Entendendo a Análise de Desaceleração
Análise de Coastdown é a medição e avaliação sistemáticas da máquina vibração durante a desaceleração da velocidade de funcionamento até à paragem total, após a desconexão da alimentação. Em toda a gama de velocidades, o analisador regista a amplitude, fase, e conteúdo espectral, de modo a que uma única rotação sem alimentação permita observar o comportamento do rotor em todas as velocidades por que tem de passar. Interpretado através de Diagramas de Bode e exibições de cachoeiras, segundo esses dados velocidades críticas, frequências naturais, amortecimento características e o contexto mais amplo rotor-dinâmico comportamento que está na base da colocação em serviço, da resolução de problemas e da verificação periódica do estado.
A análise de desaceleração está intimamente relacionada a análise de corrida, mas apresenta duas vantagens distintas: a desaceleração é natural e sem alimentação, o que torna o teste mais simples e seguro, e é realizado com a máquina ainda quente, à temperatura de funcionamento, em vez de fria, no arranque. Trata-se de um teste de aceitação padrão para turbomáquinas e de um diagnóstico periódico extremamente valioso a realizar durante uma manutenção planeada encerramento.
1. O procedimento de ensaio
Um coastdown é fácil de executar, mas compensa uma preparação cuidadosa. Como o processo ocorre apenas uma vez e não pode ser interrompido, todos os canais devem ser configurados e ativados antes de se desligar a alimentação.
Preparação
- Sensores: install acelerómetros em todos os pontos de rolamento; em máquinas com rolamentos de película de fluido, sondas de proximidade num eixo X-Y são adicionados para captar diretamente o movimento do eixo.
- Referência de velocidade: connect a tacômetro pela rapidez e, sobretudo, pela fase referência que permite monitorizar a amplitude e a fase em função das rotações por minuto.
- Acquisition: configurar o sistema para gravação contínua a uma taxa de amostragem adequada à frequência mais elevada de interesse.
- Triggering: definir as condições de ativação — o intervalo de velocidade e a duração a registar.
Execução
- Stabilise: manter o equipamento a uma velocidade de funcionamento constante.
- Iniciar gravação: inicie a aquisição de dados antes que algo mais mude.
- Desligue a alimentação: desligar a alimentação do motor, cortar o combustível da turbina ou eliminar de outra forma o binário motor.
- Monitor: Observe como a vibração aumenta à medida que a máquina abranda.
- Registo concluído: continue a gravar até parar completamente ou até atingir a velocidade mínima desejada.
- Save data: arquivar o conjunto de dados completo do Coastdown para análise e comparação futura.
Duração
A duração da desaceleração por inércia depende da inércia do rotor e do atrito e da resistência do ar que o travam. Os motores pequenos podem parar em 30 a 60 segundos, enquanto as turbinas grandes podem demorar entre 10 e 30 minutos a parar completamente. Uma desaceleração por inércia mais longa geralmente proporciona melhores dados: o rotor permanece em cada velocidade, gerando mais pontos de medição e uma resolução mais precisa nas ressonâncias que mais importam.
2. Análise dos dados
A mesma gravação pode ser processada de várias formas complementares, cada uma delas destacando uma faceta diferente do comportamento da máquina.
Geração de Diagrama de Bode
- Extraia a amplitude de vibração síncrona (1×) em cada velocidade utilizando um filtro de rastreio.
- Extraia o ficheiro correspondente ângulo de fase at each speed.
- Represente graficamente tanto a amplitude como a fase em função da velocidade.
- Velocidades críticas manifestam-se como picos de amplitude acompanhados por uma transição de fase característica — idealmente próxima dos 180° devido à ressonância.
Terreno em cascata
- Compute an FFT a intervalos regulares de velocidade.
- Empilhe os espectros para criar uma imagem tridimensional ecrã em cascata.
- Componentes síncronos em velocidade (1×, 2× e superiores) harmônicos) desvie-se na diagonal à medida que a velocidade diminui.
- Os componentes de frequência fixa — frequências naturais estruturais — apresentam-se como cristas verticais que não se deslocam com a velocidade.
- As velocidades críticas tornam-se visíveis quando uma ordem síncrona atravessa uma dessas cristas de frequência fixa.
Análise de órbita
- Com os sensores de proximidade X-Y instalados, o eixo órbita pode ser reconstruído a qualquer velocidade.
- A órbita altera a sua forma à medida que o rotor atinge uma velocidade crítica.
- São registadas tanto a direção da precessão como a evolução da forma da órbita.
- Em conjunto, estes elementos proporcionam uma caracterização avançada do comportamento dinâmico do rotor, algo que a amplitude escalar, por si só, não consegue fazer.
3. Informações extraídas
Uma desaceleração até à paragem bem executada permite responder a várias questões de engenharia distintas num único teste.
Pontos de velocidade crítica
- A rotação exata em que cada ressonância ocorre.
- A primeira, a segunda e a terceira velocidades críticas, caso se situem dentro da faixa de funcionamento.
- Verificação dos valores medidos em relação aos cálculos de projeto originais.
- Uma avaliação da margem de segurança entre a velocidade de funcionamento e a velocidade crítica mais próxima.
Severidade da ressonância
- A amplitude de pico indica o fator de amplificação em ressonância.
- Picos elevados — cerca de 5 a 10 vezes o nível de referência — indicam um baixo amortecimento.
- Um pico acentuado e estreito é mais preocupante do que um pico largo e suave.
- Os dados indicam se a vibração se mantém dentro dos limites aceitáveis enquanto a máquina atravessa a ressonância.
Quantificação do amortecimento
- O amortecimento pode ser calculado a partir da acentuada forma do pico (método do fator Q).
- Também pode ser calculada a partir da taxa de decaimento no domínio do tempo.
- No caso de maquinaria industrial típica, o rácio de amortecimento situa-se no intervalo de 0,01 a 0,10.
- Um amortecimento mais baixo implica sempre picos de ressonância mais elevados, pelo que este valor determina diretamente a quantidade de vibração produzida por uma velocidade crítica.
4. Aplicações
Colocação em funcionamento de equipamento novo
- Validação inicial de um computador recém-instalado.
- Confirmação de que as velocidades críticas medidas correspondem aos valores previstos, normalmente com uma variação de ±10–15 %.
- Verificação das margens de separação adequadas.
- Criação de um linha de base para comparação futura.
- Cumprir os requisitos de testes de aceitação previstos no contrato ou na norma.
Solução de problemas de alta vibração
- Determinar se a máquina está a funcionar a uma velocidade demasiado próxima da velocidade crítica.
- Identificar ressonâncias até agora desconhecidas na estrutura ou sistema rotor-mancal.
- Avaliar o efeito de modificações, tais como a substituição de rolamentos ou o aumento da massa.
- Comparar os resultados dos testes de desaceleração antes e depois para confirmar se a reparação foi bem-sucedida.
Avaliação Periódica de Saúde
- Uma descida de tensão anual realizada durante uma paragem programada.
- Comparação com a linha de referência de colocação em serviço, no âmbito de um monitorização do estado programa.
- Detecção de alterações na velocidade crítica, que indicam alterações mecânicas, tais como frouxidão ou uma alteração na rigidez do suporte.
- Acompanhamento da degradação do amortecimento ao longo da vida útil da máquina.
5. Onde o Balanset-1A se encaixa e por que as desacelerações são melhores do que as acelerações
Na prática, uma medição de desaceleração não requer nada de mais sofisticado do que acelerómetros, uma referência de fase e um analisador capaz de monitorizar a amplitude e a fase em função da velocidade de queda. Um instrumento portátil de dois canais, como o Conjunto de equilíbrio-1a regista a amplitude e a fase síncronas ao longo de todo o processo de desaceleração e gera diretamente os gráficos de Bode e espectrais, permitindo que um engenheiro confirme as velocidades críticas e as margens de segurança da máquina no local — e, quando o diagnóstico for desequilíbrio em vez de entrar em ressonância, passar diretamente para equilíbrio de campo com o mesmo kit.
Os testes de desaceleração são frequentemente preferidos em detrimento de uma aceleração a motor por três razões:
- Desaceleração sem motor: A máquina desacelera naturalmente devido ao atrito e ao arrasto do ar, sem complicações do sistema de controlo, o que simplifica a execução.
- Alterações de velocidade mais graduais: o rotor permanece mais tempo em cada velocidade, proporcionando uma melhor resolução dos dados, mais pontos em cada velocidade crítica e uma medição de amortecimento mais precisa.
- Ensaios em condições de alta temperatura: o equipamento está à temperatura de funcionamento, com os rolamentos nas suas folgas reais de funcionamento, pelo que a dinâmica medida representa a máquina tal como funciona na realidade — e não uma aproximação a frio.
6. Considerações práticas
Segurança
- Monitorize continuamente a vibração durante a desaceleração.
- Se a situação se tornar excessiva, opte deliberadamente entre uma paragem de emergência e continuar a conduzir apesar da ressonância.
- Mantenha o pessoal afastado do equipamento durante todo o processo.
- Verifique se todos proteção de máquinas e verificar se os sistemas de segurança estão a funcionar corretamente antes de iniciar.
Qualidade de dados
- Certifique-se de que a desaceleração é estável e suave, em vez de ser irregular.
- Utilize uma frequência de amostragem adequada às frequências mais altas de interesse para evitar aliasing.
- Mantenha um bom sinal do tacómetro durante todo o tempo — uma falha no sinal corrompe o alinhamento de fase.
- Recolha um número suficiente de médias em cada velocidade.
Repetibilidade
- Faça várias simulações de desaceleração para verificar o resultado.
- Compare-os para verificar se estão consistentes.
- Uma variação significativa entre medições sugere uma alteração nas condições ou um problema de medição, em vez de uma desvio real na máquina.
A análise de desaceleração é um diagnóstico fundamental da dinâmica do rotor que fornece uma visão abrangente do comportamento dinâmico de uma máquina a partir de uma única desaceleração natural. Os gráficos de Bode e em cascata resultantes identificam as velocidades críticas, quantificam o amortecimento e permitem ao engenheiro comparar a máquina com as previsões de projeto ou com valores de referência históricos — razão pela qual os ensaios de desaceleração são essenciais para a validação da colocação em serviço, a avaliação periódica do estado e a resolução de problemas de ressonância em equipamentos rotativos.
