Diagnóstico de Máquinas Elétricas Pela Análise de Vibração

138 Pages·2012·9.62 MB·Portuguese

by  Silvestre Ferreira

Diagnóstico de Máquinas Elétricas
Pela Análise de Vibração

2011 / 2012

Silvestre José da Silva Ferreira
1090057

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica
Sistemas Elétricos de Energia

Novembro de 2012

Orientador ISEP: Dr. José Miguel Lopes Vieira dos Santos

1 Agradecimentos
Antes de mais, agradeço ao Dr. José Miguel Lopes Vieira dos Santos por ter orientado da
melhor forma possível o meu trabalho, estando sempre presente e recetivo às minhas
exposições ou dificuldade, o desenvolvimento deste projeto só foi possível devido á sua
colaboração ativa.
À Bresimar - Automação S.A. pela preciosa ajuda na captura de sinais reais para prova da
veracidade do projeto, em especial ao departamento de I&D e ao Sr. Humberto.
Aos meus pais por todo o afeto, apoio e carinho transmitido ao longo da minha vida, por todo
o esforço e confiança que depositaram em mim, acreditando sempre. Traçamos objetivos
tendo por base toda a educação e ideologias que nos transmitem e os meus pais foram sem
dúvida alguma pessoas perfeitas e responsáveis nessa transmissão a quem dedico as minhas
vitórias e conquistas.
Aos engenheiros Francisco Cesário Diegues e Leonel Cruz Lazaro a quem me concederam
todo o apoio e ajuda como entidade patronal, toda a bagagem de experiencia profissional que
me acompanha resulta dos sábios concelhos e valiosa experiência que me foram transmitindo
desde da minha entrada na FCDiegues, além de entidade patronal são verdadeiros amigos.
À minha namorada Sónia Gonçalves, que é a pessoa mais importante da minha vida, por todo
o amor, apoio, força, respeito, compreensão e ajuda nos momentos mais difíceis, por me
oferecer incansavelmente o seu harmonioso companheirismo e acima de tudo por ser o meu
pilar nos bons e maus momentos.
Ao meu grande amigo Nelson Saraiva por me acompanhar e aconselhar desde sempre,
qualquer caminho por mais longo que seja quando percorrido com um amigo fica sempre
mais curso e fácil.
A todas as pessoas que não referi e que de alguma maneira me ajudaram na concretização
deste projeto o meu sincero obrigado.

2 Resumo
O diagnóstico de máquinas elétricas pela análise de vibração é utilizado num plano de
manutenção, onde é dado a conhecer a “real condição do equipamento”, e surgiu da
necessidade de detetar vibrações indesejáveis nas máquinas elétricas, de uma forma simples e
com custos acessíveis.
Numa fase inicial é obtido um sinal correspondente á vibração da máquina, recorrendo a um
acelerômetro, que dependendo da aceleração da máquina, constrói uma forma de onda
correspondente.
A forma de onda fica guardada em formato de áudio *.wav.
Posteriormente, em software Matlab o ficheiro *.wav irá ser carregado, e comparado com o
ficheiro *.wav original da máquina. Ao comparar os ficheiros o software analisa o espectro
original da máquina através da transformada de Fourier, com o espectro atual. Se este
espectro sair do intervalo de segurança, o software deteta nesse espectro a origem da vibração,
pois cada vibração tem uma frequência associada.
Percorridos os passos descritos, o software disponibiliza ao utilizador as respetivas formas de
onda e todo o restante diagnóstico de forma a uma possível intervenção antecipada da avaria.

Palavras Chave: Acelerômetro, Matlab, DFT, RPM, espectro, vibrações

3 Abstract
The electric machinery diagnostics through analysis of vibrations is using a maintenance
where the main objective is “knowing the real state of the equipment”, and came out of the
necessity of detecting unwanted vibrations in a simple and low costing way.
Initially a signal that matches the machine’s vibration is obtained with the use of an
accelerometer. With this signal and depending on its axes a wave shape is formed.
The signal will be stored in an audio format *.wav.
After this, the *.wav file will be loaded and compared to the machine’s original *.wav file by
the software Matlab. With the help of the Fourier transform the software analysis the original
spectrum of the machine, comparing the two files. If this new spectrum reaches out of the
security boundaries the software detect the source of the vibration, because vibration has its
own frequency.
After all these steps, the software gives all of the necessary wave forms and all of the
diagnostics in order to prevent a possible breakdown.

Key Words: Accelerometer, Matlab, DFT, RPM, spectrum, vibrations.

4 Índice
1 Agradecimentos ................................................................................................................ v
2 Resumo ............................................................................................................................ vii
3 Abstract ............................................................................................................................ ix
4 Índice ................................................................................................................................ xi
5 Índice de Figuras .......................................................................................................... xvii
6 Índice de Tabelas ........................................................................................................... xxi
7 Notação e Glossário ..................................................................................................... xxiii
1 Introdução ....................................................................................................................... 19
1.1 Enquadramento ............................................................................................................... 19
1.2 Apresentação do Projeto ................................................................................................. 20
2 Estado da Arte ................................................................................................................ 23
2.1.1 FLUKE 810 ................................................................................................................................... 23
2.1.2 Vibrometria Laser/Ótica ................................................................................................................ 25
3 Manutenção ..................................................................................................................... 29
3.1 Introdução ....................................................................................................................... 29
3.2 Definição de Manutenção ............................................................................................... 29
3.3 Informações Históricas de Manutenção .......................................................................... 30
3.4 Qual o Objetivo da Manutenção ..................................................................................... 31
3.4.1 Segurança ...................................................................................................................................... 31
3.4.2 Qualidade ...................................................................................................................................... 31
3.4.3 Custo ............................................................................................................................................. 31
3.4.4 Disponibilidade ............................................................................................................................. 32
3.5 Importância da Manutenção ........................................................................................... 33
3.6 Metodologias de Manutenção ........................................................................................ 33
3.6.1 Manutenção Reativa (ou Corretiva) ............................................................................................... 34
3.6.2 Manutenção Preventiva ................................................................................................................. 35
3.6.3 Manutenção Preditiva .................................................................................................................... 35
3.7 Principais Técnicas Preditivas ....................................................................................... 37
3.7.1 Sensitiva ........................................................................................................................................ 38
3.7.2 Análise de Vibração ....................................................................................................................... 38
3.7.3 Termografia ................................................................................................................................... 38
3.7.4 Análise do Óleo ............................................................................................................................. 39
3.7.5 Objetivos da Manutenção Preditiva ............................................................................................... 41
3.8 Resumo das Metodologias ............................................................................................. 41
4 Vibração .......................................................................................................................... 43
4.1 Introdução ...................................................................................................................... 43
4.2 Escolha do instrumento de medição ............................................................................... 44
4.2.1 Faixa de Frequências e Amplitudes ............................................................................................... 44
4.2.2 Tamanho da Máquina ou Estrutura ................................................................................................ 44
4.2.3 Condição de Operação da Máquina ............................................................................................... 44
4.2.4 Tipo de Análise dos Dados ............................................................................................................ 44
4.3 Sensor ............................................................................................................................. 45
4.3.1 Sensores de Resistência Variável .................................................................................................. 45
4.3.2 Sensores Piezoelétricos .................................................................................................................. 47
4.3.3 Sensores Eletrodinâmicos .............................................................................................................. 48
4.3.4 Transformador Diferencial Linear Variável (LVDT) .................................................................... 49
4.4 Sensores de Vibração ..................................................................................................... 50
4.4.1 Vibrômetro .................................................................................................................................... 50
4.4.2 Acelerómetro ................................................................................................................................. 50
4.5 Grandezas da vibração ................................................................................................... 50
4.5.1 Deslocamento ................................................................................................................................ 51
4.5.2 Velocidade ..................................................................................................................................... 51
4.5.3 Aceleração ..................................................................................................................................... 51
4.6 Frequência de Vibração ................................................................................................. 51