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Dossier

Jorge M.G. Antunes PhD MSc Marine Engineering TecnoVeritas - Serviços de Engenharia e Sistemas Tecnológicos, Lda. Tel.: +351 261 819 819 · Fax: +351 261 819 820 info@tecnoveritas.eu · www.tecnoveritas.eu

Vibrações torsionais e investigação das causas pela TecnoVeritas Vibrações torsionais e metodologia de investigação das causas de vibração excessiva em grupo diesel alternador pela TecnoVeritas

O presente trabalho apresenta a investigação de uma avaria realizada pela TecnoVeritas, utilizando o equipamento de análise de vibrações torsionais e medição de potência ao veio (TAS-Torsional Analysis System).

Figura 1 - Aplicação de extensometro e equipamento TAS (Torsional Analysis System)

O “case study” a seguir apresentado, visa demonstrar o interesse da medição e análise de vibrações torsionais como uma eficaz ferramenta de manutenção em máquinas reciprocas. O presente trabalho incide sobre a metodologia utilizada com sucesso na resolução de um problema de vibrações excessivas num grupo gerador composto por um motor Mak 12 M 453 C e um alternador Leroy Somer IEC 34.

As razões que levaram à investigação. Devido a um elevado nível de vibrações no Diesel-Alternador, o qual não podia ser operado acima dos 75% de carga porque origina perdas de produção significativas por mais de três anos. Faziam parte do seu repertório de avarias: - Vibrações axiais elevadas; - Fissuras extensas no ventilador do alternador (localizado entre o volante do motor e o rotor do alternador) (Fig. 2); - Fissuras nos dentes das engrenagens (transmissão); - Danos graves no amortecedor torsional, que levaram à substituição de 3 unidades (Fig.4); - Danos nas protecções térmicas do colector de evacuação de gases e em equipamentos auxiliares montados sobre o motor.

Figura 2 - Ventilador

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Figura 3 - Amortecedor vibração

Figura 4 - Molas do amortecedor vibracional

Os Testes Foi realizada uma inspecção visual com a finalidade de avaliar os danos nos componentes afectados, foi realizada uma análise de desempenho do motor recorrendo à obtenção de diagramas de combustão (Diagnóstico Diesel) como objectivo de identificar eventuais desvios de pressões máximas de combustão ou desvios de ângulos de ignição das cargas dos cilindros, verificou-se ainda o alinhamento Motor/ Alternador utilizando um equipamento laser, as flexões do veio de manivelas a quente, as análise de vibrações estruturais e torsionais do conjunto motor alternador. Estas duas últimas medições, são o tema principal deste case study pelo que serão de seguida apresentadas mais em detalhe.

Vibrações Estruturais Foi observado que a componente axial A1L do rolamento de apoio do alternador, apresenta um espectro de frequência complexo, com uma amplitude RMS de 24,34 mm/s quando o motor se encontrava à carga máxima, sendo estas proporcionais à carga do motor, logo indicando a existência de uma força axial de amplitude importante, típica de problemas de ressonância do sistema torsional dos grupos Diesel alternadores.


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A medição da força axial no veio tinha uma amplitude pico a pico de 184,178 kN e a sua componente principal tem uma frequência de 600 rpm (10 Hz) e uma amplitude de 21,713 kN.

- As vibrações torsionais de elevada amplitude, originando esforços de corte no veio de manivelas, manivelas e a toda a estrutura do motor/alternador, podendo levar à fractura por fadiga ao corte de alguns componentes. Por exclusão de partes, conclui-se que o problema deveria estar num órgão de comando ou transmissão, tal como um ressalto do veio de ressaltos (vulgo árvore de cames) angularmente deslocado ou a ordem de fogo (vulgo ordem de injecção) do motor alterada. Tendo-se procedido à verificação daquelas pistas, foi detectado que a ordem de fogo do banco A estava incorrecta sendo que, tal facto se ficou a dever ao posicionamento angular incorrecto do veio de ressaltos do banco A. Após correcção o motor atingiu a carga máxima suavemente como outrora.

Conclusões

Figura 9 - Força axial exercida no veio em função do tempo e em função da frequência (a 100% de carga).

Resumo das observações: - Vibrações torsionais de elevada amplitude, e existência de uma ressonância aos 44.86 Hz; - A tensão axial a que o veio está exposto, é elevada com uma ressonância aos 10 Hz; - O grupo estava devidamente alinhado; - As flexões e alinhamento do veio de manivelas estavam dentro dos limites do fabricante; - Os desvios das pressões de combustão são aceitáveis (Diagnóstico Diesel) dentro dos limites do fabricante; - Segundo a medição de fase, detectou-se que dois dos pernos de aperto do motor ao fixe estavam aliviados, não sendo no entanto a causa das vibrações excessivas. - Todos os danos do motor, tais como, ventilador do alternador danificado, molas do amortecedor de vibração partidas, são todos típicos de vibrações torsionais excessivas, com uma topologia que exibe fracturas a 45º em ambos os sentidos de rotação.

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Com base nos testes mencionados concluiu-se o seguinte: - De acordo com a ISO 8528-9, apesar do nível de vibrações estruturais medidas no grupo motor alternador, estar perto do limite ou ligeiramente acima do limite aceitável, dado os valores limite de vibração dispostos na norma serem demasiado amplos, podem originar avarias em alguns órgãos, componentes e equipamentos montados no grupo Motor/ Alternador; - O presente trabalho, define uma metodologia de investigação das vibrações excessivas num grupo Motor/Alternador; - A simples análise de vibrações estruturais medidas no conjunto Motor/Alternador, sendo de difícil e especializada interpretação não permite concluir com rigor sobre o tipo de avaria em desenvolvimento ou falha mecânica, devendo ser auxiliada por ferramentas de diagnóstico auxiliares, como sejam a análise de vibrações torsionais; - A utilização de meios de cálculo como por exemplo tabelas de Holzer permite avaliar com rigor os fenómenos em causa bem como dispôr de referências; - A análise de vibrações de motores de combustão interna ou outras máquinas recíprocas, exige um conhecimento multidisciplinar, que vai para além da simples utilização de equipamento vulgar de medição e colecta de dados.

Bibliografia - BICERA Torsional Vibrations Handbook; - TAS Torsional Vibration Analyser manual;

Vibrações torsionais e investigação das causas pela TecnoVeritas: vibrações torsionais e metodologia  

Autor: Jorge M.G. Antunes; Revista: Manutenção nº102

Vibrações torsionais e investigação das causas pela TecnoVeritas: vibrações torsionais e metodologia  

Autor: Jorge M.G. Antunes; Revista: Manutenção nº102