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Introdução à Vibração

A explicação mais simples do conceito de vibração em equipamentos mecânicos é, simplesmente, o movimento para a frente e para trás, ou a oscilação de máquinas e componentes, como é o caso de motores accionados (bombas, compressores, etc.) e de rolamentos, eixos, engrenagens e correias e outros elementos que fazem parte dos sistemas mecânicos.

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A vibração em equipamento industrial pode ser tanto um sinal como a fonte de problemas. Outras vezes, a vibração poderá apenas ser uma consequência da operação de uma máquina, não devendo causar qualquer tipo de preocupação. Mas como poderá um profissional da manutenção distinguir entre a vibração normal e a vibração que requer uma resposta imediata para reparar ou substituir um equipamento com problemas?


Apenas com conhecimentos básicos sobre vibração e as suas causas – e equipado com o novo Medidor de Vibrações Fluke 810 – o técnico de manutenção poderá determinar rápida e eficazmente a causa e gravidade da maioria das vibrações e receber recomendações para efectuar as reparações necessárias. Tudo isto é feito com a inteligência incorporada no medidor, sem necessidade do extenso acompanhamento e gravação que é normal nos programas de monitorização de vibrações a longo prazo.


Mas a vibração não é sempre um problema. Em algumas tarefas, a vibração é essencial. Máquinas como lixadoras oscilantes e depósitos vibratórios usam a vibração para remover materiais e finalizar superfícies. Os alimentadores vibratórios usam as vibrações para mover materiais. Em construção, as vibrações são usadas para ajudar o cimento a fixar-se nas formas e a compactar materiais de preenchimento, enquanto que os rolos vibratórios ajudam a comprimir o asfalto usado na pavimentação de auto-estradas. Noutros casos, a vibração é inerente ao design de uma máquina. Por exemplo, algumas vibrações são quase inevitáveis na operação de bombas e compressores, motores de combustão interna e engrenagens. Numa máquina bem construída e bem mantida, este tipo de vibrações não deve ser fonte de preocupações.


Quando a vibração é um problema
A maioria dos aparelhos industriais são desenhados para operar de forma regular e a evitar as vibrações, nem a produzi-las. Nestas máquinas, a vibração pode indicar problemas ou deterioração do equipamento. Se as causas não forem corrigidas, a própria vibração pode causar danos adicionais.


Neste artigo, não focamos as máquinas em que a vibração faz parte normal da operação, mas aquelas em que não é suposto haver vibração: motores eléctricos, bombas e compressores rotativos, ventoinhas e sopradores. Nestes aparelhos, uma operação suave é geralmente melhor, sendo ideal funcionarem com zero vibrações.


Causas mais comuns de vibração em máquinas
A vibração pode resultar de uma série de condições, individualmente ou combinadas. É importante recordar que os problemas com vibrações podem ser causados por equipamento auxiliar, e não apenas pelo equipamento principal. Estas são, então, algumas das principais causas da vibração:
 - Desequilíbrio – Um ponto de desequilíbrio num componente rotativo causa vibração quando o peso desequilibrado roda à volta do eixo da máquina, criando uma força centrífuga. O desequilíbrio pode ser causado por defeitos de fabrico (erros de desenho, falhas de desempenho), ou estar relacionado com a manutenção (pás do ventilador deformadas ou sujas, falta de pesos de equilíbrio). À medida que a velocidade da máquina aumenta, os efeitos do desequilíbrio tornam-se maiores. O desequilíbrio pode reduzir significativamente a vida útil dos rolamentos, assim como causar vibração indevida na máquina.
- Desalinhamento/Saída de eixo – A vibração pode ser causada quando os eixos da máquina estão desalinhados. Este desalinhamento angular ocorre quando os eixos, por exemplo, de um motor ou de uma bomba não são paralelos. À condição dos eixos estarem paralelos mas não exactamente alinhados chama-se desalinhamento paralelo. O desalinhamento pode ser causado durante a montagem ou pode desenvolver-se com o tempo, devido à expansão térmica, deslocação de componentes ou montagem incorrecta depois de uma manutenção. A vibração decorrente deste problema pode ser radial ou axial (dependendo do eixo da máquina), ou ambos.
- Desgaste – Componentes como esferas ou rolamentos, correias de transmissão ou engrenagens ficam gastas, com o uso, podendo causar vibração. Quando o trilho de um rolamento está danificado, por exemplo, esses rolamentos irão causar vibração quando passarem pela área danificada. O mesmo acontece quando um dente de uma engrenagem está lascado ou gasto, ou uma correia de transmissão está prestes a partir-se.
- Libertação – Uma vibração que poderia passar despercebida pode tornar-se óbvia e destrutiva se um componente que vibra tem rolamentos soltos ou se está ligado aos seus componentes com folgas. Estas folgas podem ou não ser a causa da vibração, mas qualquer que seja a sua origem, conjugada com a possibilidade da máquina se libertar pode danificar através do desgaste nos vários componentes da máquina.


Efeitos da vibração
Os efeitos da vibração podem ser graves. Vibrações não examinadas podem acelerar as taxas de desgaste (por exemplo, reduzir a vida útil do rolamento) e danificar o equipamento. A vibração das máquinas pode também provocar ruído, causar problemas de segurança e levar à degradação das condições de trabalho numa fábrica. Pode também aumentar o consumo de energia e comprometer a qualidade do produto fabricado.
Nos piores casos, a vibração pode mesmo danificar equipamentos com gravidade, levando à sua interrupção e mesmo à suspensão da produção da fábrica. Ainda assim, a vibração tem um aspecto positivo: se for medida e analisada correctamente, pode ser usada como elemento de um programa de manutenção como indicador da condição da máquina, ajudando a guiar o técnico de manutenção a tomar medidas correctivas antes de uma falha maior.

Características da vibração
Para compreender melhor como a vibração se manifesta, considere uma simples máquina rotativa, como um motor eléctrico. O motor e o eixo rodam à volta do centro do eixo, que é suportado por um rolamento de cada lado.

Um aspecto chave na análise da vibração é a sua direcção, que pode ocorrer numa direcção radial (em direcção ao exterior) ou axial (paralelo ao eixo).


Um desequilíbrio no motor, por exemplo, deverá causar uma vibração radial, já que o ponto de desequilíbrio do motor gira, criando uma força centrífuga que puxa o motor para fora, enquanto o eixo se vai deslocando 360º. Por sua vez, o desalinhamento do eixo pode causar vibração numa direcção axial (para trás e para a frente paralelamente ao centro do eixo) devido ao desalinhamento no dispositivo de engate do eixo.
Outro factor chave na vibração é a amplitude, ou seja, a sua força ou gravidade. Mais desequilibrado que esteja o motor, maior será a amplitude da vibração. Também a velocidade da rotação pode afectar a amplitude da vibração – com o aumento da velocidade, a força de desequilíbrio aumenta significativamente.


A frequência diz respeito à taxa de oscilação da vibração, isto é, a rapidez com que a máquina tende a mover-se para a frente e para trás. Este factor é normalmente expresso em ciclos por minuto ou Hertz (CPM ou Hz). Um Hz é igual a um ciclo por segundo ou 60 ciclos por minuto.


Apesar do exemplo usado neste artigo ser um motor “simples”, até esta máquina pode exibir um comportamento de vibração complexo. Durante a sua operação, pode vibrar em múltiplas direcções (radial ou axial), com diversos graus de amplitude e frequência, criando, desta forma, um complexo espectro de vibração.

Conclusão
A vibração é uma característica de praticamente todas as máquinas industriais. Quando a vibração aumenta acima dos valores normais, pode indicar não apenas o desgaste natural, mas também a necessidade de uma avaliação das suas causa, ou uma acção de manutenção imediata. Perceber o porquê da vibração e como se manifesta é o primeiro passo para prevenir as consequências da vibração num ambiente industrial.
O novo Medidor de Vibrações Fluke 810 é um avançado dispositivo portátil, desenhado e programado para diagnosticar os mais comuns problemas mecânicos como desequilíbrio, libertação, desalinhamento ou falhas em rolamentos numa vasta gama de equipamentos mecânicos (motores, ventoinhas, ventiladores, cintos e correias de transmissão, caixas de velocidades, acoplagens, bombas, compressores, maquinas de acoplamento blindadas, etc.).


O Fluke 810 detecta as vibrações rapidamente, em três planos de movimentos, fornecendo de seguida um diagnóstico em texto, indicando a solução recomendada. A tecnologia de diagnóstico no Fluke 810 analisa a operação da máquina e identifica falhas, comparando os dados da vibração com um extenso conjunto de regras, desenvolvidos em vários anos de experiência.


Os típicos analisadores de vibrações e o seu software estão destinados a monitorizar as condições das máquinas num longo prazo, mas requerem formação especializada e um investimento que não é possível em muitas empresas. O Fluke 810 foi desenhado especificamente para os profissionais de manutenção que precisam de resolver problemas mecânicos e resolver a causa desses problemas.