análise de falhas em compressores

8/2/2019 Anlise de falhas em compressores

1/13

ANLISE DE FALHAS EM COMPRESSORES

DE PARAFUSOS

Fabiano Ribeiro do Vale AlmeidaUniversidade Federal de Itajub

Mrcio Tadeu de AlmeidaUniversidade Federal de Itajub

As informaes e opinies contidas neste trabalho so de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es) .

Trabalho apresentado na 6a Conferncia Sobre Tecnologia de Equipamentos,Salvador, Agosto, 2002.

6 Conferncia sobre

Tecnologia de Equipamentos


2/132

SINPSE

Apresentamos neste trabalho uma metodologia para o monitoramento decompressores de ar de parafuso, atravs da anlise de vibrao, corrente e temperatura,

mostrando suas respectivas freqncias de excitaes, os pontos para medio devibrao e principalmente os principais defeitos que aparecem nos compressores deparafusos.

O monitoramento peridico em compressores de parafusos, utilizando o conceito demultiparmetros, tem se mostrado de muita valia por permitir diagnsticos precisos,controlando variveis mecnicas, eltricas, de pulsao do ar, de processo e temperatura,levando ao domnio do equipamento e maior disponibilidade do conjunto motor-compressor com alta confiabilidade.

6 Conferncia sobre



3/133

1. INTRODUO

O compressor de parafuso um compressor rotativo, constitudo por dois rotoreshelicoidais chamados rotor macho (convexo) e rotor fmea (cncavo). Geralmente, orotor macho acionado por um motor e a transmisso feita por meio de engrenagens ,

obtendo-se assim uma elevada velocidade do rotor macho. O gs penetra noespaamento entre os filetes dos rotores e, atravs do engrenamento desses, vai sendoprogressivamente comprimido e transportado at a abertura de descarga.

No necessita de lubrificao dentro da cmara de compresso, pois no h nenhumaespcie de contato, sendo o ar fornecido isento de leo

A Manuteno, como os demais setores da indstria, tem exigido constanteaprimoramento na qualidade de seus produtos, em face de disputa do mercado.

Nas ltimas dcadas, esta prtica tem obrigado as indstrias cada vez mais reduziremseus custos operacionais. Estes custos so afetados pela eficincia de um sistema demanuteno.As Empresas, atravs do departamento de manuteno, vem dando todo apoio

necessrio ao desenvolvimento, aprimoramento e implantao de tecnologias aplicadas Manuteno dos compressores.

O trabalho tem como objetivo mostrar as trs frentes distintas de inspeo usadas noscompressores :

Anlise de Vibrao Mecnica; Anlise de Corrente Eltrica; Anlise de Temperatura.

6 Conferncia sobre



4/134

2-DESENVOLVIMENTO

Compressores de Parafusos

Os compressores estacionrios de parafusos, com um estgio, resfriados com gua,

so acionados por motor eltrico e fornecem ar comprimido isento de leo.A potncia domotor transmitida engrenagem multiplicadora atravs de um acoplamento flexvel.

O elemento compressor constitudo de dois rotores helicoidais de preciso, montadosem rolamentos de esferas e de rolos cilndricos. O rotor macho acionado pelatransmisso da engrenagem multiplicadora e o rotor fmea arrastado pelo ar existenteentre o macho e fmea , que mantm a pequena folga entre os lbulos dos rotores machoe fmea.

Geralmente, os rotores machos tm quatro lbulos e os rotores fmeas seis,consequentemente, a rotao do rotor macho 1,5 vezes a rotao do rotor fmea. Afigura 1, mostra um esquema do elemento compressor com seus mancais.

Fig 1 Esquema dos pontos de medidas no compressor

Monitorao dos Compressores de Parafusos e Determinao dos Pontos de Medida

do Conjunto Motor e Elemento Compressor

O monitoramento dos compressores utiliza o conceito de multiparmetros, ou seja,controla toda varivel importante que influncia no desempenho do equipamento eutiliza a tcnica que melhor reala cada tipo de problema, seja ele mecnico oumagntico.

A anlise de vibrao dos compressores de parafusos exige medidas prximas fontede vibrao. Quando as medidas se destinam a um acompanhamento da mquina, os

6 Conferncia sobre



5/135

pontos devero ser marcados e numerados para permitir comparaes posteriores, elestambm devem ser de fcil acesso. Neste caso, devemos tomar cuidado com a variaode carga, que altera o nvel de vibrao.

Os pontos de medio nos elementos compressores so tradicionalmente conhecidos,por estarem preparados pelo fabricante para fixao dos sensores. No eixo de entrada do

compressor, as medies so feitas na direo radial, horizontal e axial, o mais prximopossvel do mancal da engrenagem multiplicadora. O motor eltrico monitorado porvibrao nos dois mancais de rolamentos e por anlise de corrente eltrica com alicateampermetro conectado ao mesmo coletor que mede vibrao.

Alm do monitoramento citado, so coletados dados operacionais importantes quepodem interferir no desempenho do compressor e influenciar at mesmo na vibrao.Foi criado tambm um controle de amplitude de vibrao por componente (frequncia),de modo a acompanhar a evoluo no tempo dos problemas principais esperados,contando com uma amostragem relevante de dados.

Figura 2 Foto do conjunto motor-compressor.

3- DETERMINAO DAS FREQNCIAS DE VIBRAO DO CONJUNTOMOTOR-ELEMENTO COMPRESSOR

Determinao das Freqncias de Vibrao nas Engrenagens do Conjunto.

Frequncia de Rotao da Coroa:

a freqncia em que a coroa gira em torno de seu eixo ou a relao em que umdente da coroa engrena com um dente do pinho, ou seja, neste caso a mesma rotaodo motor.

6 Conferncia sobre



6/136

Frequncia de Rotao do Pinho:

a freqncia em que o pinho gira em torno de seu eixo ou a relao em que umdente do pinho engrena com um dente da coroa, neste caso a mesma rotao do

macho.

Frequncia de Engrenamento:

a razo em que um par de dentes entra em contato em cada segundo de tempo.

Frequncia de Passagem de Fase de Montagem:

uma subharmnica da freqncia de engrenamento, na qual varia com a montagem.Ela determina o limite de montagem e principalmente o padro de desgaste em funo

da montagem.

A tabela (1) abaixo mostra o resumo de todas as freqncias calculadas de umcompressor (GA 160).

Tabela 1- Resumo de todas as freqncias

Frequncia de Repetio dos Dentes:

quando aps de n revolues da coroa o sistema volta ao mesmo par de dentes quecomearam o movimento. Se um falha existir em ambos os dentes (coroa e pinho ), umpulso com mxima vibrao ser notado quando as respectivas falhas do pinho e dacoroa entrarem em contato ao mesmo tempo. Estas falhas podem ser um resultado doprocesso de fabricao ou manuseio inadequado.

6 Conferncia sobre



7/137

Defeitos Mais Comuns do Motor:

A figura (3) abaixo revela os defeitos mais comuns do motor.

Figura 3- Defeitos mais comuns do motor

O espectro do motor abaixo mostra problemas no estator:

4.1.1

Figura 4- Espectro em velocidade do motor eltrico

2 x Frede

Freqncia de Ranhura do Rotor

6 Conferncia sobre



8/138

O espectro apresenta a freqncia de ranhura do rotor modulada com 120 Hz, isto pode

indicar que h algum problema relacionado com o estator (espiras em curto, perda deisolao, rotor montado excntrico com relao ao estator, por exemplo).

Identificao das Frequncias dos Rolamentos:

Os rolamentos so os suportes dos elementos parafusos do compressor . Podem ser derolos e de esferas e de vrias marcas (SKF,FAG, etc) .

Freqncias :Para que haja um melhor entendimento do trabalho necessrio que se faa a

apresentao de algumas freqncias fundamentais. Freqncias de rotao (Fo) definida como a rotao da pista em movimento. Freqncia fundamental da gaiola (FFT) equivalente a velocidade angular do

centro de um nico elemento rolante ou rotao da gaiola. Freqncia da pista externa (BPFO) pode ser definida como a freqncia de

passagem dos elementos rolantes sobre um nico ponto na pista externa. Freqncia na pista interna (BPFI) freqncia de passagem dos elementos

rolantes sobre um nico ponto da pista interna. Freqncia do elemento rolante (BSF) a freqncia do elemento rolante nada

mais do que a velocidade angular do mesmo em torno de seu centro.

As danificaes em um rolamento nem sempre significam a falha total do mesmo, mas

com certeza uma diminuio de seu desempenho em servio:

Um mancal somente ter um funcionamento satisfatrio, se as condies de servio eambientais, e os seus componentes (rolamento, peas contguas, lubrificao, vedao)estiverem corretamente adequados uns aos outros.

Defeitos nos rolamentos podem ocorrer nas pistas, nos elementos rolantes, na gaiola ouem qualquer combinao destes. Estes defeitos geram sinais de vibrao. muitoimportante que se conhea o tipo de rolamento instalado, porque diferentes tipos derolamentos podem gerar diferentes sinais dependendo do carregamento, da folga internae construo. A figura (5) mostra um rolamento com pista interna e externa girando nomesmo sentido.

6 Conferncia sobre



9/139

Figura 5 Foto de um rolamento do elemento compressor

A figura (6) mostra a freqncia de rotao da coroa modulando a freqncia deengrenamento.Isso indica que a engrenagem deve estar excntrica ou com desgastelocalizado e distribudo.

Figura 6- Espectro do elemento compressor em acelerao

4- PARMETROS

Para avaliar a condio do conjunto motor-compressor so usados os parmetros :velocidade ( mm/s rms) , acelerao ( gs pico ) e envelope de acelerao ( ges pico).A finalidade destes parmetros ou recursos que um conjunto motor-compressor

sempre possui vrias faixas de freqncia de vibrao, e cada parmetro deste adequado para medir uma certa faixa de freqncia.

Assim, o nmero de leituras em um motor-compressor est relacionado com o nmerode pontos, direes e os parmetros das medidas.

Os nveis de vibrao costumam variar em funo das condies de operao doequipamento tais como carga, temperatura ambiente ou influncia de equipamentosprximos. Sendo assim, ao monitorar o compressor de parafuso fundamental que no

ato da medio sejam tomados alguns dados adicionais que indiquem um valorcomparativo para orientar quanto s variaes de vibrao. Esses dados se relacionamdiretamente com a carga no compressor, dessa forma influindo consideravelmente nosvalores da vibrao.

5- DETERMINAO DOS LIMITES DE VIBRAO

Freqncia de rotaodo motor

Fre ncia de Engrenamento

6 Conferncia sobre



10/1310

A definio dos limites importante no gerenciamento desta mquina, pois, em funodestes que as decises so tomadas.

Na realidade, estes limites so faixas vlidas e dentro destas faixas o motor-compressorso qualificados quanto sua condio de estado.A tabela (2) uma sugesto para nveis de severidade.

TABELA COM NVEIS DE SEVERIDADE DE VIBRAOVALOR RMS DE VIBRAO (OVERALL) mm/s at 3200 HzTipo de mquina Bom Aceitvel Alarme 1(alerta) Alarme 2Compressor defusos rotativos(lbulos)

At 6 6 a 8 8 13

Tabela 2. Nveis de vibrao (alarme) do compressor

A tabela (3) mostra os defeitos mais comuns no elemento compressor

FREQUNCIA DEFEITO COMENTRIO - NVEIS

Frequncia de rotao da coroa Folga no mancal da coroa Pode aparecer acompanhada deharmnicas (gera uma componente

desbalanceamento)Frequncia de engrenamento Folgas e desgastes na coroa ou no

pinho.Altos na frequncia de

engrenamento e harmnicasFrequncia de rotao do pinho Folga no mancal da engrenagem do

pinhoPode aparecer alto, acompanhada

de suas harmnicas (gera umacomponente de desbalanceamento)

Frequncia de rotao do macho eharmnicas

Desbalanceamento do rotor 1XExcentricidade do rotor 1X

Folgas nos rolamentos 3X ou 4XDesalinhamento interno 2X

Pode aparecer alto, acompanhadade suas harmnicas

Frequncia de rotao da fmea e

harmnicas

Desbalanceamento do rotor 1X

Excentricidade do rotor 1XFolgas nos rolamentos 3X ou 4XDesalinhamento interno 2X

Pode aparecer alto, acompanhada

de suas harmnicas

Frequncia de pulsao eharmnicas

Sistema com carga excessivaElementos montados com tenses

excessivas.

Aparece alto, acompanhada de suasharmnicas

Freqncia da fmea esubharmnicas

Rotor sujo e oxidadoEmpenamento do eixo do rotor

Aparecimento de subharmnicas(Frequncia de rotao da fmea/2)

e suas harmnicasFreqncia da fmea e

subharmnicasRotor sujo e oxidado

Empenamento do eixo do rotorAparecimento de subharmnicas

(Frequncia de rotao da fmea/2)e suas harmnicas

Frequncia de engrenamento Defeitos(desgastes) no

engrenamentoElementos desalinhados e folgasentre engrenagens

Geralmente aparece modulada pela

rotao (ou harmnicas) daengrenagem com defeito/desgaste.

Tabela 3- Defeitos mais comuns no elemento compressor

6 Conferncia sobre



11/1311

A figura (7) mostra um exemplo do rotor oxidado do elemento compressor:

Figura 7- Rotor oxidado

6- ANLISE DE TEMPERATURA

A verificao contnua da temperatura de um compressor um dado importantssimona manuteno preditiva. Como natural, uma alterao qualquer na temperatura defuncionamento de um compressor indicativo de modificao no comportamento docompressor. Por tais motivos, a temperatura um parmetro que deve ser levado emconsiderao em todo e qualquer programa de manuteno, em qualquer nvel. Aoperao ou funcionamento dos compressores so estabelecidos por uma temperatura

determinada, quando atingido o equilbrio trmico, sem o que as dilataes de algunscomponentes podero trazer como conseqncia prejuzos aos demais componentes. Afigura 8 mostra a curva de tendncia da temperatura medida em um dos mancais de umcompressor de parafuso.

Figura 8 Tendncia dos nveis de temperatura

Rotor Oxidado

6 Conferncia sobre



12/1312

7-ANLISE DE CORRENTE

O diagnstico de problemas em estator ou rotor do motor eltrico pode ser feito pelamedio da corrente que alimenta o motor. Entendemos que a monitorao da correnteeltrica, permite uma avaliao com maior definio e clareza, uma vez que analisa a

condio magntica diretamente na fonte geradora de eventual problema. uma boaferramenta para determinar as condies do motor, em relao a sua parte eltrica. Afigura 9 mostra o sinais harmnicos da freqncia da rede eltrica em uma das fases quealimento o estator do motor que aciona o compressor.

Figura 9 Espectro de corrente eltrica do estator

8- CONCLUSO

Como vimos os resultados que se podem obter com a Anlise de Vibrao emCompressores de Parafusos so muitos e imediatos.Usando as curvas de tendncias dos parmetros monitorados e os nveis de alarme,

pode-se obter um alto grau de confiabilidade e maior disponibilidade do equipamento.O desenvolvimento pleno desta tcnica estar sempre condicionado ao bom

gerenciamento e ao uso de instrumentos e softwares atualizados.

9-AGRADECIMENTOSAproveitamos a oportunidade para agradecer ao departamento de Mecnica da

Universidade Federal de Itajub , na pessoa do Professor Gensio Jos Menon.

10- REFERNCIAS1- Ribera, M., e Csar, Rubens Srgio; 1989, Manuteno Preditiva Usando Anlise deVibraes Palestra na AOMINAS.2-Tavares, L., 1996, Excelncia na Manuteno, Lis Grfica Editora Ltda, vol 1.3-Nakajima, S., 1985, Total Productive Maintenance, Internacional, Congressos eConferncias Ltda, So Paulo.

6 Conferncia sobre



13/13

4- Almeida, T.M, Manuteno Preditiva Usando Anlise de Vibraes, TreinamentoFUPAI Itajub - MG.

6 Conferncia sobre


análise de falhas em compressores

Documents