A seguir apresentam-se os conceitos básicos da medição de vibrações.

Máquinas e medição de vibrações

Uma máquina rotativa ideal não produziria vibrações. A não existência de desequilíbrios, desalinhamentos, folgas, etc. faria com que não existissem causas para as vibrações terem lugar. Na prática isto não acontece, aparecendo então as Vibrações.

As vibrações são relevantes de muitas formas; podem provocar ruído, desconforto, avarias etc.

Um projecto bem concebido terá como resultado uma máquina com níveis de vibrações e ruído normalmente bastante baixos. Contudo ao longo da vida da máquina, os pernes de aperto afrouxam, as componentes deformam-se, aumentam as folgas, já para não falar em desalinhamentos, desequilíbrios, etc. Todos estes factores vão contribuir para um aumento das vibrações que podem provocar ressonâncias e aumento da carga nas chumaceiras. Por sua vez as vibrações aceleram os processos de degradação das componentes da máquina encaminhando-se assim esta para uma avaria.

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As vibrações são indicadoras das condições de funcionamento das máquinas

Enquanto as forças geradas nas máquinas em funcionamento forem mais ou menos constantes, os níveis de vibrações vão também permanecer sensivelmente constantes. Para além disso, na maioria das máquinas, o Nível de Vibrações tem um valor normal, e quando a máquina se encontra em boas condições, o seu Espectro de Frequência tem um aspecto característico. O Espectro de Frequência, obtido quando a máquina se encontra em boas condições de funcionamento, é por isso normalmente chamado de “Assinatura” da máquina, e é obtido através da Análise em Frequência das vibrações.

Quando os defeitos se começam a desenvolver, as vibrações começam a subir e aumenta a amplitude de algumas componentes do espectro.

Assim a medição de vibrações é muito utilizada em manutenção. Todavia também no desenvolvimento de uma máquina, no seu fabrico e controlo de qualidade se utiliza frequentemente a medição e análise de vibrações.

2 Medição de vibrações – caracterização de uma vibração periódica

2.1 . O que são as vibrações

Diz-se que um corpo está a vibrar quando descreve um movimento oscilatório em relação a um ponto.

Existem basicamente três tipos de vibrações:

  • Aleatórias
  • Transientes
  • Periódicas

As vibrações aleatórias raramente ocorrem em máquinas. Os fenómenos nas máquinas que podem dar origem a vibrações quase aleatórias são por exemplo a cavitação em bombas ou fenómenos aerodinâmicos em ventiladores.

Vibrações transientes só ocorrem durante arranques e paragens ou quando muda uma condição processual de funcionamento. Não têm assim muita importância para caracterizar o estado da máquina.

São as vibrações periódicas as que efectivamente são importantes para caracterizar o estado das máquinas. A cada ciclo de rotação dá-se uma repetição da ocorrência dos fenómenos na máquina, originando assim, o seu funcionamento, vibrações periódicas.

2.2 As vibrações periódicas

O número de vezes que um ciclo completo tem lugar durante um determinado intervalo de tempo é chamado de Frequência. Normalmente, no caso das máquinas fala-se no número de ciclos por minuto, RPM. Quando se fala em número de ciclos por segundo a unidade (1 ciclo por segundo) é chamada “Hertz”.

medição de vibrações vibração periódica

Figura – Vibrações Periódicas

O movimento do corpo pode ser só a uma frequência, como seja por exemplo o caso de um ventilador com um grande desequilibro, ou a várias frequências ao mesmo tempo, como seja por exemplo o caso de uma engrenagem.

Nas máquinas, o que é mais comum, é as vibrações ocorrerem em muitas frequências ao mesmo tempo de modo que olhando para um osciloscópio não se consegue distinguir a amplitude de vibrações a cada frequência.

Isto pode-se saber num equipamento que apresente a amplitude das vibrações às diversas frequências. A esta separação das componentes chama-se Análise em Frequência, que é uma ferramenta para o diagnóstico das avarias nas máquinas.

Quando se faz uma Análise em Frequência normalmente encontram-se picos predominantes, que estão directamente relacionados com os movimentos das diversas partes das máquinas. Assim, com este tipo de Análise pode-se determinar quais as componentes das máquinas que dão origem às vibrações.

2.3. A quantificação do nível de vibrações

A amplitude da vibração, que é a característica que descreve a sua severidade, pode ser medida de diversas maneiras. Na figura a seguir apresentada, pode-se ver a relação entre a Amplitude Pico-Pico, o Pico, a Média e o Nível Eficaz (RMS).

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O valor Pico-Pico é importante na medida em que indica a máxima amplitude da vibração, o que é um parâmetro importante quando se trata de saber por exemplo, deslocamentos máximos em máquinas ferramentas ou em medidas efectuadas com transdutores de deslocamento.

2.4 A utilização do valor RMS e do valor Pico

O Valor Eficaz (RMS) é o mais frequentemente usado porque toma em conta um determinado intervalo de tempo de medida e dá um valor que está directamente relacionado com a energia da vibração, ou seja, a sua capacidade destrutiva; é, portanto, um valor médio.

Na figura a seguir apresentada podem-se ver três formas de onda com a mesma amplitude pico e com diferentes valores eficazes. Numa surge um impulso sobreposto a um seno, outra é um seno, outra é um seno truncado.

Os impulsos que se podem observar na primeira forma de onda, da figura anterior, se ocorressem numa máquina rotativa corresponderiam a choques. A medição da amplitude pico detecta melhor os choques ou qualquer outro tipo de fenómeno impulsivo, que a medição de amplitude RMS, devido ao facto desta última ser um valor médio num determinado intervalo de tempo enquanto o valor pico ser, por definição, o máximo do sinal no tempo.

medição de vibrações o pico e o rms

Para medir vibrações sem impulsos a amplitude eficaz (RMS) é mais indicada devido a dar um valor médio.

Para medir vibrações sinusoidais, tanto faz, porque existe uma relação fixa entre a amplitude Pico e a RMS.

Numa vibração sinusoidal tem-se a seguinte relação entre as diversas maneiras de medir a amplitude:

Amplitude pico-pico = 2 x Amplitude pico

Amplitude eficaz = 0,707 x Amplitude pico

Estas relações na prática podem ter uma aplicação directa. Se com um medidor de Nível Global de Vibrações a relação entre a Amplitude Pico e a Amplitude Eficaz for igual a 0,707 então está-se na presença de uma vibração sinusoidal, com uma só frequência, que deverá ser a velocidade de rotação da máquina. Esta dedução pode então ser usada para diagnóstico.

2.5 O Deslocamento a Velocidade e a Aceleração de uma vibração

A relação entre a amplitude do deslocamento da velocidade e da aceleração de uma vibração sinusoidal é de:

  • d = deslocamento
  • Velocidade = d
  • Aceleração = 2 d = v em que = 2f f- frequência em Hz

Das fórmulas que relacionam o Deslocamento a Velocidade e Aceleração vê-se também que a Velocidade é igual ao Deslocamento vezes a Frequência, e a Aceleração é igual ao Deslocamento vezes o quadrado da Frequência. Assim é de esperar que nas altas frequências sejam onde aparecem as vibrações com maior aceleração.

medição de vibrações desl vel aceler

Aceleração Velocidade Deslocamento

Nos espectros da figura, obtidos no mesmo ponto de medida, pode-se ver que efectivamente as vibrações nas altas frequências manifestam-se sobretudo em aceleração.

Na prática isto traduz-se em que, enquanto se quer controlar com um Medidor de Vibrações fenómenos que se manifestam a altas frequências, como sejam os primeiros indícios de avarias em rolamentos, o parâmetro de medida a utilizar é a aceleração.

2.6. O que é análise em frequência

O Medidor de Vibrações dá-nos só um nível medido numa grande gama de frequências. De modo a saber-se o valor individual de cada componente é necessário fazer uma Análise em Frequência.

medição de vibrações o tempo e o espetro

Os analisadores de frequência utilizados em medição de vibrações utilizam um algoritmo designado por Transforma Rápida de Fourier (em Inglês Fast Fourier Transform).

As diversas componentes de uma máquina em funcionamento originam, cada uma por si, uma vibração a uma determinada frequência. Todas essas vibrações adicionam-se umas às outras, obtendo-se assim um total que é a vibração ao longo do tempo.

É o fenómeno que se pode ver num osciloscópio ou o que se pode sentir quando se coloca a mão numa chumaceira.

medição de vibrações o tempo e o espetro 2

Na figura vê-se a relação entre o Sinal no Tempo e o Espectro de Frequência.

O Espectro de Frequência permite decompor esse total nas parcelas individuais, que lhe dão origem.

Assim pode-se dizer que enquanto o Sinal no Tempo representa um total, o Espectro de Frequência apresenta as parcelas que lhe dão origem.

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Figura – Através do espectro de frequência consegue-se saber qual a componente da máquina que origina as vibrações.

2.7. – Parâmetros de medida – Deslocamento – Velocidade – Aceleração

Com os medidores baseados no uso de acelerómetro, o utilizador tem normalmente a liberdade de escolher como parâmetro de medida, o deslocamento, a velocidade ou a aceleração. São diversas as escolhas possíveis e é normal encontrar procedimentos de medida bastante diferentes entre os diversos utilizadores e conforme o objectivo da medida.

Pode-se referir o facto de existirem numerosas normas de avaliação de severidade das vibrações nas máquinas a utilizar a velocidade como parâmetro de medida (ex. ISO 10816).

A experiência efectivamente mostra que a velocidade é o parâmetro mais adequado para controlar a maioria dos defeitos nas máquinas (desequilíbrios, desalinhamentos, folgas, desapertos, etc.).

A única excepção é a das avarias em rolamentos, que geram impulsos, que são mais fáceis de detectar em aceleração.

O deslocamento é utilizado quando se utilizam sensores de deslocamento ou por exemplo em máquinas ferramentas quando o que está em jogo é a tolerância de montagem.

3. Medição de vibrações – sensores de vibrações

Normalmente na indústria encontram-se três tipos de transdutores:

  • Deslocamento
  • Velocidade
  • Aceleração

3.1. Os sensores de deslocamento para medição de vibrações

Os Sensores de Deslocamento (também conhecidos por sensores de proximidade ou proximitors) mais frequentes na indústria medem as variações do campo magnético e funcionam como comparadores sem contacto. As suas vantagens e limitações advêm deste facto.

Par de Sensores de Deslocamento

Vantagens

– Medem as vibrações directamente nos veios.

Em máquinas com chumaceiras de película de óleo, tem lugar um grande amortecimento das vibrações. Assim as vibrações medidas no veio são frequentemente muito maiores que as vibrações medidas nas chumaceiras. Neste tipo de máquinas têm por vezes lugar fenómenos que só se detectam medindo as vibrações directamente nos veios.

– Medem vibrações até DC ( 0 RPM).

Devido ao facto de funcionarem como comparadores sem contacto medem vibrações praticamente até 0 RPM.

– Quando instaladas aos pares, por chumaceira, permitem determinar a posição do centro do veio.

Desvantagens

– As medidas são influenciadas pelo acabamento dos veios.

As irregularidades e ovalizações são medidas como vibrações.

– Só medem vibrações até 1 KHz.

A frequências superiores a 1 KHz a amplitude dos deslocamentos provocados pelos fenómenos físicos nos materiais é tão pequeno que se confundem com as irregularidades nas superfícies dos veios.

– São sensores instalados em permanência.

Por este facto tornam-se num investimento mais vultuoso que só se justifica nas máquinas maiores.

3.2. Os sensores de velocidade para medição de vibrações

Os sensores de Velocidade são constituídos por uma bobine e um íman. A tensão gerada na bobine é proporcional à velocidade relativa dos dois.

Vantagens

– São autogeradores

– Não precisam de sistema de condicionamento do sinal

Desvantagens

– Frequência limite inferior elevada (10 Hz).

A frequência natural destes sensores, normalmente anda à volta de 10 Hz. Isto significa que as vibrações medidas ao redor desta frequência são ampliadas. Normalmente os medidores que trabalham com estes sensores têm dispositivos para filtrar vibrações a estas frequências.

– Frequência limite superior reduzida (1000 Hz).

O óleo amortecedor que tem no interior amortece as vibrações de frequência superior a 1 KHz. Não são assim adequados a detectar avarias em rolamentos.

– Tem partes móveis.

Estão sujeitos, portanto a desgastes, avarias, etc.

– Sensibilidade lateral elevada.

Isto significa que para além de medirem as vibrações segundo o seu eixo principal medem também segundo as direcções laterais.

Hoje em dia estão a cair fora de uso devido ao facto dos acelerómetros os substituírem com múltiplas vantagens.

3.3. Os sensores de aceleração para medição de vibrações

Os acelerómetros mais frequentes são do tipo piezoeléctrico. Neles a carga eléctrica gerada é proporcional à aceleração a que estão sujeitos.

Vantagens

– Medem altas frequências.

Normalmente a frequência limite superior de medida é imposta pela montagem do acelerómetro e pode ir até algumas dezenas de KHz

– Medem baixas frequências.

A frequência limite inferior é imposta pelo amplificador onde está o acelerómetro, e pode ir até centésimos de Hertz

– Medem grandes e pequenos níveis de vibrações.

– São muito robustos.

– São insensíveis a vibrações laterais.

Desvantagens

– Precisam de condicionamento de sinal.

3.4. A montagem dos acelerómetros para medição de vibrações

O modo como a sonda é posta em contacto com o ponto de medida influencia significativamente os resultados das medidas. Como regra geral pode-se afirmar que quanto mais rígida for a ligação da sonda à máquina, mais rigor terá a medida. Assim a situação ideal seria a do acelerómetro estar fixo num perne roscado. Como é evidente isto frequentemente, é pouco viável, e no dia a dia os métodos mais comuns são a fixação com um magneto e a colocação de uma ponteira na sonda que permita o seu fácil encosto aos pontos de medida.

Esta questão torna-se crítica quando se fazem medições de vibrações a altas frequências.

Figura – Resposta em frequência de diferentes fixações de um acelerómetro.

Quando se utiliza a ponteira e a frequência das vibrações está na gama do 0.5 a 1 KHz facilmente se efectuam erros de medida maiores que 100%.

No Quadro a seguir apresentado pode-se ver uma comparação das diversas Técnicas.

3.5. Escolha do ponto de medida para medição de vibrações

A razão pela qual se medem vibrações numa máquina dita a posição do ponto de medida. Quando se posiciona um acelerómetro deve-se escolher o caminho mais curto entre a fonte das vibrações (normalmente o rotor) e um ponto onde se possa efectuar as medidas. Normalmente isto resulta que se efectuam as medidas nas caixas das chumaceiras ou em qualquer estrutura rígida a elas ligada.

Outra questão que se coloca com frequência é a direcção em que se deve medir. É impossível dar uma regra geral, mas é frequente, medir nas três direcções; vertical, horizontal e axial.

O comportamento vibratório das máquinas, especialmente nas altas frequências, é bastante complexo. Assim será de esperar, que mesmo em pontos muito juntos os níveis de vibração sejam diferentes.

Figura – Pontos de medida num grupo motor – bomba

4 Técnicas de medição de vibrações

4.1. A medição do nível global de vibrações de acordo com a ISO 10816-3

Este tipo de medida dá uma leitura simples em Velocidade Eficaz. Os valores de vibração medidos podem ser comparados directamente com os valores normalizados de critérios de severidade de vibrações das Normas.

É assim que este tipo de equipamentos é utilizado no controle de qualidade e no acompanhamento de condição de máquinas simples, que até são as mais comuns, como sejam por exemplo, motores eléctricos, bombas, ventiladores.

Os defeitos que se controlam com esta medição são normalmente desequilíbrios, desalinhamentos, folgas, desapertos

As avarias em rolamentos são a anomalia mais comum que esta técnica não controla de um modo satisfatório.

Vantagens desta técnica:

  • simples de utilizar
  • investimento reduzido

Desvantagens

  • sensibilidade limitada
  • só detecta avarias em rolamentos nas fases finais de degradação

4.2. O controlo do estado dos rolamentos (medição da aceleração das vibrações a frequências maiores que 1 KHz)

A vibração produzida por um rolamento em início de deterioração está fora da capacidade de percepção dos sentidos humanos. Efectivamente não só a sua amplitude é reduzida como também as vibrações nele geradas estão submersas nas outras vibrações geradas pela máquina.

O problema geral da detecção de anomalia num rolamento é o de como separar as minúsculas vibrações produzidas pelo embate dos corpos rolantes, a rolarem numa superfície bem lubrificada, com as arestas de uma fenda microscópica, não detectável a olho nu, das outras vibrações da máquina.

O facto da Medição do Nível Global de Vibrações, (10 Hz – 1000 Hz) frequentemente não dar resposta satisfatória à detecção deste tipo de avarias foi o que levou ao estudo deste assunto.

Para se perceber as soluções a que se chegaram para a detecção das avarias em rolamentos há que conhecer a maneira como se manifestam as vibrações à medida que a degradação do rolamento vai evoluindo.

4.2.1 Os sintomas vibratórios de um rolamento em degradação

Considere-se o caso da avaria de um rolamento pela degradação da pista externa, de uma máquina que rode por exemplo a 3000 R.P.M..

1ª Fase

Por efeito de fenómenos de fadiga produzem-se micro-fissuras por debaixo da superfície de rolamento. Têm lugar rajadas de vibrações a muito altas frequências (centenas de Kilo Hertz) que são chamadas de Emissão Acústica. Normalmente estas vibrações perdem-se no ruído de fundo da máquina.

2ª fase

As micro-fissuras atingem a superfície da pista.

Os bordos da fenda são cortantes. Quando ocorrem os impactos estes produzem ondas de choque muito abruptas. Estes choques produzem vibrações que se estendem até 300 KHz. As vibrações produzidas são muito pequenas e inferiores às vibrações de fundo produzidas pela máquina até cerca de alguns KHz.

3ª fase

A fenda aumenta e os impactos sucessivos dos corpos rolantes arredondam os seus bordos. As vibrações agora produzidas já só se estendem até cerca de 100 KHz e aumenta a amplitude das vibrações nas baixas frequências.

Quando surgem vibrações a frequências inferiores a 500 Hz os defeitos são claramente visíveis.

4ª Fase

A degradação da superfície da pista torna-se significativa e facilmente visível. O arranque de material tem por efeito, arredondar completamente os bordos da fissura. O efeito vibratório pode ser detetado nas médias frequências, e no fim a baixas frequências.

4.2.2. O controlo do estado dos rolamentos – limitações desta técnica

Todos os métodos que pretendem detectar as avarias nos rolamentos numa fase precoce, fazem-no medindo as vibrações nas altas frequências.

Como facilmente se infere a partir do que atrás foi referido, os métodos de detecção das avarias de rolamentos através das medições nas altas frequências, partem de dois princípios:

  • Quando um rolamento se avaria produzem-se vibrações a altas frequências.
  • As únicas vibrações existentes a altas frequências são as produzidas por um rolamento degradado.

No dia a dia encontram-se muitas situações em que isto não se verifica, donde as limitações deste tipo de medidas.

A primeira limitação está relacionada com o facto de esta técnica perder sensibilidade para rolamentos a rodarem a velocidades inferiores a 1000 RPM, e ser de eficácia muito duvidosa para velocidades inferiores a 600 RPM. Efectivamente nesta gama de velocidades os choques já não produzem vibrações a altas frequências como as anteriormente descritas.

A segunda limitação vem do facto das vibrações a altas frequências serem rapidamente amortecidas nos materiais e a sua amplitude ser drasticamente reduzida pelas superfícies de separação entre as componentes das máquinas. Tem-se assim que se o ponto de medida não se situar na proximidade do rolamento a técnica perde sensibilidade, ou deixa mesmo de funcionar.

A terceira limitação advém de existirem outras fontes de vibração a altas frequências.

Estas limitações têm, portanto, de ser consideradas aquando da utilização desta técnica.

Possíveis causas de vibrações e elevadas a altas frequências (choques)

Do esquema na Figura infere-se que entre o resultado da medição de vibrações nas altas frequências indicar amplitudes elevadas e se poder afirmar que um rolamento está degradado vai uma grande distância.

Fenómenos com origem fora dos rolamentos que podem gerar vibrações a altas frequências são diversos:

  • Cavitação
  • Fenómenos aerodinâmicos
  • Choques de engrenagens em mau estado
  • Choques de peças desapertadas
  • Etc.

Se as vibrações tiverem origem no rolamento, ainda mesmo assim, pode ser que ele não esteja em mau estado. Se a lubrificação não estiver a ser feita em condições convenientes vão ocorrer roturas na película lubrificante, que deveria separar os corpos rolantes das pistas, que vão dar, portanto lugar à ocorrência de choques tal como ocorreria se o rolamento estivesse degradado.

Os técnicos com experiência, quando medem pela primeira vez num rolamento níveis elevados de vibrações a altas frequências, fazem regra geral, com que se proceda a uma lubrificação do mesmo. De imediato os níveis vão cair. Se ao fim de algum tempo (por exemplo: três dias) o nível não tiver voltado a subir, o problema era então devido a deficiente lubrificação. Se o nível, pelo contrário, voltar ao anterior está-se perante um rolamento efectivamente degradado.

Como ultrapassar então estas limitações?

4.2.3. O controlo do estado dos rolamentos – como ultrapassar as limitações desta técnica

Efectivamente, se de algum modo elas forem inultrapassáveis, a utilidade da técnica poderá frequentemente ser posta em causa.

A experiência ensina que de uma medição isolada, poucos resultados se podem tirar, devido às limitações referidas.

Todavia, se em vez de uma medição, se proceder a uma sequência de medições a maioria das limitações podem ser ultrapassadas.

Em praticamente todas as instalações onde esta técnica é aplicada com sucesso, procede-se à medição regular dos níveis de vibração das máquinas. Não se avalia o estado das máquinas com base numa só medida, mas sim, com base num conjunto de medidas.

Através de medições regulares determina-se um nível normal, sendo os resultados de novas medidas comparados então com esse nível de referência.

4.3. Medição de vibrações – a análise do espectro de frequência

Medidores de vibração simples, tais como os anteriormente referidos, medem o Nível Global de Vibrações numa larga banda de frequência. O nível medido reflecte a amplitude das principais componentes do espectro, que é evidente, são importantes de controlar. Mas quando essa vibração é analisada em frequência e o espectro posto numa forma gráfica, o nível de muitas mais componentes, possivelmente importantes, é revelado.

Não só o aumento das amplitudes das componentes no Espectro de Frequência dá uma indicação precoce das avarias, mas também a frequência a que eles ocorrem indica quais as partes da máquina se estão a deteriorar. Para cada ponto de medida vão existir frequências caracterizadoras de desequilíbrio, desalinhamento, folgas, problemas nas engrenagens, etc. que são, portanto, diagnosticadas com a ajuda da Análise em Frequência.

Análise de Espectro de Frequência permite o Diagnóstico das Avarias

Vantagens de utilização

  • Diagnóstico
  • Não tem limitações de velocidade de rotação

Limitações

  • Custo
  • Exigência de qualificação do operador

5. Avaliação dos resultados das medidas

5.1. Introdução

Quando, depois de se afirmar que uma dada máquina precisa de ser posta fora de serviço para intervenção de manutenção, se constata que afinal ela se encontra em bom estado, isto constitui uma situação menos feliz que de vez em quando pode ocorrer. Se a indicação foi dada no âmbito de um sistema de Controlo da Condição das Máquinas, é uma das piores coisas que pode acontecer para o seu descrédito.

A correcta avaliação dos resultados das medidas é um dos principais factores de sucesso de um sistema de inspecção das máquinas.

São múltiplos os critérios que podem servir como base de avaliação dos resultados das medidas.

5.2. Critérios de avaliação

  • Normas
  • Valores fornecidos pelos fabricantes dos equipamentos de medida
  • Valores fornecidos pelos fabricantes das máquinas a controlar
  • Comparação com valores medidos em máquinas idênticas
  • Experiência
  • Seguimento de Tendência

5.2.1 – A Norma ISO 10816-3

As normas referentes a níveis de vibrações admissíveis são usadas frequentemente como primeiro guia para avaliar a condição de funcionamento das máquinas. Algumas normas, como ISO 10816 especificam limites dependendo de diversos factores.

A norma ISO 10816 – Avaliação das Vibrações nas Máquinas por medição em partes não rotativas – recomenda que a gama de medida abranja todas a frequências relevantes da máquina, o que como é evidente variará de máquina para máquina.

5.2.1.1 A Norma ISO 10816-3 – a classificação das máquinas

Na parte 3 desta norma, que se dedica especificamente a medições em campo em máquinas industriais com potência nominal acima de 15 kW e velocidades nominais entre 120 r/min e 15.000 r/min as máquinas são em primeiro lugar classificadas de acordo com o seu tipo, potência ou altura de veio e rigidez da estrutura de suporte.

  • Grupo 1: máquinas com potência superior a 300 k ; máquinas elétricas com altura de veio H 315 mm
  • Grupo 2: máquinas com potência entre 15 kW e 300 k ; máquinas elétricas com altura de veio 160 H 315 mm
  • Grupo 3 : bombas com impulsor multivuluta com accionamento separado com potência superior a 15 kW
  • Grupo 4 : bombas com impulsor multivuluta com accionamento integrado com potência superior a 15 kW

Quanto ao suporte estes são classificados como rígidos e flexíveis. Um suporte considera-se rígido numa determinada direcção, quando a frequência natural combinada da máquina e suporte, mais baixa, na direção da medida, é no mínimo 25% superior à velocidade de rotação da máquina.

São considerados dois critérios de avaliação de vibrações:

  • considerando a amplitude das vibrações
  • considerando variações da amplitude das vibrações

5.2.1.2 A Norma ISO 10816-3 – a classificação das zonas

Para se avaliar as vibrações nas máquinas com base na sua amplitude são consideradas quatro zonas:

  • Zona A: as vibrações de uma máquina novas caem geralmente nesta zona
  • Zona B: máquinas com níveis de vibrações nesta zona consideram-se que estão normalmente aptas a serem operadas por períodos prolongados sem restrições.
  • Zona C: máquinas com níveis de vibrações nesta zona consideram-se que não estão normalmente aptas a serem operadas por períodos prolongados sem restrições. Geralmente a máquina pode ser operada por um período limitado até surgir uma oportunidade para se tomarem acções correctivas.
  • Zona D: Níveis de vibrações desta magnitude consideram-se normalmente susceptíveis de causar danos á máquina

Nesta norma são indicados valores limites para os níveis que são válidos para medidas efectuadas nas direcções radiais e na axial em chumaceiras de impulso.

Os valores limites são aplicáveis em termos de velocidade eficaz e deslocamento eficaz, aplicando-se estes últimos a máquinas a baixas velocidades de rotação.

Outro critério indicado por esta norma refere-se a variações do nível das vibrações. Refere nomeadamente que quando ocorrer um aumento ou diminuição do nível de vibrações superior a 25% do valor superior da zona B, essa variação deve ser considerada significativa, especialmente se for repentina.

Para a definição de valores de alarme a norma recomenda que este seja superior aos valores de referência, por um nível igual a 25% do valor superior da zona B.

Para paragem da máquina recomenda que não se utilizem valores superiores a 25% dos valores superiores da zona C.

Casos em que estes valores não podem ser aplicados, são os das vibrações produzidas por rolamentos e engrenagens.

5.2.2 – Valores fornecidos pelos fabricantes dos equipamentos de medida

A maioria dos fabricantes de equipamentos de medição de vibrações fornece tabelas com critérios de avaliação dos resultados das medidas efectuadas pelos seus equipamentos.

– Critérios com base em Normas

Os valores fornecidos para a avaliação das medições do Nível Global de Vibrações têm geralmente por base os valores das normas.

– Critérios próprios dos medidores

Os valores fornecidos para avaliação do estado dos rolamentos são geralmente característicos de cada tipo de medidor.

Os primeiros têm as limitações já referidas. Os segundos têm as limitações inerentes a este tipo e método de controlar rolamentos.

Estes equipamentos funcionam medindo uma determinada banda de vibrações nas altas frequências, e partindo do princípio de que estas são exclusivamente originadas nos rolamentos. Quando o rolamento se degrada a amplitude das vibrações nesta banda de frequência aumenta detectando-se assim a avaria. Deste modo um rolamento em bom estado produziria, em condições normais, vibrações com uma determinada amplitude, podendo-se construir uma tabela para avaliar o estado dos rolamentos.

Isto funcionaria muito bem se não existissem outras fontes de vibrações nas altas frequências. Todavia, a realidade é que existem outras fontes surgindo assim limitações na aplicação imediata das tabelas fornecidas pelos fabricantes deste tipo de medidores.

Com alguma frequência os medidores indicam valores elevados, de acordo com a tabela do medidor, e no fim constata-se que o rolamento se encontra em bom estado. Ocorrem mesmo situações em que os valores medidos são sempre extremamente elevados tornando inviável a aplicação destas técnicas.

Esta limitação é facilmente ultrapassada se já houver experiência anterior na máquina em causa porque, nestas circunstâncias, já se está em condições de saber se “é defeito ou feitio”.

Assim numa primeira medida numa determinada máquina, obtendo-se valores elevados, não se pode assegurar que o rolamento se encontra em mau estado.

5.2.3 – Valores Fornecidos pelos Fabricantes da Máquina a Controlar

Estes valores, quando existem, são sempre uma boa base para se avaliar o estado duma máquina. Infelizmente não é muito frequente serem fornecidos. Quando são dados é normalmente porque as máquinas já são de uma certa dimensão, o que não é o caso da esmagadora maioria.

5.2.4 – Comparação com Valores Medidos em Máquinas Idênticas

É rara a máquina que é a única do seu género; a maioria encontra-se em mais de um exemplar, mesmo dentro da mesma unidade industrial. Deste modo a comparação dos resultados das medidas numa delas com os das outras é uma das bases mais evidentes para construir um critério seguro de avaliação de resultados.

5.2.5 – A experiência

Uma boa experiência é, como em tudo, uma excelente base para avaliar os resultados das medidas. No fim de contas funciona de um modo muito semelhante ao critério anterior.

5.2.6 – Seguimento de Tendência

Em cada máquina existem numerosos factores capazes de influenciar os valores absolutos das leituras. Assim o método mais seguro de avaliar os resultados das medidas, consiste em, ao fim de uma série de medições, durante as quais se sabe que a máquina se encontra em bom estado, usar o valor medido, classificado como normal, para referência, e definir critérios de aceitabilidade/limites a partir dele.

Partindo do princípio que a evolução da tendência (constante/crescente) é mais importante que os valores absolutos, consegue-se assim dispor de um critério que elimina os erros constantes e toma em conta as características específicas de cada máquina. É, por exemplo, a única maneira de construir um critério razoável em máquinas que não sejam novas.

O Seguimento de Tendência

5.3. A definição de níveis de alerta e alarme

5.3.1 – Para os que começam

Eis finalmente chegado o primeiro dia em que se vai fazer uma medida!

Fazem-se as medidas, anotam-se os resultados, e vão-se comparar com os indicados numa tabela – parecem muito elevados. O que fazer?

Esta é efectivamente uma fase crítica para quem começa. Nesta altura a fiabilidade dos pareceres emitidos é muito baixa. Para além de não existir um Histórico em termos de resultados das medidas na máquina em causa, provavelmente também quem está a medir tem pouca experiência nesta técnica.

E então, o que fazer?

Nestas circunstâncias o recomendável é NÃO FAZER NADA.

Há que assumir que, a fiabilidade do parecer, nestas condições, é muito reduzida, e que o risco de errar é excessivamente grande. Pode-se pôr em risco o crédito dos futuros pareceres quando se erra redondamente no primeiro.

Se efectivamente os valores parecerem muito elevados, volte-se à máquina em causa nos dias seguintes e tente-se averiguar se a tendência dos resultados das medidas é, efectivamente, crescente. Caso isto seja confirmado, sem margem para dúvidas, pode-se então sugerir uma intervenção.

Quando se inicia a implementação de um sistema de Controlo da Condição das Máquinas existem outros investimentos para além dos efectuados no equipamento de medida. Há também que investir na aquisição de um Historial mínimo das máquinas e na aquisição de experiência de quem mede e interpreta os resultados.

Deve-se considerar que a aquisição dos resultados das primeiras medidas, faz parte do investimento inicial e não se destina a fornecer resultados imediatos. Destina-se sim a permitir a construção de critérios de avaliação seguros e aquisição de experiência.

5.3.2 – Quando há experiência

Quando existe experiência tenta-se optimizar. Efectivamente os valores de alerta e alarme são dinâmicos; não são valores estáticos que uma vez estabelecidos assim permaneçam, imóveis, para sempre. Na sua definição a experiência tem um papel fundamental e esta aumenta com o tempo.

Há que evitar listagens de alarmes absurdos, em que ninguém acredita, devido a terem sido estabelecidos na altura da implementação e depois disso ninguém lhes ter tocado.

5.4. Conclusão

O critério mais seguro de avaliação dos resultados das medidas é o que se baseia no Seguimento de Tendência. A sua utilização gera valores de Alerta e Alarme fiáveis a rever permanentemente em função da experiência

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