Uma introdução à vibração de máquinas

Em termos mais simples, vibração em equipamentos motorizados é apenas o movimento para frente e para trás ou oscilação de máquinas e componentes, como motores de acionamento, dispositivos acionados (bombas, compressores e assim por diante) e os rolamentos, eixos, engrenagens, correias e outros elementos que compõem sistemas mecânicos.

A vibração em equipamentos industriais pode ser um sinal e uma fonte de problemas. Outras vezes, a vibração apenas “acompanha o território” como uma parte normal da operação da máquina e não deve causar preocupação indevida. Mas como o profissional de manutenção da planta pode dizer a diferença entre vibração normal e aceitável e o tipo de vibração que requer atenção imediata para manutenção ou substituição de equipamento com problemas?

Com uma compreensão básica da vibração e suas causas - e equipado com um dispositivo de teste de vibração - o profissional de manutenção pode determinar de forma rápida e confiável a causa e a gravidade da maioria das vibrações da máquina e receber recomendações para reparos. Tudo é feito com a inteligência embutida no testador, sem o extenso monitoramento e registro necessários para programas típicos de monitoramento de vibração de longo prazo.

A vibração nem sempre é um problema. Em algumas tarefas, a vibração é essencial. Máquinas como lixadeiras oscilantes e máquinas vibratórias usam vibração para remover materiais e superfícies de acabamento. Alimentadores vibratórios usam vibração para mover materiais. Na construção, os vibradores são usados ​​para ajudar o concreto a se assentar em formas e compactar materiais de preenchimento. Os rolos vibratórios ajudam a comprimir o asfalto usado na pavimentação de rodovias.

Em outros casos, a vibração é inerente ao projeto da máquina. Por exemplo, alguma vibração é quase inevitável na operação de bombas alternativas e compressores, motores de combustão interna e engrenagens. Em uma máquina bem projetada e mantida, essa vibração não deve ser motivo de preocupação.

Quando a vibração é um problema A maioria dos dispositivos industriais é projetada para operar suavemente e evitar vibração, não produzi-la. Nessas máquinas, a vibração pode indicar problemas ou deterioração do equipamento. Se as causas subjacentes não forem corrigidas, a própria vibração indesejada pode causar danos adicionais.

Neste artigo, não nos concentramos nas máquinas que “deveriam” vibrar como parte da operação normal, mas naquelas que não deveriam vibrar:motores elétricos, bombas e compressores rotativos, ventiladores e sopradores. Nesses dispositivos, a operação mais suave geralmente é melhor, e uma máquina funcionando com vibração zero é o ideal.

Causas mais comuns de vibração da máquina
A vibração pode resultar de uma série de condições, atuando isoladamente ou em combinação. Lembre-se de que os problemas de vibração podem ser causados ​​por equipamentos auxiliares, não apenas pelo equipamento principal. Estas são algumas das principais causas de vibração.

Desequilíbrio - Um "ponto pesado" em um componente rotativo causará vibração quando o peso desequilibrado gira em torno do eixo da máquina, criando uma força centrífuga. O desequilíbrio pode ser causado por defeitos de fabricação (erros de usinagem, falhas de fundição) ou problemas de manutenção (pás do ventilador deformadas ou sujas, pesos de equilíbrio ausentes). À medida que a velocidade da máquina aumenta, os efeitos do desequilíbrio tornam-se maiores. O desequilíbrio pode reduzir drasticamente a vida útil do rolamento, bem como causar vibração indevida da máquina.

Desalinhamento / desvio do eixo - Pode ocorrer vibração quando os eixos da máquina estão desalinhados. O desalinhamento angular ocorre quando os eixos de (por exemplo) um motor e uma bomba não estão paralelos. Quando os eixos são paralelos, mas não exatamente alinhados, a condição é conhecida como desalinhamento paralelo. O desalinhamento pode ser causado durante a montagem ou desenvolver-se ao longo do tempo, devido à expansão térmica, deslocamento de componentes ou remontagem inadequada após a manutenção. A vibração resultante pode ser radial ou axial (em linha com o eixo da máquina) ou ambas.



Desgaste - À medida que componentes como rolamentos de esferas ou de rolos, correias de transmissão ou engrenagens se desgastam, eles podem causar vibração. Quando uma pista de rolamento de rolos fica esburacada, por exemplo, os rolos de rolamento causarão uma vibração cada vez que passarem sobre a área danificada. Um dente de engrenagem que está muito lascado ou gasto, ou uma correia de transmissão que está quebrando, também pode produzir vibração.

Frouxidão - A vibração que poderia passar despercebida pode se tornar óbvia e destrutiva se o componente que está vibrando tiver rolamentos soltos ou estiver frouxamente preso a seus suportes. Essa frouxidão pode ou não ser causada pela vibração subjacente. Seja qual for a causa, a folga pode permitir que qualquer vibração presente cause danos, como maior desgaste do rolamento, desgaste e fadiga nos suportes do equipamento e outros componentes.

Efeitos de vibração
Os efeitos da vibração podem ser graves. A vibração da máquina não verificada pode acelerar as taxas de desgaste (ou seja, reduzir a vida útil do rolamento) e danificar o equipamento. Máquinas vibratórias podem criar ruído, causar problemas de segurança e levar à degradação das condições de trabalho da planta. A vibração pode fazer com que o maquinário consuma energia excessiva e pode prejudicar a qualidade do produto. Nos piores casos, a vibração pode danificar o equipamento gravemente a ponto de deixá-lo fora de serviço e interromper a produção da planta.

No entanto, há um aspecto positivo na vibração da máquina. Medida e analisada corretamente, a vibração pode ser usada em um programa de manutenção preventiva como um indicador da condição da máquina e ajuda a orientar o profissional de manutenção da planta a tomar medidas corretivas antes que ocorra um desastre.

Características de vibração
Para entender como a vibração se manifesta, considere uma máquina rotativa simples como um motor elétrico. O motor e o eixo giram em torno do eixo do eixo, que é apoiado por um rolamento em cada extremidade.

Uma consideração importante na análise da vibração é a direção da força vibratória. Em nosso motor elétrico, a vibração pode ocorrer como uma força aplicada em uma direção radial (para fora do eixo) ou em uma direção axial (paralela ao eixo).

Um desequilíbrio no motor, por exemplo, provavelmente causaria uma vibração radial conforme o "ponto pesado" no motor gira, criando uma força centrífuga que puxa o motor para fora conforme o eixo gira 360 graus. Um desalinhamento do eixo pode causar vibração na direção axial (para frente e para trás ao longo do eixo do eixo), devido ao desalinhamento em um dispositivo de acoplamento do eixo.

Outro fator chave na vibração é a amplitude, ou quanta força ou severidade a vibração tem. Quanto mais desequilibrado estiver nosso motor, maior será sua amplitude de vibração. Outros fatores, como velocidade de rotação, também podem afetar a amplitude de vibração. Conforme a taxa de rotação aumenta, a força de desequilíbrio aumenta significativamente.

A frequência se refere à taxa de oscilação da vibração, ou a rapidez com que a máquina tende a se mover para frente e para trás sob a força da condição ou condições que causam a vibração.

A frequência é comumente expressa em ciclos por minuto ou hertz (CPM ou Hz). Um Hz equivale a um ciclo por segundo ou 60 ciclos por minuto. Embora tenhamos chamado nosso motor de exemplo de “simples”, até mesmo esta máquina pode exibir uma assinatura de vibração complexa. Enquanto opera, pode estar vibrando em múltiplas direções (radialmente e axialmente), com várias taxas de amplitude e frequência. Desequilíbrio de vibração, vibração axial, vibração de rolamentos de rolos em deterioração e muito mais, todos podem se combinar para criar um espectro de vibração complexo.

Conclusão
A vibração é uma característica de praticamente todas as máquinas industriais. Quando a vibração aumenta além dos níveis normais, pode indicar apenas desgaste normal - ou pode sinalizar a necessidade de uma avaliação mais aprofundada das causas subjacentes ou de uma ação de manutenção imediata.

Entender por que a vibração ocorre e como ela se manifesta é um primeiro passo importante para evitar que a vibração cause problemas no ambiente de produção.

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