Motores elétricos: monitoramento de vibração

Motores elétricos: Monitoramento de vibração. Neste artigo, você confere:

• Sobre equipamento
• Onde instalar o Tebe NXG
• Principais falhas detectadas
• Excentricidade estática do rotor
• Desalinhamento
• Folgas
• Falhas de rolamento
• Resumo de falhas

Sobre o equipamento

Primeiramente, o motor elétrico é equipamento amplamente utilizado na indústria por seu baixo custo, robustez, simplicidade, custo de manutenção, versatilidade e alto rendimento.

Bem como, estima-se que, só no Brasil, existam mais de 20 milhões de motores elétricos trifásicos, os quais consomem cerca de 24, 5 % de toda a produção nacional de eletricidade.

Ou seja, nas indústrias, eles são responsáveis por consumir quase 70% da energia elétrica dos processos industriais.

Portanto, fica claro que esses são ativos extremamente importantes. Assim sendo, merecem atenção especial dos gestores de manutenção a fim de ter sua vida útil prolonga – pois, literalmente, são os motores que movem as indústrias. E que garante o bom desempenho dos motores que é a equipe de manutenção.

Ainda assim, os motores mais utilizados são o de corrente alternada, justamente pela distribuição de energia elétrica ser desse tipo. Sua função é a de converter energia elétrica em energia mecânica, sendo constituído basicamente por rotor, estator, eixo, rolamentos, ventoinha e carcaça.

Contudo, a forma mais segura de manter altos níveis de confiabilidade dos motores elétricos é realizando a manutenção preditiva. Como explicamos em nosso artigo sobre os principais indicadores de manutenção, quanto mais dados temos, melhor conhecemos o equipamento, e mais podemos melhorar seu desempenho.

Nesse ínterim, o Tebe NXG é um sensor para preditiva 4.0, ideal para equipamentos rotativos como os motores. Ele capta valores de vibração e de temperatura, os quais são enviados à plataforma de monitoramento online IoTebe, onde é possível fazer a análise térmica e vibracional das máquinas. Veja a seguir como instalar o sensor corretamente:

Onde instalar o sensor Tebe NXG?

Todavia, em motores elétricos, os sensores devem ser instalados em regiões rígidas e preferencialmente próximas aos rolamentos, para conseguir capturar as falhas desses componentes. Os locais de instalação são destacados abaixo:

Observações importantes:

• Não instalar os sensores na carcaça de plástico da ventoinha (essa região possui baixa rigidez, não sendo adequada para esse propósito)
• Não instalar os sensores na aletas do motor (por ser uma região menos rígida da carcaça, pode haver alguma amplificação devido a ressonância em determinada frequência)

Principais falhas detectadas

• Excentricidade estática do rotor

Primordialmente, a excentricidade do rotor ocorre quando o centro de giro do estator é diferente do centro de giro do estator, ou seja, quando eles não são concêntricos.

A excentricidade estática refere-se à excentricidade que não se move, por exemplo devido ao desgaste de um rolamento, ao estator deformado ou à folga entre tampa e pista extrema de um rolamento.

Nessas condições, o espectro será destacado em 2x a frequência (no Brasil, 60Hz), e portanto o espectro se apresentará da seguinte forma:

• Excentricidade dinâmica do rotor

A excentricidade dinâmica é quando os eixos de giro não são concêntricos e se movem durante a rotação do motor, sendo ocasionada por um rotor empenado, por lâminas soltas, trincadas ou quebradas, ou por problemas na ranhura do rotor.

Além disso, nessas condições, o espectro será destacado em 1x a rotação fundamental e com bandas laterais em 2x a frequência de escorregamento do motor.

Assim, a frequência de escorregamento é a diferença entre a velocidade síncrona (calculada a partir da frequência da rede elétrica e número de polos do motor) e a velocidade do rotor (rotação no eixo de saída).

Ainda mais considerando um motor de 4 polos instalado em uma frequência de rede de 60Hz, a rotação síncrona é de 1.800 rpm e o escorregamento varia entre 1 a 5% desse valor – adotando o escorregamento como 4%, a velocidade do rotor é de 1.728 rpm.

Neste exemplo, o espectro vai ser caracterizado com uma amplitude destacada em 30Hz (rotação do motor) e bandas laterais em 27,6Hz e 32,4 Hz, como mostra a imagem abaixo:

Esse tipo de falha ainda pode ser observada no Envelope, destacando 2x a frequência de escorregamento.

• Desalinhamento

A princípio, ocorre pelo desalinhamento do motor elétrico com a máquina acoplada. Será diagnosticado através da análise do espectro em velocidade onde as frequências de 1x na axial é destacada e/ou 2x na radial.

Por exemplo, em um motor elétrico com rotação de 1.800 rpm, a frequência de 30Hz na direção axial seria destacada em caso de desalinhamento angular. Já no caso de desalinhamento paralelo, a frequência destacada seria a de 60Hz.

• Folgas

Por outro lado, as folgas podem existir devido ao mal aperto dos parafusos da base do motor, ou até em casos onde haja uma base que não seja rígida (ex. motor montado em estruturas com chapas, etc). Essas características fazem com que o espectro apresente muitos harmônicos, de acordo com a imagem abaixo:

• Falhas de rolamento

Constantemente essa falha é muito importante para a garantia da confiabilidade da indústria, pois os rolamentos são elementos essenciais nos ativos.

Além disso, nós temos um artigo que explica exatamente como essas falhas podem ser diagnosticadas e você pode entender mais a fundo sobre esse assunto aqui: Como identificar falhas em rolamentos.

Desse modo, as falhas de rolamento são diagnosticadas em estágio inicial com a técnica do Envelope, no qual as frequências de falha dos rolamentos são destacadas.

• Resumo de falhas

Recapitulando, podemos descrever as falhas em motores elétricos de acordo com a seguinte tabela:

FALHA	CARACTERÍSTICA	CAUSA
Excentricidade estática	Espectro de velocidade destacado em 2x a frequência de rede (ex 120HZ); Aumento de temperatura	Estator deformado Folgas na montagem de rolamentos Outros
Excentricidade dinâmica	Espectro de velocidade destacado em 1x RPM + bandas laterais com 2x a frequência de escorregamento; Envelope destacado em 2x freq. escorregamento Aumento de temperatura	Rotor empenado Laminas do rotor soltas, trincadas ou quebradas Ranhuras do rotor danificadas
Desalinhamento	Espectro de velocidade destacado em 2x RPM na radial Espectro de velocidade destacado em 1x RPM na axial	Motor e máquina acoplada desalinhados
Folgas	Espectro de velocidade destacado em 1x RPM e harmônicos	Motor solto Base de instalação pouco rígida
Falhas de rolamento	Envelope com frequências de falhas do rolamento (BPFI, BPFO, BSF, FTF)	Oxidação, trincas ou quebras no rolamento

Assim, que tal descobrir como a sua indústria pode otimizar a manutenção e obter o máximo desempenho dos motores elétricos, evitando com antecedência as falhas citadas acima?

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