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Análise de Órbita é a técnica utilizada para identificar problemas de vibração em máquinas que possuem mancais de deslizamento ou escoras (turbinas, bombas, geradores, compressores, etc), ou seja, mancais com filme de fluído lubrificante.

Análise de órbita: como obter e o que são órbitas

A órbita estabelece uma frequência rotora filtrando amplitude e fase do componente, através do transdutor e do estado de estabilidade da operação.

A coleta de informações para a Análise de Órbita é necessária a instalação de dois sensores de proximidade ortogonais nos mancais. Isto vai proporcionar o sinal AC e outros sinais para a monitoração on-line, além dos diagnósticos. Quando usado no conjunto de revezamento de sensores, a capacidade do diagnóstico é muito mais notável.

Os sensores normalmente são instalados pelo próprio fabricante da máquina que servem para controlar suas condições dinâmicas proporcionando maior segurança para a operação.

Além da órbita podemos monitorar a posição média da linha central do eixo no mancal, e através dela, obter informações importantes e relevantes para a rápida intervenção no equipamento.

Os sensores de proximidade podem medir diretamente as respostas relativas do rotor para o alojamento dos mancais.

Para algumas máquinas que processam alta atividade da caixa do mancal, tanto o sensor de proximidade quanto o transdutor ocasional, podem ser usados, resultando no que chamamos de deslocamento absoluto do eixo

Quando os sensores de proximidade e a corrente de turbilhão de óleo são usados para monitorar o deslocamento lateral do eixo, o sensor indica os seguintes componentes:

Um o sinal DC proporcional à média de posicionamento do eixo de acordo com o sensor ocasional.

Um sinal AC (neste caso com flutuação negativa) correspondente à dinâmica de movimentação  do eixo de acordo com o transdutor ocasional.

Sinal DC – Posição Média do Eixo

A posição média do eixo é a mediana das posições do eixo, relativa ao componente estacionário (mancal) onde o sensor é fixado.

As variações de tensões são resultantes dos sensores de proximidade e relativas às alterações na distância causada pelo deslocamento dinâmico do rotor em operação.

Para obter os dados exatos da linha central do eixo é necessário alterar a tensão do eixo de referência nas máquinas em que a tensão referencial é igual a zero. Em altas rotações, a posição central do eixo no mancal é facilmente identificada quando a tensão referencial zero é utilizada.

Em máquinas horizontais esta referência é obtida com o rotor em repouso ou com as mudanças na velocidade. Nesta condição, o rotor está em repouso na base do mancal, apesar disso, todas as subsequentes modificações, tensões da folga (gap) são referências para a posição inicial.

A rotação de uma máquina aumenta  durante a partida, mudando a tensão na folga (gap) nos dois sensores fixados ortogonalmente o que indica a média da posição central do eixo dentro da folga do mancal.

Analisando a Posição Média do Eixo Central com o conhecido diâmetro da folga do mancal, informações valiosas em relação ao alinhamento, condições gerais do mancal, espessura do filme de óleo e carga radial do eixo, são disponibilizadas.

Estes transdutores promovem a maioria dos dados necessários para a propriedade de monitoração da rotação da máquina, assim como a órbita e a posição média do eixo.

Mesmo assim, os sensores de identificação, instalados na máquina ou em cada mancal radial, devem ser considerados como fonte da mais completa informação e diagnósticos de falhas.

Identificação de problemas de vibração - Engefaz

Sinal AC – Órbita

A componente AC do transdutor produz um sinal periódico com formato de onda, uma onda para cada sensor (fixados ortogonalmente na folga). Como mostra a Figura 2.

Note que as ondas estão separadas. A onda da esquerda filtra a velocidade (1X), mostrando um sinal suave, já a da direita capta a vibração.

As órbitas são formadas estavelmente e você deve saber primeiramente que cada onda produzida representa um processo individual de sinal de vibração.

Este sinal é gerado pela locação angular específica do sensor no rotor, relatando o movimento lateral do eixo no plano. Quando dois sensores são fixados ortogonalmente (XY configurados a 90º) as duas ondas (sinais) representam o deslocamento pico a pico do eixo em seus respectivos planos angulares, e são descritos (desenhados) como amplitude ou deslocamento versus tempo.

Uma órbita é gerada pela parceria dos sinais, ou seja, ondas dos dois sensores (XY), então o elemento tempo é excluído deixando o elemento amplitude X versus o elemento amplitude Y, descrito (plotados) no Sistema de Coordenadas Cartesianas (ou nas coordenadas polares).

Identificação de problemas de vibração

A onda da esquerda representa a resposta da sincronia da vibração lateral do rotor, enquanto a onda da direita é a representação da vibração geral presente no sistema

 

Análise de órbita na identificação de problemas de vibração

Gráficos plotados nas equações 1 e 2 do tempo T1 e T2. À direita das ondas as associações de órbita do eixo são representadas como amplitude versus amplitude. Os pontos numerados (1, 2, 3, etc.) ao longo da onda correspondem a pontos específicos na previsão da órbita

Órbita é o percurso, o caminho da linha central do rotor na posição lateral dos sensores de proximidade.

As pulsões quando alimentam o canal Z na entrada intensiva do osciloscópio, intensificam os pontos instantaneamente quando a ranhura (uma por evento) passa por baixo do sensor de proximidade.

De qualquer forma, os pontos nas órbitas representam a movimentação da linha central do eixo em seu percurso no instante em que a ranhura está em frente ao sensor de proximidade.

Para os diagnósticos devemos observar as amplitudes de pico a pico e também as informações de fase.

A Posição Média do Eixo dentro da cavidade do mancal e a forma elíptica da órbita indicam a carga do rotor e a diferença na resistência dinâmica na localização do mancal.

Caso Prático: Pré-carga

Abaixo demonstramos um exemplo de pré-carga em um turbogerador devido ao desalinhamento entre redutor e gerador.

Analisando as formas da órbita, o crescimento da pré-carga do rotor forçará a órbita a um formato mais elíptico. A resposta inicial é uma mudança na amplitude 1X, seguida de crescimento das outras frequências, como 2X, indicando vários desalinhamentos ou outros problemas.

Neste caso temos amplitudes de 46,2 µm pico a pico em 1xRPM (30 Hz) no mancal LA do gerador e na saída do redutor temos amplitudes de 7,8 µm pico a pico em 2xRPM (60 Hz) contra 1,66 µm pico a pico em 1xRPM (30 Hz).

 

Análise de órbita na identificação de problemas de vibração - redutor de eixo saida

 

Análise de órbita na identificação de problemas de vibração - TG Gerador

Análise de órbita na identificação de problemas de vibração - 9XB em microns

 

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