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Processamento de sinal "envelope" para análise de vibrações de rolamentos em equipamentos dinâmicos

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Processamento de sinal “Envelopeâ€? para anĂĄlise de vibraçþes de rolamentos em equipamentos dinâmicos

M

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Este artigo apresenta uma discussĂŁo prĂĄtica das tĂŠcnicas utilizadas para monitorizar a condição de rolamentos em equipamentos dinâmicos. Exemplos da tĂŠcnica de processamento por “Envelopeâ€? sĂŁo utilizados para explanar o uso desta tecnologia. SKF Portugal – Rolamentos, Lda. Tel.: +351 214 247 000 ¡ Fax: +351 214 173 650 geral.pt@skf.com ¡ www.skf.pt

DOSSIER › Manutenção de Rolamentos

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PORQUĂŠ MONITORIZAR A CONDIĂ‡ĂƒO DOS ROLAMENTOS?

como a medição da temperatura de

Figura 1. Espetro em FFT genĂŠrico de um

Qualquer que seja a indĂşstria que

-

rolamento com defeito.

possua equipamentos dinâmicos, tem

petros de velocidade.

uma parte do seu orçamento de manutenção destinado à aquisição de

tar associadas a folgas, desalinhamento

casos onde a principal causa de falha

COMO SE MANIFESTA A DETERIORAĂ‡ĂƒO DO ROLAMENTO?

nĂŁo foram os rolamentos, estes sĂŁo

A deterioração dos rolamentos mani-

pactos propriamente ditos e da resso-

-

festa-se numa fase precoce pelo apa-

nância estrutural causada por estes. Se

tando a oportunidade de manutenção

recimento de elevadas quantidades de

de forma a otimizar e/ou prolongar o

ciclo de vida útil do ativo de produção.

-

% $

bração e temperatura. Se instalarmos

grande variedade de defeitos, como

$ -

um acelerĂłmetro numa chumaceira

!

mas de diferentes origens, tais como

que contenha um rolamento com de-

associado a outro equipamento, proble-

% -

feito Ăşnico na pista externa, cada vez

mas de ressonância, fugas de vapor, en-

que um elemento rolante passa pelo

tre outros. " #

defeito ocorre um impacto. Os impac-

harmĂłnicas que ocorrem na gama das

mesmo inexistente, entre outros. Ra-

tos reais sĂŁo muito pequenos quando

$

ramente ocorre a degradação do ro-

comparados com a vibração global do

elevado número de linhas de resolução

lamento puramente devido a causas

conjunto. Dependendo da geometria

com uma reduzida largura de banda.

internas. Existem alguns estudos que

interna do rolamento e do nĂşmero de

#

atestam que os problemas vibracionais

elementos rolantes, poderĂŁo existir

detetados em equipamentos dinâmi-

aproximadamente entre 6 a 10 impac-

com pequenas amplitudes e nĂŁo como

cos sĂŁo maioritariamente provocados

tos por rotação do veio. Para que o

harmónicas discretas. À medida que o

! & -

acelerĂłmetro detete estes impactos,

rolamento se deteriora os impactos sĂŁo

% -

a vibração causada por estes tem de

maiores, aumentando a vibração pro-

solvidos atempadamente, tendo como

afetar nĂŁo sĂł o rolamento, como a chu-

vocada por estes e a amplitude do sinal

% '

maceira que o contĂŠm, causando exci-

tĂŠcnica de processamento de sinal por

tação das suas ressonâncias estruturais.

“Envelopeâ€? nĂŁo sendo uma nova meto-

A transformada rĂĄpida de Fourrier (Fast

dologia de avaliação da condição de ro-

Fourier Transform - FFT) deste sinal ten-

TÉCNICAS ALTERNATIVAS

lamentos, deve ser considerada na im-

de a parecer-se com a Figura 1, onde a

Existem diversas tĂŠcnicas aplicadas na

plementação de qualquer programa de

velocidade de rotação do veio Ê clara-

monitorização da condição do rolamen-

monitorização de condição juntamente

to, como por exemplo overall accelera-

com outras tĂŠcnicas complementares,

harmĂłnicas adicionais que poderĂŁo es-

rolamentos. Seja qual for o motivo de falha do equipamento, e mesmo em

surge uma zona com elevada energia, provocada por uma combinação dos im-


GAMA DE FREQUÊNCIA IDEAL PARA RECOLHA DE SINAL A Figura 3 evidencia os dados obtidos no espetro vibracional, com uma gama de um equipamento que possui um rolamento SKF 6208 e com uma velocidade de funcionamento de 1457 rpm. As fre podem ser calculadas atravÊs de fórmulas diretas, caso se conheça a geo-

Figura 4. Tabela de avaliação de severidade “Envelopeâ€?.

metria interna do mesmo. A maioria

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DOSSIER › Manutenção de Rolamentos

dos fabricantes de rolamentos dispo

-

; " <= >

grupos, dependentes do diâmetro e da

tais, sendo que muitos dos programas

! =? @ + /

rotação no veio do equipamento. Os

seleção do número de linhas e mÊdias

% $=

! "

a utilizar advĂŠm de alguma prĂĄtica e

"

# $

%

-

B '

Bom, SatisfatĂłrio, InsatisfatĂłrio e Ina-

mo atĂŠ Ă 3.ÂŞ harmĂłnica de cada uma

C D

( 9 '

= "

& '

espetros por â&#x20AC;&#x153;Envelopeâ&#x20AC;? podem ser

de vibração medida permite aos gesto-

mais complexos, com o aparecimen-

res de manutenção avaliarem o estado

do rolamento surge entre 6 a 10 vezes

to de bandas laterais Ă velocidade de

de degradação dos equipamentos e

a velocidade de rotação do veio, pelo

programarem a intervenção dos equi-

que ĂŠ aconselhĂĄvel que os dados sejam

$

" "

( $

$

atĂŠ 18 a 30 vezes a velocidade de fun-

interno ou externo. Muitas vezes, as

cionamento.

-

CONCLUSĂ&#x192;O

to podem surgir como mĂşltiplas da ve-

Ao longo do presente artigo foi apre-

locidade de funcionamento. Em ambos

sentada a tĂŠcnica de processamento

SELEĂ&#x2021;Ă&#x192;O DO FILTRO

os casos, Ê aconselhåvel a utilização de

de sinal atravĂŠs da tĂŠcnica â&#x20AC;&#x153;Envelo-

800 ou 1.600 linhas para aumentar a

peâ&#x20AC;?, definindo quais os parâmetros

) !

"

para uma correta recolha dos dados a

passa-banda mais adequado ĂŠ a expe-

forma a realizar um diagnĂłstico mais

analisar. Foi mostrado como esta tĂŠc-

rimentação com o rolamento a ser mo-

assertivo.

nica pode apoiar o utilizador na dete-

nitorizado. Um espetro de aceleração

ção precoce da falha do rolamento.

* + ( '

O processamento de sinal â&#x20AC;&#x153;Envelo-

com especial atenção para as zonas de

AVALIAĂ&#x2021;Ă&#x192;O DA SEVERIDADE

peâ&#x20AC;? torna-se mais eficaz quando apli-

/ $

Com o objetivo de estabelecer uma re-

cado em conjunto com outras tĂŠc-

feitos com base na realização de testes

gra geral para avaliação da severidade,

nicas de monitorização de condição

de ressonância estrutural de forma a

a SKF criou uma tabela para avaliação

complementares. AtravĂŠs deste pro-

avaliar a banda de â&#x20AC;&#x153;Envelopeâ&#x20AC;? a usar

da severidade â&#x20AC;&#x153;Envelopeâ&#x20AC;?, conforme

cesso de anĂĄlise, conseguimos saber

para a obtenção de resultados ótimos.

H $ C 9 ' -

qual o estado de funcionamento do

9 :

equipamento.

REFERENCES [1] â&#x20AC;&#x153;Condition Monitoring of Bearing using ESPTMâ&#x20AC;? - Steve McMahon; [2] â&#x20AC;&#x153;Monitoring and Inspecting Rolling Bearings in Operation FAG Diagnosis with Signal Processing and Frequency Analysisâ&#x20AC;? - Klaus Comes, Martin Thurau; [3] â&#x20AC;&#x153;A review of Rolling Element Bearing Monitoring Techniquesâ&#x20AC;? - R H Bannister;

ing Elements Bearingsâ&#x20AC;? - Richard L Schiltz; [5] â&#x20AC;&#x153;Detecting Faulty Rolling Element BearFigura 3. Espetro em FFT "Envelope" de um equipamento com defeito nos rolamentos aplicados.

ingsâ&#x20AC;? - Bruel & Kja.

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