento

Cilindro

SKF 4211

Nº1

FAG 1211

Nº2, Nº3, Nº5, Nº6, Nº7, Nº8, Nº9, Nº10

SKF 2211E

Nº4

Caso 1 – Resultados das primeiras medições

A análise dos dados vibrométricos recolhidos revelou a presença de frequências associadas ao desenvolvimento de anomalias, em quase todos os rolamentos de apoio dos cilindros. Apenas nos apoios dos Cilindro Nº4, Cilindro Nº8 e Cilindro Nº10, não foi identificada a presença destas frequências. De referir que os rolamentos do Cilindro Nº8 tinham uma semana de funcionamento, pois os anteriores tinham gripado e originado a avaria catastrófica da máquina.

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Figura 2 – Análise de vibrações em rolamentos -Espectro de frequências recolhido no apoio do Cilindro Nº1 revelando a presença de frequências associadas ao desenvolvimento de anomalias na pista do anel externo do rolamento instalado (103,35 Hz).

Caso 1 – Recomendações efetuadas e medições posteriores

Em virtude dos resultados obtidos, foi recomendada a substituição dos rolamentos de apoio dos Cilindros Nº1, Nº2, Nº3, Nº5, Nº6, Nº7. Na Figura 3 são apresentados os espectros de frequências recolhidos, antes e após a substituição dos rolamentos do Cilindro Nº1, onde se pode observar o desaparecimento das frequências de defeito de rolamentos.

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Figura 3 – Análise de vibrações em rolamentos -Espectros de frequências recolhidos antes e após a substituição dos rolamentos de apoio do Cilindro nº1 de PeakVue recolhido no apoio do veio mandante, do lado do acionamento, recolhido na inspeção de Maio de 2007.

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Figura 4 – Análise de vibrações em rolamentos – Fotografia de um dos rolamentos substituídos, revelando oxidação severa dos componentes e degradação das pistas.

Caso 1 – Conclusão

A medição e análise de vibrações é uma técnica de inspeção poderosa e de grande utilidade na deteção e no diagnóstico de avarias. Mesmo em equipamentos novos, esta técnica permite identificar e diagnosticar avarias precoces em desenvolvimento, originadas, por exemplo, por problemas na montagem, problemas de projeto, deficiente armazenamento de peças e componentes, etc.

Caso 2 – Análise de vibrações em rolamentos – avaria num rolamento de um motor elétrico de 1200 kW

Após a intervenção para beneficiação, um motor de 1200 Kw a funcionar a 600 rpm, começou a desenvolver um ruído não característico. Os responsáveis pela manutenção optaram por efetuar uma medição de vibrações. Os valores recolhidos constam na Tabela I que a seguir se apresenta:

Tabela I

Ponto de Medição

Nível de Vibração em mm/s RMS

1 Vertical (L. Acionamento)

19,1

1 Horizontal (L. Acionamento)

3,9

2 Vertical (L. Op. Acionamento)

1,4

2 Horizontal (L. Op. Acionamento)

0,9

2 Axial (L. Op. Acionamento)

8,3

Pela análise dos valores apresentados na Tabela I, constata-se que os valores mais elevados são registados no ponto 1, em particular no ponto 1 Vertical. A análise do espectro de frequências recolhido revelou que os elevados níveis de vibração (19,1mm/s) eram, sobretudo, influenciados pela amplitude da frequência de 112.21 Hz e harmónicas. Esta característica ilustrada na Figura 5, está associada à degradação do rolamento.

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Figura 5 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectro de frequências recolhido no motor, ponto 1 vertical

Caso 2 – Recomendações efetuadas e medições posteriores

Em função dos valores obtidos, foi recomendada a substituição do rolamento do motor.

Após a substituição, foi efetuada uma nova medição de vibrações. Os valores registados constam na Tabela II.

Tabela II

Ponto de Medição

Nível de Vibração em mm/s RMS

1 Vertical (L. Acionamento)

1,7

1 Horizontal (L. Acionamento)

1,2

2 Vertical (L. Op. Acionamento)

1,6

2 Horizontal (L. Op. Acionamento)

1,4

2 Axial (L. Op. Acionamento)

4,3

Pela análise comparativa entre os valores apresentados na Tabela I e II, conclui-se que os valores registados na segunda medição (Tabela II) apresentam uma redução muito significativa, como consequência da substituição do rolamento.

Na Figura 6 apresenta-se os espectros recolhidos após a intervenção, onde é bastante notória a melhoria registada.

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Figura 6 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectro de frequências recolhido no apoio do motor após a substituição do rolamento

Caso 3 – Análise de vibrações em rolamentos – avaria na gaiola de rolamento em ventilador

Na primeira medição de rotina efetuada a um ventilador (transmissão por correias), constatou-se que o espectro recolhido na chumaceira de apoio do rotor do ventilador, do lado da polia, apresentava as frequências associadas à degradação da gaiola do rolamento.

Os valores em presença eram considerados baixos, como se pode observar no espectro apresentado na Figura 7. No entanto, este tipo de avarias, normalmente não apresenta frequências com amplitudes elevadas, devido à velocidade a que a gaiola roda ser também baixa. Pelo tipo de avaria e pela criticidade do equipamento dentro do processo produtivo, foi recomendada a substituição dos respetivos rolamentos. Aquando da desmontagem do rolamento, constatou-se que a gaiola se encontrava fraturada em diversos locais.

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Figura 7 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectro de frequências recolhido no apoio do ventilador antes da substituição

Através da medição de vibrações, foi possível em tempo útil e sem perdas de produção intervir no equipamento e minimizar os custos de intervenção.

Caso 4 – Análise de vibrações em rolamentosmotor elétrico

Um electro-agitador, constituído por um moto-redutor que aciona um agitador, cujo motor funciona a 1498 rpm e o agitador a 133 rpm, encontra-se incluído num programa de Manutenção Preditiva, sendo por isso objeto de inspeções vibrométricas periódicas.

Os dados vibrométricos recolhidos nas duas últimas inspeções no apoio do agitador, revelaram um agravamento do nível global do parâmetro PeakVue, tal como se pode observar no gráfico de tendência apresentado na Figura 8.

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Figura 8 – Análise de vibrações em rolamentos – Gráfico de tendência do nível global do parâmetro PeakVue

A análise dos espectros de PeakVue registados nas duas últimas inspeções, revelou que o agravamento registado dos níveis globais, estava associado à presença de frequências associadas ao desenvolvimento de anomalias, na pista do anel externo do rolamento instalado, como se pode observar na Figura 9.

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Figura 9 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectro de PeakVue registado na última inspeção efetuada

Para que se possa observar melhor a alteração drástica da “característica” espectral ocorrida ao longo das últimas inspeções, apresenta-se na Figura 10, o histórico dos espectros de PeakVue registados no apoio do agitador.

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Figura 10 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectros de PeakVue registados ao longo das diversas inspeções

Face ao diagnóstico efetuado, foi recomendada a substituição dos rolamentos do agitador numa paragem programada da instalação.

Após a substituição dos rolamentos do agitador (ver fotografia do rolamento substituído), o nível global de PeakVue, bem como a característica dos espectros, revelaram uma alteração radical.

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Figura 11 – Análise de vibrações em rolamentos – Fotografia mostrando a pista do anel externo do rolamento substituído

Caso 4 – Análise de vibrações em rolamentos – Conclusão

O parâmetro PeakVue tem-se revelado uma excelente ferramenta para a deteção e o diagnóstico de avarias em rolamentos de baixa velocidade, como se comprovou neste caso com um rolamento que funcionava a 133 rpm.

Caso 5 – Análise de vibrações em rolamentos – controlo de qualidade de motor elétrico

Um motor novo, de 5200 Kw, foi submetido a um controlo de qualidade através da Medição e Análise de Vibrações. Os valores dos níveis globais de vibração registados constam na Tabela I que a seguir se apresenta.

Tabela I

Ponto de Medição

Valor de Nível Global de Vibração em mm/s rms

1V (Motor do Lado Oposto ao Acionamento – Direção Vertical)

0,3

1H (Motor do Lado Oposto ao Acionamento – Direção Horizontal)

0,5

2V (Motor do Lado do Acionamento – Direção Vertical)

0,3

2H (Motor do Lado Oposto ao Acionamento – Direção Horizontal)

0,6

2X (Motor Lado do Acionamento – Direção Axial)

0,8

Analisando os valores apresentados, constata-se que o motor se encontra a funcionar com níveis vibrométricos considerados como “Bons”, de acordo com a norma ISO 10816 Parte 1.

O valor de nível global de vibração mais elevado foi de 0,8 mm/s rms, registado na direção axial.

No entanto, a análise efetuada aos espectros em PeakVue permitiram identificar a presença da frequência de 187,69 Hz e harmónicas. A presença desta frequência está associada a anomalias no rolamento instalado (Refª SKF NU1048), em particular na pista do anel externo.

Contudo, as amplitudes registadas são característica de uma fase inicial de desenvolvimento da anomalia, como se pode observar no espectro apresentado na Figura 12.

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Figura 12 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectro de PeakVue recolhido no motor, do lado do acionamento

Atendendo ao tipo de anomalia identificada, às características do equipamento/rolamento, bem como às amplitudes registadas, foi recomendado o acompanhamento da anomalia diagnosticada, com meios adequados.

A utilização da medição e análise de vibrações no controlo de qualidade de equipamentos novos ou reparados, permite diagnosticar atempadamente a anomalia, e desta forma, imputar os custos de eventuais substituições de órgãos, ao respetivo fornecedor, durante o período de garantia.

Caso 6 – Análise de vibrações em rolamentosRuído anormal num motor elétrico

Um motor, considerado crítico para o processo produtivo, foi sujeito a intervenção para substituição dos rolamentos, devido ao ruído que produzia, quando em funcionamento.

Após a substituição, constatou-se que o referido ruído se mantinha inalterável. Os responsáveis da manutenção ponderaram a possibilidade de substituirem novamente os respetivos rolamentos.

Atendendo a que esta empresa não tinha um programa de manutenção preditiva implementado, foi-nos solicitado a medição de vibrações ao equipamento por forma a avaliar a condição de funcionamento do motor e, consequentemente, a origem do ruído (supostamente anómalo).

Caso 6 – Resultados das medições

Na medição efetuada constatou-se que o motor funcionava à velocidade de 1194 rpm (19,9 Hz), o que levava a deduzir que esse motor poderia ter um variador de velocidade.

O ruído próximo do motor era notório mesmo sem estetoscópio. A análise efetuada aos espectros obtidos e, em particular, aos espectros em PeakVue (Figura 13), revelaram a presença da frequência de 81,39 Hz e harmónicas, o que corresponde a ordem 4,090. À primeira vista e para os analistas menos atentos, esta característica poderia estar associada à degradação do(s) rolamento(s).

No entanto, atendendo a que os variadores de velocidade induzem no motor uma frequência equivalente a quatro ordens da frequência de funcionamento (com harmónicas), a presença da frequência de 81,39 Hz não estava associada a anomalias nos rolamentos, mas sim, a uma característica do normal funcionamento da máquina, com um variador de velocidade.

Os motores com variadores de velocidade podem induzir em erro os analistas menos atentos porque, se esse motor tiver um rolamento do tipo 6210 da FAG, a frequência típica de defeitos da pista do anel externo será de 4,072 ordens, o que corresponde, aproximadamente, à frequência gerada pelo variador de velocidade (neste caso 4,090 ordens). Esta aproximação dos valores poderá levar os analistas a recomendar desnecessariamente a substituição dos rolamentos, uma vez que as frequências são praticamente coincidentes.

Caso 6 – Conclusão

A substituição dos rolamentos apenas devido a ruído poderá ser uma má opção; neste caso, a substituição foi em vão.

Nada nos garante que um ruído, à partida anómalo, poderá estar associado a uma anomalia.

Os variadores de velocidade geram ruídos que variam em função da velocidade a que o motor opera, o que por vezes induz os operadores em erro.

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Figura 13 – Análise de vibrações em rolamentos – Espectro recolhido no motor

Caso 7 – Análise de vibrações em rolamentosPulper

Durante uma inspeção de rotina, a DMC foi solicitada para efetuar a medição de vibrações num pulper, devido à presença de um ruído não característico.

O Pulper funciona a 238 rpm e tem a configuração idêntica à da Figura 14. Os pontos de medição estavam definidos conforme se pode observar também na mesma figura.

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Figura 14 Análise de vibrações em rolamentos Esquema do equipamento com a identificação dos pontos de medição

Caso 7 – Resultados das primeiras medições

Após efetuar a medição, constatou-se que no ponto de medição 3 (apoio do Pulper do lado da polia), os valores registados sofreram uma alteração muito significativa, comparativamente à medição anterior. Esta alteração traduziu-se num agravamento muito significativo dos níveis vibrométricos (Figura 15).

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Figura 15— Análise de vibrações em rolamentos – Gráfico de tendência dos valores de níveis globais de vibração registados ao longo das inspeções efetuadas

Analisando os espectros recolhidos no apoio do Pulper do lado da polia, constatou-se que o agravamento dos níveis de vibração registados eram, sobretudo, influenciados pela amplitude da frequência de 33,39 Hz e harmónicas.

De acordo com as informações técnicas obtidas, o rolamento instalado seria um FAG 23228EAS.

Assim, e tendo em atenção a Figura 16, facilmente se conclui que os danos maiores estão localizados no anel externo do rolamento (BPFO), uma vez que as frequências de defeito do anel externo são coincidentes com as frequências presentes no espectro de frequência.

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Figura 16 Análise de vibrações em rolamentos — Espectro de frequência recolhido no apoio do pulper do lado da polia

A análise ao sinal em forma de onda permitiu também a confirmação do diagnóstico, uma vez que os impactos que se identificam neste sinal estavam associados aos defeitos no anel externo do rolamento (Figura 17).

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Figura 17 – Análise de vibrações em rolamentos – Sinal em forma de onda onde se identificam impactos associados aos defeitos no anel externo do rolamento FAG 23228EAS

Caso 7 – Recomendações efetuadas e medições posteriores

Face aos valores registados, bem como às alterações registadas nos espectros de frequências, foi recomendada a substituição dos rolamentos do Pulper.

Após a substituição dos rolamentos, foi efetuada uma nova medição, onde se constata uma melhoria muito significativa dos valores obtidos, como resultado da intervenção efetuada (Figura 18).

Os espectros de frequências recolhidos após a substituição dos rolamentos, também revelaram uma melhoria muito significativa comparativamente à medição efetuada com o rolamento degradado (Figura 18).

Figura 18 — Análise de vibrações em rolamentos – Espectros de frequências recolhidos antes e após a substituição dos rolamentos do Pulper

Figura 19 — Análise de vibrações em rolamentos – Fotografia do rolamento após a substituição revelando a degradação

Caso 7 – Análise de vibrações em rolamentos – Conclusão

Através da medição de vibrações foi possível diagnosticar e planear atempadamente a intervenção no equipamento, sem que houvesse impacto no processo produtivo, evitando perdas de produção horas extraordinárias ou mesmo a falha catastrófica do equipamento.

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