Análise de vibração mecânica

Vibração mecânica: como reduzir?

A vibração mecânica é uma ameaça a praticamente todas as fábricas, das pequenas até as maiores, em complexos parques industriais. Isso porque as consequências severas das vibrações nas máquinas e nos equipamentos de uma empresa podem ocasionar a quebra e o desgaste prematuro destes. Se não solucionada em tempo, inclusive, a vibração pode levar a uma situação bem mais grave. Portanto, como reduzir a vibração mecânica?

Imagine remover os pneus do seu carro e dirigir apenas com as rodas de aço. Pegue qualquer estrada brasileira e tente adivinhar quanto menor será a vida útil dos componentes do seu carro.

Em motores elétricos, o acoplamento faz o papel do pneu. É ele que protege a instalação da vibração.

Por exemplo, a parada total de uma máquina ou de uma linha inteira de produção, gerando perdas e prejuízos incalculáveis para a empresa. 

Evite tudo isso! Confira as dicas que preparamos!

Vibração mecânica: o que é?

Fisicamente falando, a vibração mecânica é a propagação de ondas mecânicas em uma determinada frequência e amplitude, da fonte emissora para outro ponto sólido. 

Em processos mecânicos, é bastante comum que máquinas como bombas, moinhos, britadores, peneiras (e assim por diante) gerem vibração mecânica devido à função que desempenham. Nessas máquinas, há componentes que certamente terão sua vida reduzida à medida em que a vibração aumenta.

Motor, bomba, correia e ventilador com vibração mecânica
Vibração mecânica em diferentes equipamentos industriais. Fonte: TR Corporation

Isto é, a vibração mecânica do processo pode causar inúmeros problemas, como:

  1. Desgaste prematuro de mancais e acoplamentos;
  2. Empenamento e ruptura de eixos (dependendo do grau de vibração);
  3. Falha nas vedações e selagens, que podem causar vazamento de óleo e graxa;
  4. Afrouxamento ou quebra dos parafusos de fixação da base dos equipamentos;
  5. Ruído e desgaste prematuro em sistemas engrenados;
  6. Além de temperatura elevada nos mancais e acoplamentos…

Vibração mecânica: consequências na saúde do operador

A vibração descontrolada em máquinas e equipamentos pode causar lesões por esforços repetitivos e aumento de fadiga dos operadores. Segundo este artigo da Husqvarna, algumas consequências da vibração descontrolada na saúde do trabalhador são:

  1. Lesões na coluna vertebral
  2. Perda do equilíbrio
  3. Falta de concentração
  4. Desordens gastrointestinais
  5. Aumento da frequência cardíaca
  6. Perda do controle muscular de partes do corpo
  7. Distúrbios visuais com visão turva

O operador não precisa sofrer para fazer seu trabalho. Um acoplamento de qualidade pode ser a solução para isso.

Como se mede a vibração mecânica?

Antes de se reduzir a vibração mecânica, é necessário medi-la. Para isso, você irá precisar de acelerômetros e de um analisador ou osciloscópio 

Acelerômetros

A maneira mais difundida industrialmente de medir e analisar a vibração de um componente é com acelerômetros conectados a analisadores de vibração, conforme as imagens a seguir.

Imagem de acelerômetro piezoelétrico utilizado para medir vibração
Acelerômetro para medição de vibração mecânica. Fonte: AeroExpo

Este acelerômetro é fixado em diversos pontos do equipamento alvo da medição. No caso de um motor elétrico, veja os pontos de medição abaixo conforme catálogo da WEG:

Imagem de motor elétrico com indicativos dos pontos de inserção dos acelerômetros para medição de vibração
Pontos de medição de vibração em um motor elétrico. Fonte: WEG

Analisador e/ou Osciloscópio

Os acelerômetros irão colher a resposta em milivolts (mV) em função do tempo, o que será traduzido em aceleração (m/s) pelo analisador.

Imagem de operador realizando análise para evitar a vibração mecânica em motor elétrico.
Procedimento de análise de vibração mecânica. Fonte: Soluções Industriais

Este analisador é conectado via cabo aos acelerômetros e irá, conforme mencionado, transformar os dados colhidos em m/s em função do tempo. Alguns analisadores fazem a análise de frequência (e sua variação), amplitude, entre outros.

Alternativamente, pode ser utilizado um osciloscópio, mostrado na imagem abaixo.

Osciloscópio para analisar e evitar a vibração mecânica
Osciloscópio. Pode ser utilizado para análise de vibração. Fonte: TEquipments

Como saber se estou com problema de vibração?

Nos catálogos de motores, há os dados da vibração permitida. A tabela abaixo sobre graus de vibração foi tirada do catálogo do motor W22 Premium da WEG:

Graus de vibração mecânica permitidos em motores WEG
Tabela de graus de vibração no motor W22 da WEG. Fonte: WEG

Como reduzir a vibração mecânica?

O acoplamento é fundamental para reduzir a vibração mecânica. Ele serve como uma espécie de suspensão para máquinas rotativas. Possui uma responsabilidade surpreendente no bom funcionamento da instalação como um todo.

A Influência da Seleção do Acoplamento na Redução da Vibração Mecânica

O correto dimensionamento é uma das etapas mais importantes do processo. Se você não tem certeza qual é o ideal para você, tente utilizar a nossa ferramenta de dimensionamento.

Algumas dicas sobre seleção de acoplamentos:

  1. Do que você precisa? Potência do motor, rotação e diâmetros dos eixos.
  2. A aplicação importa? Sim. O fator de serviço para uma bomba centrífuga normal é bastante inferior ao de um moinho a martelo, devido ao nível de vibração. Baixe nosso catálogo e confira a tabela de fatores de serviço, na última página.
  3. Qual modelo escolher? Isso irá depender da aplicação. Na dúvida, a linha AT é o super trunfo dos acoplamentos e fará um ótimo trabalho para aplicações gerais. Para baixa rotação (após redutor), nossa linha H/HR tem muito sucesso no mercado.

Abaixo, damos algumas práticas e dicas de bons cuidados.

Melhorar o alinhamento dos eixos

O alinhamento dos eixos é o processo pelo qual dois eixos são posicionados de forma que suas linhas de centro fiquem colineares quando em operação.

Motor, acoplamento e bombas alinhados axialmente, o que é realçado por uma linha pontilhada vermelha axial. Quanto mais alinhados estão os eixos, menor a vibração mecânica.
Motor, acoplamento e bomba alinhados. Fonte: Tecnomecânico

Isto é, o processo garante que os deslocamentos axiais sejam pequenos o suficiente a ponto de serem absorvidos pelo acoplamento.

De maneira geral, existem 3 tipos de desalinhamento: axial (x), radial (y) e angular (𝞪).

Os 3 tipos de desalinhamento de eixos são: axial (mm no eixo x), radial (mm no eixo y e z) e angular (graus)
Tipos de desalinhamento de eixos. Fonte: KSB

Mas por que o alinhamento ajuda a reduzir a vibração mecânica?

Eixos desalinhados possuem pequenas diferenças angulares, radiais ou axiais, conforme imagem acima. Com a rotação, estas diferenças geram oscilações mecânicas. A isto se dá o nome de vibração.

Como resolver o desalinhamento?

Em resumo, alinhar os eixos conforme especificado pelo nosso catálogo garante a redução da vibração mecânica e o aumento da vida útil tanto do acoplamento quanto da máquina e do motor

Você pode alinhar os eixos por 3 métodos distintos:

  • Padrão de alinhamento Antares: 
    • $ (baixo custo)
    • tempo: baixo
    • é um padrão de Nylon próprio para cada tamanho de AT. Serve como gabarito e é fixado acima de cada um dos flanges do acoplamento.
Dois tamanhos de padrão de alinhamento da Linha Antares AT
Padrão de alinhamento para a linha Antares AT. Fonte: base de fotos Antares
  • Alinhamento com relógio comparador: 
    • $$: custo médio
    • tempo: médio
    • o instrumento é posicionado em um cubo, e as anotações de desalinhamento são feitas com relação ao outro cubo.
Método de alinhamento de eixos realizado com relógio comparador. Na imagem, são mostrados dois cubos de acoplamento, dois relógios comparadores e seus suportes.
Alinhamento realizado com relógio comparador. Fonte: LabVolt
  • Alinhamento a laser: 
    • $$$ (custo alto)
    • tempo: baixo
    • utilizado com equipamento próprio para isso. Cada parte do equipamento é inserido em um eixo, e os dois giram em sincronia.
Procedimento de alinhamento a laser em acoplamento AT.
Alinhamento a laser em AT. Fonte: Astech Bombas

Cargas dinâmicas e desbalanceamento: vibração à vista!

O desbalanceamento ocorre em rotores com massas excêntricas. Como bombas com avarias, por exemplo.

A vibração provocada por desbalanceamento aumenta a carga dinâmica nos mancais das máquinas. Esse processo aumenta o desgaste e diminui a vida útil do equipamento.

Conforme artigo científico da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Balanceamento em um Plano de Rotor Rígido, as principais causas da vibração mecânica em máquinas rotativas são: desbalanceamento (56%) e desalinhamento (30%)

Gráfico de causas de vibração mecânica em máquinas rotativas. Balanceamento: 56%. Desalinhamento: 30%. Outros: 14%.
Causas de vibração mecânica em máquinas rotativas . Fonte: LIMA, João Paulo Silva de. BALANCEAMENTO EM UM PLANO DE ROTOR RÍGIDO.
LIMA, João Paulo Silva de. BALANCEAMENTO EM UM PLANO DE ROTOR RÍGIDO. 2019. 73 f. TCC (Graduação) – Curso de Engenharia Mecânica, Ufrn, Natal, Rn, 2019.

Por que a linha AT é a ideal para reduzir a vibração mecânica?

O acoplamento Antares da linha AT reúne as características necessárias para o desempenho ideal em aplicações onde possa existir o desalinhamento. Lembrando que alinhar uma máquina e garantir que o alinhamento está perfeito é praticamente impossível. 

Esse desempenho, reconhecido pelos clientes, é garantido pela qualidade dos materiais envolvidos na fabricação do produto, assim como o controle de qualidade e padronização dos processos de fabricação.

Acoplamento flexível Antares AT, ideal para reduzir a vibração mecânica.
Acoplamento Flexível Antares AT. Fonte: Antares Acoplamentos

O Pneuzinho

Conforme mencionamos no início deste artigo, imagine remover os pneus do seu carro e dirigir apenas com as rodas de aço. Pegue qualquer estrada brasileira e tente adivinhar quanto menor será a vida útil dos componentes do seu carro.

É para isso que o centro elástico em borracha – conhecido por alguns clientes como “pneuzinho” – serve. A ausência de contato metálico entre os eixos garante proteção e amortecimento rotacional. Eles absorvem e compensam desalinhamentos, e isso é fundamental para a vida útil das suas máquinas. Sem falar em pancadas, choques, cargas intermitentes…

Centro elástico de acoplamento Antares AT.
Centro Elástico Antares AT. Fonte: Isoar Automação Industrial

O Material

O material do centro (“pneuzinho”) é fundamental para a redução da vibração mecânica. Matriz em borracha natural e fibras de nylon geram um compósito de primeira qualidade, cujo desempenho é extremamente bem reconhecido pelo mercado.

Este material, nesta configuração, é capaz de absorver forças em diversas direções com altas deformações. Isto garante a redução das oscilações e a manutenção da boa saúde dos componentes.

Conheça nossas outras linhas de acoplamento!

Casos de Sucesso na Redução de Vibração

A Antares Acoplamentos tem a sua história intimamente ligada com a assistência dada aos clientes, desde os anos 90, para reduzir vibrações.

Moinhos de Martelo

Nos moinhos a martelo eram, na década de 90, essencialmente utilizados acoplamentos de grade elástica. São componentes bons e de uma engenharia bastante sofisticada. No entanto, as evidências práticas e técnicas mostraram ao longo destes anos que o acoplamento de pneu reduz significativamente as vibrações de moinhos a martelo.

Isso porque a capacidade de acomodação dos acoplamentos de grade elástica é menor que a da linha AT. Isto é, com o aumento da rotação, esses desalinhamentos mal absorvidos geram oscilações danosas ao acionamento.

Moinho de Martelo com acoplamento Antares AT. Fonte: Antares Acoplamentos

Bombas Centrífugas

Assim como os moinhos a martelo, bombas centrífugas geralmente trabalham em rotações de 1800 rpm. Nestes equipamentos, quaisquer desalinhamentos não absorvidos pelo acoplamento se tornam um problema de vibração para selos, gaxetas, rolamentos, mancais, etc.

Duas bombas centrífugas, ambas com acoplamentos Antares AT.
Bombas centrífugas com Antares AT

Transportadores de Correia

Estes equipamentos possuem bastante variação de carga, que, quando não absorvida pelo elemento flexível, é levada para o redutor e para o motor. A Antares trabalha com fabricantes extremamente respeitados no mercado como TMSA e Metso.

Motor, AT com limitador de torque, redutor e HR em um transportador de correia.
HR e AT com limitador de torque em transportador de correia. Fonte: Antares Acoplamentos

Lourenço Daudt
Engenharia de Aplicação

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