Ferramenta de engenharia gratuita #026
Limites de vibração — Turbinas eólicas
Avaliar a severidade da vibração dos componentes de turbinas eólicas de acordo com a norma ISO 20816-21. Inclui medições nos mancais principais, caixa de engrenagens, gerador e topo da torre.
Resultados
ℹ️ Observação sobre o componente:
| Zona | Limite | Descrição |
|---|
Escopo da ISO 20816-21
A norma ISO 20816-21 especifica os critérios de avaliação de vibração para turbinas eólicas onshore e offshore. Ela abrange os principais componentes da transmissão e a estrutura da torre/nacelle, abordando as condições operacionais específicas dos sistemas de energia eólica.
Caixa de engrenagens — Velocidade (mm/s RMS)
A vibração da caixa de engrenagens é medida na caixa de chumaceiras usando sensores de velocidade. Vários estágios produzem padrões de vibração complexos.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 3.5 |
| B/C | 7.1 |
| C/D | 11.2 |
Gerador — Velocidade (mm/s RMS)
Os limites de vibração dos geradores são menores porque os geradores são máquinas rotativas de precisão com tolerâncias mais rigorosas.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.6 |
| C/D | 9.0 |
Mancal principal — Aceleração (g RMS)
O rolamento principal opera em velocidades muito baixas (10–20 RPM). A medição da aceleração captura sinais de defeitos de alta frequência no rolamento que os sensores de velocidade não detectariam.
| Limite da zona | Aceleração (g RMS) |
|---|---|
| A/B | 0.5 |
| B/C | 1.0 |
| C/D | 2.0 |
Topo da torre (nacela) — Velocidade (mm/s RMS)
A vibração no topo da torre reflete a resposta estrutural geral às cargas aerodinâmicas e às forças da transmissão.
| Limite da zona | Velocidade (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.0 |
| B/C | 4.0 |
| C/D | 7.0 |
ℹ️ Nota: A vibração das turbinas eólicas varia muito de acordo com as condições de vento. Para uma comparação significativa, as medições devem ser feitas em condições operacionais consistentes (por exemplo, potência nominal, faixas específicas de velocidade do vento). Os sistemas de monitoramento de condição (CMS) fornecem rastreamento contínuo.
⚠️ Importante: As falhas nos rolamentos principais estão entre os reparos mais dispendiosos em turbinas eólicas. A detecção precoce por meio do monitoramento de vibrações (especialmente aceleração de alta frequência e análise de envelope) é crucial para o planejamento da substituição antes de uma falha catastrófica.
A norma ISO 20816-21 especifica critérios de avaliação de vibrações para turbinas eólicas onshore e offshore. Abrange:
- Chumaceira principal — chumaceira do veio de baixa velocidade
- Multiplicadora (caixa de engrenagens) — multiplicador de velocidade de múltiplos estágios
- Gerador — máquina elétrica de alta velocidade
- Topo da torre (nacele) — vibração estrutural
São abordadas medições de velocidade (mm/s) e de aceleração (g), consoante o componente.
A velocidade (mm/s RMS) é utilizada para a multiplicadora, o gerador e o topo da torre, onde as frequências de vibração se situam na gama de 10–1000 Hz.
A aceleração (g RMS) é utilizada para as chumaceiras principais que operam a velocidades muito baixas (10–20 RPM), onde os sinais de defeito de rolamento de alta frequência são mais bem captados por acelerómetros recorrendo a técnicas de desmodulação de envelope.
As turbinas de maior porte (>3 MW) apresentam:
- Velocidades de rotação mais baixas
- Maior flexibilidade estrutural
- Maior inércia do rotor
- Dinâmica do trem de acionamento mais complexa
Os limites das zonas são geralmente consistentes entre as várias classes de potência, uma vez que se relacionam com a severidade no componente. A classe de potência fornece contexto para interpretação e análise de tendências.
A vibração no topo da torre (nacele) mede a resposta estrutural global a:
- Desequilíbrio mássico e aerodinâmico do rotor
- Desalinhamento de guinada (yaw) com a direção do vento
- Forças do trem de acionamento transmitidas através da nacele
- Ressonância estrutural da torre
- Problemas na fundação
É um indicador fundamental do estado geral da turbina e pode revelar problemas que não são visíveis através da monitorização individual de componentes.
Para a Zona C num componente de turbina eólica:
- Rever as tendências do CMS (sistema de monitorização de condição) e os dados SCADA
- Correlacionar a vibração com a velocidade do vento e a potência produzida
- Para rolamentos: verificar o espetro de envelope quanto a frequências de defeito
- Para a multiplicadora: analisar amostras de óleo quanto a partículas metálicas
- Considerar a limitação de potência (curtailment) da turbina para reduzir as cargas
- Programar manutenção durante a próxima janela meteorológica adequada
- Para a torre: verificar a fundação, o sistema de guinada (yaw) e a equilibragem do rotor
Os procedimentos descritos nesta página foram desenvolvidos e testados em campo pela equipa da Vibromera com o Balanset-1A, um equilibrador de dois canais e analisador de vibrações portátil para equilibragem de rotores no local.
Analisadores de vibração profissionais para monitoramento da condição de turbinas eólicas. Avaliação no local em conformidade com a norma ISO 20816. Utilizados em mais de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko é engenheiro de análise de vibrações e fundador e diretor executivo da Vibromera. Há mais de 15 anos que equilibra equipamentos rotativos no terreno e não numa bancada de ensaio: destroçadores, ventiladores industriais, britadeiras, centrifugadoras, veios e fusos. Foi desse trabalho que nasceram os instrumentos Balanset — foram concebidos como uma ferramenta que o técnico pode levar até à máquina e utilizar sozinho, no local, e não como equipamento de laboratório. A Vibromera foi fundada em 2017 e, desde 2023, está sediada no Porto, em Portugal. É aqui que decorrem o desenvolvimento, a montagem e o apoio à linha Balanset. O instrumento de referência é o Balanset-1A, um analisador portátil para equilibragem em um e dois planos e para diagnóstico de vibrações. Nikolai participa pessoalmente no apoio ao cliente, na resolução de casos de equilibragem difíceis e no desenvolvimento do software. Trabalha com clientes em todo o mundo, em qualquer idioma.
