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Detecção de falha em compressor de parafuso através da análise de vibrações

1 - INTRODUÇÃO

A globalização hoje se estende no mundo em todos os seus setores e mais do que nunca na indústria mundial, seja do ramo madeireiro, metalúrgico ou qualquer outra atividade industrial. A industria que for competitiva sobrevive nessa selva da globalização e acaba se agigantando a frente daquelas que não conseguiram por algum motivo se adaptar a esse processo mundial.

Então o papel da manutenção chega a ser em muitos casos fator decisivo para o fortalecimento de uma industria. Entramos então na era da manutenção moderna, onde não se é tolerada a parada de um processo de forma não programada ou não tem-se que diminuir os custos de manutenção.

Diante disso alguns equipamentos são considerados primordiais numa indústria. Hoje quase todo processo industrial é essencial a geração de ar comprimido, portanto o compressor é um equipamento vital para industria moderna.

O monitoramento de um compressor pode ser realizado através de vários métodos e tecnologias, dentre essas formas de monitoramento pode se citar como a mais importante e fundamental o monitoramento através da análise de vibrações.

A analise de vibrações devido a qualidade de sua resposta e as possibilidades de aplicações , foi uma das técnicas que teve grande evolução nos últimos tempos, suportada por processadores cada vez mais rápidos.

Embora a analise de vibrações esteja bastante desenvolvida é fundamental ter em mente que o objetivo final é identificar as condições do equipamento e por isso devemos estar atentos para todos os detalhes que cercam o maquinário.

Se faz necessário entender o que é o fenômeno da vibração para se fazer uma análise ou entendimento correto da situação de falha durante o monitoramento.

1.1 Fundamentos da Vibração

Podemos definir o fenômeno da vibração como uma oscilação de um corpo em torno de uma posição de referência. Ela é fenômeno que esta presente em nosso dia-a-dia, em nosso lar,em nosso trabalho, nas viagens e em praticamente todos os lugares. Freqüentemente a vibração é um processo destrutivo, gerando falhas causando fadiga de vários componentes de máquina.

O movimento vibratório é a resposta de um equipamento às forças dinâmicas que a excitam. As vibrações em um equipamento ocorrem em várias freqüências distintas e se propagam para todo o equipamento.

Os sistemas mecânicos contem três componentes que interagem entre si e são responsáveis pelo comportamento dinâmico. Mola (rigidez ou flexibilidade), amortecedor (dissipação de energia) e massa (inércia). Se submetermos esses componentes a forças constantes, eles reagem com deslocamento, velocidade e aceleração. Poderíamos de uma forma básica explanar o conceito de vibrações com o descrito acima, sendo que este é um tema extremamente complexo.

1.2 O que faz a análise de vibrações

Toda máquina apresenta um determinado nível de ruído e vibração, devido a operação e as vibrações externas. Porém uma pequena parcela dessas vibrações e ruídos é causada por defeitos mecânicos, ou excitações secundárias perturbadoras. O acréscimo dessas vibrações é um primeiro sinal de uma falha.

Cada máquina apresenta uma forma característica de vibrações, sinais específicos do equipamento. Cada elemento de máquina apresenta uma forma específica de vibração, o comportamento dinâmico da máquina é uma somatória das perturbações de todos seus componentes , defeitos e forças externas.

Então a análise de vibrações deixa possível separar e identificar todos essas vibrações, separando esses sinais em freqüências e associando essas freqüências com sua respectiva origem. Portanto através desta técnica podemos descobrir a origem das vibrações em uma máquina e descobrir o que esta ocorrendo e onde esta ocorrendo.

2 - Caso

Durante uma inspeção rotineira nos compressores de uma industria multinacional madeireira verificou-se uma anormalidade nos níveis vibracional no conjunto compressor. Na pré-análise realizada durante a aquisição dos dados somente pode notar-se a elevação das tendências e uma magnitude de pico sem o reconhecimento exato da falha.

imprescindíveis numa análise como esta

Após descarregar os dados pode-se começar a se fazer uma análise mais detalhada do ocorrido com o compressor. Para se obter uma maior precisão no diagnóstico a equipe deve que levantar vários dados que são

essas possibilidades, restando portanto as causas mais prováveis

E muito importante frisar que a análise vibracional é um processo de averiguação das condições (saúde) do equipamento no qual devemos usar a metodologia de descarte, ou seja, devemos identificar os problemas que seguramente não estejam ocorrendo no momento, procurando identificar características que descartem

2.1 Periodicidade das medições

A definição da periodicidade ideal para a análise de vibrações deve ter como base o intervalo entre duas manutenções preventivas. Tomamos esse intervalo e dividimos em 6 ou 8 partes, sendo esse valor tomado como ponto de partida para a periodicidade das tomadas dos dados. O motivo a se fazer deste modo é que teremos uma boa quantidade de leituras para traçarmos uma curva tendencial confiável. Sempre pode-se fazer ajustes na periodicidade das medições de acordo com peculiaridades do equipamento e da planta industrial.

2.2 Pontos de medições

Normalmente é seguido o fluxo mecânico do equipamento, como Motor ponto 1H/1V, 2H/2V/2A , e entrada do compressor com 3H/3V/3A , e lado oposto a entrada (extremidade oposta ao eixo de entrada do compressor) 4H/4V/4A e seguindo ao eixo movido com 5H/5V/5A e passando a extremidade oposta deste eixo com pontos 6H/6V/6A .

As leituras são realizadas nas posições horizontal, vertical e axial porque o conjunto não apresenta a mesma rigidez mecânica em todas as direções, alem do que folgas axiais e radias são mais facilmente detectadas com a aquisição dos sinais nas direções em as folgas acontecem.

Neste mesmo ponto devem ser coletados leituras com vários parâmetros distintos, exemplo, numa leitura no ponto 3H (horizontal) deve ter espectros de velocidade em (RMS) com resolução suficientemente boa para se fazer uma analise em zoom se necessário. Neste mesmo ponto deve ser coletado um envelope de aceleração, também com numero de linhas suficiente.

2.3 Dados Técnicos

Dados do Motor / Compressor

Modelo: Compressor de parafuso ATLAS COPCO GA 45 Acionamento: Motor WEG 200L Rotação (entrada): 3560 rpm (nominal) Potencia: 65 KW Rolamento Motor: 6312 C3 / 6212 C3 Número de ranhuras: Rotor 72 / Estator 58 Numero de Lóbulos e Reentrâncias: 6 / 4 ( 7/8 ) Engrenagens ( 5/6 ): Motora z-37 Movida z-37 Rolamento Compressor: NU 211 ECP ( 2 ) / 21 EC ( 4 ) / 308 EC ( 1 ) / 7309 BE CBP ( 3 )

Após o levantamento dos dados teve-se que avaliar de onde provinham essas vibrações severas que estariam danificando o conjunto. As vibrações de um compressor podem provir de várias fontes:

• Próprio trabalho do conjunto • Fontes externas

• Defeitos ou desgaste dos componentes

Os níveis de vibração do compressor costumam variar de acordo com a operação tais com carga/alívio, temperatura ou influência de equipamentos próximos. Ao monitorar um compressor é fundamental que no ato medição sejam tomados dados adicionais do compressor, que indiquem algum valor para orientar nas possíveis alterações das vibrações. Dados que devem ser observados são:

• Horas trabalhadas; • Horas em carga;

• Pressão do óleo;

• Temperatura do óleo;

• Indicadores das condições do filtro;

• Temperatura de entrada e saída da água;

3 - Verificando as origens das vibrações Motor - Acionamento

Relacionando a freqüência fundamental do motor com seus componentes podemos avaliar se a origem dessa vibração excessiva é originada no motor. As freqüências de falha dos rolamentos do motor não coincidiam com os poucos picos observados no envelope de aceleração coletado no motor. Multiplicando o número de ranhuras x Freq. Fund. Podemos verificar se há roçamento entre o rotor e estator.

Espectro de velocidade Motor

Quanto a severidade na amplitude das vibrações, em alguns casos é comum o uso de tabelas que orientem na percepção da severidade na amplitude. Porém em uma opinião particular não utilize tal tabela. Explico que como foi comentado cada equipamento tem um sinal característico próprio, de acordo com várias particularidades como base, montagem, ajustes, erros ou diferenças de projetos. Portanto não se utiliza tabela, o que poderia dar uma confiabilidade maior é termos um numero de leituras suficiente para ajustar os parâmetros de alarme individuais, para cada ponto de medição. Assim teríamos uma curva tendencial muito próxima do ideal.

Freqüência de rotação do motor 59,06 Hz

Envelope de aceleração Motor -

4 - Verificando as origens das vibrações Elemento Compressor - Lóbulos

componentes. Lóbulo Macho – 355,2 Hz Lóbulo Fêmea – 236,8 Hz

Calculando as freqüências dos lóbulos conseguimos avaliar em que condições estão estes

Foi possível verificar uma falha no rolamento NU 21 ECP de entrada do elemento compressor, teve suas freqüências de falha de gaiola (FTF) e pista interna (BPFI) coincidindo com os picos adquiridos no envelope em amplitude bastante alta. Essas falhas nos componentes do rolamento geram vibrações que excitam o compressor em suas freqüências naturais e passagem desses elementos pela pista do rolamento.

E importante salientar que nem sempre quando temos uma evolução nas tendências de falha é motivo para intervenção do equipamento, é extremamente importante que seja realizada uma analise de precisão. Se ao realizar a analise dos espectros e envelopes e associar as freqüências a seus defeitos concluirmos que existe alguma anormalidade em algum componente do equipamento, desta forma poderíamos de uma maneira confiável recomendar uma intervenção por parte da manutenção.

A análise de precisão consiste em identificar as freqüências e amplitudes irregulares, associando estas a suas origens. Desta forma podemos com convicção detectar qual componente esta apresentando uma falha.

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