Simulação, em software adequado, da sintomatologia vibracional de avarias mecânicas de máquinas rotativas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Área de Manutenção e Produção

A detecção, o diagnóstico e a correcção de avarias mecânicas em máquinas tornou-se, nas últimas décadas, fundamental para a sobrevivência das empresas, dado à sua grande dependência de produtos e serviços criados por estas. Entre todas as técnicas de Manutenção Condicionada, a Análise de Vibração evidencia-se devido à sua grande versatilidade em detectar uma grande diversidade de avarias mecânicas durante o funcionamento de uma máquina rotativa. Nos últimos anos, a evolução tecnológica tem contribuído para o aparecimento e desenvolvimento de diverso software de simulação do comportamento dinâmico de sistemas, devido à sua capacidade de resolução e demonstração de modelos numéricos complexos, bem como, à facilidade que proporcionam na interpretação dos conceitos e dos fenómenos físicos. Neste sentido, o presente trabalho tem como objectivo a criação e desenvolvimento de modelos bidimensionais e tridimensionais da sintomatologia vibracional de algumas das principais avarias mecânicas em máquinas rotativas, utilizando software que simula movimentos dinâmicos de corpos rígidos. Pretende-se, deste modo, investigar, compreender e obter as condições e características específicas de operação que contribuem para o aparecimento da sintomatologia vibracional das principais avarias mecânicas em máquinas rotativas, permitindo, assim, facilitar e comprovar as tarefas de Manutenção Condicionada através da Análise de Vibração. De todas as possíveis avarias mecânicas, apenas se vai estudar e simular os sintomas das seguintes avarias: desequilíbrio estático e dinâmico; desalinhamento paralelo; desaperto entre a máquina e a base; ressonância estrutural; velocidade crítica e o defeito num rolamento. Também, neste trabalho, irá realizar-se a equilibragem em um e em dois planos, segundo o método vectorial com o intuito de demonstrar a contribuição destes softwares na compreensão e correcção do comportamento dinâmico das máquinas rotativas sujeitas a avarias. Os resultados obtidos comprovam que as avarias mecânicas em máquinas rotativas apresentam padrões e sintomas de vibração bem definidos que, se forem identificados correctamente, permitem efectuar com sucesso a Manutenção Condicionada, assegurando, assim, a operação contínua e produtiva das máquinas.

Abstract: In the last decades, detection, diagnosis and correction of mechanical breakdowns on machines have become fundamental to the survival of businesses, considering the large dependence on products and services they created. Among all the techniques of Condition-Based Maintenance, Vibration Analysis has been stating out due to its versatility in detecting a wide diversity of mechanical breakdowns during the operation of rotating machine. In recent years, technological evolution has contributed to the appearance and development of a wide range of software simulation of the dynamic behavior of systems, due to their ability of resolution and demonstration of complex numerical models, as well as the ease to interpret concepts and physical phenomena . In this sense, the aim of this work is the creation and development of two-dimensional and three-dimensional models of symptomatology vibrational of some major mechanical breakdowns in rotating machinery, using software that simulates dynamic motion of rigid bodies. Therefore, it is intended to investigate, understand and obtain the specific conditions and characteristics of the operation that contribute to the appearance of vibrational symptomatology in most mechanical breakdowns of rotating machines, facilitating and demonstrating Condition-Based Maintenance through Vibration Analysis. Of all possible mechanical breakdowns, it will only be considered and simuleted the following symptons: static and dynamic unbalance, parallel misalignment, looseness between the machine and the base; structural resonance, critical speed and bearing defect. Additionally, this works will also undertake a balancing in one and two planes, according to the vector method demonstrate this software’s contribution to understand and adjust the dynamic behavior of rotating machinery liable to breakdowns. The results obtained demonstrate that the mechanical breakdowns in rotating machines reveal standard and vibration symptoms well defined, which allow the successful performance of the Condition-Based Maintenance if correctly identified, ensuring the machine’s continuous and productive operation.