Caso prático proteção de rolamentos

Caso prático proteção de rolamentos

1 – Caso prático proteção de rolamentos – introdução

Neste artigo descreve-se um caso prático de proteção de rolamentos.

2 – Caso prático proteção de rolamentos – a situação inicial

Um fabricante de motores eléctricos recebeu uma reclamação de um dos clientes, motivada pelo ruído excessivo produzido por uma das unidades.

Com o objetivo de identificar a origem do elevado ruído, a DMC desenvolveu diversas ações no sentido de caracterizar e solucionar o comportamento anormal.

2.1 As medições iniciais

Quando colocado em banco de ensaios, constatou-se que, efetivamente, o ruído era extremamente elevado. Por este facto, a medição de vibrações foi realizada com a unidade a funcionar a cerca de 500 RPM, para não colocar em causa a integridade física dos seus componentes.

Nas Tabelas I e II são apresentados os Níveis Globais de Vibração em Velocidade e em Aceleração.

TABELA I

Nível Global de Vibração

Velocidade de Vibração em mm.s-1 RMS

Ponto de MediçãoÓrgão da MáquinaNível Global de Vibração
1 HorizontalMotor1,19
2 VerticalMotor1,52
2 HorizontalMotor1,20
2 AxialMotor0,72

TABELA II

Nível Global de Vibração

Aceleração de Vibração em G’s RMS

Ponto de MediçãoÓrgão da MáquinaNível Global de Vibração
Lado Oposto AccionamentoMotor0,21
Lado AccionamentoMotor0,30

Como se pode observar nas tabelas anteriores, os níveis vibrométricos registados com os dois parâmetros de medição utilizados (Velocidade e Aceleração) apresentam amplitudes consideradas baixas.

No entanto, a análise efectuada aos espectros de frequências, revelou a presença de frequências associadas ao desenvolvimento de anomalias nos rolamentos instalados (Figura 1).

Caso prático proteção de rolamentos figura 1
Figura 1 – Espectro de frequências registado no apoio do motor do lado oposto ao accionamento

2.2 As recomendações efetuadas

Uma vez que os ensaios foram realizados a uma velocidade inferior à de operação real do motor (500RPM Vs 1.270RPM), foi recomendada a substituição dos rolamentos do motor. Mais ainda, foi recomendada a análise dos rolamentos substituídos por forma a identificar a eventual causa raiz que motivou a degradação prematura dos rolamentos.

2.3 O que se constatou

Na Figura 2 são apresentadas fotografias das pistas de um dos rolamentos substituídos.

Figura 2 – Fotografia das marcas de “Fluting” (Lado Esquerdo); Fotografia das marcas de “Frosting” nas pistas (Lado Direito)

A análise das marcas presentes dos rolamentos substituídos (Figura 2), indicavam a presença do fenómeno de “Fluting”, o qual resulta da passagem de corrente através do rolamento.

3 Medições após substituição

3.1 Vibrações

Após a substituição dos rolamentos, foram efetuadas novas medições com um analisador de vibrações para se caracterizar a condição de funcionamento da máquina.

Para avaliação da condição dos rolamentos instalados, foram efectuadas medições com o parâmetro Aceleração de vibração, utilizando uma banda de frequência até 10KHz.

Os resultados obtidos são apresentados na Tabela III, encontrando-se os valores realçados com as cores correspondentes ao critério de avaliação adotado.

Caso prático proteção de rolamentos tabela III

3.2 Tensões no veio

A análise das marcas presentes dos rolamentos substituídos (Figura 2) indicavam a presença do fenómeno de “Fluting”, o qual resulta da passagem de corrente através do rolamento. Face a esta suspeita e como forma de a confirmar, foram efectuadas também medições de Tensão no Veio do motor.

Na Tabela IV, são apresentados os resultados das medições efectuadas, encontrando-se realçados com cor, os valores de tensão superiores a 10,0 V Pico-Pico (valor a partir do qual é bastante provável que o fenómeno ocorra).

Caso prático proteção de rolamentos tabela IV

Como se pode observar na Tabela IV, os valores medidos são significativamente superiores a 10,0 V Pico‑Pico.

3.3 Medição de vibrações e tensão no veio em máquinas semelhantes

Como os resultados obtidos apontavam como causa raiz para a degradação prematura dos rolamentos do motor, a passagem de corrente pelos rolamentos, colocou-se a questão de se esta situação era um caso isolado ou se, poderia estar em causa uma situação recorrente que afetaria todos os motores já fabricados e a fabricar.

Por forma a responder à questão colocada, o fabricante optou por se efectuarem medições de vibrações e de tensão no veio em 12 motores iguais e já em funcionamento.

Nos 12 motores, foram efectuadas cinco medições em vários regimes de funcionamento e, praticamente em todos os regimes de funcionamento, os valores de Tensão são superiores ao limite de 10,0 V Pico-Pico.

Na Figura 3, é apresentada a Forma de Onda registada numa das medições.

Caso prático proteção de rolamentos figura 3

Figura 3 – Forma de Onda registada no motor apresentado no Quadro II a 600 RPM

Na Tabela V são apresentados os valores de tensão medidos no veio de um dos motores dessa instalação.


TABELA V

Na Tabela VI, são apresentados de forma sintetizada os valores dos restantes motores. Na referida tabela, apenas são apresentados os resultados onde se registaram os valores de Tensão mais elevados.

De acordo com os dados apresentados na tabela anterior, foram registadas tensões no veio com amplitudes superiores a 10,0V Pico-Pico em todos os motores analisados. Nas formas de onda registadas, constataram-se quedas de tensão, originadas pelas descargas contínuas nos rolamentos.

Em simultâneo com o ensaio de medição de Tensão no veio, foi também efectuada a medição de vibrações, encontrando-se os motores no regime de 1.270 RPM.

Na tabela seguinte, são apresentados os níveis globais de vibração registados nos apoios dos motores.

A análise dos dados apresentados na Tabela VII, revela que os vibrométricos registados nos apoios dos motores são considerados aceitáveis.

Para avaliação da condição dos rolamentos instalados, foram efectuadas medições com o parâmetro Aceleração de Vibração, utilizando uma banda de frequência até 10 KHz, encontrando-se os motores a funcionarem a 1.270 RPM. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela VIII, encontrando-se realçados com as cores correspondentes ao critério de avaliação adoptado.

Caso prático proteção de rolamentos tabela VIII

A análise dos valores apresentados na Tabela VIII, revela que a maioria dos motores inspeccionados apresentam valores de aceleração considerados Severos/Críticos. Apenas três dos motores em análise, apresentam amplitudes de aceleração consideradas Boas nos dois apoios.

A análise dos espectros registados com o parâmetro Aceleração e uma frequência máxima de 10 KHz, revelou a presença de uma banda de energia com amplitudes muito assinaláveis.

Esta característica, ilustrada na Figura 4 e na Figura 5, surge normalmente associada a fenómenos relacionados com o contacto metal-metal.

Figura 4 – Espectros de frequências registados com o parâmetro Aceleração nos apoios do lado oposto ao accionamento dos 12 motores inspeccionados (Ordenados de cima para baixo em ordem crescente)

Figura 5 – Espectros de frequências registados com o parâmetro Aceleração nos apoios do lado do accionamento dos 12 motores inspeccionados (Ordenados de cima para baixo em ordem crescente)

4 Ensaio em banco

Após os resultados obtidos nos 12 motores ensaiados, o fabricante desenvolveu um ensaio que consistiu:

  • Instalar um anel para proteção dos rolamentos (Figura 6) num motor;
  • Colocar o motor a funcionar no banco de ensaios durante 80 horas e efectuar a medição de Tensão e vibrações no final do ensaio.
Caso prático proteção de rolamentos - figura 6
Figura 6 – Imagem do Anel instalado

Os valores de tensão medidos no veio do motor são apresentados na tabela seguinte.

TABELA IX

Valores de Tensão no Veio

DataTensão no Veio (VPP)
1 de Dezembro0,8

De acordo com os dados apresentados na tabela anterior, os valores de tensão registados são considerados Bons (valores inferiores a 5 V Pico-Pico). Na figura seguinte, é apresentada a Forma de Onda registada durante a medição efectuada.

Figura 7 – Forma de Onda registada no final do ensaio de 80 Horas (Anel instalado)

Na tabela seguinte, são apresentados os níveis globais de vibração registados no final do ensaio nos apoios do motor.

A análise dos dados apresentados na Tabela X revelou que os níveis vibrométricos registados nos apoios dos motores são considerados Bons.

Para avaliação da condição dos rolamentos instalados, foram efectuadas medições com o parâmetro Aceleração de Vibração, utilizando uma banda de frequência até 10 kHz. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela XI, encontrando-se os valores realçados com as cores correspondentes ao critério de avaliação adotado.

Caso prático proteção de rolamentos tabela XI

A análise dos dados apresentados na Tabela XI, revela que os valores de aceleração registados em qualquer das medições efectuadas são considerados Bons.

5 – Caso prático proteção de rolamentos – solução final adotada

Após os ensaios efectuados e os resultados obtidos, o fabricante optou por instalar em todos os motores, como forma de mitigação do fenómeno, um anel para a “descarga” de tensões no veio (Figura6 ) e assim, efetuar a proteção dos rolamentos.

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