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Controle ativo de vibrações em máquinas-ferramentas

Queiroz, Eduardo Martins de January 2007 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:29:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 251764.pdf: 16311290 bytes, checksum: 4271607ce6b5527111edd484c5c9f14a (MD5) / Máquinas-ferramenta podem executar um processo de usinagem instável quando modos de vibração da estrutura da máquina são excitados pelas próprias forças de processo, situação que leva a níveis de vibração que causam marcas na superfície da peça trabalhada e da ferramenta. Este trabalho apresenta a aplicação do controle ativo de vibrações com o objetivo de adicionar amortecimento aos modos de vibração de uma retificadora e torná-la menos suscetível a um processo de usinagem instável. A modelagem é feita a partir de modelos obtidos experimentalmente através de algoritmos de identificação de sistemas lineares. A natureza multivariável do problema motiva a utilização de modelos no espaço de estados, e, especificamente, é proposta a aplicação de realizações modais de maneira a trazer um significado físico/estrutural aos modelos. Este tipo de realização modal também permite um tratamento direto da controlabilidade e observabilidade de cada modo de vibração a partir de cada atuador e sensor, respectivamente. O controle aplicado é do tipo realimentado, no qual o sinal de realimentação é obtido através de acelerômetros montados na máquina e é utilizado para definir o comportamento de atuadores piezo-elétricos de forma a causar forças reativas às vibrações medidas. Para o projeto de controladores é proposto o projeto de um controlador LQG em sua versão balanceada, que apresenta vantagens em relação a outras abordagens implementadas em um ambiente ruidoso para um problema de dinâmica multivariável e com forte acoplamento entre entradas e saídas. Os resultados da identificação, modelagem e projeto de controladores são validados em processo através da adição de amortecimento aos modos de vibração e consequente diminuição do tempo de acomodação da estrutura, de maneira que em malha fechada a estrutura da máquina seja menos sucetível a um processo instável. A execução deste trabalho permitiu o desenvolvimento de uma metodologia de projeto de controle ativo de vibrações de estruturas mecânicas onde a falta de amortecimento representa um inconveniente. De fato, na apresentação desta metologia fica evidente a natureza multidisciplinar do problema e todos os elementos envolvidos no desenvolvimento de um sistema de controle ativo.
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Dissipação de energia em estruturas com utilização de polímeros termoplásticos

Fruet, Gustavo January 2005 (has links)
Esta dissertação tem por objetivo contribuir à compreensão dos mecanismos e efeitos de dissipação de energia em estruturas mediante a utilização de materiais viscoelásticos. São obtidas experimentalmente as propriedades destes polímeros termoplásticos enfatizando seu uso como meio de redução das amplitudes de vibrações em estruturas submetidas a ações dinâmicas. Inicialmente, apresenta-se uma breve resenha histórica sobre o uso de materiais viscoelásticos com finalidade de amortecimento estrutural. São descritos modelos reológicos referentes ao comportamento mecânico, químico e térmico e também modelos matemáticos relacionados ao fenômeno do amortecimento necessários para o desenvolvimento do projeto dos amortecedores. A seguir, descreve-se detalhadamente o projeto, construção e análise de dissipadores de energia confeccionados com polímeros termoplásticos, mediante aplicações de carregamentos harmônicos cíclicos, é análisado seu comportamento. Finalmente, faz-se uma análise numérica da influência da incorporação de dissipadores numa estrutura real com problemas de vibrações excessivas. Conclusões sobre a aplicação deste tipo de amortecedor em estruturas em geral são apresentadas.
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Detecção de falhas em mancais de rolamento por análise de vibrações em banda larga : um caso prático de aplicação em uma população de equipamentos rotativos

Menna, Alexandre Ribeiro January 2007 (has links)
No contexto industrial atual, no qual a máxima disponibilidade dos equipamentos ligados ao processo produtivo representa um fator crítico de sucesso, a manutenção industrial passa a desempenhar função estratégica, uma vez que se mostra necessário trabalhar pela prevenção e detecção antecipada das falhas. O constante desenvolvimento das técnicas de análise de vibração tem representado um diferencial na manutenção preditiva de equipamentos rotativos. A detecção de defeitos cada vez menores é constantemente demandada, a fim de possibilitar a ação planejada das equipes de manutenção. O acompanhamento de valores globais de velocidade não é totalmente eficaz nesta situação, e a análise do espectro em baixas freqüências do sinal de vibração nem sempre fornece indícios com a antecipação necessária. Nos equipamentos rotativos, a análise espectral do envelope de aceleração tem sido a alternativa mais precisa para a detecção de defeitos nos mancais de rolamento. O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade de uma análise simplificada do envelope de aceleração através do estabelecimento de um valor numérico único, dotado de referenciais práticos que permitam o diagnóstico de pequenos defeitos com a antecedência adequada. Parte-se da análise de sinais de vibração reais obtidos a partir de uma amostra de conjuntos motor – bomba centrífuga, no instante em que as intervenções de manutenção corretiva nos mancais de rolamento foram recomendadas. A obtenção de um valor global a partir do espectro do envelope de aceleração representa a simplificação desejada, uma vez que se conhece o valor correspondente a detecção efetiva de um defeito. O resultado da análise espectral é confirmado pela desmontagem dos mancais de rolamento danificados e determinação de seu estágio de falha. As conclusões apontam para a viabilidade técnica e econômica de um modelo otimizado de monitoramento preditivo de conjuntos motor – bomba centrífuga, a partir da medição combinada do Valor Global de velocidade RMS e do Valor Global do envelope de aceleração. Ao final do trabalho, uma proposta prática para aplicação na amostra de equipamentos estudada é apresentada. / In the current industry, in which the maximum availability of equipment connected to the production process is a critical factor for success, the industrial maintenance has a strategic role to play, since it appears to work for prevention and early detection of equipment failures. The constant development of the vibration analysis techniques has represented a spread in predictive maintenance of rotating equipment. The detection of smaller defects is constantly becoming possible, in order to enable the planned action of the maintenance teams. The monitoring of overall velocity values is not fully effective in this situation, and the analysis of the low frequencies vibration spectrum not always provides evidence with the required anticipation. In rotating equipment, the analysis of the acceleration envelope spectrum has been the more accurate alternative to the detection of defects in rolling bearing. The purpose of this study is to assess the feasibility of a brief analysis of the acceleration envelope through the establishment of a single numerical value, with practical benchmarks that allow the diagnosis of small defects with the appropriate notice. This study is the analysis of real vibration signals, obtained from a sample of electrical motors and centrifugal pumps, in the moment which the corrective maintenance of the rolling bearing was requested. Achieving the overall value from the envelope acceleration spectrum is the desired simplification, because the analyzed data corresponds to effective detection of a bearing defect. The result of the spectral analysis is confirmed by the disassembly of the damaged rolling bearing, and the determination of their failure stage. The optimized predictive technique composed by the overall envelope spectrum, and the overall velocity has its technical and economic feasibility confirmed. The proposed model can be successfully applied to the electrical motor and centrifugal pumps studied sample.
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Estudo de geração de ruído em reatores de núcleo de ar

Fiorentin, Thiago Antonio 16 July 2013 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2007. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:22:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271114.pdf: 3208807 bytes, checksum: df7b61b0bf61da6a04f6a976c1a7b52f (MD5) / Reatores elétricos são equipamentos utilizados principalmente para limitar a corrente de curto-circuito ao longo de alguns sistemas, inibir a formação de tensões muito instáveis em fornos a arco durante o processo de fundição de ferro e reduzir as correntes harmônicas em sistemas de distribuição de energia. Como hoje em dia as subestações e as indústrias que utilizam esses equipamentos estão mais próximas aos centros urbanos, órgãos ambientais, principalmente na Europa e Estados Unidos, passaram a exigir a especificação do nível de potência sonora gerado por reatores elétricos. Dessa maneira, um estudo é realizado para caracterizar as forças de excitação que provocam a vibração das paredes do reator e geram ruído. Como as paredes dos reatores são formadas por fios de alumínio bobinados e encapsulados por resina e fibra de vidro, ensaios dinâmicos são realizados para caracterizar as propriedades mecânicas desse conjunto de materiais. Uma avaliação experimental de um protótipo é realizada para caracterizar os modos naturais de vibração, a forma de vibração do equipamento em funcionamento e o nível de potência sonora radiado. Para determinar a vibração das paredes do reator são desenvolvidos modelos analíticos e em elementos finitos. Já para determinar o nível de potência sonora são utilizados modelos analíticos, em elementos finitos e elementos de contorno. Na seqüência, os modelos de radiação sonora são comparados com resultados experimentais apresentando boa concordância. Dessa forma, é possível concluir que apesar de conterem algumas simplificações os modelos fornecem bons resultados.
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Determinação de propriedades mecânicas de materiais viscoelásticos através de ajuste de modelo

Stumpf, Cristiano January 2013 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:50:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328322.pdf: 3244973 bytes, checksum: ee46ba227b33f0bc2b4a0c727310e0c8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Dentre as várias formas de controle vibrações, os métodos passivos são largamente utilizados na indústria. Neste contexto, o uso de materiais viscoelásticos tornou-se uma prática comum devido à simplicidade de aplicação e aos bons resultados de atenuação obtidos. As propriedades dos materiais viscoelásticos têm características particulares, pois possuem comportamento elástico e viscoso simultaneamente, e suas propriedades variam com frequência e temperatura. Maiores dissipações de energia vibratória são obtidas com estes materiais quando usados em camadas constritas, conforme observadas em aplicações aeronáuticas e automotivas devido à boa relação entre massa adicionada e dissipação obtida. Este trabalho apresenta uma revisão detalhada da determinação experimental das propriedades dinâmicas de materiais viscoelásticos em função da frequência e da temperatura as quais são submetidos. As simulações numéricas dos corpos de prova tipo viga em configuração Oberst foram realizadas pelo método de elementos finitos. As propriedades foram obtidas através do ajuste dos resultados do modelo numérico aos resultados experimentais obtidos. Os resultados obtidos neste trabalho são comparados aos fornecidos por um fabricante.<br> / Abstract : Among the various forms of vibration control, passive methods are widely applied in the industry. In this context, the use of viscoelastic materials has become a common practice because of the simplicity of application and the good damping attenuation achieved. The properties of the viscoelastic materials have particular characteristics because they have both viscous and elastic behavior and their properties are dependent of temperature and frequency. Higher dissipation levels of vibrational energy are obtained with these materials when it used with constrained layers, as observed in aeronautical and automotive applications, due to the good relationship between the added mass and dissipation obtained. This study presents a detailed review of the experimental determination of the dynamic properties of the viscoelastic materials as a function of frequency and temperature which are submitted. The numerical simulations of beam type specimens in Oberst configuration were performed by finite element method. The properties were obtained by fitting the results of the numerical model to the experimental results. The results of this study are compared to those provided by a manufacturer.
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Identificação de parâmetros materiais e estruturais no domínio da frequência

Silva Neto, João Morais da January 1999 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2016-01-09T01:34:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331629.pdf: 2218652 bytes, checksum: 2da53cbd5484dfc79c6dd675808b2347 (MD5) Previous issue date: 1999 / Percebeu-se recentemente que o fenômeno de vibrações auto-induzidas proporciona o rompimento de cabos de linhas de transmissão aéreas de alta tensão. Tal fenômeno tem origem no escoamento eólico através do cabo, que gera os chamados vórtices de Von Karman (1912); sua ocorrência tem forma de esteira e sempre alternada, ora na parte superior, ora na inferior. Tal ação gera um desbalanceamento alternado da pressão, induzindo, assim, um movimento para cima e para baixo do cabo condutor. O cabo por sua vez tende a romper por fadiga devido ao efeito da vibração eólica. As dificuldades são muitas na pesquisas nessa área e apresentam-se nas mais diversas formas, entre elas a necessidade de se conhecer alguns parâmetros estruturais e características do cabo em si, bem como dos dispositivos utilizados para edução dos níveis de vibração. Dentre os parâmetros importantes para o estudo deste fenômeno está a rigidez e o amortecimento material do cabo de transmissão e do Stockbridge. Uma prática corrente é a medição do decremento logaritmo de um vão do cabo, construído para este fim. Este procedimento, entretanto é conceitualmente incorreto, pois o decremento logaritmo é uma característica estrutural do vão e não uma propriedade intrínseca do cabo, (Lazan, 1968). Portanto, o presente trabalho buscou uma metodologia para a medição do amortecimento histerético da linha e dos Stockbridges (que são feitos de elementos de linha), bem como da rigidez à flexão de um acabo ACSR. Três modelos matemáticos de PED (Pêndulo Elástico Duplo) foram elaborados e testados: dois graus de liberdade, n graus de liberdade e método de elementos finitos. O presente trabalho permite a determinação realística da rigidez equivalente e o fator de perda. Isto significa um avanço considerável em relação ao procedimento comum, não adequado, de se medir o decremento logaritmo de tais cabos. O presente trabalho identificou o módulo de rigidez à flexão com resultados muito satisfatórios e concernentes com a literatura conhecida. Consequentemente obteve-se o módulo de elasticidade e fator de perda material que foram muito próximos dos valores conhecidos.<br> / Abstract : It has been observed that self-induced vibrations may lead to damage in power lines' cables. Such a phenomena is originated by wind flow around the cable, which results in Von Karman vortex street (1912). These vorticesgenerate a pressure unbalance, resulting in anoscillating motion of the cable, which in turn tends to fail by fatigue. The need for studying an controling this kind of situation has been pointed out by a variety of work by Dotharad (1978), Hagendorn (1982), Wagner (1973), among others. There are, however, some difficulties, such as the lack of knowledge related to some structural parameters, and efficient devices for reducing cables' vibration levels. Among the important structural parameters for studying the phenomena, one may point to the stiffness and damping of cablesand stock-bridges. The logarithmic decrease of a cable's gap is frequently used in this context,which is conceptually incorrect, since this is not an intrinsic characteristic from the cable itself (lazan, 1968). As the gaps in the design phase are not known previously, this approach is difficult, if not impossible, to be used. Further procedures are related to the estimation of the structural damping. The present work introduces a methodology for measuring the hysteretic damping of cables and stock-bridges, and the flexure stiffness of a ACSR cable. Three mathematical models based on Double Elastic Pendulum (DEP) were developed and tested: two degrees of freedom, n degrees of freedom (the assumed modes method) and the Finite Elements Method. This methodology allows the realistic determination of the equivalent stiffness and the loss factor, which is more suitable than measuring the logarithmic decrement of the cables' gaps. In the case of the DEP-P, for which the elastic  beam has a simple geometry, the procedure allows the determination of the material's loss factor, whether metallic or nonmetallic, and the Young modulus. Results obtained for the flexural stiffnesses were more than reasonable and compared well with other found in the literature. Thus, Young moduli and loss factors obtained were very close to known values.
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Desenvolvimento de um sistema óptico destinado à medição dinâmica simultânea de translações e rotações

Brandão, Fabrício Badalotti January 2004 (has links)
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T15:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliação de um sistema óptico destinado a mensurar os seis graus de liberdade de vibrações encontradas em sistemas mecânicos, compreendendo a medição de três componentes de deslocamento e três rotações simultaneamente. A principal motivação para o desenvolvimento deste trabalho é a realização da avaliação dos movimentos provenientes do sistema moto-compressor de compressores herméticos. Estes resultados serão usados para aprimorar o desenho de componentes de compressores herméticos. O princípio de funcionamento do sistema óptico se baseia na captura de uma seqüência de imagens digitais, de pontos luminosos fixados no mensurando. Como os pontos são observados por dois sistemas de captura que estão posicionados em ângulos de observação distintos, é possível calcular as coordenadas 3D dos pontos medidos e reconstruir computacionalmente a trajetória tridimensional do mensurando. A avaliação metrológica do sistema de medição é apresentada, descrevendo a realização de sua calibração através de padrões. Os resultados gerados são bastante positivos, indicando que este novo sistema de medição pode ser potencialmente aplicável nas indústrias.
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Uma metodologia de modelagem e análise das vibrações de origem magnética nas máquinas elétricas rotativas por elementos finitos e procedimentos experimentais /

Neves, Carlos Guilherme da Costa January 1999 (has links)
Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T16:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T17:36:37Z : No. of bitstreams: 1 138785.pdf: 22670308 bytes, checksum: c662e9b8a74ce7ed2aae4440faea609a (MD5)
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Interações modais não ressonantes em vigas cantilever flexíveis

Barros, Everaldo de [UNESP] 09 1900 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-09Bitstream added on 2014-06-13T21:06:53Z : No. of bitstreams: 1 barros_e_dr_guara.pdf: 1499137 bytes, checksum: 5a94296d58a74230125376ce4552f941 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Na presença de não linearidades, a resposta forçada de estruturas exibe diversos fenômenos físicos que não podem ser descritos através de modelos lineares. Estes fenômenos incluem ressonâncias sub-harmônicas, ressonâncias super-harmônicas, jumps , movimentos quasi-periódicos, movimentos de período múltiplo, caos e interações modais. Recentes estudos experimentais indicam que um novo tipo de interação modal pode ocorrer através de mecanismos não ressonantes, decorrente da transferência de energia de modos de alta freqüência e baixa amplitude para modos de baixa freqüência e alta amplitude. Neste trabalho, interações modais não ressonantes são investigadas na resposta planar não linear de vigas cantilever flexíveis sujeitas a excitações externas e paramétricas. As equações diferenciais e as condições de contorno associadas que governam o movimento flexional-flexional não linear de uma viga assumida inextensível, metálica e isotrópica, são apresentadas. O estudo experimental conduzido revelou que a transferência de energia entre modos de alta freqüência para modos de baixa freqüência ocorre via modulação, sendo função do valor da amplitude de excitação e da proximidade entre os valores da freqüência de modulação e da freqüência dos modos ativados. O estudo revelou também que a ativação de modos de baixa freqüência pode ocorrer sob uma variedade de condições de entrada. Em adição, outros fenômenos dinâmicos não lineares classificados como rotas para o movimento caótico são também observados. Em determinadas condições, movimentos quasi-periódicos com amplitudes moduladas caoticamente e moduladas periodicamente são exibidos. Um movimento de resposta de período dois é também observado. / Interesting physical phenomena occur in the forced response of structures in the presence of nonlinearities, which cannot be explained by linear models. These phenomena include subharmonic resonances, superharmonic resonances, jumps, period-multiplying motions, quasiperiodic motions, chaos and modal interactions. Recent studies suggest that another type of modal interaction may occur through nonresonant mechanisms, due to the energy transfer from the low-amplitude highfrequency modes to high-amplitude low-frequency modes. In this work, nonresonant modal interactions in the nonlinear planar motions of flexible cantilever beams subjected to transverse and parametric harmonic excitations are investigated. The governing equations of the nonlinear bending-bending motions and the associated boundary conditions for an isotropic metallic inextensional beam are presented. An experimental study revealed that the transfer of energy from high-frequency to lowfrequency modes occurs via modulation and is found to be function of the excitation amplitude and the closeness of the modulation frequency to the frequencies of the low modes activated. The experimental study also revealed that the energy transfer from high-frequency modes to low-frequency modes occurs for a variety of conditions. In addition, others nonlinear dynamic phenomenas routes to the chaotic motions, are also observed. Under certain conditions, quasiperiodic motion with periodically and chaotically modulated amplitudes are exhibited. Period-doubling motion is also observed.
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Detecção de falhas em mancais de rolamento por análise de vibrações em banda larga : um caso prático de aplicação em uma população de equipamentos rotativos

Menna, Alexandre Ribeiro January 2007 (has links)
No contexto industrial atual, no qual a máxima disponibilidade dos equipamentos ligados ao processo produtivo representa um fator crítico de sucesso, a manutenção industrial passa a desempenhar função estratégica, uma vez que se mostra necessário trabalhar pela prevenção e detecção antecipada das falhas. O constante desenvolvimento das técnicas de análise de vibração tem representado um diferencial na manutenção preditiva de equipamentos rotativos. A detecção de defeitos cada vez menores é constantemente demandada, a fim de possibilitar a ação planejada das equipes de manutenção. O acompanhamento de valores globais de velocidade não é totalmente eficaz nesta situação, e a análise do espectro em baixas freqüências do sinal de vibração nem sempre fornece indícios com a antecipação necessária. Nos equipamentos rotativos, a análise espectral do envelope de aceleração tem sido a alternativa mais precisa para a detecção de defeitos nos mancais de rolamento. O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade de uma análise simplificada do envelope de aceleração através do estabelecimento de um valor numérico único, dotado de referenciais práticos que permitam o diagnóstico de pequenos defeitos com a antecedência adequada. Parte-se da análise de sinais de vibração reais obtidos a partir de uma amostra de conjuntos motor – bomba centrífuga, no instante em que as intervenções de manutenção corretiva nos mancais de rolamento foram recomendadas. A obtenção de um valor global a partir do espectro do envelope de aceleração representa a simplificação desejada, uma vez que se conhece o valor correspondente a detecção efetiva de um defeito. O resultado da análise espectral é confirmado pela desmontagem dos mancais de rolamento danificados e determinação de seu estágio de falha. As conclusões apontam para a viabilidade técnica e econômica de um modelo otimizado de monitoramento preditivo de conjuntos motor – bomba centrífuga, a partir da medição combinada do Valor Global de velocidade RMS e do Valor Global do envelope de aceleração. Ao final do trabalho, uma proposta prática para aplicação na amostra de equipamentos estudada é apresentada. / In the current industry, in which the maximum availability of equipment connected to the production process is a critical factor for success, the industrial maintenance has a strategic role to play, since it appears to work for prevention and early detection of equipment failures. The constant development of the vibration analysis techniques has represented a spread in predictive maintenance of rotating equipment. The detection of smaller defects is constantly becoming possible, in order to enable the planned action of the maintenance teams. The monitoring of overall velocity values is not fully effective in this situation, and the analysis of the low frequencies vibration spectrum not always provides evidence with the required anticipation. In rotating equipment, the analysis of the acceleration envelope spectrum has been the more accurate alternative to the detection of defects in rolling bearing. The purpose of this study is to assess the feasibility of a brief analysis of the acceleration envelope through the establishment of a single numerical value, with practical benchmarks that allow the diagnosis of small defects with the appropriate notice. This study is the analysis of real vibration signals, obtained from a sample of electrical motors and centrifugal pumps, in the moment which the corrective maintenance of the rolling bearing was requested. Achieving the overall value from the envelope acceleration spectrum is the desired simplification, because the analyzed data corresponds to effective detection of a bearing defect. The result of the spectral analysis is confirmed by the disassembly of the damaged rolling bearing, and the determination of their failure stage. The optimized predictive technique composed by the overall envelope spectrum, and the overall velocity has its technical and economic feasibility confirmed. The proposed model can be successfully applied to the electrical motor and centrifugal pumps studied sample.

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