MEDIÇÃO DE VIBRAÇÃO EM MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES

Todos os componentes de um motor de indução possuem suas respectivas massas e rigidez e, portanto suas próprias freqüências naturais, as quais deve-se evitar que sejam excitadas pelos esforços internos, pois quando houver uma coincidência entre freqüência de excitação e freqüência natural (ressonância) o resultado normalmente implica em ruído excessivo.

Mas, mesmo que as freqüências das forças dinâmicas de excitação estejam afastadas das freqüências de ressonância, vibrações severas poderão provocar vibrações que se propagam por toda a máquina. Vibrações severas induzem desgaste e fadiga que, com o tempo, poderão ser responsáveis por quebra dos equipamentos. Altos níveis de vibração também induzem altos níveis de ruído.

3.7.1 Tipo de aplicação da medição

A aplicação da medição de vibração em máquinas elétricas girantes pode ser para, (Silva, [13]):

- aprovação e ou aceitação: verificar se os níveis de vibração encontram-se dentro de padrões pré-estabelecidos em normas;

- proteção: exige apenas um alerta, ou desligamento da máquina, sob a presença de vibração em níveis perigosos;

- análise e diagnóstico: visa descobrir a causa da vibração excessiva da máquina, permitindo a sua correção;

- monitoramento: consiste em um acompanhamento contínuo da vibração da máquina, permitindo a previsão da ocorrência de danos.

3.7.2 Amplitude de um sinal de vibração

Quando se faz análise de sinais, é importante distinguir algumas maneiras diferentes de quantificar a amplitude do sinal e, entender o significado dessas maneiras de quantificação. A Figura 3.19 (Silva, [13]), mostra um sinal de vibração harmônico.

Figura 3.19 – Tipos de quantificação da amplitude dos sinais de vibração.

As formas mais comuns de quantificar a amplitude do sinal são:

- amplitude zero-pico ou valor de pico: valor medido de zero até o valor mais alto da onda. É útil na medição da resposta a choques mecânicos em sistemas mecânicos. Não tem relação com a história do sinal.

- amplitude pico-pico ou valor pico-pico: valor medido entre os extremos da onda (entre o pico mínimo e o pico máximo). É utilizada nas considerações de folgas em sistemas mecânicos, por exemplo, folga no mancal de deslizamento de um motor de indução. Não se relaciona com a história do sinal.

- amplitude média ou valor médio: média dos valores medidos em um intervalo de tempo. Possui relação com a história do sinal, porém não se relaciona com nenhuma grandeza física..

- amplitude r.m.s. (“Root Mean Square”), valor eficaz ou valor médio quadrático: está relacionado diretamente com a energia do sinal, ou, no caso de vibração, com sua capacidade destrutiva. Fornece também informação sobre a história do sinal.

3.7.3 Parâmetros de medição

São utilizados três parâmetros para medição e avaliação de vibrações: deslocamento, velocidade e aceleração.

Observa-se da Figura 3.20, que o deslocamento apresenta grandes amplitudes em baixas freqüências e pequenas amplitudes em freqüências mais elevadas. O comportamento da aceleração é justamente o contrário, ou seja, apresenta pequenas amplitudes em baixas freqüências, porém grandes amplitudes em freqüências mais elevadas.

A velocidade mantém um comportamento mais homogêneo tanto em baixas freqüências quanto em freqüências mais elevadas. Além disso, a energia cinética de vibração da máquina é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade de vibração. Por estes motivos, a velocidade é geralmente o parâmetro mais usado para limite de severidade de vibração, (valor máximo admissível dentre todos os pontos de medição) de máquinas elétricas girantes, estabelecido em normas, e também para a análise espectral no diagnóstico de problemas que induzem vibrações na máquina.

Figura 3.20 – Gráfico do comportamento do deslocamento, velocidade e aceleração com a variação da freqüência.

Quando se trata de análise de problemas de vibrações em altas freqüências, normalmente a aceleração é o parâmetro mais usado, devido à necessidade de trabalhar com valores mais facilmente mensuráveis. Este é o caso, por exemplo, da análise de problemas em rolamentos, que se manifestam inicialmente em freqüências elevadas.

A medição de deslocamento é muito utilizada para quantificar a vibração relativa entre eixo e mancal de deslizamento hidrodinâmico.

3.7.4 Instrumentos de medição de vibração

Na cadeia de instrumentos de medição da vibração é bom estabelecer alguns conceitos importantes:

- sensor de vibração é qualquer instrumento sensível ao movimento oscilatório causado pelo funcionamento da máquina;

- detector de vibração é um sensor, capaz de alertar a presença de certos níveis de vibração, porém não necessariamente podendo quantificá-la;

- transdutor é um sensor capaz de fornecer um sinal elétrico proporcional à vibração, possibilitando a quantificação da vibração.

Os transdutores de vibração são classificados em transdutores relativos e transdutores absolutos. Os transdutores relativos, mostrados na Figura 3.21 (Silva, [13]), são os transdutores sem contato e medem o deslocamento relativo entre peças: são os transdutores de deslocamento (ou de proximidade).

Figura 3.21 – Princípio de funcionamento de um transdutor de deslocamento.

Os transdutores absolutos ou sísmicos, mostrados na Figura 3.22, são os transdutores cujo princípio de funcionamento baseia-se no movimento de uma massa sísmica presa a uma mola. Ficam em contato direto com a máquina e medem o movimento real da mesma: são os transdutores de velocidade e os transdutores de aceleração.

(a) (b)

Figura 3.22 – Desenho esquemático: (a) transdutor de velocidade e (b) transdutor de aceleração.

Ainda, na cadeia de medição da vibração, deverão existir equipamentos capazes de: condicionar o sinal elétrico proveniente do transdutor, fornecendo um sinal compatível com as necessidades do amplificador de medida; transformar o sinal elétrico de saída em uma escala

de vibração; obter espectros da vibração no domínio da freqüência, registrar (ou gravar) o sinal e/ou o espectro e apresentar os resultados relativos às medições feitas, como indicado na Figura 3.23 (Brüel & Kjaer [22]). Para isto podem ser utilizados pré-amplificadores, filtros, medidores de vibração (nível global), analisadores de espectro (ou de Fourier), coletores de dados, etc.

Figura 3.23 – Instrumentos necessário para análise de vibração.