Vibração mecânica em equipamentos industriais refere-se ao movimento oscilatório que pode ocorrer em máquinas e estruturas durante a operação, causado por diversas fontes, como desequilíbrios, desalinhamentos e falhas mecânicas.
No ambiente industrial, a vibração em equipamentos industrias pode ser um sinal de problemas em certos componentes como rolamentos, polias, correias, motores, entre outros. Por isso, ela é uma preocupação constante para os gestores de manutenção, uma vez que tem o potencial de afetar a eficiência e a vida útil das máquinas.
Hoje, vamos explorar as principais causas da vibração mecânica em equipamentos industriais, os riscos associados e as melhores práticas para monitoramento e mitigação desses efeitos. Descubra como implementar estratégias eficazes para reduzir a vibração e garantir a operação segura e eficiente de seus equipamentos industriais. Continue lendo e veja as soluções que preparamos para você!
Classificação dos tipos de vibração
Antes de apresentarmos a classificação dos tipos de vibração é importante esclarecer que nem todas as vibrações são necessariamente problemáticas em equipamentos ou máquinas industriais. A presença de vibração é natural em qualquer sistema mecânico em operação. No entanto, a severidade, a frequência e a causa da vibração determinam se ela representa um problema.
1. Vibração Forçada
Ela ocorre quando uma força externa faz o equipamento vibrar continuamente ou em intervalos como, por exemplo, desequilíbrio em peças rotativas ou em um rotor de ventilador. Pode causar desgaste acelerado, falhas de componentes, ruído excessivo e aumento de consumo de energia.
2. Vibração Livre
A vibração livre acontece quando um componente é deslocado de sua posição normal e depois liberado, fazendo com que ele vibre por conta própria, sem forças externas contínuas agindo sobre ele. Pode se tornar perigosa se as amplitudes forem grandes, causando danos estruturais.
Imagine um motor industrial que é desligado de repente. Ele pode começar a vibrar porque foi perturbado de sua posição normal. Essa vibração acontece naturalmente e pode continuar até que o motor pare de se mover por completo. Se essa vibração for muito intensa, pode desalojar componentes internos, causando desgaste ou até quebra de peças.
3. Vibração Autoinduzida
Ela é gerada por forças internas do próprio equipamento, crescendo com o tempo. Um exemplo disso é a cavitação em bombas, onde bolhas de vapor colapsam e causam vibração.
4. Vibração Transiente
É a vibração temporária durante eventos como partida ou parada de uma máquina.
5. Vibração Aleatória
Ocorre sem padrão definido, resultante de várias fontes imprevisíveis como, por exemplo, turbulência de fluido em sistemas hidráulicos.
Como funciona a vibração das máquinas e equipamentos?
Toda máquina emite alguma vibração. A frequência e amplitude é o que pode determinar se é algo prejudicial. Quando uma máquina ou componente começa a ter algum tipo de deterioração, ocorre uma mudança na distribuição de energia vibratória. Se a vibração ultrapassar os limites aceitáveis, certamente vai provocar uma falha.
Alguns conceitos importantes:
- Frequência de vibração (f): é a quantidade de vezes que ocorre a vibração completa dado um intervalo de tempo de 1 segundo. A unidade vai ser dada por Hertz (Hz).
- Período de vibração (T): é quanto tempo leva para ocorrer uma vibração completa. A unidade vai ser dada em tempo, como segundos ou minutos.
Então, quando a vibração é um problema?
A vibração é um problema quando as frequências de oscilação afetam o comportamento de funcionamento dos componentes em uma máquina. Ou seja, quando elas interferem na performance ou vida útil dos elementos de um sistema. Por exemplo:
- Motores elétricos,
- Rotores e ventiladores,
- Bombas e compressores,
- Eixos e mancais,
- Rolamentos,
- Entre tantos outros.
Vibrações Mecânicas em componentes de sistemas rotativos
Componentes de sistemas mecânicos rotativos, como motores, bombas, ventiladores e turbinas (por exemplo) estão sujeitos a tipos de vibrações em diferentes direções: axial, radial e tangencial. Em cada uma o comportamento se dará da seguinte maneira:
Vibração Axial
A vibração axial ocorre ao longo do eixo da máquina ou equipamento rotativo. Isso significa que a vibração é na direção longitudinal, paralela ao eixo de rotação.
Principais Causas:
- Desalinhamento axial: Quando os eixos de acoplamentos ou componentes não estão alinhados corretamente.
- Desgaste dos rolamentos: Rolamentos desgastados podem causar movimento axial excessivo.
- Empuxo axial: Forças axiais desbalanceadas em turbinas ou bombas.
Vibração Radial
A vibração radial ocorre perpendicularmente ao eixo do componente rotativo. Isso significa que a vibração é na direção lateral ou radial, em ângulos retos com o eixo de rotação.
Principais Causas:
- Desequilíbrio de massa: Massa desproporcional em uma peça rotativa causando forças centrífugas desiguais.
- Desalinhamento radial: Eixos mal alinhados que causam movimentos laterais indesejados.
- Folgas nos rolamentos: Rolamentos soltos que permitem movimentos radiais excessivos.
Vibração Tangencial
A vibração tangencial ocorre ao longo da circunferência do componente rotativo, tangencial ao círculo descrito pela rotação. É uma vibração na direção de rotação, perpendicular à vibração radial.
Principais Causas:
- Atrito e força de corte: Forças que atuam tangencialmente ao movimento de rotação.
- Desequilíbrio dinâmico: Diferenças na distribuição de massa ao longo da circunferência que causam forças tangenciais.
- Problemas de engrenagem: Desgaste ou imperfeições nos dentes das engrenagens podem causar vibrações tangenciais.
Exemplos reais em aplicações industriais
- Motores Elétricos:
- Vibração Axial: Pode ocorrer devido a desalinhamento de acoplamentos, causando desgaste nos rolamentos e falhas nos vedantes.
- Vibração Radial: Desequilíbrio no rotor pode causar movimentos laterais, levando a desgaste nos rolamentos.
- Vibração Tangencial: Desbalanceamento dinâmico pode resultar em forças tangenciais que afetam o desempenho do motor.
- Bombas e Compressores:
- Vibração Axial: Empuxo axial devido a variações de pressão pode causar vibrações ao longo do eixo.
- Vibração Radial: Desalinhamento dos eixos pode gerar vibrações laterais, desgastando os componentes internos.
- Vibração Tangencial: Problemas de cavitação ou desequilíbrio podem causar vibrações tangenciais, impactando a eficiência.
Ao entender e monitorar essas vibrações, é possível manter os sistemas rotativos funcionando de maneira segura e eficiente, prolongando a vida útil dos equipamentos e reduzindo custos de manutenção.
Principais causas de vibrações em máquinas e equipamentos
A vibração em máquinas e equipamentos pode ser resultado de uma condição individual ou condições combinadas. Da mesma forma, a origem pode estar em equipamentos ou componentes auxiliares.
As principais causas da vibração em máquinas e equipamentos são:
- Desbalanceamentos
- Desalinhamentos
- Eixos Empenados
- Engrenagens gastas, desalinhadas ou excêntricas
- Mancais defeituosos
- Forças Eletromagnéticas
- Forças Hidráulicas e Aerodinâmicas
Desequilíbrio e desbalanceamento
O desbalanceamento num componente ocorre quando um força centrífuga desequilibra seu centro de gravidade.
A causa desse desequilíbrio pode ser defeitos de fabricação ou erros no projeto que produzem falhas no desempenho do sistema. Ainda, pode ter relação com a manutenção do componente, por exemplo, um ventilador com pás deformadas. Como resultado, à medida que a velocidade aumenta, os efeitos do desequilíbrio também. A vibração é um desses efeitos.
Neste exemplo do ventilador, a vibração vai reduzir significativamente a vida útil dos rolamentos.
Desalinhamento de eixos ou montagem
A causa da vibração pode estar no desalinhamento dos eixos rotativos da máquina. Pode ser um desalinhamento angular, paralelo ou combinado.
No exemplo acima, você pode ver os três tipos de desalinhamento entre um motor e bomba, por exemplo.
O desalinhamento pode ocorrer durante a montagem incorreta na manutenção ou aparecer com o tempo em função da dilatação térmica e deslocamento de algum componente.
Mais à frente mostraremos como eliminar vibrações em máquinas e equipamentos provocadas por desalinhamento de eixos. Seja um problema radial ou axial, ou ambos.
Desgaste de componentes
Componentes como rolamentos, correias de transmissão ou engrenagens desgastam com o tempo de uso. E isso causa vibração.
Quando os elementos rolantes de um rolamento danificam, por exemplo, eles causam vibração e danifica a pista do rolamento. Aparecem marcas conhecidas como endentação.
A vibração no equipamento também ocorre quando o dente de uma engrenagem se quebra ou gasta, ou quando uma correia de transmissão está próxima de quebrar.
Excesso de folga
O excesso de folga também causa vibração. Sobretudo em polias, mancais e rolamentos. Por isso é importante usar a classe de folga correta durante a montagem de componentes rotativos.
O que pode parecer uma simples folga pode vir a se tornar um problema maior com o tempo de funcionamento. Além do desgaste prematuro das peças, a vibração pode fazer a peça se soltar e causar um acidente de trabalho. Deixará o equipamento fora das normas de segurança para máquinas e equipamentos NR12.
Frouxidão
Fixações soltas que permitem movimento excessivo e indesejado entre componentes. Parafusos soltos podem permitir que partes da estrutura vibrem independentemente, resultando em danos e possíveis falhas na estrutura.
Ressonância
Quando a frequência de operação coincide com a frequência natural de um componente, amplificando a vibração. Por exemplo, se a frequência de operação do motor do ventilador coincidir com a frequência natural das lâminas do ventilador, isso pode causar vibrações extremamente amplificadas, resultando em rachaduras nas lâminas ou falhas nos suportes.
Consequências das vibrações mecânicas em máquinas e equipamentos rotativos.
Muitas vezes a vibração é um problema pouco observado nas empresas. E isso ocorre porque não se identifica os sinais de vibração em seus estágios iniciais.
Vibrações mecânicas são difíceis de serem detectadas sem as ferramentas adequadas. E, quando o problema não é visto logo no início, as consequências trazem sérios danos para os equipamentos.
Como resultado, aumentam as interrupções no processo produtivo e manutenções corretivas não programadas.
Em suma, as consequências que a vibração em máquinas e equipamentos trazem são:
- Desalinhamento dos eixos: aumentando a carga dinâmica nos mancais, por exemplo.
- Desgaste prematuro de peças: redução significativa na vida útil do equipamento.
- Quebras inesperadas: excesso de paradas no processo e aumento dos custos de manutenção e de produção.
- Afrouxamento de parafusos,
- Aumento de ruídos,
- Aumento da temperatura em rolamentos e acoplamentos,
- Falhas nas vedações e vazamento de lubrificantes;
No entanto, o problema será muito maior para sua empresa se as consequências da vibração em uma máquina ou equipamento afetar um colaborador. Ele pode sofrer um estresse operacional, causar lesões por esforço repetitivo, e até mesmo correr um risco de acidente com a quebra ou soltura da peça. Da mesma forma para um mecânico de manutenção durante seu trabalho na máquina.
O que fazer para evitar os problemas causados pelas vibrações?
A melhor maneira de impedir que a vibração cause um problema na integridade de seus equipamentos é monitorando seus ativos. Além disso, realizar uma análise de ODS para compreender os padrões de vibração de uma máquina ou estrutura, causados por forças operacionais desconhecidas.
Para isso, sua empresa deve adotar métodos como a manutenção preditiva onde é possível implementar ações e técnicas que permitem identificar a vibração em seus estágios iniciais.
Ela é o tipo de manutenção que permite acompanhar constantemente as condições de trabalho dos componentes de uma máquina. E isso ocorre por meio de sensores que coletam dados de parâmetros que permitirão uma análise em tempo real do funcionamento da máquina.
Não somente vibração mecânica, é possível monitorar a temperatura de trabalho dos componentes e, também, as condições dos lubrificantes.
Além disso, tem uma vantagem sobre os outros métodos de manutenção, não precisa interromper a produção. Por exemplo, com sensores instalados em rolamentos é possível analisar a vibração sem a intervenção humana.
Tudo pode ser acompanhado de forma remota diretamente de uma sala de gestão de ativos. Para as empresas que já adotam tecnologia da indústria 4.0, como uso de Big data e IoT, a manutenção preditiva traz muito mais eficiência no controle e monitoramento de máquinas e equipamentos.
Com tudo, deve-se usar as ferramentas certas para medir e coletar os dados da vibração. Assim, os técnicos podem identificar qual componente é a origem da trepidação, pois cada um emite uma frequência específica durante seu funcionamento.
Ferramentas para a análise de vibração
Como dito anteriormente, deve-se usar as ferramentas certas para monitorar a vibração nas máquinas. E para isso é necessário instalar sensores nos componentes.
Por exemplo, esteiras transportadoras de minério podem ter sensores instalados estrategicamente em mancais e rolamentos para medir os níveis de vibração.
Assim, eles irão coletar os sinais elétricos e enviar para os aparelhos de registro ou diretamente para softwares de análise. Dessa forma o técnico poderá identificar as alterações na frequência.
Vamos destacar três tipos de sensores de vibração mais utilizados na indústria.
- Analisador de frequência: alternativa para o monitoramento fora do alcance do medidor. Ele converte as vibrações em sinais periódicos, transitórios ou randômicos.
- Medidor de vibrações de nível global sem filtro: para medir a frequência global, ou seja, vibrações de todas as partes da máquina.
- Medidor de vibrações com análise de frequência com filtro: permite delimitar a inspeção a determinados componentes.
Uma vez que se sabe é possível identificar a origem da vibração, fica mais fácil para o setor de manutenção agir. Não só corretivamente, mas preventivamente também.
Pode avaliar a possibilidade de instalar componentes que absorvam parte das vibrações, como acoplamentos flexíveis, por exemplo. Ou até mesmo, solicitar para o departamento de engenharia uma análise no projeto.
Sua empresa precisa de soluções para impedir que as vibrações em componentes rotativos parem seus equipamentos? Fale com um de nossos especialistas.
