AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO

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1 AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos

2 AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 1 – Introdução e conceitos

3 Introdução e conceitos
Conteúdo 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.

4 AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO
FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas

5 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Estratégias 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.

6 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Manutenção 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.

7 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Manutenção 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.

8 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Manutenção 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.

9 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas As etapas de um monitoramento: 6 – Implementar correções no plano de monitoramento 1 - Avaliação do equipamento 2 – Definição do padrão de monitoramento 5 – Criação de um banco de dados da máquina 3 – Determinação da técnica de monitoramento 4 – Implementação da coleta de dados

10 1 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas 1 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.

11 2 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas 2 Definição do padrão de monitoramento: Traçar o perfil da taxa de falhas no tempo dos componentes. Perfil Tipo Monitoramento Aumento gradual Aplicar monitoramento com nível de alarme baixo para identificar o momento de manutenção; Mortalidade infantil Aplicar 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 banheira Aplicar testes iniciais de stress (burn-in) e monitoramento durante a vida útil com nível de alarme baixo.

12 Exemplo de equipamento a ser aplicado
Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas Monitoramento de máquinas 3 Determinar a técnica de monitoramento: Identificar qual parâmetro será monitorado e técnica a ser utilizada. 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 Termografia Caixas de distribuição de energia, equipamentos de alta-tensão e componentes eletrônicos Ultra-som Equipamentos pneumáticos e máquinas de fluxo Corrente elétrica Motores elétricos

13 4 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas 4 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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Monitoramento de máquinas 5 Criação do banco de dados da máquina: Com base nos dados coletados na etapa anterior e nas etapas de manutenção 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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Monitoramento de máquinas 6 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 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.

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Monitoramento 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.

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Monitoramento Permanente x Intermitente 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.

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Monitoramento Permanente x Intermitente 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.

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Monitoramento de máquinas 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 máquina em 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.

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Análise 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: Ferrografia: Investigação microscópica dos fragmentos em suspensão para determinar o tipo e a localização das falhas; Espectrografia: Amostras de lubrificantes passam por análise química para determinar a presença de materiais que possam ser resultado de abrasão entre os componentes.

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Análise de lubrificantes 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 (< 2mm) 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.

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Análise de lubrificantes 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).

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Análise de lubrificantes 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.

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Análise de lubrificantes O estado do óleo pode ser analisado de forma mais ampla para indicar outras anormalidades: INDICAÇÃO CAUSA PROVÁVEL AÇÃO SUGERIDA Espuma Agitação excessiva ou passagem sob pressão através de uma restrição. Verificar o sistema Emulsão - Separa-se naturalmente ou por Centrifugação Contaminação por água Drenar a água Trocar o óleo Escurecimento Oxidação do óleo Temperatura elevada Produtos de combustão em contato com o óleo

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Análise 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.

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Análise de vibração 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

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Análise de vibração 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.

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Análise de vibração 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;

30 Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Análise de vibração 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.