Introducción

Atualmente, 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, uma vez 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.

Nesse contexto, 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.

Este artículo presentará dos casos de éxito, cada uno de los cuales utiliza una metodología diferente para recoger y analizar las vibraciones: la acelerometría y la cámara de amplificación del movimiento.

Acelerometría

Metodología

No geral, 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.

Figura 1: Modelo de acelerómetro - FUENTE: Kot Collection.

Dessa forma, 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.

Em seguida, 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.

Succes story

En uno de sus recientes servicios, Kot Engenharia realizó mediciones de vibraciones en un edificio de estructura metálica que forma parte de una planta minera. Este tipo de activo suele estar formado por diversos equipos cuyo funcionamiento da lugar a cargas dinámicas, en las que la magnitud, la dirección y la posición pueden variar con el tiempo. En consecuencia, las respuestas del activo en términos de desplazamiento, velocidad y aceleración también pueden variar, por lo que resulta extremadamente importante medir y recopilar datos de vibraciones para evaluar el estado estructural del edificio.

En este estudio, el cliente había notificado vibraciones excesivas en la estructura del edificio. A raíz de ello, se solicitó la realización de mediciones de vibraciones en el edificio, seguidas de un análisis estructural y, en caso necesario, de propuestas de cambios para remediar las vibraciones excesivas en la estructura.

Em primeiro lugar, 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.

Figura 2: Acelerómetro instalado - FUENTE: Kot Collection.

Las mediciones recogieron datos transversales, verticales y longitudinales, en los que se identificaron velocidades superiores a las permitidas por la norma para vibraciones de larga duración en edificios industriales. Estos datos se utilizaron para calibrar el modelo informático, que a su vez se utilizó para analizar la estructura del activo y proponer mejoras para ajustar los niveles de vibración. El Gif 1 muestra uno de los modos naturales de vibración investigados en el análisis modal y el Gif 2 muestra la variación de la velocidad con el tiempo en uno de los ejes.

Gif 1: Modos naturales de vibración - FUENTE: Colección Kot.

Gif 2: Variación de la velocidad en el tiempo - FUENTE: Kot Collection.

Por essa razão, 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.

Cámara de amplificación de movimiento

Metodología

Una de las metodologías desarrolladas recientemente para recopilar y procesar datos de vibraciones es el procesamiento de imágenes, un método asociado al uso de una cámara de alta velocidad responsable de generar grabaciones de vídeo que miden el desplazamiento real de la estructura. Estas grabaciones se procesan en un software específico y dan lugar a formas de onda y espectros de vibración a partir de los vídeos amplificados.

Além disso, 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.

Nesse sentido, 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.

Figura 3: Medición de vibraciones con una cámara de amplificación de movimiento - FUENTE: Colección Kot.

Estudio de caso de éxito

En una de las aplicaciones de esta metodología, uno de nuestros clientes solicitó la recogida de vibraciones en un edificio industrial que había sufrido algunas modificaciones. Tras la instalación de estas nuevas estructuras, el edificio comenzó a presentar vibraciones excesivas, por lo que se solicitó una evaluación del estado estructural del activo en estas condiciones, con la propuesta de mejoras para adecuar los niveles de vibración a los permitidos por la norma, si fuera necesario.

Dessa forma, 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.

Gif 3: Imágenes recogidas por la cámara - FUENTE: Colección Kot.

Em seguida, 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.

Figura 4: Desplazamiento en uno de los ejes - FUENTE: Kot Collection.

Tras la calibración, se comprobó que la frecuencia de vibración de la estructura era muy próxima a la frecuencia de funcionamiento de un equipo específico situado en el edificio. Esto se debía a la proximidad de la frecuencia del equipo a las primeras frecuencias naturales del edificio. Tras el estudio, se identificaron disconformidades estructurales en determinados puntos de la estructura y se propusieron refuerzos para adecuar las vibraciones a los niveles admisibles recomendados por las normas aplicables.

Conclusión

Tras los dos casos presentados, queda claro que las metodologías para realizar mediciones y análisis de vibraciones están cada vez más presentes en el día a día de la industria, y son muy relevantes para evaluar los niveles de vibración que actúan sobre equipos, componentes y estructuras, y sus posibles implicaciones.

Además, el conocimiento previo de estas metodologías es esencial para definir el mejor curso de acción para cada situación. Con la evaluación de expertos técnicos, esta información se utiliza para tomar decisiones, definiendo las mejoras y modificaciones que deben aplicarse para lograr una mayor fiabilidad, seguridad y eficacia operativa.

Kot cuenta con un amplio equipo de profesionales cualificados para evaluar, seleccionar y aplicar las metodologías y soluciones más adecuadas para su negocio y sus activos. Contacte con nuestro equipo para más información

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