Aula 01 - Metodos de Diagnosticos de Maquinas - Parte 1

AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃOPÓS-GRADUAÇÃO

FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS

Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá

Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos



Capítulo 1 – Introdução e conceitos

Conteúdo do capítuloConteúdo do capítulo

Neste capítulo efetuaremos o estudo de:

1.1 – Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas;

1.2 – Conceitos de processamento de sinais;

1.3 – Diagnóstico de máquinas em condições operacionais;

1.4 – Normas Técnicas.

Introdução e conceitosIntrodução e conceitos



Capítulo 1.1 - Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas

Estratégias de manutenção na indústriaEstratégias de manutenção na indústria

Na indústria atual existem basicamente 3 tipos de estratégias de manutenção:

• Corretiva (Produzir até quebrar) – Método tradicional onde a máquina produz até que um defeito ocorra e a forçe a parar para manutenção;

• Preventiva (Intervalos de tempo) – Paradas de manutenção ocorrem a intervalos regulares menores que o “tempo entre falhas” especificado para os componentes substituídos. Evita paradas inesperadas porém pode significar substituição de componentes antes do fim da vida útil;

• Preditiva (Baseada na condição) – Baseia-se no monitoramento de componentes da máquina buscando identificar variação de parâmetros de funcionamento que indiquem início e desenvolvimento de uma falha, efetuando a manutenção antes da quebra do componente.

Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinasIntrodução e técnicas de diagnóstico de máquinas

Manutenção corretivaManutenção corretiva

Manutenção corretiva é a atividade de manutenção necessária para corrigir uma falha que já ocorreu.

Esta atividade consiste na reparação, restauro ou substituição de componentes para recolocar a máquina em funcionamento.

Em geral a parada não programada da máquina resulta em custos de pessoa, interrupção de linha e dependendo do momento em que ocorre pode resultar em altos custos.

Via de regra, quando uma manutenção corretiva se inicia não se sabe quando ela vai acabar, por isso é a mais onerosa das manutenções.


Manutenção preventivaManutenção preventiva

Manutenção preventiva é uma manutenção planejada no tempo que previne a ocorrência corretiva, o que implica na parada não planejada das máquinas.

Os programas mais comuns de um plano de manutenção preventiva são:

• Lubrificação

• Ajustes

• Troca de peças

• Recondicionamentos de máquinas para toda a planta industrial.

Devido a considerar intervalos de tempo corre-se o risco de trocar peças boas que ainda poderiam funcionar por mais algum tempo.


Manutenção preditivaManutenção preditiva

Manutenção preditiva apresenta vantagens de evitar a quebra prematura do componente e também permitir a maximização de sua vida útil.

Através do monitoramento e uso de alarmes pode-se antecipar a ocorrência da falha e efetuar a manutenção, evitando a ocorrência da falha.


Monitoramento de máquinasMonitoramento de máquinas

As etapas de um monitoramento:

1 - Avaliação do equipamento

2 – Definição do padrão de monitoramento

3 – Determinação da técnica de monitoramento

4 – Implementação da coleta de dados

5 – Criação de um banco de dados da máquina

6 – Implementar correções no plano de monitoramento



Avaliação do equipamento:

• Identificar qual equipamento tem maior impacto na produção;

• Presença ou não de sistemas de auto-supervisão;

• Obtenção dos índices de MTBF (Mean Time Between Failures) e MTTR (Mean Time To Repair) dos componentes críticos da máquina;

• Identificar quais os pontos no equipamento são mais acessíveis para a montagem de sensores e transdutores;

• Buscar por dados históricos ou análises de risco dos equipamentos, por exemplo o FMEA da máquina.

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Definição do padrão de monitoramento:

Traçar o perfil da taxa de falhas no tempo dos componentes.

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Perfil Tipo Monitoramento

Aumento gradualAplicar monitoramento com nível de alarme baixo para identificar o momento de manutenção;

Mortalidade infantilAplicar testes iniciais de stress (burn-in) e monitoramento durante a vida útil.

Poucas falhas quando novo

Aplicar monitoramento durante toda a vida útil do equipamento

Curva da banheiraAplicar testes iniciais de stress (burn-in) e monitoramento durante a vida útil com nível de alarme baixo.



Determinar a técnica de monitoramento:

Identificar qual parâmetro será monitorado e técnica a ser utilizada.

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Métodos Exemplo de equipamento a ser aplicado

Análise de vibrações

Máquinas rotativas em geral: motores, redutores, compressores, bombas, ventiladores, rolamentos e engrenagens.

Análise óleo Redutores, circuitos hidráulicos e motores

TermografiaCaixas de distribuição de energia, equipamentos de alta-tensão e

componentes eletrônicos

Ultra-som Equipamentos pneumáticos e máquinas de fluxo

Corrente elétrica

Motores elétricos



Implementação da coleta de dados:

• Nesta etapa são efetuadas as coletas de dados do equipamento;

• Nas primeiras coletas de dados, quando ainda não se possui histórico da máquina é conveniente a utilização de mais sensores distribuídos pelo equipamento e diminuir o tempo entre retirada de amostras;

• No início do monitoramento podem ocorrer falhas inesperadas em função de componentes não monitorados ou que possuíam falhas de fabricação ou instalação.

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Criação do banco de dados da máquina:

Com base nos dados coletados na etapa anterior e nas etapas demanutenção cumpridas, pode-se criar um histórico do monitoramento.

• Total de máquinas monitoradas;

• Condição dos equipamentos após o enquadramento nos seus respectivos alarmes (gráfico demonstrativo);

• Tipos de defeitos encontrados (gráfico demonstrativo);

• Resumo geral da condição de equipamento;

• Recomendações e observações de como eliminar os problemas encontrados.

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Implantar correções no plano de monitoramento:

Com base nas informações coletas é possível:

• Diminuir ou aumentar o tempo entre coletas de amostras;

• Alterar a técnica de análise dos dados;

• Identificar correções a serem efetuadas no equipamento;

• Utilização de outros tipos de sensores.

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Indicadores de estado das máquinasIndicadores de estado das máquinas

Após a criação do primeiro banco de dados das máquinas, é necessário identificar quais indicadores apropriados para as medições periódicas. Tais indicadores devem possuir as seguintes características:

• Progredir com o defeito permitindo a definição de níveis de alarme;

• Ser pouco sensíveis, as mudanças de carga nos eixos, a perturbação por fontes externas, e as características dos sensores, etc;

• Se medidos em duas falhas iguais porém em locais diferentes devem permitir comparação dos valores antes e depois das falhas.


Monitoramento Permanente x IntermitenteMonitoramento Permanente x Intermitente

Necessidade de monitoramento permanente:

• Máquinas críticas que possuem transdutores de vibração permanentes e continuamente monitoradas;

• Equipamentos que podem sofrer mudanças rápidas nas condições de operação que podem preceder falhas graves;

• Máquinas que não possuem equipamento reserva.

Vantagens:

• Permite reação muito rápida a mudanças abruptas e permite proteger equipamentos de maior valor;

• É a melhor forma de proteção para falhas não previsíveis.



Desvantagem do monitoramento permanente:

• Custo elevado de equipamentos e pessoal – Este monitoramento é aplicado para máquinas críticas;

• Onde os transdutores forem proxímetros estes tem que ser montados dentro da máquina no estágio de projeto, assim modificações em máquinas existentes algumas vezes são proibitivas;

• O tempo de reação deve ser muito rápido, requerendo para tanto técnicas simples de monitoramento baseadas no acompanhamento do nível de vibração global e da fase.



Monitoramento intermitente:

• Aplicado a processos mais estáveis, onde os períodos de coleta de dados possibilitam identificar mudanças nas características do processo e ativar alarmes de manutenção;

• Reduz custo de implementação, equipamento e pessoal;

• A desvantagem é não conseguir identificar mudanças rápidas dos parâmetros e falhas não previsíveis, para estes casos deve-se utilizar monitoramento permanente.



Dentro do ciclo do monitoramento apresentado, atualmente as duas grandes frentes de análise da condição de máquinas são:

• Análise de lubrificante – Consiste na avaliação do óleo lubrificante utilizado na máquinaem busca de partículas em suspensão e contaminantes;

• Análise de vibração – Consiste na avaliação dos níveis de vibração de componentes da máquina, também chamados de “assinatura de vibração”. O desenvolvimento das falhas altera o comportamento destes sinais e podem ser utilizados como indicativo da progressão da falha.


Análise de lubrificantesAnálise de lubrificantes

A análise de óleo procura identificar as condições do lubrificante e identificar a presença de partículas em suspensão no lubrificante.

Existem basicamente duas técnicas de análise:

a) Ferrografia: Investigação microscópica dos fragmentos em suspensão para determinar o tipo e a localização das falhas;

b) Espectrografia: Amostras de lubrificantes passam por análise química para determinar a presença de materiais que possam ser resultado de abrasão entre os componentes.



A seleção da técnica para análise de pequenas partículas e componentes da amostra de óleo pode ser feita em função do tamanho da partícula em análise:

• A Ferrografia distingue o tamanho e forma da partícula mas possui restrição a pequenos tamanhos (< 2m) e identificação dos componentes da amostra;

• A Espectrometria não distingue tamanho e forma, mas pode identificar partículas menores e quais são os componentes da amostra.



A espectrometria é uma técnica que se baseia na avaliação das freqüências luminosas emitidas pelos elementos de uma amostra de óleo quando entram em combustão (cada elemento químico possui a sua própria freqüência).

Permite a identificação de substâncias metálicas (ferro, cobre, alumínio, etc.) e contaminações externas (ex: silício).



A Ferrografia baseia-se na avaliação microscópica visual de partículas extraídas e depositadas em uma lâmina de microscópio chamada de ferrograma.

Examinando forma, cor, detalhe das bordas, efeitos de um campo magnético e outros testes como tratamento térmico e adição de reagentes químicos, pode-se identificar o mecanismo de desgaste.

Essa tecnologia diferencia o tipo de material contido na amostra e determina o componente de desgaste a partir do qual ele foi gerado.



O estado do óleo pode ser analisado de forma mais ampla para indicar outras anormalidades:

INDICAÇÃO CAUSA PROVÁVEL AÇÃO SUGERIDA

EspumaAgitação excessiva ou passagem sob pressão

através de uma restrição.Verificar o sistema

Emulsão

- Separa-se naturalmente ou por Centrifugação

Contaminação por águaDrenar a água

Trocar o óleo

Escurecimento

Oxidação do óleo

Temperatura elevada

Produtos de combustão em contato com o óleo

Trocar o óleo


Análise de vibraçãoAnálise de vibração

Um corpo é dito estar vibrando quando ele descreve um movimento de oscilação em torno de uma posição de referência.

O número de vezes de movimento completo (Ciclos) efetuados no período de 1(um) segundo é chamado de freqüência e medido em hertz (Hz).

A análise de vibrações busca por indícios (mudanças) de amplitude e freqüências nos sinais coletados que são indícios de alteração no funcionamento do equipamento.



A análise da vibração consiste em identificar freqüências específicas no espectro de freqüência dos sinais coletados das máquinas em funcionamento a fim de identificar antecipadamente falhas do sistema.

Um sinal no domínio do tempo não demonstra claramente quais as falhas de um equipamento. O processamento dos sinais e visualização no domínio da freqüência é necessário para melhor identificação das freqüências que pode, indicar uma falha do equipamento.

Sinal no domínio do tempo Sinal no domínio da freqüência



Vantagens da análise de vibrações:

• Os sinais coletados identificam prontamente a mudança da condição dos equipamentos;

• É capaz de detectar avaria na sua fase inicial, quando ainda não gerou danos graves no equipamento;

• Pode (e deve) ser aplicado com a máquina em funcionamento;

• Na maioria dos casos permite identificar o componente que está gerando a vibração;

• Alguns equipamentos de coleta de dados (ex: coletores portáteis) e sensores tem tamanho pequeno e portanto facilidade para uso em campo;

• Permite monitoramento intermitente ou permanente.



Entre os modos de falha que podem ser identificados por análise de vibração estão:

• Defeitos de rolamento;

• Desbalanceamento e desalinhamento;

• Excentricidade;

• Interferência;

• Erosão localizada;

• Abrasão;

• Ressonância;

• Folgas;



As principais técnicas de análise de vibração utilizadas para o diagnóstico de máquinas são:

• Deslocamento, velocidade e aceleração global;

• Fator de crista (Crest factor);

• Análise no domínio do tempo;

• Análise espectral;

• Análise do Envelope;

• Curtose.

Estas técnicas serão detalhadas nos capítulos posteriores.


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