Baixe Inspeção de Equipamentos e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! TÉCNICAS DE INSPEÇÃO PAGE 47 Introdução As origens de falhas das máquinas estão nos danos sofridos pelas peças componentes. Qualquer máquina pára de trabalhar quando alguma parte vital de seu conjunto se danifica. A parte vital pode estar no interior da máquina, no mecanismo de transmissão, no comando ou nos controles. Pode, também, estar no exterior, em partes rodantes ou em acessórios. Por exemplo, um pneu é uma parte rodante vital para que um caminhão funcione, assim como um radiador é um acessório vital para o bom funcionamento de um motor. 1 - EVOLUÇÃO E HISTÓRICO DA MANUTENÇÃO Nos últimos 20 anos a atividade de manutenção tem passado por mais mudanças do que qualquer outra atividade. Estas alterações são conseqüências de: • Aumento do número e diversidade dos itens físicos que têm que ser mantidos. • Projetos muito mais complexos. • Novas técnicas de manutenção. • Novos enfoques sobre a organização da manutenção e suas responsabilidades. Nas empresas vencedoras o homem de manutenção tem reagido rápido a essas mudanças, esta nova postura inclui uma crescente conscientização de quanto uma falha de equipamento afeta a segurança e o meio ambiente, maior conscientização da relação entre manutenção e qualidade do produto, maior pressão para conseguir alta disponibilidade e confiabilidade da instalação, ao mesmo tempo em que se busca a redução de custos. Estas alterações estão exigindo novas atitudes e habilidades das pessoas da manutenção, desde de gerentes, passando pelos engenheiros, supervisores, até chegar aos executantes. 1.1 - HISTÓRICO DE MANUTENÇÃO Desde os anos 30, a evolução da manutenção, pode ser dividida em 3 gerações. Segundo Kardec e Nascif (2001) a primeira geração abrange o período antes da Segunda Guerra Mundial, quando a indústria era pouco mecanizada, os equipamentos eram simples e, na sua grande maioria, superdimencioanados. Aliado a tudo isto, devido à conjuntura econômica da época, a questão da produtividade não era prioritária. Conseqüentemente, não era necessária uma manutenção sistematizada; apenas serviços de limpeza, lubrificação e reparo após a quebra, ou seja, a manutenção era fundamentalmente corretiva. A segunda geração vai desde a Segunda Guerra Mundial até os anos 60. As pressões do período aumentaram a demanda por todo tipo de produto, ao mesmo tempo em que o contingente de mão-de-obra industrial diminuiu PAGE 47 assim o exige, ou seja, normalmente quando se necessita de maior confiabilidade. As fases de manutenção e operação terão por objetivo garantir a função dos equipamentos, sistemas e instalações no decorrer de sua vida útil e a não-degeneração do desempenho. Nesta fase da existência, normalmente são detectadas as deficiências geradas no projeto, seleção de equipamentos de instalação. Da não-interação entre as fases anteriores, percebe-se que a manutenção encontrará dificuldades de desempenho de suas atividades, mesmo que se apliquem nelas as mais modernas técnicas. A confiabilidade estará num patamar inferior ao inicialmente previsto. 1.3 - Análise de danos e defeitos A análise de danos e defeitos de peças tem duas finalidades: a) Apurar a razão da falha, para que sejam tomadas medidas objetivando a eliminação de sua repetição; b) Alertar o usuário a respeito do que poderá ocorrer se a máquina for usada ou conservada inadequadamente. Para que a análise possa ser bem feita, não basta examinar a peça que acusa a presença de falhas. É preciso, de fato, fazer um levantamento de como a falha ocorreu, quais os sintomas, se a falha já aconteceu em outra ocasião, quanto tempo a máquina trabalhou desde a sua aquisição, quando foi realizada a última reforma, quais os reparos já feitos na máquina, em quais condições de serviço ocorreu a falha, quais foram os serviços executados anteriormente, quem era o operador da máquina e por quanto tempo ele a operou. Enfim, o levantamento deverá ser o mais minucioso possível para que a causa da ocorrência fique perfeitamente determinada. Evidentemente, uma observação pessoal das condições gerais da máquina e um exame do seu dossiê (arquivo ou pasta) são duas medidas que não podem ser negligenciadas. O passo seguinte é diagnosticar o defeito e determinar sua localização, bem como decidir sobre a necessidade de desmontagem da máquina. A desmontagem completa deve ser evitada, porque é cara e demorada, além de comprometer a produção, porém, às vezes, ela é inevitável. Após a localização do defeito e a determinação da desmontagem, o responsável pela manutenção deverá colocar na bancada as peças interligadas, na posição de funcionamento. Conclui-se então que essas falhas devem ser evitadas quando possível, e reparadas quando ocorrerem. Sendo assim a Manutenção é um dos fatores determinantes no sucesso de uma indústria. As falhas são inevitáveis quando aparecem por causa do trabalho executado pela máquina. Nesse aspecto, a manutenção restringe-se à observação do progresso do dano para que se possa substituir a peça no momento mais adequado. É assim que se procede, por exemplo, com os dentes de uma escavadeira que vão se desgastando com o tempo de uso. Conceito de Manutenção: A manutenção nada mais é do que um conjunto de técnicas destinadas a manter: equipamentos, instalações e edificações, com: • Maior tempo de utilização; PAGE 47 • Maior rendimento; • Trabalho de condições seguras; Redução de custos. 1.3 - TIPOS DE MANUTENÇÃO A maneira pela qual é feita a intervenção nos equipamentos, sistemas ou instalações caracteriza os vários tipos de manutenção existentes. Existe uma variedade muito grande de denominações para qualificar a atuação da manutenção. Não raramente essa variedade provoca uma certa confusão na caracterização dos tipos de manutenção. Por isso, é importante uma caracterização mais objetiva dos diversos tipos de manutenção, desde que, independente das denominações, todos se encaixem em um dos seis tipos descritos a seguir. Segundo Tavares (1997) algumas práticas básicas definem os tipos principais de manutenção que são: • Manutenção corretiva não planejada • Manutenção corretiva planejada • Manutenção preventiva • Manutenção preditiva • Manutenção detectiva • Engenharia de manutenção Os diversos tipos de manutenção podem ser também considerados como políticas de manutenção, desde que a sua aplicação seja o resultado de uma definição gerencial ou política global da instalação, baseada em dados técnico- econômicos. Várias ferramentas disponíveis e adotadas hoje em dia têm no nome a palavra Manutenção. É importante observar que essas não são novos tipos de manutenção, mas ferramentas que permitem a aplicação dos seis tipos principais de manutenção citados anteriormente. Dentre elas, destacam-se: • Manutenção Produtiva Total (TPM) ou Total Productive Maintenance. • Manutenção Centrada na Confiabilidade (RCM) ou Reability Centered Maintenance. • Manutenção Baseada na Confiabilidade (RBM) ou Reability Based Maintenance. MANUTENÇÃO CORRETIVA Manutenção corretiva é a atuação para a correção da falha ou desempenho menor que o esperado. Ao atuar em um equipamento que apresenta um defeito ou um desempenho diferente do esperado estamos fazendo manutenção corretiva. Assim, a manutenção corretiva não é, necessariamente, a manutenção de emergência. Convém observar que existem duas condições especificas que levam à manutenção corretiva: • Desempenho deficiente apontado pelo acompanhamento das variáveis operacionais. PAGE 47 • Ocorrência da falha. Desse modo a ação principal na Manutenção corretiva é corrigir ou restaurar as condições de funcionamento do equipamento ou sistema. A manutenção corretiva pode ser dividida em duas classes: • Manutenção corretiva não planejada. • Manutenção corretiva planejada. Manutenção corretiva não planejada é a correção da falha de maneira aleatória. Caracteriza-se pela atuação da manutenção em fato já ocorrido, seja este uma falha ou um desempenho menor que o esperado. Não há tempo para preparação do serviço. Infelizmente ainda é mais praticado do que deveria. Normalmente a manutenção corretiva não planejada implica em altos custos, pois a quebra inesperada pode acarretar perdas de produção, perda da qualidade do produto e elevados custos indiretos de manutenção. Além disso, quebras aleatórias podem ter conseqüências bastante graves para o equipamento, isto é, a extensão dos danos pode ser bem maior. Em plantas industriais de processo contínuo (petróleo, petroquímico, cimento, etc.) estão envolvidas no seu processamento elevadas pressões, temperaturas, vazões, ou seja, a quantidade de energia desenvolvida no processo é considerável. Interromper processamentos desta natureza de forma abrupta para reparar um determinado equipamento compromete a qualidade de outros que vinham operando adequadamente, levando-os a colapsos após a partida ou a uma redução da campanha da planta. Exemplo típico é o surgimento de vibração em grandes máquinas que apresentavam funcionamento suave antes da ocorrência (KARDEC e NASCIF, 2001). Quando uma empresa tem a maior parte de sua manutenção corretiva na classe não planejada, seu departamento de manutenção é comandado pelos equipamentos e o desempenho empresarial da Organização, certamente, não está adequada a necessidade de competitividades atual. Manutenção corretiva planejada é a correção do desempenho menor que o esperado ou da falha, por decisão gerencial, isto é, pela atuação em função de acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar até a quebra. Um trabalho planejado é sempre mais barato, mais rápido e mais seguro do que um trabalho não planejado. E será sempre de melhor qualidade. A característica principal da manutenção corretiva planejada é função da qualidade da informação fornecida pelo acompanhamento do equipamento. Mesmo que a decisão gerencial seja de deixar o equipamento funcionar até a quebra, essa é uma função conhecida e algum planejamento pode ser feito quando a falha ocorrer. Por exemplo, substituir o equipamento por outro idêntico, ter um “kit” para reparo rápido, preparar o posto de trabalho com dispositivos e qualidades etc. A adoção de uma política de manutenção corretiva planejada pode advir de vários fatores: • Possibilidade de compatibilizar a necessidade da intervenção com os interesses da produção. • Aspectos relacionados com a segurança – a falha não provoca nenhuma situação de risco para o pessoal ou para a instalação. • Melhor planejamento de serviços. • Garantia da existência de sobressalentes, equipamentos e ferramental. • Existência de recursos humanos com a tecnologia necessária para a execução dos serviços e em qualidade suficiente, que podem, inclusive, ser buscados extremamente à organização. PAGE 47 A Manutenção Preditiva é a primeira grande quebra de paradigma na manutenção e tanto mais se intensifica quanto mais conhecimentos tecnológicos desenvolvem equipamentos que permitam avaliação confiável das instalações e sistemas operacionais em funcionamento. Seu objetivo é prevenir as falhas nos equipamentos ou sistemas através de acompanhamento de parâmetros diversos, permitindo a operação contínua do equipamento pelo maior tempo possível. Na realidade o termo associado à Manutenção Preditiva é o de predizer as condições dos equipamentos. Ou seja, a Manutenção Preditiva privilegia a disponibilidade à medida que não promove a intervenção nos equipamentos ou sistemas, pois as medições e verificações são efetuadas com o equipamento produzindo. Quando o grau de degradação se aproxima ou atinge o limite previamente estabelecido, é tomada a decisão de intervenção. Normalmente esse tipo de acompanhamento permite a preparação previa do serviço, alem de outras decisões e alternativas relacionadas com a produção. De forma mais direta, podemos dizer que a Manutenção Preditiva prediz as condições dos equipamentos, e quando a intervenção é decidida o que se faz, na realidade, é uma manutenção corretiva planejada. As condições básicas para se adotar a Manutenção Preditiva são as seguintes: Os equipamentos, sistema ou instalação devem permitir algum tipo de monitoramento/medição. O equipamento, sistema ou instalação devem merecer esse tipo de ação, em função dos custos envolvidos. As falhas devem ser oriundas de causa que possam ser monitoradas e ter sua progressão acompanhada. Seja estabelecido um programa de acompanhamento, análise e diagnóstico, sistematizado. Os fatores indicados para análise da adoção da política de Manutenção Preditiva são os seguintes: • Aspectos relacionados com a segurança pessoal e operacional. • Redução de custos pelo acompanhamento constantes das condições dos equipamentos, evitando intervenções desnecessárias. • Manter os equipamentos operando, de modo seguro, por mais tempo. A redução dos acidentes por falhas “catastróficas” em equipamento é significativa. Também a ocorrência de falhas não esperadas fica extremamente reduzida, o que proporciona, além do aumento de segurança pessoal e da instalação, redução de paradas inesperadas da produção que, dependendo do tipo de planta, implicam consideráveis prejuízos. Os custos envolvidos na Manutenção Preditiva devem ser analisados por dois ângulos: O acompanhamento periódico através de instrumentos/aparelhos de medição e análise não é muito elevado e quanto maior o progresso na área de microeletrônica, maior a redução dos preços. A mão-de-obra envolvida não apresenta custo significativo, haja vista a possibilidade de acompanhamento, também, pelos operadores. A instalação de sistemas de monitoramento contínuo “on line” apresenta um custo inicial relativamente elevado. Em relação aos custos envolvidos, estima- se que o nível inicial de investimento é de 1% do capital total do equipamento a ser monitorado e que um programa de acompanhamento de equipamento bem gerenciado apresenta uma relação custo/beneficio de 1/5. PAGE 47 No tocante à produção, a Manutenção Preditiva é a que oferece melhores resultados, pois intervem o mínimo possível na planta, conforme mencionado anteriormente. É fundamental que a mão-de-obra da manutenção responsável pela análise e diagnóstico seja bem treinada. Não basta medir; é preciso analisar os resultados e formular diagnósticos. Embora isto possa parecer óbvio é comum encontrar-se, em algumas empresas, sistema de coleta e registro de informações de acompanhamento de Manutenção Preditiva que não produzem ação de intervenção com qualidade equivalente aos dados registrados (MIRSHAWAKA, 1991). Objetivos da Manutenção Preditiva Os objetivos da manutenção preditiva são: • Determinar, antecipadamente, a necessidade de serviços de manutenção numa peça específica de um equipamento; • Eliminar desmontagens desnecessárias para inspeção; • Aumentar o tempo de disponibilidade dos equipamentos; • Reduzir o trabalho de emergência não planejado; • Impedir o aumento dos danos; • Aumentar a vida útil total dos componentes e de um equipamento; • Aumentar o grau de confiança no desempenho de um equipamento ou linha de produção; • Determinar previamente as interrupções de fabricação para cuidar dos equipamentos que precisam de manutenção. • Redução de custos de manutenção e aumento da produtividade. Execução da Manutenção Preditiva Para ser executada, a manutenção preditiva exige a utilização de aparelhos adequados, capazes de registrar vários fenômenos, tais como: • Vibrações das máquinas; • Pressão; • Temperatura; • Desempenho; • Aceleração. Com base no conhecimento e análise dos fenômenos, torna-se possível indicar, com antecedência, eventuais defeitos ou falhas nas máquinas e equipamentos. A manutenção preditiva, após a análise do fenômeno, adota dois procedimentos para atacar os problemas detectados: estabelece um diagnóstico e efetua uma análise de tendências. As vantagens da manutenção preditiva são: • Aumento da vida útil do equipamento; • Controle dos materiais (peças, componentes, partes, etc.) e melhor gerenciamento; • Diminuição dos custos nos reparos; PAGE 47 • Melhoria da produtividade da empresa; • Diminuição dos estoques de produção; • Limitação da quantidade de peças de reposição; • Melhoria da segurança; • Credibilidade do serviço oferecido; • Motivação do pessoal de manutenção; • Boa imagem do serviço após a venda, assegurando o renome do fornecedor. MANUTENÇÃO DETECTIVA A Manutenção Detectiva começou a ser mencionada na literatura a partir da década de 90. Sua denominação Detectiva está ligada a palavra detectar – em inglês detective maintenance. Po de ser definida da seguinte forma: Manutenção Detectiva é a atuação efetuada em sistemas de proteção buscando detectar falhas ocultas ou não perceptíveis ao pessoal de operação e manutenção. Desse modo, tarefas executadas para verificar se um sistema de proteção ainda está funcionando representam a Manutenção Detectiva. Um exemplo simples e objetivo é o botão de teste de lâmpada de sinalização e alarme em painéis. A identificação de falhas ocultas é primordial para garantir a confiabilidade. Em sistemas complexos essas ações só devem ser levadas a efeitos por pessoal da área de manutenção, com treinamento e habilitação para tal, assessorado pelo pessoal da operação. É cada vez maior a utilização de computadores digitais em instrumentação e controle de processo nos mais diversos tipos de plantas industriais. São sistemas de aquisição de dados, controladores lógicos programáveis, Sistemas Digitais de Controle Distribuído – SDCD, multi-loops com computador supervisório e outra infinidade de arquitetura de controle somente possíveis com o advento de computadores de processo. Sistema de shut-down ou sistemas de trip garante a segurança de um processo quando esse sai da sua faixa de operação segura. Esses sistemas de segurança são independentes dos sistemas de controle utilizados para otimização da produção. Equipamentos eletrônicos programáveis estão sendo utilizados para essas aplicações (XENOS, 1999). Enquanto a escolha deste ou daquele sistema ou de determinados tipos de componentes é discutidas pelos especialistas com um enfoque centrado basicamente na confiabilidade, é importante que estejam bastante claras as seguintes particularidades: Os sistemas de trip ou shut-down são a ultima barreira entre a integridade e a falha. Graças a eles as máquinas, equipamentos, instalações e até mesmas plantas inteiras estão protegidos contra falhas e suas conseqüências menores, maiores ou catastróficas. Esses sistemas são projetados para atuar automaticamente na iminência de desvios que possam comprometer as máquinas, a produção, a segurança no seu aspecto global ou o meio ambiente. PAGE 47 empresas que se destacaram na condução desse programa. No Brasil, foi apresentado pela primeira vez em 1986. Segundo Mirshawaka (1993) considera-se que o TPM deriva da Manutenção Preventiva, concebida originalmente nos Estados Unidos, e a evolução do processo até a sua caracterização, como conhecido atualmente, foi a seguinte: Manutenção preventiva – 1950 Inicialmente adotada dentro do conceito de que intervenções adequadas evitariam falhas e apresentaria melhor desempenho e maior vida útil nas máquinas e equipamentos. Manutenção com introdução de melhorias – 1957 Criação de facilidades nas máquinas e equipamentos objetivando facilitar as intervenções da manutenção preventiva e aumentar a confiabilidade. Prevenção de manutenção – 1960 Significa incorporar ao projeto das máquinas a não-necessidade da manutenção. Aqui está a quebra de paradigma; a premissa básica para os projetistas é totalmente diferente das exigências vigentes. Um exemplo extremamente simples, mas de conhecimento geral, é a adoção de articulações com lubrificação permanente na indústria automobilística. Até 1970 os carros e caminhões tinham vários pinos de lubrificação nos quais devia ser enjetada a intervalos regulares. A mudança não é facilitar a colocação do pino ou melhorar a sistemática de lubrificação e sim eliminar a necessidade de intervenção. TPM –1970 Vários fatores econômico-sociais imprimem ao mercado exigências cada vez mais rigorosas, o que obriga as empresas a serem cada vez mais competitivas para sobreviver. Com isso, as empresas foram obrigadas a: • Eliminar desperdícios; • Obter o melhor desempenho dos equipamentos; • Reduzir interrupções/paradas de produção por quebras ou intervenções; • Redefinir o perfil de conhecimento e habilidades dos empregados da produção e manutenção; • Modificar a sistemática de trabalho. Utilizando a sistemática de grupos de trabalhos conhecidos como CCQ – Círculos de Controle de Qualidade ou ZD – Defeito Zero (Zero Deffects), foram disseminados os seguintes conceitos, base do TPM: Cada um deve exercer o autocontrole. A minha máquina deve ser protegida por mim. Homem, máquina e empresa devem estar integradas. A manutenção dos meios de produção deve ser preocupação de todos. OBJETIVOS DO TPM O TPM objetiva a eficácia da empresa através de maior qualificação das pessoas e melhoramentos introduzidos nos equipamentos. Também prepara e desenvolve pessoas e organizações aptas para conduzir as fábricas do futuro, dotadas de automação (TAKAHASHI, 2000). Desse modo, o perfil dos empregados deve ser adequado através de treinamento/capacitação: PAGE 47 Operadores: execução de atividades de manutenção de forma espontânea (lubrificação, regulagens...). Pessoal da manutenção: execução de tarefas na área da mecatrônica. Engenheiros: planejamento, projeto e desenvolvimento de equipamentos que “não exijam manutenção”. Se as pessoas forem desenvolvidas e treinadas, é possível promover as modificações nas máquinas e equipamentos TÉCNICAS PREDITIVAS Introdução Como já visto anteriormente, a manutenção preditiva é aquela que indica a necessidade de intervenção com base no estado do equipamento. A avaliação desse estado se dá através de medição, acompanhamento ou monitoração de parâmetros. Esse acompanhamento pode ser feito de três formas: • Acompanhamento ou monitoração subjetiva. • Acompanhamento ou monitoração objetiva. • Monitoração contínua. Monitoração Subjetiva (Monitoração sensitiva) Variáveis como temperatura, vibração, ruídos e folgas já são acompanhadas há muitos anos pelo pessoal da manutenção, independente da existência de instrumentos. Quem ainda não viu um oficial, supervisor ou engenheiro “auscultar” um equipamento via capacete, caneta esferográfica ou através de estetoscópio? Ou alguém colocar a palma da mão sobre uma caixa de mancal e diagnosticar em seguida: “Está bom!” ou “A temperatura está muito alta”. A folga entre duas peças – Por exemplo, eixo-furo- é “sentida” estar boa ou excessiva pelo tato. Também pelo tato os lubrificadores reconhecem se o óleo está “grosso ou fino”. Na realidade o seu “viscosímetro de dedos” está comparando aquele óleo com o óleo novo. O ruído e o tato podem nos indicar a existência de peças frouxas. Esses procedimentos fazem parte da monitoração da condição do equipamento, e serão tanto mais confiáveis quanto mais experientes sejam os profissionais de manutenção. Mesmo que a experiência propicie uma identificação razoável nesse tipo de verificação, ela não deve ser adotada como base para decisão por ser extremamente subjetiva. Cada pessoa terá uma opinião. A temperatura de uma caixa de mancal pode estar boa para um e estar muito alta para outro. Apesar disso, o uso dos sentidos pelo pessoal de manutenção deve ser incentivado. Monitoração Objetiva A monitoração ou o acompanhamento objetivo é feito com base em medições utilizando equipamentos ou instrumentos especiais. É objetiva por: • Fornecer um valor de medição do parâmetro que está sendo acompanhado; PAGE 47 • Ser o valor medido independente do operador do instrumento, desde que utilizado o mesmo procedimento. Para utilização de qualquer meio de acompanhamento do estado de equipamentos por meio de instrumentos – monitoração objetiva . É fundamental que: • O pessoal que opera os instrumentos seja treinado e habilitado para tal; • Os instrumentos estejam calibrados; • Haja pessoal capaz de interpretar os dados coletados e emitir diagnóstico; e finalmente, mas tão ou mais importante do que os três itens relacionados, a média e a alta gerência confiem no diagnóstico de seus técnicos. Atualmente, estão disponíveis várias técnicas que estão relacionadas nos quadros a seguir, separados por classes de equipamentos. Mais adiante, serão detalhadas algumas técnicas preditivas apresentadas nos quadros. Monitoração Contínua A monitoração contínua, que é também um acompanhamento objetivo, foi inicialmente adotada em situações onde o tempo de desenvolvimento do defeito era muito curto e em equipamentos de alta responsabilidade. Isso significa uma excelente proteção desde que, usualmente, a monitoração contínua venha associada a dispositivos que, em um primeiro momento, alarmam e em seguida promovem a parada ou desligamento do equipamento, uma vez atingido o valor-limite estipulado. Como os sistemas de monitoração contínua tinham um preço muito elevado, somente na situação descrita sua aquisição era justificada. Com o desenvolvimento da eletrônica e de sistemas digitais, a oferta de sistemas de monitoração teve seu leque de aplicações ampliado e o preço final tem caído. Isso vem permitindo, também, a utilização de sistemas de monitoração à distância. Um exemplo disso é a monitoração dos grupos geradores nas usinas hidrelétricas da CEMIG – Cia. Energética de Minas Gerais. As máquinas da Usina Hidrelétrica de Nova Ponte, próximo a Uberlândia, no Triângulo Mineiro, são monitoradas também no edifício-sede da empresa. É possível monitorar variáveis típicas de processo, como densidade, vazão, pressão, etc., e variáveis relacionadas mais diretamente com os equipamentos, como vibração, temperatura de mancais, temperatura de enrolamento de motores elétricos, etc. Outros aspectos importantes da monitoração contínua: • Independe de pessoal. • Efetua monitoração realmente contínua, o que não é razoável de ser conseguido com pessoas operando instrumentos. • Pode enviar os dados em tempo real para unidades lógicas de processamento ou computadores com programas especialistas. • Pode ser configurada de acordo com as necessidades do cliente, fornecendo redundância onde se exija alta confiabilidade e saídas para acoplamento de instrumentos e processadores visando a análises mais aprofundadas. PAGE 47 Velocidade F 06 E = A F 0 7 7 cos F 0 7 7 t = dx / dt Aceleração a = - AF 07 72 sen F 0 7 7 t = dv / dt onde: A = amplitude do vetor de zero a pico em mm F 0 7 7 = velocidade angular em rad / seg t = tempo em segundos. Como F 07 7 = 2 F 0 7 0 F 0 A 6, onde F 0 A 6 = freqüência em ciclos / seg, substituindo nas fórmulas de deslocamento, velocidade e aceleração, verificamos que: • a amplitude de deslocamento independe de freqüência; • a amplitude de velocidade crescerá proporcionalmente à freqüência*; • a amplitude de velocidade crescerá com o quadrado de freqüência*; *para um valor constante da amplitude de deslocamento F 0 6 E = 2 F 0 7 0 F 0 A 6 e a = (2 F 0 7 0 F 0 A 6) 2 A Essas relações serão úteis para compreender melhor qual variável deve ser acompanhada. Como conseqüência de vibrações indesejáveis podemos citar: • Desconforto – por exemplo, um automóvel com rodas desbalanceadas transmite vibrações através do conjunto de direção que por sua vez, as transmite aos braços do motorista. • Falha de estrutura – por exemplo, caso de pontes de grande vão onde ventos fortes e constantes podem excitar as freqüências naturais da estrutura levando-a entrar em ressonância. • Falha de componentes – por exemplo, avarias de rolamentos, engrenagens, bases de equipamentos, etc... A aplicação da técnica de medição e análise de vibrações compreende três fases: • Detecção • Análise • Correção - Detecção - Nesta fase são utilizados medidores de vibração global onde através de medições periódicas avalia-se o estado global da máquina que ocorrendo qualquer aumento caracteriza o início de uma anormalidade. Essas medições devem ser armazenadas em um banco de dados para que se tenha um histórico do estado da máquina. - Análise – Uma vez detectado o problema, o passo seguinte é determinarmos a natureza do problema. - Correção – A correção geralmente pode ser desde a substituição do equipamento ou peça ou apenas uma limpeza num componente. No caso de desbalanceamento, por PAGE 47 exemplo, com o auxílio de medidor ou analisador de vibrações pode-se corrigir o problema na própria área. As principais causas de vibrações em máquinas são: • Desbalanceamentos • Desalinhamentos • Eixos Empenados • Engrenagens gastas, desalinhadas ou excêntricas • Mancais defeituosos • Forças Eletromagnéticas • Forças Hidráulicas e Aerodinâmicas • Etc... O resultado de todos estes defeitos sempre é uma força de determinada magnitude que muda de direção a todo instante. Efeitos das Vibrações: • Auto risco de acidentes, • Desgaste prematuro dos componentes, • Quebra inesperadas, • Aumento dos custos de manutenção, • Fadiga estrutural, etc... Controles das vibrações Faz-se por três procedimentos diferenciados: - Eliminação das fontes; - Isolamento das partes: - Atenuação da resposta. Eliminação das fontes: Balanceamento; alinhamento; Substituição de peças defeituosas; aperto de bases soltas, etc. Isolamento das partes: Colocação de um meio amortecedor de modo a reduzir a transmissão da vibração a níveis toleráveis. Atenuação da resposta: Alteração da estrutura ( reforços, massas auxiliares, mudança de freqüência natural, etc...) PAGE 47 Características da vibração Amplitude – Deslocamento – Velocidade – Aceleração Freqüência. - Deslocamento - O deslocamento, em medições de vibrações é mais significativo em baixas freqüências (máquinas com rotação até 600 rpm). O deslocamento, em medições de vibrações é mais significativo em baixas freqüências (máquinas com rotação até 600 rpm). - Velocidade – Uma vez que a massa se movendo de um extremo a outro da trajetória, ela tem então uma velocidade a qual é máxima na posição de equilíbrio e é zero no pico. Geralmente expressa em “mm/s ou in/s” e é indicada em “ Zero – a – Pico” ou “Valor Médio Quadrático – RMS” sendo que a relação entre estas formas de indicação é: ZERO – A – PICO = 1,414 RMS A velocidade, em medições de vibrações é mais significativa em médias freqüências (máquina com rotação de 600 a 60.000 RPM). - Aceleração - É uma taxa de variação de velocidade. Ela é máxima no pico e zero na posição de equilíbrio. A aceleração é uma indicação de forças atuantes. A aceleração é medida em g (1g = 9,81 m/s2). A aceleração, em medições de vibrações é mais significativa em altas freqüências (máquinas de alta rotação e que tenham componentes que gerem vibrações de altas freqüências tais como engrenamentos e rolamentos). Freqüência É um número de ciclos por minuto (CPM) ou por segundo (CPS ou Hz) em que ocorre a vibração. É a freqüência associada com a amplitude, em que na maioria das vezes utilizaremos em análise para detectar de qual componente está ocorrendo a falha. PAGE 47 • Suscetível a variações na superfície do eixo-arranhões, mossas, recuperação com materiais de condutividade diferente; • Requer fonte externa para gerar sinal; • Não pode ser submerso em água. PICK-UP DE VELOCIDADE – (ELETRODINÂMICOS) O pick-up de velocidade típico está mostrado na figura abaixo. Consiste de uma carcaça, normalmente de alumínio, dentro da qual estão alojados uma bobina, um ímã suportado pelas duas molas, uma em cada extremidade, e esse conjunto é colocado no interior da bobina. Quando o pick-up é encostado a uma superfície que apresenta vibração, ocorre um movimento relativo entre o ímã e a bobina. Esse movimento corta as linhas de fluxo magnético, induzindo uma voltagem proporcional à velocidade de vibração. O sinal produzido, que é gerado apenas pelo movimento, é de baixa impedância podendo ser usado diretamente para análise ou monitoração. A faixa de utilização desse tipo de sensor se situa entre 10 e 1.500 Hz. Vantagens: • Sinal forte; • Gera seu próprio sinal (voltagem); • Pode ser montado em qualquer direção; • Razoável precisão até 300.000 rpm; Desvantagens: • Grande e pesado; • Preço elevado; • Limitação de utilização abaixo de 10 cps. ACELERÔMETROS – (PIEZOELÉTRICO) PAGE 47 Em uma grande maioria de aplicação geral o acelerômetro tornou-se o transdutor mais atrativo, devido sua larga resposta de freqüência, grande precisão e construção mais robusta. Eles são construídos usando diferentes tecnologias, mas para medições de aplicação geral e de vibração de máquinas o projeto mais utilizado é o acelerômetro de quartzo piezoelétrico. Em funcionamento, a vibração da máquina ao qual o acelerômetro está afixado, provoca uma excitação onde a massa exerce uma força variável nos cristais piezoelétricos. O pulso elétrico gerado é proporcional à aceleração. Apesar do acelerômetro piezoelétrico gerar seu próprio sinal, este tem uma impedância muito alta, não sendo compatível com os instrumentos de indicação em painéis, instrumentos de análise e monitoração. Para resolver esse problema são utilizados equipamentos eletrônicos para converter de alta para baixa impedância. Vantagens: • Ampla faixa de resposta de freqüência; • Peso e dimensões reduzidas; • Boa resistência a temperaturas (pode atingir altas temperaturas sob encomenda); Desvantagens: • Peça sensível (exige cuidados na montagem) • Ressonância pode ser excitada no sensor frequentemente exigindo instalação de filtro passa-baixa. Métodos de fixações: -Ponta -Magneto -Adesivo -Estojo Quanto a maneira de fixação e melhor que o sensor esteja aderido ao elemento vibrante o máximo possível, sendo assim o estojo é a melhor fixação seguido pelo adesivo magneto e finalmente pela ponta. FIGURA Como e onde medir vibrações PAGE 47 Algumas condições básicas devem estar presentes no momento em que se decide fazer a medição de vibração em uma máquina ou numa estrutura. Cada equipamento ou estrutura tem as suas particularidades que devem ser levadas em consideração de modo que as medições sejam adequadas para fornecer resultados confiáveis. Em primeiro lugar três aspectos devem ser levados em consideração: 1 – Qual é o tipo da máquina e como é a sua construção? 2 – Qual é o propósito da medição e o que queremos “ver”? 3 – Qual a faixa de freqüência?. Essas três perguntas permitirão, primeiramente, que façamos a escolha correta do sensor a ser utilizado. Se quiséssemos, por exemplo, medir a vibração em tubulação de refinaria, ou em estruturas, cuja freqüência é da ordem de 1 a 2 Hz, não teríamos sucesso com um sensor de velocidade desde que ele não se presta a medições em baixa freqüência. No exemplo a escolha acertada seria o acelerômetro. O tipo de máquina e/ou como é sua construção particular são muito importantes para a definição do como medir: • Máquinas rotativas com conjunto rotativo leve e carcaças robustas e pesadas, têm a maioria das forças geradas pelo rotor, como o movimento relativo entre o eixo e o mancal. Em outras palavras, a carcaça da máquina funciona como um grande amortecimento, e desse modo a medição de vibração na carcaça não é adequada. Deve-se fazer medição, diretamente no eixo, com probes sem contato. • De modo oposto, se a máquina tem conjunto rotativo pesado, apoiado em mancais rígidos suportados em estrutura flexível, as forças geradas pelo rotor são dissipadas através da estrutura flexível, e desse modo a melhor maneira de medir é na carcaça. A máquina que melhor representa esse tipo são os ventiladores industriais, que têm uma carcaça e estrutura bastante leves, até porque as pressões desenvolvidas são extremamente baixas, e um conjunto bastante pesado. Outro aspecto é a faixa de freqüência de interesse, pois é sobre ela que serão feitas as medições. Ou seja, as medições de vibração serão feitas dentro de uma faixa de freqüência de modo que se possa analisar as contribuições de cada valor típico de freqüência para a vibração final. Isso nada mais é do que definir o “espectro” de vibrações que é a “assinatura” de valores de velocidade ou deslocamento para as diversas freqüências, num dado momento. A medição de vibrações deve ser feita de modo padronizado procurando-se seguir os seguintes pontos: 1. Codificar os mancais em ordem crescentes a partir do motor do conjunto, dando número a todos, mesmo que algum não seja medido. 2. Para cada mancal onde for possível, fazemos uma leitura nas três direções perpendiculares entre si (Horizontal, Vertical e Axial) procurando marcar os pontos para que em futuras medições seja usado o mesmo ponto. 3. O ponto da direção horizontal deve ser o mais próximo possível da linha de centro do eixo (Linha de junção da caixa do mancal) 4. Os dados devem ser armazenados em Banco de Dados próprios. Existem muitos softwares no mercado atual. PAGE 47