Vibrações em Motores Elétricos Trifásicos
Vibrações em motores elétricos trifásicos são oscilações mecânicas indesejadas e periódicas produzidas durante o funcionamento de motores elétricos de corrente alternada trifásicos. Essas vibrações podem resultar de fenômenos mecânicos, elétricos, magnéticos ou estruturais, sendo consideradas um dos principais indicadores da condição operacional e da integridade estrutural do equipamento. O monitoramento periódico ou contínuo dos níveis de vibração constitui uma das principais técnicas empregadas na manutenção preditiva de máquinas rotativas, permitindo a identificação precoce de defeitos antes que ocorram falhas catastróficas ou paradas imprevistas no processo produtivo.
Motores elétricos trifásicos são amplamente utilizados em aplicações industriais devido à sua elevada eficiência, robustez e confiabilidade. Entretanto, fatores como desgaste prematuro de componentes, desalinhamentos operacionais, defeitos eletromagnéticos e problemas na qualidade da alimentação elétrica podem alterar o comportamento vibracional do conjunto rotativo.
Características
Todo motor elétrico produz determinado nível de vibração durante sua operação. Essa vibração decorre da interação entre as forças eletromagnéticas produzidas pelo estator, a rotação do rotor e os esforços transmitidos aos mancais e à estrutura de sustentação.
Segundo a norma ISO 20816, níveis elevados de vibração podem indicar deterioração progressiva dos componentes mecânicos ou elétricos, comprometendo a confiabilidade, a eficiência energética e a vida útil do equipamento.
As vibrações são normalmente classificadas em:
Vibração mecânica; Vibração elétrica; Vibração magnética; Vibração estrutural.
Cada tipo apresenta assinaturas espectrais características que podem ser identificadas por meio da análise de vibração avançada.
Causas
As vibrações em motores elétricos trifásicos podem ter diversas origens, sendo frequentemente classificadas em falhas mecânicas e falhas elétricas ou magnéticas.
Desbalanceamento
O desbalanceamento ocorre quando o centro de massa do rotor não coincide com seu eixo geométrico de rotação. Essa condição produz forças centrífugas dinâmicas proporcionais ao quadrado da velocidade angular, aumentando significativamente a vibração do equipamento.
Entre as principais causas estão:
Desgaste irregular do rotor; Acúmulo de resíduos ou contaminantes; Perda de material por erosão ou cavitação; Fabricação ou manutenção inadequada.
Na análise espectral, essa condição normalmente apresenta precessão na frequência correspondente à rotação do eixo (1× RPM) com comportamento predominantemente radial.
alt=Alinhador a laser instalado|miniaturadaimagem|Alinhador a laser instalado entre os acoplamentos|459x459px Desalinhamento
O desalinhamento ocorre quando o eixo do motor e o eixo da máquina acionada (como bombas, redutores ou ventiladores) não permanecem coaxiais.
Pode ser classificado em:
Desalinhamento paralelo (ou radial); alt=Resultado do alinhamento|miniaturadaimagem|Resultado do alinhamento a laser|459x459pxDesalinhamento angular (ou axial); Desalinhamento combinado.
Essa condição provoca aumento das cargas radiais e axiais sobre os rolamentos, elevando os níveis de vibração, gerando picos em 2 × RPM no espectro e reduzindo a vida útil dos componentes.
Defeitos em rolamentos
Os rolamentos representam uma das principais fontes de falhas e paradas de máquina em motores elétricos industriais.
Os defeitos podem ocorrer na:
Pista interna; Pista externa; Elementos rolantes (esferas ou rolos); Gaiola de espaçamento.
Cada tipo de defeito produz frequências características (conhecidas pelas siglas BPFO, BPFI, BSF e FTF), amplamente utilizadas em programas de manutenção preditiva.
Exemplo: miniaturadaimagem|1025x1025px|ATIVO COM DESGASTE DE ROLAMENTOS
A análise espectral de vibração evidencia a presença de componentes características associadas a defeitos em rolamentos, indicando desgaste nos elementos rolantes do motor. Observa-se elevação dos níveis de vibração nas frequências típicas de falhas (BPFO, BPFI, BSF e FTF), acompanhadas por modulação de amplitude e aumento do ruído de alta frequência. Os sinais obtidos sugerem estágio inicial a intermediário de degradação, possivelmente relacionado à fadiga superficial, micropitting ou deficiência no regime de lubrificação, comprometendo a integridade dos rolamentos e podendo evoluir para falha funcional caso não sejam adotadas ações corretivas, recomendamos fazer a troca dos rolamentos dos mancais. miniaturadaimagem|1045x1045px| ESPECTRO
POSSÍVEL CAUSA: Desgaste de rolamentos Aumento nas amplitudes das vibrações em aceleração. Espectros e envelope de aceleração apresentam picos e modulações característicos de falha em rolamentos.
SOLUÇÕES PROPOSTAS: Trocar rolamentos e avaliar dimensional Sugerimos trocar os rolamentos e avaliar os ajustes dimensionais entre o eixo e o mancal para garantir o assentamento adequado.
Desgaste dos mancais
Os mancais são responsáveis pela sustentação do eixo do motor. O desgaste desses componentes pode provocar folgas excessivas, instabilidade dinâmica e aumento das vibrações radiais e axiais.
Em motores de grande porte equipados com mancais hidrodinâmicos (de deslizamento) podem ocorrer fenômenos conhecidos como oil whirl (turbilhonamento do óleo) e oil whip (chicoteamento do óleo), associados à instabilidade do filme de óleo lubrificante.
Desgaste ou empenamento do eixo
O desgaste provocado por atrito, corrosão ou fadiga mecânica pode alterar o equilíbrio dinâmico do eixo, produzindo vibrações que tendem a aumentar com a velocidade de rotação.
Excentricidade do rotor
A excentricidade corresponde à perda da uniformidade do entreferro (espaço físico de ar) entre rotor e estator.
Pode ser classificada em:
Excentricidade estática; Excentricidade dinâmica; Excentricidade mista.
Essa condição produz forças magnéticas desequilibradas, conhecidas na literatura como Unbalanced Magnetic Pull (UMP), responsáveis pelo aumento severo das cargas sobre os rolamentos.
Barras quebradas do rotor
Em motores de indução do tipo gaiola de esquilo, a ruptura de barras do rotor altera a distribuição do fluxo magnético, produzindo oscilações periódicas de torque, aumento da vibração mecânica com bandas laterais na frequência de passagem dos polos e redução do rendimento global.
Curto-circuito entre espiras
Falhas no isolamento dos enrolamentos do estator provocam desequilíbrio do campo magnético girante, aumentando tanto a vibração quanto a temperatura localizada do motor.
Desequilíbrio de tensão
Diferenças entre as amplitudes de tensões das três fases produzem desequilíbrio nas correntes do estator, gerando torque pulsante, aquecimento por efeito Joule e aumento das vibrações.
Perda de fase
A perda de uma das fases da alimentação elétrica provoca aumento abrupto das correntes nas fases remanescentes e redução significativa do torque disponível. Quando ocorre durante a operação, o motor pode continuar funcionando sob condições severas de sobrecarga, produzindo vibrações e aquecimento excessivos que podem queimar o isolamento rapidamente.
Problemas estruturais
Bases inadequadas, afrouxamento de parafusos (pé manco estrutural ou mecânico), baixa rigidez estrutural ou ressonância mecânica também podem elevar significativamente os níveis de vibração, mesmo na ausência de defeitos internos no motor.
Diagnóstico
A identificação das causas das vibrações é realizada por diferentes técnicas de manutenção preditiva.
Entre as principais destacam-se:
Análise de vibração global (RMS); Análise espectral por Transformada Rápida de Fourier (FFT); Análise da assinatura de corrente do motor (MCSA - Motor Current Signature Analysis); Termografia infravermelha; Ultrassom industrial; Monitoramento contínuo por sensores inteligentes com tecnologia IoT (Internet das Coisas).
Essas técnicas permitem detectar defeitos em estágio inicial, reduzindo paradas não programadas e custos de manutenção operacional (OPEX).
Normas técnicas
As principais normas relacionadas à avaliação de vibrações em motores elétricos incluem:
ISO 20816 – Avaliação da vibração de máquinas por medições em partes não rotativas; IEC 60034 – Máquinas elétricas rotativas (especificamente a parte 14, que trata de limites de vibração); ISO 13373 – Monitoramento de condição e diagnóstico de máquinas por análise de vibração; IEEE 841 – Motores de indução para aplicações severas na indústria química e de petróleo.
Ver também
Motor de indução Manutenção preditiva Rolamento Alinhamento de eixos Balanceamento dinâmico Análise de vibração Manutenção baseada na condição
REFERÊNCIAS
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