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AMBIENTE MULTIMDIA DE SUPORTE DISCIPLINA DE PS-GRADUAO
FERRAMENTAS DE DIAGNSTICO DE MQUINAS Mauro Hugo Mathias
Faculdade de Engenharia de GuaratinguetPrograma de Ps-graduao em
Mecnica rea de Projetos
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AMBIENTE MULTIMDIA DE SUPORTE DISCIPLINA DE PS-GRADUAO
FERRAMENTAS DE DIAGNSTICO DE MQUINAS Captulo 1 Introduo e
conceitos
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Contedo do captuloNeste captulo efetuaremos o estudo de:1.1
Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas;1.2 Conceitos de
processamento de sinais;1.3 Diagnstico de mquinas em condies
operacionais;1.4 Normas Tcnicas.Introduo e conceitos
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AMBIENTE MULTIMDIA DE SUPORTE DISCIPLINA DE PS-GRADUAO
FERRAMENTAS DE DIAGNSTICO DE MQUINAS Captulo 1.1 - Introduo e
tcnicas de diagnstico de mquinas
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Estratgias de manuteno na indstriaNa indstria atual existem
basicamente 3 tipos de estratgias de manuteno: Corretiva (Produzir
at quebrar) Mtodo tradicional onde a mquina produz at que um
defeito ocorra e a fore a parar para manuteno; Preventiva
(Intervalos de tempo) Paradas de manuteno ocorrem a intervalos
regulares menores que o tempo entre falhas especificado para os
componentes substitudos. Evita paradas inesperadas porm pode
significar substituio de componentes antes do fim da vida til;
Preditiva (Baseada na condio) Baseia-se no monitoramento de
componentes da mquina buscando identificar variao de parmetros de
funcionamento que indiquem incio e desenvolvimento de uma falha,
efetuando a manuteno antes da quebra do componente.Introduo e
tcnicas de diagnstico de mquinas
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Manuteno corretivaManuteno corretiva a atividade de manuteno
necessria para corrigir uma falha que j ocorreu.Esta atividade
consiste na reparao, restauro ou substituio de componentes para
recolocar a mquina em funcionamento.
Em geral a parada no programada da mquina resulta em custos de
pessoa, interrupo de linha e dependendo do momento em que ocorre
pode resultar em altos custos.Via de regra, quando uma manuteno
corretiva se inicia no se sabe quando ela vai acabar, por isso a
mais onerosa das manutenes.Introduo e tcnicas de diagnstico de
mquinas
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Manuteno preventivaManuteno preventiva uma manuteno planejada no
tempo que previne a ocorrncia corretiva, o que implica na parada no
planejada das mquinas. Os programas mais comuns de um plano de
manuteno preventiva so: Lubrificao Ajustes Troca de peas
Recondicionamentos de mquinas para toda a planta industrial.Devido
a considerar intervalos de tempo corre-se o risco de trocar peas
boas que ainda poderiam funcionar por mais algum tempo.Introduo e
tcnicas de diagnstico de mquinas
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Manuteno preditivaManuteno preditiva apresenta vantagens de
evitar a quebra prematura do componente e tambm permitir a
maximizao de sua vida til.
Atravs do monitoramento e uso de alarmes pode-se antecipar a
ocorrncia da falha e efetuar a manuteno, evitando a ocorrncia da
falha.Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Monitoramento de mquinasAs etapas de um monitoramento: 1 -
Avaliao do equipamento2 Definio do padro de monitoramento3
Determinao da tcnica de monitoramento4 Implementao da coleta de
dados5 Criao de um banco de dados da mquina6 Implementar correes no
plano de monitoramentoIntroduo e tcnicas de diagnstico de
mquinas
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Monitoramento de mquinasAvaliao do equipamento: Identificar qual
equipamento tem maior impacto na produo; Presena ou no de sistemas
de auto-superviso; Obteno dos ndices de MTBF (Mean Time Between
Failures) e MTTR (Mean Time To Repair) dos componentes crticos da
mquina; Identificar quais os pontos no equipamento so mais
acessveis para a montagem de sensores e transdutores; Buscar por
dados histricos ou anlises de risco dos equipamentos, por exemplo o
FMEA da mquina.
1Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Monitoramento de mquinasDefinio do padro de monitoramento:Traar
o perfil da taxa de falhas no tempo dos componentes.2Introduo e
tcnicas de diagnstico de mquinas
PerfilTipoMonitoramentoAumento gradualAplicar monitoramento com
nvel de alarme baixo para identificar o momento de
manuteno;Mortalidade infantilAplicar testes iniciais de stress
(burn-in) e monitoramento durante a vida til.Poucas falhas quando
novoAplicar monitoramento durante toda a vida til do
equipamentoCurva da banheiraAplicar testes iniciais de stress
(burn-in) e monitoramento durante a vida til com nvel de alarme
baixo.
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Monitoramento de mquinasDeterminar a tcnica de
monitoramento:Identificar qual parmetro ser monitorado e tcnica a
ser utilizada.
3Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
MtodosExemplo de equipamento a ser aplicadoAnlise de
vibraesMquinas rotativas em geral: motores, redutores,
compressores, bombas, ventiladores, rolamentos e engrenagens.Anlise
leoRedutores, circuitos hidrulicos e motoresTermografiaCaixas de
distribuio de energia, equipamentos de alta-tenso e componentes
eletrnicosUltra-somEquipamentos pneumticos e mquinas de
fluxoCorrente eltricaMotores eltricos
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Monitoramento de mquinasImplementao da coleta de dados: Nesta
etapa so efetuadas as coletas de dados do equipamento; Nas
primeiras coletas de dados, quando ainda no se possui histrico da
mquina conveniente a utilizao de mais sensores distribudos pelo
equipamento e diminuir o tempo entre retirada de amostras;
No incio do monitoramento podem ocorrer falhas inesperadas em
funo de componentes no monitorados ou que possuam falhas de
fabricao ou instalao.4Introduo e tcnicas de diagnstico de
mquinas
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Monitoramento de mquinasCriao do banco de dados da mquina:Com
base nos dados coletados na etapa anterior e nas etapas demanuteno
cumpridas, pode-se criar um histrico do monitoramento. Total de
mquinas monitoradas; Condio dos equipamentos aps o enquadramento
nos seus respectivos alarmes (grfico demonstrativo); Tipos de
defeitos encontrados (grfico demonstrativo); Resumo geral da condio
de equipamento; Recomendaes e observaes de como eliminar os
problemas encontrados.
5Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Monitoramento de mquinasImplantar correes no plano de
monitoramento:Com base nas informaes coletas possvel: Diminuir ou
aumentar o tempo entre coletas de amostras; Alterar a tcnica de
anlise dos dados; Identificar correes a serem efetuadas no
equipamento; Utilizao de outros tipos de sensores.
6Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Indicadores de estado das mquinasAps a criao do primeiro banco
de dados das mquinas, necessrio identificar quais indicadores
apropriados para as medies peridicas. Tais indicadores devem
possuir as seguintes caractersticas: Progredir com o defeito
permitindo a definio de nveis de alarme; Ser pouco sensveis, as
mudanas de carga nos eixos, a perturbao por fontes externas, e as
caractersticas dos sensores, etc; Se medidos em duas falhas iguais
porm em locais diferentes devem permitir comparao dos valores antes
e depois das falhas.Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Monitoramento Permanente x IntermitenteNecessidade de
monitoramento permanente:Mquinas crticas que possuem transdutores
de vibrao permanentes e continuamente monitoradas;Equipamentos que
podem sofrer mudanas rpidas nas condies de operao que podem
preceder falhas graves;Mquinas que no possuem equipamento
reserva.Vantagens:Permite reao muito rpida a mudanas abruptas e
permite proteger equipamentos de maior valor; a melhor forma de
proteo para falhas no previsveis.Introduo e tcnicas de diagnstico
de mquinas
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Monitoramento Permanente x IntermitenteDesvantagem do
monitoramento permanente:Custo elevado de equipamentos e pessoal
Este monitoramento aplicado para mquinas crticas;Onde os
transdutores forem proxmetros estes tem que ser montados dentro da
mquina no estgio de projeto, assim modificaes em mquinas existentes
algumas vezes so proibitivas;O tempo de reao deve ser muito rpido,
requerendo para tanto tcnicas simples de monitoramento baseadas no
acompanhamento do nvel de vibrao global e da fase.Introduo e
tcnicas de diagnstico de mquinas
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Monitoramento Permanente x IntermitenteMonitoramento
intermitente:Aplicado a processos mais estveis, onde os perodos de
coleta de dados possibilitam identificar mudanas nas caractersticas
do processo e ativar alarmes de manuteno;Reduz custo de
implementao, equipamento e pessoal;A desvantagem no conseguir
identificar mudanas rpidas dos parmetros e falhas no previsveis,
para estes casos deve-se utilizar monitoramento permanente.
Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Monitoramento de mquinasDentro do ciclo do monitoramento
apresentado, atualmente as duas grandes frentes de anlise da condio
de mquinas so:
Anlise de lubrificante Consiste na avaliao do leo lubrificante
utilizado na mquinaem busca de partculas em suspenso e
contaminantes;
Anlise de vibrao Consiste na avaliao dos nveis de vibrao de
componentes da mquina, tambm chamados de assinatura de vibrao. O
desenvolvimento das falhas altera o comportamento destes sinais e
podem ser utilizados como indicativo da progresso da falha.
Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Anlise de lubrificantesA anlise de leo procura identificar as
condies do lubrificante e identificar a presena de partculas em
suspenso no lubrificante.Existem basicamente duas tcnicas de
anlise:Ferrografia: Investigao microscpica dos fragmentos em
suspenso para determinar o tipo e a localizao das
falhas;Espectrografia: Amostras de lubrificantes passam por anlise
qumica para determinar a presena de materiais que possam ser
resultado de abraso entre os componentes.Introduo e tcnicas de
diagnstico de mquinas
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Anlise de lubrificantesA seleo da tcnica para anlise de pequenas
partculas e componentes da amostra de leo pode ser feita em funo do
tamanho da partcula em anlise: A Ferrografia distingue o tamanho e
forma da partcula mas possui restrio a pequenos tamanhos (< 2mm)
e identificao dos componentes da amostra; A Espectrometria no
distingue tamanho e forma, mas pode identificar partculas menores e
quais so os componentes da amostra.Introduo e tcnicas de diagnstico
de mquinas
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Anlise de lubrificantesA espectrometria uma tcnica que se baseia
na avaliao das freqncias luminosas emitidas pelos elementos de uma
amostra de leo quando entram em combusto (cada elemento qumico
possui a sua prpria freqncia). Permite a identificao de substncias
metlicas (ferro, cobre, alumnio, etc.) e contaminaes externas (ex:
silcio). Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Anlise de lubrificantesA Ferrografia baseia-se na avaliao
microscpica visual de partculas extradas e depositadas em uma lmina
de microscpio chamada de ferrograma. Examinando forma, cor, detalhe
das bordas, efeitos de um campo magntico e outros testes como
tratamento trmico e adio de reagentes qumicos, 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. Introduo e tcnicas de diagnstico de
mquinas
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Anlise de lubrificantesO estado do leo pode ser analisado de
forma mais ampla para indicar outras anormalidades:Introduo e
tcnicas de diagnstico de mquinas
INDICAOCAUSA PROVVELAO SUGERIDAEspumaAgitao excessiva ou
passagem sob presso atravs de uma restrio.Verificar o
sistemaEmulso- Separa-se naturalmente ou por CentrifugaoContaminao
por guaDrenar a guaTrocar o leoEscurecimentoOxidao do
leoTemperatura elevadaProdutos de combusto em contato com o
leoTrocar o leo
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Anlise de vibraoUm corpo dito estar vibrando quando ele descreve
um movimento de oscilao em torno de uma posio de referncia.O nmero
de vezes de movimento completo (Ciclos) efetuados no perodo de
1(um) segundo chamado de freqncia e medido em hertz (Hz).A anlise
de vibraes busca por indcios (mudanas) de amplitude e freqncias nos
sinais coletados que so indcios de alterao no funcionamento do
equipamento.
Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Anlise de vibraoA anlise da vibrao consiste em identificar
freqncias especficas no espectro de freqncia dos sinais coletados
das mquinas em funcionamento a fim de identificar antecipadamente
falhas do sistema.Um sinal no domnio do tempo no demonstra
claramente quais as falhas de um equipamento. O processamento dos
sinais e visualizao no domnio da freqncia necessrio para melhor
identificao das freqncias que pode, indicar uma falha do
equipamento.Sinal no domnio do tempo Sinal no domnio da
freqnciaIntroduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
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Anlise de vibraoVantagens da anlise de vibraes: Os sinais
coletados identificam prontamente a mudana da condio dos
equipamentos; capaz de detectar avaria na sua fase inicial, quando
ainda no gerou danos graves no equipamento; Pode (e deve) ser
aplicado com a mquina em funcionamento; Na maioria dos casos
permite identificar o componente que est gerando a vibrao; Alguns
equipamentos de coleta de dados (ex: coletores portteis) e sensores
tem tamanho pequeno e portanto facilidade para uso em campo;
Permite monitoramento intermitente ou permanente.Introduo e tcnicas
de diagnstico de mquinas
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Anlise de vibraoEntre os modos de falha que podem ser
identificados por anlise de vibrao esto: Defeitos de rolamento;
Desbalanceamento e desalinhamento; Excentricidade; Interferncia;
Eroso localizada; Abraso; Ressonncia; Folgas;Introduo e tcnicas de
diagnstico de mquinas
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Anlise de vibraoAs principais tcnicas de anlise de vibrao
utilizadas para o diagnstico de mquinas so: Deslocamento,
velocidade e acelerao global; Fator de crista (Crest factor);
Anlise no domnio do tempo; Anlise espectral; Anlise do Envelope;
Curtose.Estas tcnicas sero detalhadas nos captulos
posteriores.Introduo e tcnicas de diagnstico de mquinas
