Os sistemas de monitoramento de vibração desempenham um papel vital na detecção de potenciais problemas em máquinas e equipamentos em diversas indústrias. Esses sistemas monitoram atualmente máquinas rotativas e alternativas, como bombas, turbinas, motores, compressores, ventiladores e outros equipamentos, como tubulações e estruturas de suporte. Eles extrapolam informações sobre a saúde do equipamento detectando irregularidades ou anomalias. Essas informações podem ser usadas para apoiar a eficiência e a longevidade das máquinas e equipamentos.

Confira nosso último post no blog para aprofundar seu conhecimento sobre vibração, métodos de medição e ferramentas para detecção de vibrações em máquinas.

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Uso da Vibração ao Longo da História

Máquinas e outros sistemas mecânicos vibram devido às diferentes forças e rigidezes atuando sobre eles. Essa vibração pode fornecer insights valiosos sobre como a máquina está operando e onde estão localizados os possíveis problemas. Embora existam sistemas complexos e precisos em uso hoje em dia, os usos históricos do monitoramento de vibração foram desenvolvidos e utilizados até que sistemas mais modernos fossem criados.

Um desses métodos de monitoramento de vibração, o método da cauda de peixe, utiliza um pedaço de madeira com um entalhe em forma de V colocado contra o eixo rotativo. Um técnico utiliza cuidadosamente um bastão contra o eixo rotativo para sentir ou perceber o nível de vibração. Outro método antigo de monitoramento de vibração é o método do parafuso. Um técnico qualificado utiliza o caminho condutor do parafuso para isolar a localização da vibração em uma máquina. Embora exigissem técnicos experientes e possam parecer rudimentares, ambos os métodos tinham valor quando foram criados e usados. Felizmente, os métodos de medição de vibração avançaram muito desde que esses métodos eram populares.

Os sistemas de monitoramento de vibração atuais são muito mais avançados. Eles coletam informações sobre como a máquina está vibrando e usam essas informações para encontrar padrões ou irregularidades que surgem na saída de vibração. Esses dados podem ajudar os operadores a encontrar e reparar problemas antes que ocorram, em vez de esperar por mudanças visíveis ou audíveis para indicar um problema. Quando o operador sem equipamento de monitoramento pode perceber essas mudanças, o problema já se agravou. Pode ter resultado em mais danos do que se o problema tivesse sido detectado mais cedo. Desde que as empresas reconheceram o valor do monitoramento de vibração, os sensores de vibração tornaram-se parte de sistemas abrangentes que monitoram as máquinas e outros equipamentos na planta para garantir que o processo continue operando e que as pessoas e as instalações permaneçam seguras.

O que é Vibração?

Entender a funcionalidade desses sistemas requer um entendimento da própria vibração. A vibração é a oscilação ou movimento mecânico em torno de uma posição de equilíbrio de um componente ou máquina. Pode ser aleatória, como o movimento de um pneu em uma estrada de cascalho, ou periódica, como o movimento de um pêndulo. Tecnicamente, a vibração é uma relação de forças para rigidezes. Em máquinas rotativas ou alternativas e em elementos estruturais, os níveis de vibração mudam dependendo das forças ou da rigidez que mudam ou ambos.

Existem duas formas de um objeto vibrar: vibração livre e vibração forçada.

• Vibração livre: Isso ocorre quando uma estrutura ou objeto é impactado ou deslocado e, em seguida, permite-se oscilar naturalmente. Um diapasão é um exemplo – depois de você bater no diapasão, ele vibra em sua frequência natural, e o som diminui devido às forças de amortecimento. Isso é semelhante a vários instrumentos musicais como piano, guitarra, bateria, etc.

• Vibração forçada: Este tipo de vibração é aplicado a um sistema mecânico. Por exemplo, uma máquina de lavar pode estar tremendo devido a um desequilíbrio. O desequilíbrio é um bom exemplo de vibração forçada. Em máquinas rotativas, o desequilíbrio residual é normal para a maioria das máquinas. É impraticável equilibrar perfeitamente a máquina devido ao custo. Desde que o desequilíbrio esteja dentro dos limites e seja aceitável, conforme medido pela vibração, a máquina pode operar um número infinito de ciclos sem degradação.

Como é Medida a Vibração?

A vibração é medida e relatada em termos de velocidade, aceleração e/ou deslocamento. As unidades de medida dependem do design do transdutor de vibração e do que ele está medindo.

• Deslocamento: A distância percorrida pelo objeto. Para veículos, as distâncias são grandes, então são medidas em milhas ou quilômetros. Contrariamente, a distância que um objeto vibra será pequena, então a medição é em mils (1/1000 de polegada) ou micra (1/1000 mm). Em termos de vibração, a medição será em mils pico a pico, ou micra pico a pico. O deslocamento é geralmente medido com sondas de proximidade que medem o movimento relativo do rotor em relação ao invólucro em máquinas que utilizam rolamentos de película fluida (de luva ou de mancal). Em máquinas de movimento lento (10 Hz ou menos), com rolamentos de elementos rolantes, é utilizado um sensor de velocidade, mas a saída é integrada ao deslocamento para fornecer uma medida mais significativa da vibração.

• Velocidade: É a taxa na qual ocorre o deslocamento – ou a taxa de mudança do deslocamento. Usando a analogia do carro acima, são utilizadas unidades maiores como milhas por hora ou quilômetros por hora. Com máquinas rotativas ou alternativas, unidades menores como polegadas por segundo (ips) pico ou milímetros por segundo (mm/s) pico são utilizadas para vibração. Dependendo da planta ou instalação, em vez de unidades de pico de velocidade, algumas pessoas usam a velocidade em termos de pico RMS. RMS significa valor quadrático médio da velocidade, que é a quantidade total de energia ou área sob a onda senoidal de vibração retificada. Portanto, a velocidade também pode ser expressa como ips pico RMS ou mm/s pico RMS.

• Aceleração: É a taxa de mudança da velocidade. Usando a analogia do veículo, você pode sentir a aceleração quando pressiona o acelerador, e você acelera, ou quando pressiona o freio, e você desacelera (diminui a velocidade). Para máquinas rotativas e alternativas, as unidades de medida estão em g’s pico ou metros por segundo ao quadrado (m/s^2) pico. Como no caso da velocidade acima, a aceleração pode ser expressa em termos de g’s pico RMS ou m/s^2 pico RMS.

Tipicamente, unidades de deslocamento são usadas ao falar sobre sensores de proximidade, e unidades de velocidade e aceleração são usadas ao falar sobre sensores sísmicos. Sensores de proximidade são geralmente usados com máquinas de rolamentos de película fluida e sensores sísmicos são geralmente usados com máquinas de rolamentos de elementos rolantes. A escolha do sensor tem muito a ver com a relação sinal-ruído do sinal de vibração gerado pela máquina, dada a disposição particular dos rolamentos e velocidade da máquina.

Ferramentas para Detectar Vibrações de Máquinas

Como mencionado anteriormente, os equipamentos de detecção de vibração melhoraram para fornecer um aviso precoce de mudanças na condição da máquina. Existem várias opções

• Sensores e Sistemas de Monitoramento de Vibração: Estes sistemas fornecem a amplitude geral da vibração. A amplitude da vibração é indicativa da severidade da vibração. No entanto, deve-se notar que as mudanças na amplitude da vibração em relação ao normal são o que realmente precisa ser observado. Isso ocorre porque os níveis de vibração que aumentam ou diminuem significativamente em relação ao normal geralmente são indicações de um problema na máquina. Esses sistemas também podem ser sofisticados, não apenas usando a amplitude geral, mas também observando a amplitude e o ângulo de fase da vibração. Se o sistema usar sensores de proximidade, a posição também pode ser monitorada junto com o ângulo de fase e a amplitude de vibração.

• Transmissores e Sistemas de Controle de Vibração: Estes sistemas aproveitam a simplicidade do transmissor de vibração. O transmissor de vibração recebe um sinal de vibração complexo e o converte em uma saída de 4-20mA facilmente interpretável, adequada para sistemas de controle.

• Medidor de Vibração: Estes funcionam lendo e medindo a vibração de uma máquina coletada por um sensor de vibração conectado à máquina geralmente em um único ponto. Este sistema consiste em um sensor de vibração, cabo e leitor que exibe os valores de vibração da máquina no ponto de medição.

• Analizador de Vibração: Este instrumento mede a vibração simultaneamente em vários pontos ao longo do trem de máquinas. Este sistema fornece uma imagem melhor do que está acontecendo dentro da máquina. Esses sistemas aproveitam toda a forma de onda de vibração, incluindo amplitude de vibração, frequência, ângulo de fase, forma de vibração e, se usando sondas de proximidade, posição da máquina. Estes sistemas são geralmente acoplados aos sistemas de monitoramento de vibração mencionados acima.

Este conteúdo foi traduzido e adaptado de um artigo publicado em www.metrixvibration.com