como a vibração é medida?
nesta seção, responderemos a essas perguntas.Depois de ler esta seção, você será capaz de:
- Reconhecer as máquinas que devem ser monitorados
- Entender como sensores de vibração deve ser montado
- Determinar como parâmetros de medição deve ser definido
- Tire medidas, de forma sistemática,
as Máquinas Que Precisam de Acompanhamento?
ao decidir quais máquinas monitorar, máquinas críticas devem ter prioridade sobre outras máquinas. Isso é quase o mesmo que monitorar a saúde das pessoas. Não é apropriado monitorar de perto a saúde de pessoas perfeitamente saudáveis e, em seguida, abandonar o monitoramento de outras pessoas que realmente precisam disso. O mesmo se aplica ao monitorar a condição das máquinas.
em geral, os seguintes tipos críticos de máquinas devem ser monitorados regularmente, a fim de evitar problemas inesperados e caros:
(a) de Máquinas que requerem caro, demorado, ou de difícil reparação se quebrado para baixo
(b) Máquinas, que são essenciais para a produção ou geral de operações de planta
(c) as Máquinas que são conhecidos frequentemente sofrem danos
(d) das Máquinas que estão a ser avaliados por sua confiabilidade
(e) Máquinas que afeta humanos ou ambientais, de segurança
Como o Instrumento de Trabalho?
Antes de fazer uma medição de vibração, você precisa conectar um sensor que possa detectar o comportamento de vibração à máquina que está sendo medida. Vários tipos de sensores de vibração estão disponíveis, mas um tipo chamado acelerômetro é normalmente usado, pois oferece vantagens sobre outros sensores. Um acelerômetro é um sensor que produz um sinal elétrico proporcional à aceleração do componente vibratório ao qual o acelerômetro está conectado.
Qual é a aceleração de um componente vibratório? É uma medida da rapidez com que a velocidade do componente está mudando.
o sinal de aceleração produzido pelo acelerômetro é passado para o instrumento que, por sua vez, converte o sinal em um sinal de velocidade. Dependendo da escolha do usuário, o sinal pode ser exibido como uma forma de onda de velocidade ou um espectro de velocidade. Um espectro de velocidade é derivado de uma forma de onda de velocidade por meio de um cálculo matemático conhecido como transformada rápida de Fourier ou FFT.
o diagrama abaixo é uma explicação muito simplista de como os dados de vibração são adquiridos. Você pode consultar outra literatura, como o Guia de referência do instrumento vbSeries para obter mais informações.
como o acelerômetro é montado?
a maioria das máquinas envolve mecanismos rotativos. Motores, bombas, compressores, ventiladores, transportadores de correia, caixas de engrenagens, todos envolvem mecanismos rotativos e são freqüentemente usados em máquinas.
a maioria dos mecanismos rotativos, por sua vez, possui rolamentos que suportam o peso das peças rotativas e suportam as forças associadas ao movimento rotativo e à vibração. Em geral, grandes quantidades de força são suportadas por Rolamentos. Não é de surpreender que os rolamentos sejam frequentemente o local onde ocorre o dano e onde os sintomas se desenvolvem primeiro.
as medições de vibração são, portanto, geralmente feitas nos rolamentos das máquinas, com acelerômetros montados nos rolamentos ou próximos a eles.
uma vez que as conclusões sobre a condição da máquina – e, portanto, se o dinheiro e a segurança humana são arriscados-dependem da precisão das medições, devemos ter muito cuidado com a forma como as medições são feitas. É importante lembrar sempre que a maneira como montamos o acelerômetro determina muito a precisão das medições.
como os acelerômetros devem ser montados para garantir que as medições sejam precisas e como podemos fazê-lo com segurança? Aqui estão algumas diretrizes:
(a) Monte o mais próximo possível do rolamento
Imagine um médico que ouviu seu coração através de roupas grossas e colocou o estetoscópio mais perto do seu rim do que do seu coração. Você provavelmente duvidaria de seu diagnóstico, pois ele estaria baseando-o em sons distorcidos por obstrução indevida e ruído de outros órgãos.
ao medir a vibração, devemos sempre conectar o acelerômetro o mais próximo possível do rolamento. Mais especificamente, devemos anexá-lo o mais próximo possível da linha central do rolamento para evitar captar sinais distorcidos.
(B) certifique-se de que o acelerômetro esteja firmemente preso
para que o acelerômetro detecte o verdadeiro comportamento de vibração, ele precisa passar exatamente pelo mesmo movimento vibratório que o componente vibratório. Um acelerômetro deve, portanto, ser fixado firmemente ao componente vibratório para que ele não balance ou se mova independentemente do componente. Um acelerômetro montado frouxamente produz sinais distorcidos por seus próprios movimentos independentes e, portanto, dá a mensagem errada.
existem vários métodos de montagem, mas a montagem por meio de um ímã é a mais popular, pois oferece um equilíbrio entre a confiabilidade da medição e a conveniência para o usuário. A montagem magnética fornecida no kit Commtest vb pode ser anexada com muita firmeza5 , permitindo ao usuário medir várias máquinas usando o mesmo acelerômetro, com tempo mínimo gasto na fixação e desmontagem do acelerômetro.
para garantir que o acelerômetro esteja firmemente preso, ele deve estar preso a uma superfície de montagem magnética. O suporte magnético deve ser colocado firmemente na superfície com o acelerômetro posicionado na orientação prescrita.
para que a superfície seja uniforme, ela deve estar livre de detritos, ferrugem e tinta descascada.
a superfície de montagem deve ser verdadeiramente magnética (ferro, níquel ou ligas de cobalto). A montagem magnética não deve, por exemplo, ser fixada a uma superfície de alumínio em virtude do ferro sob a superfície de alumínio.
para evitar a perda de magnetismo, a montagem magnética não deve ser descartada ou aquecida. Também deve ser tomado cuidado para não retirar a rosca do acelerômetro e a montagem magnética.
(C) certifique-se de que o acelerômetro esteja orientado corretamente
situações diferentes exigem que o acelerômetro seja orientado de maneira diferente. Por exemplo, para detectar desalinhamento paralelo, o acelerômetro geralmente é montado na direção radial dos rolamentos, mas para detectar desalinhamento angular, o acelerômetro precisa ser montado na direção axial.
o sinal produzido pelo acelerômetro depende da orientação em que o acelerômetro é montado, uma vez que a amplitude (quantidade) de vibração varia em diferentes direções.
(d) Montagem do Acelerômetro Mesmo no Mesmo Local
Para um determinado ponto de medição é importante sempre montagem do acelerômetro no mesmo local, para minimizar a medição de inconsistências que podem levar a conclusões erradas. Sempre que possível, use sempre o mesmo acelerômetro para um determinado ponto de medição.
(e) Monte o acelerômetro em algo substancial
o acelerômetro nunca deve ser montado em uma parte muito flexível da máquina, pois o espectro será distorcido pelo bater da parte flexível.
o acelerômetro nunca deve ser usado em estruturas muito leves, pois o peso do acelerômetro e da montagem magnética distorcerão o comportamento de vibração da estrutura. Em geral, o peso combinado do acelerômetro e da montagem magnética deve ser inferior a 10% do peso da estrutura Vibratória.
(F) cuide do acelerômetro
se o acelerômetro for tratado aproximadamente, ele pode produzir sinais não confiáveis. Devido à resistência da montagem magnética, você deve tomar cuidado ao conectar o acelerômetro a uma superfície de montagem. Você pode conseguir isso aproximando-se da superfície de montagem com a montagem magnética inclinada em um ângulo. Ao separar a montagem magnética, você não deve usar o acelerômetro como alavanca para quebrar o contato. Em vez disso, a montagem magnética deve ser agarrada firmemente e depois inclinada para os lados para quebrar o contato.
o cabo do acelerômetro nunca deve ser torcido agudamente, mas deve ser ancorado de forma a evitar que seja danificado. Cabos torcidos ou balançando livremente podem distorcer o espectro medido.
(G) Cuide da Segurança Pessoal
você deve gerenciar os perigos o tempo todo. Ao fazer medições de vibração, três tipos de perigos se destacam em probabilidade ou gravidade: lesão por partes móveis, choque elétrico e danos induzidos por ímã.
em primeiro lugar, ao montar o acelerômetro, você deve tomar cuidado para evitar que o cabo fique emaranhado com máquinas em movimento. Embora o conector de liberação rápida minimize esse perigo, ele não deve ser considerado como um substituto para a instalação correta.
outras coisas que poderiam emaranhado com máquinas em movimento incluem roupas soltas, cabelos longos, cabos de transferência de dados e Correias.
em segundo lugar, você nunca deve conectar o acelerômetro a qualquer superfície de alta tensão, pois isso pode causar choque elétrico.Em Terceiro Lugar, você nunca deve trazer a montagem magnética perto de objetos sensíveis ao ímã, como marcapassos, cartões de crédito, disquetes, fitas de vídeo, fitas cassete e Relógios, pois esses itens podem ser danificados por campos magnéticos.
existem outros perigos possíveis. Você deve ler e entender completamente o Guia de referência do instrumento vbSeries antes de usar o instrumento ou seus acessórios acompanhantes.
como os parâmetros são definidos?
quais são os parâmetros de medição?
parâmetros de medição são os detalhes que especificam como uma medição deve ser feita. Ao especificar parâmetros de medição, especificamos como os dados devem ser coletados e processados antes de serem apresentados a nós. Antes de fazer uma medição de vibração, precisamos especificar quais parâmetros serão usados.
os parâmetros para medição de vibração podem ser comparados aos detalhes’ o que e como ‘ que um médico deve especificar antes de um teste médico ser realizado.
veremos agora como os parâmetros de medição são definidos quando medimos um espectro. Para o resto desta seção, usaremos o instrumento Commtest vb como um exemplo de instrumento de monitoramento de vibração para nossas discussões, pois é um instrumento particularmente simples de usar. Por exemplo, os valores de parâmetro de medição padrão (exceto para o valor Fmax padrão) são adequados para fazer a maioria das medições de vibração, de modo que na maioria das situações poucos ou nenhum dos valores de parâmetro padrão requer ajuste. Esses parâmetros são aqueles exibidos na tela Definir parâmetros do instrumento vb, com ‘domínio’ definido como ‘frequência’.
quais são alguns desses valores de Parâmetros de medição e o que eles significam?Os parâmetros usados para medir espectros de vibração podem ser divididos em quatro classes; ou seja, parâmetros que determinam:
(a) Como os dados são coletados
(b) Quanto ou quão rápido os dados são coletados
(c) Como os dados são processados
(d) Como os dados são exibidos
(a) Como os Dados são Coletados
Os parâmetros que determinam como os dados coletados são ‘Trigger type’ e os parâmetros listados em “configuração do Sensor’.
‘Trigger type’ é o parâmetro que informa ao instrumento como começar a medir. Se definido como ‘Free run’, o instrumento fará medições continuamente. Se definido como ‘único’, apenas um ciclo de medição ocorrerá. Na maioria dos casos, o instrumento pode ser definido como ‘Free run’.
os parâmetros em ‘Configuração do Sensor’ informam ao instrumento que tipo de acelerômetro está sendo usado para fazer medições. Se o acelerômetro do tipo ICP®fornecido no kit vb for usado, a ‘corrente de acionamento’ precisa ser ligada ‘e a’ sensibilidade ‘do acelerômetro precisa corresponder à especificada no cartão de garantia de qualidade vb. ‘Tempo de sedimentação’ é o tempo necessário para o acelerômetro e o instrumento se estabelecerem antes que as medições possam ser feitas com precisão. Você deve usar o valor padrão ‘Settling time’ (que varia de acordo com o valor Fmax) para garantir a precisão da medição.
(b) Quanto ou Quão Rápido os Dados são Coletados
Os parâmetros que determinam o quanto ou quão rápido os dados coletados são os parâmetros ‘Fmax’, ‘linhas Espectrais’, e ‘Sobreposição percentagem”.
na Seção 2, observamos que quanto maior a Fmax, maior a faixa de frequência sobre a qual a informação6 pode ser obtida do espectro.
assim, se o valor de Fmax for alto, os dados serão exibidos até altas frequências de vibração. Para adquirir informações sobre altas frequências de vibração, a frequência de medição – ou taxa de dados de amostragem – também precisa ser alta. Como resultado, quanto maior a Fmax, mais rápida será a medição.
quanto mais linhas espectrais um espectro tiver, mais informações poderão ser obtidas a partir dele. Isso significa que quanto mais linhas espectrais houver, mais dados precisam ser coletados para gerar as informações adicionais e, portanto, quanto mais tempo a medição demorar.
qual valor Fmax deve ser usado?
quanto maior a velocidade de operação da máquina, maiores serão suas frequências de vibração, e quanto maior a Fmax precisará ser para capturar o comportamento de vibração nessas altas frequências.
para vibrações que não envolvem dedos rotativos, como dentes de engrenagem, pás do ventilador, palhetas de bomba e elementos de rolamento, um valor de Fmax igual a 10 vezes a velocidade de operação geralmente é suficiente para capturar todas as informações cruciais.
por exemplo, se a velocidade de operação for 10 000 rpm, então um valor Fmax de 100 000 cpm (100 kcpm) é provavelmente suficiente.
para vibração que envolve elementos com dedos, como engrenagens, ventiladores, bombas e rolamentos de rolos, um valor de Fmax igual a 3 vezes o número de dedos multiplicado pela velocidade de operação geralmente é suficiente para capturar todas as informações cruciais.
por exemplo, para uma engrenagem acionada por um pinhão de 12 dentes girando a 10 000 rpm, um valor Fmax de 360 000 cpm (360 kcpm) é provavelmente suficiente.
se o valor Fmax necessário for muito grande, a resolução do Espectro será baixa e as informações relativas a baixas frequências de vibração podem ser perdidas. Pode ser necessário fazer algumas medições de Fmax baixas, além da medição de Fmax alta.
quantas linhas espectrais devem ser usadas?
na maioria dos casos, 400 linhas de resolução são suficientes. No entanto, se um grande valor de Fmax for usado, as linhas serão espalhadas por uma grande faixa de frequência, deixando grandes lacunas entre as linhas. Assim, para grandes valores de Fmax, mais linhas espectrais podem ser necessárias para evitar a perda de detalhes.
deve-se notar, no entanto, que quanto mais linhas espectrais forem usadas, mais tempo a medição levará e mais espaço de memória do instrumento será ocupado. Um alto valor de Fmax ou um alto número de linhas espectrais deve, portanto, ser usado somente quando necessário.
Quanta sobreposição devo usar?
dados sobrepostos são um meio de reutilizar uma porcentagem de uma forma de onda medida anteriormente para calcular um novo espectro. Quanto maior a ‘porcentagem de sobreposição’, menos dados recém-adquiridos são necessários para gerar um espectro e, portanto, mais rápido o espectro pode ser exibido. 50% de sobreposição é ideal para a maioria dos casos.
(c) Como os Dados são Processados
Os parâmetros que determinam como os dados são processados são os parâmetros ‘tipo’, ‘Número de médias’, e ‘o tipo de Janela’.
Imagine que você teve que medir com precisão a largura das páginas deste livro. Porque a largura pode variar ligeiramente de página para página, você provavelmente iria medir não apenas a largura de uma página, mas sim que de poucas páginas e, em seguida, tomar a média.
da mesma forma, quando a vibração é medida, vários espectros são geralmente medidos e, em seguida, calculados para produzir um espectro médio. O espectro médio representa melhor o comportamento de vibração, pois o processo de média minimiza o efeito de variações aleatórias ou picos de ruído inerentes à vibração da máquina.
o parâmetro ‘tipo médio’ determina como os espectros são calculados. A média ‘Linear’ é recomendada para a maioria dos casos. A média ‘exponencial’ geralmente é usada apenas se o comportamento de vibração variar significativamente ao longo do tempo. ‘Peak hold’ não envolve realmente a média, mas faz com que a amplitude do pior caso (maior) para cada linha espectral seja exibida.
o parâmetro ‘número de médias’ determina o número de espectros consecutivos usados para a média. Quanto maior o número de espectros usados para calcular a média, mais picos de ruído são suavizados e os picos espectrais mais precisos são representados.
no entanto, quanto maior o número de médias, mais dados precisam ser coletados e, portanto, quanto mais tempo leva para obter o ‘espectro médio’. Um “número de médias” de 4 é suficiente para a maioria dos casos.
Os dados coletados geralmente não é usado diretamente para gerar um espectro, mas é muitas vezes modificado, de antemão, para atender a certas limitações da FFT processo (o processo que transforma os dados em um espectro). Os dados geralmente são modificados pela multiplicação com uma janela de correção. Isso evita que as linhas espectrais ‘manchem ‘ ou’ vazem ‘ umas nas outras.
‘tipo de janela’ é o parâmetro que determina o tipo de janela que é usada. A janela ‘Hanning’ é geralmente usada. Se a janela’ retangular ‘ for usada, os dados efetivamente não serão modificados.
(d) como os dados são exibidos
os parâmetros que determinam como o espectro deve ser exibido estão listados em ‘unidades de exibição’.
para especificar como o espectro deve ser exibido, a escala do espectro precisa ser especificada. A escala do espectro determina a facilidade com que os detalhes espectrais podem ser vistos e é definida pelos parâmetros ‘Amplitude scale’, ‘VDB reference’, ‘Log range’ e ‘Velocity max.
na maioria dos casos, a ‘escala de Amplitude’ pode ser ‘Linear’. Se uma escala de amplitude linear for usada, os parâmetros ‘referência vdB’ e ‘intervalo de Log’ não terão consequências (e, portanto, não precisam ser definidos).
em geral, você deve definir ‘Velocity max’ para ‘Automatic’ para permitir que o instrumento selecione automaticamente uma escala de amplitude ideal que permita que os picos espectrais sejam claramente vistos.
para especificar como o espectro deve ser exibido, o ‘tipo de amplitude’ a ser usado também precisa ser especificado. Na Seção 2 (Página 18), definimos dois tipos de amplitude – amplitude de pico e amplitude rms.
se a amplitude’ Ø-peak ‘(ou’ peak’) for usada, o espectro exibirá a velocidade máxima alcançada pelo componente vibratório nas várias frequências de vibração.
por outro lado, se a amplitude ‘rms’ for usada, uma quantidade indicativa de energia de vibração nas várias frequências será exibida.
para espectros de vibração, a amplitude de pico em uma frequência específica é exatamente √2 vezes (aproximadamente 1,4 vezes) a amplitude rms nessa frequência. Assim, qual tipo de amplitude é usado não é realmente importante, uma vez que os conversões7 de amplitude podem ser prontamente feitos.
recomendamos que você sempre use o mesmo tipo de amplitude para um determinado ponto de medição para evitar interpretações errôneas. Uma transição da amplitude rms para a amplitude de pico causa um aumento aparente na amplitude de vibração que pode ser erroneamente interpretada como deterioração da máquina. Por outro lado, uma transição da amplitude de pico para a amplitude rms pode ocultar um aumento genuíno na amplitude de vibração.
finalmente, as unidades de amplitude e frequência a serem usadas no espectro também precisam ser especificadas. Quais unidades devem ser usadas é realmente uma questão de escolha pessoal, ou mais frequentemente, localização geográfica.
na América do Norte, a unidade de velocidade geralmente usada (para escalas8 de velocidade linear) está em/s, e uma unidade de frequência comumente usada é kcpm (quilociclos por minuto).
em outras partes do mundo, a unidade de velocidade e a unidade de frequência geralmente usadas são mm/S E Hz, respectivamente. Mostrados abaixo são as relações entre o units9:
5 Quando puxado perpendicularmente distância da superfície de montagem, o vb acelerômetro magnético da montagem resiste com força, de 22 kgf (de 48,4 lbf)
6 Uma maior Fmax não causa mais dados sejam coletados, mas faz com que os dados para abranger toda uma gama maior de freqüências.
7 para um espectro, a amplitude de pico é vezes a amplitude rms. Essa relação geralmente não é válida para formas de onda.
8 muitos analistas de vibração preferem a unidade de velocidade logarítmica vdB. No entanto, a discussão sobre escalas e unidades logarítmicas está além do escopo deste livro.
9 arredondamos a conversão in/s ø-peak, mm / s rms para 18. A proporção correta é 17,96.
do Guia do iniciante para Vibração Da Máquina, copyright © Commtest 1999, 2006.
revisado 28/06/06
para descobrir como configurar seu próprio programa de monitoramento de vibração de máquina, entre em contato com a Commtest Instruments Ltd ou um de nossos representantes para uma demonstração de um sistema de monitoramento de vibração vbSeries. Para o endereço do seu representante mais próximo, visite nosso site em http://www.commtest.com