Slide 1 - Acervo Digital da Unesp

AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Mauro Hugo Mathias
Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá
Programa de Pós-graduação em Mecânica
Área de Projetos
4 – Métodos de Diagnósticos de Máquinas
Conteúdo do capítulo
Neste capítulo efetuaremos o estudo de:
4.1 – Diagnóstico de máquinas;
4.2 – Desbalanceamento de eixos;
4.3 – Desalinhamento de eixos;
4.4 – Desalinhamento de correias;
4.5 – Componentes soltos;
4.6 – Falhas em engrenagens;
4.7 – Roçamento;
4.8 – Falhas em motores elétricos.
AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS
Capítulo 4.8 – Falhas em motores elétricos
Falhas em motores elétricos
Motor de Indução trifásico
Estator
Ventilador
Rotor
Falhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico
Um motor de indução possui freqüências características mesmo que não
tenha nenhuma falha, são as chamadas assinaturas de vibração do motor.
Estas freqüências são(em parêntesis a notação que iremos utilizar neste
curso):
• Freqüência de alimentação – (Fal)
• Freqüência de rotação – (Frt)
• Freqüência do campo magnético (Fcm)
• Freqüência de escorregamento (Fes)
• Freqüência de ranhura – (Fran)
Falhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico
• Freqüência de alimentação – (Fal) – É a freqüência elétrica – 60 Hz
• Freqüência de rotação – (Frt) – É a freqüência real com que o motor está
girando, depende da carga que está aplicada.
• Freqüência do campo magnético (Fcm) – É a freqüência de alimentação
dividida pelo numero de pólos do motor
Fcm 
Fal
nº polos
Falhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico
• Freqüência de escorregamento (Fes) – O rotor do motor não gira com
velocidade síncrona, mas escorrega para trás no campo girante. A
freqüência de escorregamento é a diferença entre velocidade síncrona e a
velocidade do rotor.
A Fes é calculada multiplicando a freqüência de alimentação pelo
escorregamento do motor, que é calculado por:
Ns  Nm
S
Ns
Onde:
Nm = Freqüência de rotação do motor (medida no motor)
Ns = Rotação síncrona (do campo) 
Ns 
120 * Fal
60 * nº pólos
Falhas em motores elétricos
Freqüências básicas de um motor elétrico
• Freqüência de ranhura (Fran) – As ranhuras do entreferro tanto no estator
quanto no rotor geram vibração, pois criam desbalanceamento de forças
magnéticas de atração, conseqüência da variação da relutância do circuito,
em função da taxa de passagem pelas ranhuras do estator e do rotor.
A freqüência de ranhura é calculada por:
 Rs * 1  S 
Fram  Fal * 
 P  K 
Fal = Freqüência da rede
Rs = Numero de ranhuras do rotor
S = escorregamento unitário
P = numero de pares de pólos
K = zero ou nº par (2,4,6,8,…)
Falhas em motores elétricos
Como medir a vibração em motores elétricos
• Maquinas com conjunto rotativo leve e estruturas robustas e pesadas tem
a maioria das forças geradas pelo rotor, como movimento relativo entre o
eixo e o mancal.
A estrutura da máquina funciona como amortecimento, assim deve-se
medir a vibração no rotor, através de sensores sem contato.
• Máquinas com conjunto rotativo pesado, apoiado em mancais rígidos e
com estrutura leve, tem as forças gerada pelo rotor dissipadas através dos
mancais da estrutura, assim o melhor ponto para medição está localizado
na estrutura da máquina, próximo a mancais de rolamentos ou chapas
grossas.
Falhas em motores elétricos
Defeitos de origem elétrica e mecânica
Em um motor de indução os defeitos de origem elétrica podem ser
resultado de:
• Degradação do isolamento da bobina do estator
• Desequilíbrio da alimentação
• Quebra das barras do rotor
• Quebra do anel curto-circuito
Os defeitos de origem mecânica podem ser identificados como:
• Rotor excêntrico ou desbalanceado
• Ventoinha quebrada
Falhas em motores elétricos
Defeitos elétricos
As falhas:
• Degradação do isolamento da bobina do estator
• Desequilíbrio da alimentação
• Enrolamentos em curto e folgas no entreferro do motor
Caracterizam-se por uma freqüência no espectro de vibração igual a duas
vezes a freqüência de alimentação. A amplitude é determinada pela carga
do motor.
2*Fal (Freqüência de alimentação)
Falhas em motores elétricos
Defeitos elétricos
As falhas:
• Quebra das barras do rotor
• Quebra do anel curto-circuito
Caracterizam-se pelo surgimento de bandas laterais ao redor da freqüência
de rotação do motor (Nm) igual ao valor da freqüência de pólos que por
sua vez é igual a 2x o valor da freqüência de escorregamento (Fes)
Nm
2*Fes 2*Fes
Falhas em motores elétricos
Rotor excêntrico ou desbalanceado
Um rotor excêntrico ou um rotor desbalanceado provocam variações no
campo magnético entre os pólos do estator e o rotor (altera o chamado air
gap – distância entre o rotor e o estator), causando uma freqüência de 1X
rpm no sinal medido no motor:
Nm
2*Fs
2*Fs
Falhas em motores elétricos
Rotor excêntrico ou desbalanceado
Como saber se o defeito é mecânico (Desbalanceamento) ou elétrico
(Excêntrico)?
• Deve-se medir a vibração no momento em que a corrente de alimentação
do motor é cortada, duas situações podem ocorrer:
• 1º - Amplitude de vibração decai bruscamente: Problema é elétrico e pode
ser causado por excentricidade do rotor no estator
• 2º - Amplitude decai lentamente: Problema mecânico possivelmente
devido a desbalanceamento do rotor.
Falhas em motores elétricos
Métodos de análise de falhas em motores elétricos
Método da análise de corrente
• Utiliza medidores não-invasivos ao motor para obter o sinal elétrico de
entrada das fases do motor, assim é possível efetuar a análise do espetro
da freqüência de alimentação do motor.
• É indicada para identificação de barras quebradas no rotor e
desbalanceamento de tensão.
Falhas em motores elétricos
Métodos de análise de falhas em motores elétricos
Método do fluxo magnético
• Utiliza uma bobina imersa no campo magnético girante produzido pelas
correntes do estator. Qualquer pequeno desbalanceamento no fluxo
magnético é perceptível pela bobina.
• Este método é indicado para identificação de barras quebradas no rotor,
desequilíbrio de fases e problemas nos enrolamentos do motor.
• Possui a vantagem de não precisar saber o numero de barras e a carga
do motor para identificar anomalias nas espiras.
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemplo
Utilizando um motor de indução trifásico de 1cv, 4 pólos e 220 de
alimentação (ligação em triângulo).
Com o auxilio de um reostato com entrada 220V e saída variável entre 0 e
250V foi induzido um desbalanceamento de corrente no motor.
Bancada de testes
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemplo
As freqüências básicas observadas na assinatura de vibração de um motor
sem defeito são:
• Freqüência de alimentação – (Fal) = 60 Hz e
Múltiplos da freqüência de alimentação: : 2xFal = 120 Hz
• Freqüência de rotação – (Frt) = 1750 rpm = 29,17 Hz
Múltiplos da freqüência de rotação: 2x Frt = 58,38 Hz, 3xFrt = 87,50 Hz
• Freqüência de ranhura – (Fran) = 875 Hz e múltiplos: 2x Fran = 1750 Hz
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemplo
Inicialmente foi efetuada uma coleta sem desbalanceamento. A corrente
em cada uma das fases foi de 1 Ampere.
No gráfico do osciloscópio
podemos distinguir dois
picos:
28 Hz – Freqüência de
rotação (Frt)
360 Hz – Múltiplo da
freqüência de alimentação
(Fal)
Espectro normal
Diagnóstico de falhas através de análise de vibrações
Falhas em motores elétricos – exemplo
Uma segunda medição foi efetuada induzindo-se um desequilíbrio em uma
das fases. A corrente da fase com o reostato é de 1,8A enquanto as
demais estão com 3,0A.
No gráfico do osciloscópio
podemos distinguir dois picos:
28 Hz – Freqüência de rotação
(Frt)
120 Hz –Freqüência de
alimentação (Fal)
240Hz - Múltiplo da freqüência
de alimentação (Fal)
Espectro com desequilíbrio de fase