Introdução

A análise de vibração em ativos industriais é de alta relevância para assegurar a operação segura e eficiente de equipamentos e estruturas, sendo também de extrema importância para resguardar a saúde dos trabalhadores e proporcionar um produto final de qualidade. Tal análise visa promover disponibilidade e segurança para a operação, já que um ativo em funcionamento gera vibrações que, caso não tratadas da maneira adequada, podem reduzir drasticamente a vida útil da estrutura ou mesmo provocar um colapso devido ao acoplamento de frequências.

Esses dados vibracionais são comumente utilizados em conjunto com a análise estrutural pelo método dos elementos finitos (MEF), que simula o comportamento de equipamentos e estruturas quando submetidos a acelerações e vibrações. As medições de vibração são utilizadas para calibração do modelo computacional, estabelecendo um comparativo entre os dados teóricos e experimentais com o objetivo de validar o modelo elaborado.

Neste artigo serão apresentados dois cases de sucesso, cada um deles utilizando uma metodologia distinta para a coleta e análise de vibrações: a acelerometria e a câmera de amplificação de movimento.

Acelerometria

Metodologia

A instrumentação por acelerometria é amplamente empregada em ativos industriais para a medição e monitoramento de vibrações. Como o nome já remete, o método utiliza em suas coletas o acelerômetro, que é um dispositivo sensível à aceleração que converte a vibração mecânica em um sinal elétrico, que é proporcional à aceleração. É possível visualizar a seguir, na Figura 1, um desses sensores.

Esses sensores são fixados nas superfícies dos ativos a serem monitorados, e seu posicionamento é extremamente importante para que seja possível capturar as vibrações de interesse. Após sua instalação, as vibrações são registradas ao longo do tempo, de modo que esses dados podem ser coletados tanto de forma pontual, em intervalos específicos, quanto de forma contínua.

Após a coleta, os sinais elétricos gerados pelos acelerômetros são processados por um software específico, possibilitando a extração de dados vibracionais relevantes como frequência, amplitude e forma de onda. Esses dados são então interpretados, momento em que se avalia possíveis padrões de vibração e não conformidades mediante as normas aplicáveis, que podem ser indícios de problemas como desalinhamento, desbalanceamento ou mesmo folgas em componentes e estruturas.

Case de sucesso

Em um de seus serviços recentes, a Kot Engenharia realizou medições de vibração em um prédio de estruturas metálicas integrante de uma planta de mineração. Esse tipo de ativo costuma ser integrado por diversos equipamentos cujo funcionamento resultam em cargas dinâmicas, nas quais a magnitude, direção e posição podem sofrer variações ao longo do tempo. Com isso, as respostas do ativo em relação ao deslocamento, velocidade e aceleração também podem variar, sendo de extrema relevância a medição e coleta de dados vibracionais para avaliação da condição estrutural do prédio.

Neste estudo, o cliente havia relatado vibrações excessivas na estrutura do prédio. Com isso, foi solicitada a realização de medições de vibração no prédio, seguida de análise estrutural e, caso necessário, proposições de mudanças para sanar as vibrações excessivas na estrutura.

Inicialmente foram realizadas medições com acelerômetros em alguns pontos de interesse da estrutura, com o objetivo de avaliar os níveis de vibração em vigas, colunas e bases de equipamentos. É possível visualizar a seguir, na Figura 2, um desses sensores após sua instalação.

As medições coletaram dados transversais, verticais e longitudinais, em que foram identificadas velocidades superiores às admissíveis por norma para vibrações de longa duração em edificações industriais. Esses dados foram utilizados para calibração do modelo computacional, que na sequência foi empregado para análise estrutural do ativo e proposição de melhorias visando adequação dos níveis vibracionais. É possível visualizar a seguir, no Gif 1, um dos modos naturais de vibração, que foram investigados na análise modal, e no Gif 2 a variação de velocidade ao longo do tempo em um dos eixos.

Com isso, foi possível identificar que as principais vibrações na estrutura eram provenientes de um equipamento específico. Na sequência foram propostos reforços que, após nova análise estrutural, indicaram melhoria expressiva nos níveis de vibração da estrutura.

Câmera de amplificação de movimento

Metodologia

Uma das metodologias recentemente desenvolvidas para a coleta e tratamento de dados de vibração é o tratamento por imagem, método associado à utilização de câmera de alta velocidade, responsável por gerar gravações em vídeos que medem o deslocamento real da estrutura. Essas gravações são tratadas em software específico, e resultam em formas de onda e espectros de vibração a partir dos vídeos amplificados.

Um dos principais benefícios dessa metodologia é a medição em diversos pontos de forma simultânea, tendo como único requisito o enquadramento desses pontos na mesma imagem a ser capturada. Ademais, a câmera também dispensa a parada de equipamentos para realizar a instalação de sensores, de modo que a medição pode ser feita a uma distância de segurança do ativo a ser avaliado.

Este método é capaz de realizar medições de alta precisão, dispondo de um sistema composto por câmeras de alta resolução e velocidades, sistemas de iluminação, lentes e computadores com software específico. O software em questão transforma os pixels da imagem em “sensores”, e esses pontos serão então analisados para obtenção do espectro de vibração e da forma de onda. É possível visualizar a seguir, na Figura 3, um profissional da Kot utilizando o equipamento em questão para coleta de dados vibracionais.

Case de sucesso

Em uma das aplicações dessa metodologia, um de nossos clientes solicitou a coleta de vibrações em um edifício industrial que havia passado por algumas modificações. Após a instalação dessas novas estruturas o prédio passou a apresentar vibrações excessivas, razão pela qual foi solicitada a avaliação da condição estrutural do ativo sob essas condições, com proposição de melhorias para adequação dos níveis de vibração aos admissíveis por norma, caso necessário.

Com isso, foi proposta a utilização da câmera de amplificação de movimento para atendimento às necessidades do cliente. É possível visualizar a seguir, no Gif 3, uma das gravações coletadas durante as medições em campo.

Após as medições de vibração, os dados coletados foram utilizados para a calibração do modelo computacional, a ser utilizado na sequência para realização da análise estrutural pelo método dos elementos finitos (MEF). Nessa avaliação foi identificado que as cargas de excitação no prédio estavam abaixo das cargas dinâmicas máximas informadas em projeto. Em seguida foi feito um comparativo entre os deslocamentos nos eixos para a condição real, aferida em campo com a câmera, e para a condição teórica, e o modelo foi validado com base na proximidade desses valores, como pode ser visualizado a seguir, na Figura 4.

Após a calibração identificou-se que a frequência de vibração da estrutura estava muito próxima da frequência de operação de um equipamento específico alocado no prédio. Isso ocorreu devido à proximidade da frequência do equipamento com as primeiras frequências naturais do edifício. Após o estudo foram identificadas não conformidades estruturais em determinados pontos da estrutura, e foram propostos reforços para adequação das vibrações aos níveis admissíveis preconizados pelas normas aplicáveis.

Conclusão

Após os dois casos apresentados, é perceptível que as metodologias para realização de medições e análises de vibração estão cada vez mais presentes no dia a dia da indústria, sendo muito relevantes para avaliar os níveis de vibração que atuam em equipamentos, componentes e estruturas, e suas possíveis implicações.

Além disso, é imprescindível o conhecimento prévio dessas metodologias para definir qual o melhor caminho a ser seguido para cada situação. Com a avaliação de especialistas técnicos essas informações são utilizadas para a tomada de decisões, definindo melhorias e modificações a serem implementadas visando maior confiabilidade, segurança e eficiência operacional.

A Kot conta com um amplo time de profissionais qualificados para avaliação, seleção e aplicação das metodologias e soluções melhor aplicáveis ao seu negócio e aos seus ativos. Entre agora mesmo em contato com nosso time para maiores informações!

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