Os princípios da análise de vibração

Existem vários métodos de ensaios não destrutivos (NDT) que podemos empregar para avaliar a condição de diferentes componentes da máquina, sem a necessidade de parar e desmontar o equipamento. A análise de vibração é uma ferramenta NDT proeminente usada em muitos setores.

Neste artigo, daremos uma boa olhada nas complexidades do processo de análise de vibração, parâmetros, ferramentas e casos de uso.

Por que vibração?

As vibrações ocorrem em todas as máquinas em movimento durante a operação. Cada material tem um padrão característico de vibração sob condições específicas. Medir, registrar e estudar as mudanças nessas características de vibração podem ser usados ​​para entender as mudanças no próprio material de teste.

O que é análise de vibração?

A análise de vibração é um processo que usa sinais de vibração para identificar anomalias nos padrões de vibração. Uma mudança no padrão de vibração indica uma mudança nas propriedades físicas do objeto de teste.

Na manutenção de equipamentos, a análise de vibração nos ajuda a rastrear e avaliar a condição de nossos equipamentos.

Quando um padrão anômalo é observado, podemos conduzir uma análise de causa raiz para identificar o motivo da mudança. Assim que soubermos que, se for considerado necessário, podemos programar a ação de manutenção corretiva apropriada.

Onde e quando é usado?

A análise de vibração é adequada para testar componentes que sofrem movimento rotativo - ou seja, componentes que sofrem forças de torção. É usado para testar ou rastrear as condições de:

• rolamentos, engrenagens, eixos, rotores
• motores, ventiladores, trens de força, caixas de câmbio
• bombas, motores de pistão, compressores e outras máquinas alternativas

Não tome isso como uma lista completa - a análise de vibração tem muito mais aplicações de nicho e não se limita apenas a máquinas rotativas ou vibração de máquinas.

Por exemplo, dados de vibração podem ser coletados para medir as mudanças e flutuações nos campos elétricos e magnéticos, bem como para monitorar a integridade estrutural de pontes, tubos e outras infraestruturas.

Inspecionando caixas de engrenagens

Engrenagens quebradas são uma ocorrência comum em caixas de engrenagens. Engrenagens quebradas causarão muitos danos antes que você possa ver que algo está errado. A análise de vibração ajuda a identificar os dentes da engrenagem quebrados precocemente, sem a necessidade de desmontar nada.

Dessa forma, podemos criar uma Ordem de Serviço e corrigir o problema antes que ele cause uma falha catastrófica.

Detecção de defeitos de rolamento

Falhas nos rolamentos causam vibração excessiva em máquinas com peças rotativas. O monitoramento das condições dos rolamentos usando a análise de vibração ajuda a identificar falhas nos rolamentos e a tomar as ações corretivas adequadas.

A análise de vibração mostra o defeito exato do rolamento, que pode incluir:

• carregamento reverso
• falso brilho
• superaquecimento
• fadiga
• corrosão
• problemas de adaptação
• desalinhamento
• desequilíbrio

Monitoramento de condições para pipelines

Os oleodutos são outro grande exemplo de operações ocultas. Um problema comum aqui é a corrosão que pode levar a vazamentos e riscos de incêndio. Como você provavelmente já deve ter adivinhado:usando dados de frequência de oscilação e vibração, é possível analisar e medir a corrosão dentro de dutos com a ajuda da análise de vibração.

Tubos corroídos que transportam o fluido com uma taxa fixa de fluxo têm características de vibração diferentes em comparação com uma tubulação saudável com a mesma taxa de fluxo.

Processo de análise de vibração

As etapas padrão que precisamos seguir para realizar a análise de vibração são:

1. Estabeleça uma linha de base . Realize análises de vibração em uma máquina que esteja operando com características ideais. Os níveis de vibração são registrados para servir de linha de base para este (tipo de) máquina.
2. Desenvolva uma rotina . A análise deve ser feita em intervalos regulares. Escolha um intervalo apropriado para conduzir a análise de vibração. O intervalo escolhido deve refletir as características da máquina e as condições de operação. (Se você instalar sensores para transmitir dados de vibração em tempo real, pode pular esta etapa.)
3. Padronize o processo . As ferramentas e técnicas usadas para realizar a análise de vibração devem ser padronizadas. Usar o mesmo equipamento com SOPs consistentes deve fornecer resultados comparáveis.
4. Assegure a manutenção de registros . Os resultados de todas as análises periódicas devem ser armazenados. Isso ajuda a manter um registro dos dados históricos da máquina. Isso é essencial para uma análise contínua. (Se você tiver um sistema de monitoramento online, ele armazenará automaticamente os dados de vibração anteriores.)
5. Realize análise de vibração . O resultado de cada inspeção de análise de vibração é comparado com dados de linha de base para detectar anomalias e defeitos - e realizar o trabalho de manutenção necessário.

Parâmetros de medição de vibração

Cada vibração, representada como uma forma de onda, tem uma frequência, amplitude e período:

• Freqüência :É o número de vibrações que ocorrem a cada segundo. A frequência é medida em Hertz (Hz).
• Amplitude :É o deslocamento máximo da onda da posição de equilíbrio. O valor RMS é o valor comumente usado para amplitude.
• Período :O tempo entre duas cristas ou vales em uma forma de onda é o período. É medido em segundos ou outras unidades de tempo adequadas. O período é o inverso da frequência.

Na análise de vibração, a amplitude é medida e registrada em termos de três parâmetros físicos. Eles são:

• Deslocamento :Representa a distância entre a posição de repouso do componente e a posição máxima para a qual ele se desvia. Ele mede o quanto o componente se move. As unidades de medida são milímetros (mm), micrômetros (μm) ou outras unidades de deslocamento apropriadas.
• Velocidade :Representa o deslocamento por unidade de tempo. É uma medida de quão rápido o componente está vibrando. As unidades são milímetros por segundo (mm / s) ou micrômetros por segundo (μm / s).
• Aceleração :Representa a taxa de variação da velocidade. É o mais alto quando o movimento do componente inverte a direção. É medido em milímetros por segundo ao quadrado (mm / s2) ou micrômetros por segundo ao quadrado (μm / s2).

A vibração pode ser dividida em três categorias com base nas percepções humanas; algo que podemos ver, sentir ao tocar ou ouvir. Fonte: IMV Corporation

Você precisa de equipamento especial de análise de vibração para realizar VA?

A resposta é sim. Não podemos medir a vibração com uma chave de fenda. Vamos discutir brevemente o importante equipamento de análise de vibração que você deve estar ciente.

Sensores de vibração

Diferentes parâmetros de vibração são medidos com diferentes tipos de sensores. Portanto, podemos diferenciar entre sensores de deslocamento, sensores de velocidade e acelerômetros.

Os tipos mais comumente usados ​​são sensores de acelerômetro como acelerômetros piezoelétricos, sensores microeletromecânicos (MEMS), sondas de proximidade, vibrômetro Laser Doppler e semelhantes.

Diferentes tipos de sensores de vibração

Qual sensor você deve comprar? Bem, isso depende da sua aplicação. À parte o preço de compra, você precisa considerar recursos como:

• amplitude de vibração
• sensibilidade
• largura de banda
• ruído
• opções de montagem do sensor
• número de eixos que pode cobrir de uma vez
• frequência de amostragem

Não entraremos em muitos detalhes aqui, mas para todos que desejam aprender mais sobre esses recursos, leia este excelente guia sobre como escolher o sensor certo para análise de vibração.

Software de análise de vibração

Aqui está uma pequena lista de diferentes softwares de análise de vibração que encontramos ao escrever este artigo:

• EI Analytic
• Vibinspect da ReVibe Energy
• Dplot
• Software de controle da Vibration Research
• ProAnalyst da Xcitex
• Software de laboratório da enDAQ
• Ferramentas FEM

Algumas dessas soluções são usadas especificamente para análise de vibração, enquanto outras fazem parte de pacotes de software maiores que têm muitas outras aplicações. Faça sua devida diligência antes de fazer qualquer compra.

Sistema de monitoramento de vibração online

O sistema de monitoramento de vibração online apresenta uma configuração onde:

• você instalou sensores de vibração em seu equipamento crítico
• esses sensores enviam continuamente dados em tempo real para a nuvem
• seu software de vibração selecionado lê e analisa os dados de vibração recebidos e emite avisos e recomendações

Com base na análise, você pode agendar ações de manutenção adequadas.

Equipamento portátil de monitoramento de vibração

Instalar sensores não é a única maneira de obter dados de vibração. Existem muitos engenheiros e técnicos de manutenção de equipamentos portáteis de vibração que podem usar para realizar medições de vibração.

Equipamento portátil de monitoramento de vibração

Os medidores de vibração portáteis são muito úteis para organizações que executam manutenção baseada em condições. Eles podem usar um sistema de gerenciamento de manutenção computadorizado (CMMS) para agendar medições de vibração regulares para diferentes componentes / máquinas.

A parte do “analisador” da análise de vibração

Os dados de sensores de vibração e equipamentos são coletados e registrados por ferramentas de software coletor de dados. O software registra os dados em um de dois formatos (ou em ambos):

1. Forma de onda do tempo :A forma de onda do tempo são os dados brutos do sensor. As duas variáveis ​​que constituem a forma de onda são amplitude e tempo. Hoje em dia, seu uso é cada vez mais raro.
2. Transformada rápida de Fourier (FTT) :A onda de transformação rápida de Fourier é gerada a partir da forma de onda do tempo. A amplitude é representada como frequência plotada em relação ao tempo. A tecnologia da computação tornou o FFT uma ferramenta muito melhor para analisar a integridade da máquina.

Os dados de vibração do sensor podem ser analisados ​​por analistas de vibração treinados ou engenheiros de confiabilidade. Algoritmos de computador e ferramentas de análise também podem ser empregados para detectar anomalias e verificar a integridade dos componentes testados.

Usando a análise de espectro FTT para análise de vibração. Fonte: IMV Corporation

A análise da forma de onda do tempo pode mostrar se há defeitos no assunto de teste. Mas não pode determinar a causa da anomalia . Com a transformação rápida de Fourier, por outro lado, somos capazes de identificar a causa raiz do defeito.
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Vamos mostrar isso usando um exemplo.

Imagine que você está realizando uma análise de vibração do mundo real em um sistema com um motor, uma correia e um eixo de transmissão. Os dados de vibração são detectados por sensores apropriados e registrados por meio do software do analisador. Os dados são capturados como uma forma de onda de tempo simples. Você pode identificar que há uma anomalia na linha de base. Mas nada mais. A forma de onda de tempo não pode determinar se o defeito é com o motor, correia ou eixo de transmissão.

É aqui que o FFT entra em jogo. Uma vez que FFT fornece formas de onda discretas para cada um dos diferentes componentes (motor / correia / eixo de transmissão) , você pode identificar a localização exata do defeito, levando a um tempo de inatividade muito mais curto. O uso de algoritmos para conduzir a análise tornou o FFT mais preciso e preciso.

Treinamento, certificação e credenciamento

A análise de vibração é conduzida por engenheiros de confiabilidade e analistas de vibração treinados. Existem institutos que treinam e certificam analistas de vibração e engenheiros de confiabilidade para realizar análises de vibração:

• American Society for Nondestructive Testing (ASNT) é pioneira em credenciar engenheiros de confiabilidade para testes não destrutivos. A análise de vibração faz parte dos cursos e certificações da ASNT.
• O instituto de vibração é dedicado a treinar e certificar analistas de vibração. A certificação varia de Categoria I para a Categoria IV analistas de vibração. O Vibration Institute é reconhecido pelo American National Standards Institute (ANSI).
• Instituto Mobius oferece treinamento em monitoramento de condições, manutenção e engenharia de confiabilidade de ativos. Eles oferecem treinamento e certificações para análise de vibração. As certificações do instituto são credenciadas pela International Organization for Standardization (ISO).

Notemos também que o departamento de trabalho dos EUA também reconhece especialistas em testes não destrutivos. Isso inclui especialistas especializados em análise de vibração. Além disso, cada país tem seus próprios sistemas de certificação e acreditação para reconhecer engenheiros de confiabilidade qualificados.

Análise de vibração e manutenção de equipamentos

Aqui estão breves explicações sobre como as medições de vibração podem ajudar em cenários de manutenção proativa e reativa.

Usando análise de vibração para manutenção preditiva

Saber quando e por que um componente ou máquina falhará é a chave para programas de manutenção preditiva bem-sucedidos. A análise de vibração fornece pontos de dados úteis que você alimentará em seu modelo de dados preditivos, para melhorar sua precisão na previsão de falhas de equipamentos.

Para obter o máximo da análise de vibração e análise preditiva, você deve combiná-la com um software CMMS moderno como o Limble. O Limble pode se comunicar com seu sensor de vibração e, com base em como você o configurou, acionar ordens de serviço de emergência automaticamente.

Um WO acionado no Limble CMMS com base nos dados do sensor de vibração

Usando análise de vibração para avarias e manutenção corretiva

A análise de vibração também pode ser útil em um cenário reativo. Você pode realizar a análise de vibração como parte do processo de manutenção de avarias para ajudar a identificar a causa raiz da falha. Isso o ajudará a:

1. tome a ação corretiva apropriada para resolver a falha
2. evitar que falhas semelhantes ocorram no futuro

Se você estiver usando Limble CMMS, os técnicos podem deixar comentários ao fechar uma ordem de serviço, deixando notas importantes sobre as causas de falha descobertas, dados de teste de vibração, condição do equipamento e tempo de inatividade.

Esses dados podem ser usados ​​por:

• engenheiros de confiabilidade ao realizar análises de falhas
• gerentes de manutenção para avaliar os custos de manutenção
• por outros técnicos para acelerar futuras soluções de problemas e processos de reparo neste tipo de equipamento

Vantagens e limitações da análise de vibração

Como qualquer outra ferramenta ou técnica de manutenção, a análise de vibração apresenta vantagens e limitações específicas. Saber disso o ajudará a identificar casos de uso viáveis ​​para análise de vibração em seu chão de fábrica

Vantagens da análise de vibração:

• Ele pode ser usado para monitorar componentes de difícil acesso sem desligamentos planejados.
• Com a configuração certa, ele pode ser usado remotamente.
• Ele pode fornecer uma visão em tempo real sobre a condição de seus ativos essenciais.
• Existem muitos SOPs, metodologias e software estabelecidos que você pode usar para simplificar o processo de análise de vibração.
• Hoje em dia, existem muitos sensores disponíveis comercialmente desenvolvidos para rastrear condições operacionais específicas.

Limitações da análise de vibração:

• Experiência, treinamento e certificações são necessários para executar corretamente a análise de vibração.
• Não pode ser usado para rastrear defeitos que se movem rapidamente (defeitos que se propagam pela máquina em um curto período de tempo).
• Requer algum investimento inicial em equipamentos de vibração e ferramentas de software.
• Pode ser complicado conduzir a localização de falhas.

No final das contas, o monitoramento de vibração é um poderoso aliado para qualquer organização que esteja executando manutenção preditiva ou manutenção baseada em condições. Dito isso, qualquer implementação de sensores e ferramentas deve ser precedida por uma análise de custo-benefício.

O pássaro madrugador pega o verme

Detectar a deterioração do equipamento o mais cedo possível pode economizar muito dinheiro para sua organização a longo prazo, especialmente se seus processos de negócios dependem de ativos físicos caros.

Com mais espaço para respirar, sua equipe de manutenção tem tempo suficiente para solicitar peças de reposição, alocar as ferramentas necessárias e programar o trabalho de manutenção em coordenação com a Produção e outros departamentos.

Graças ao CMMS, à análise de vibração e a outras ferramentas de monitoramento de condições, organizar o trabalho de manutenção nunca foi tão fácil.