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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃOPÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá
Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos
Conteúdo do capítuloConteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
3.1 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio do tempo;
3.2 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio da freqüência;
3.3 - Avaliação de falhas com o uso de técnicas do domínio tempo-freqüência;
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃOPÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 3.1 – Avaliação de falhas com o uso de técnicas no domínio do tempo
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:
A medição de nível global é um método de análise aproximado da condição da máquina através do sinal de vibração, mensurando a amplitude do sinal, avaliada de diferentes formas.
• O valor RMS ou valor eficaz que mede a energia da vibração;
• O valor de pico-a-pico, que mede a amplitude máxima da onda fundamental. Esta medida é bastante útil quando a amplitude de deslocamento constitui um parâmetro crítico em relação às restrições de carga máxima.
• O valor de pico, ou de crista, parâmetro útil para identificar eventos de curta duração, como choques de curta duração, por exemplo.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:
Quando alguma característica mecânica é alterada as solicitações sobre os elementos mecânicos são alteradas modificando as freqüências que compõe a vibração do sistema.
O desgaste, presença de trincas, folgas, alterações no acoplamento, dentre outros fenômenos são alterações mecânicas que interferem na solicitação mecânica dos componentes e geram freqüências que se propagam pela estrutura do sistema alterando a vibração global
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações:
Este tipo de medição precisa de um valor de referência para identificação dos pontos de alarme pois a base de comparação passa a ser a própria máquina.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
Parâmetros calculados a partir do sinal no domínio do tempo:
• Valor RMS (Root Mean Square)
• Valor de pico (Peak-Value)
• Fator de Crista (Crest-Factor)
• Curtose (Kurtosis)
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Valor RMS (Root Mean Square)
O valor médio quadrático (RMS) é utilizado para indicar o nível de energia das vibrações do equipamento:
n = número de ponto do sinal xi(t) = sinal da vibração medido
O valor RMS é uma medida simples da energia da vibração, podendo ser utilizado para indicar deterioração das condições do equipamento.
O valor RMS sofre poucas alterações nos estágios iniciais dos danos nos elementos mecânicos, pois a energia total do sinal permanecerá praticamente inalterada.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
n
ii
T
T
xn
dttxT
RMS1
2
0
2 1)(
1lim
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Valor RMS (Root Mean Square)
Com a progressão da falha o valor RMS tende a aumentar pois o numero de picos no sinal cresce, desta forma é possível utilizar níveis de alarme para manutenção:
O monitoramento do equipamento através do valor RMS deve sempre considerar dados históricos para permitir uma avaliação dos pontos de parada e alarme.
3 - Ferramentas de diagnóstico de falhas3 - Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Valor de pico (Peak-Value)
O valor de pico é o valor da maior amplitude presente no sinal.
Quando seu valor aumenta é um indicativo de que impactos começaram a surgir no equipamento com uma possível falha futura.
Geralmente seu valor aumenta antes do valor RMS, pois o valor de pico é pontual, já o valor RMS depende da energia global do sinal e demora mais para ser alterado.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Fator de Crista (Crest-Factor)
É a relação entre o valor de pico e o valor RMS:
Conforme o início e a progressão da falha o fator de crista pode exibir aumentos abruptos, causados pelo aumento de um defeito localizado (aumenta o valor de pico, mas o valor RMS permanece praticamente o mesmo), sendo possível utilizá-lo como um indicador de monitoramento do surgimento de um defeito.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
RMS
Pico de ValorCrista de Fator
RMS
Pico de ValorCrista de Fator
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Relação entre Valor RMS, Fator de Crista e valor de Pico:
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
• Curtose (Kurtosis)
A curtose é definida como sendo o valor do quarto momento estatístico da função distribuição da densidade de probabilidade:
Para mancais de rolamento o valor da curtose varia conforme o progresso da falha, sendo que cresce rapidamente quando a falha se inicia e continua crescendo até certa fase do progresso da falha, quando então com o aumento do valor RMS a curtose pode ser reduzida.
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
2
1
2
1
4
1
1
n
ii
n
ii
XXn
XXn
K
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Nos discos serão acopladas massas para induzir desbalanceamento no eixo em 5 condições:
• Massas opostas a 180º (sem desbalanceamento)
• Massas a 135º, 90º e 45º
•Massas lado a lado (situação mais crítica)
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Massas opostas a 180º (sem desbalanceamento):
* Esta seria a assinatura inicial “Baseline” da máquina, contra a qual os níveis de alarme seriam definidos.
m/s2
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Massas opostas a 135º:
m/s2
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Massas opostas a 90º:
m/s2
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Massas opostas a 45º:
m/s2
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Massas opostas a 0º (massas lado a lado)
m/s2
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Distribuição das massas:Monitoramento de desbalanceamento por Valor RMS
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Posição das massas
Va
lor
RM
S
Valor RMS 0,0318 0,0357 0,0449 0,0483 0,0496
180º 135º 90º 45º 0º
Baseline
180º
135º
90º45º
0º
m/s2
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático
Monitoramento de desbalanceamento por Valor RMS
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Posição das massas
Va
lor
RM
S
Valor RMS 0,0318 0,0357 0,0449 0,0483 0,0496
180º 135º 90º 45º 0º
Baseline• Uma máquina nova teria repetidas medições com amplitude igual a do Baseline;
• Um nível de alarme especificado pelo usuário ou pelo fabricante da máquina poderia ser usada para identificar o ponto correto de parada
3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo3.1 – Avaliação de falhas com técnicas do domínio do tempo
3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas3 – Ferramentas de diagnóstico de falhas
• Monitoramento de máquinas utilizando valor global de vibrações - Exercício prático para o aluno
• Com base nos sinais fornecidos do exemplo acima, elaborar rotina em um dos softwares a seguir para cálculo dos parâmetros RMS, valor de pico, Fator de Crista e Curtose.
• Softwares que podem ser utilizados: Matlab, Scilab, Octave ou Labview
• Os sinais estão disponíveis na base de dados do Teleduc