Aplicação da Manutenção Preditiva com Enfoque na Análise de Vibrações

JOÃO PEDRO CAVALCANTE GUÇÃO APLICAÇÃO DA MANUTENÇÃO PREDITIVA COM ENFOQUE NA ANÁLISE DE VIBRAÇÕES ANDRADINA 2023 JOÃO PEDRO CAVALCANTE GUÇÃO APLICAÇÃO DA MANUTENÇÃO PREDITIVA COM ENFOQUE NA ANÁLISE DE VIBRAÇÕES Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica d o Centro Universitário de Maringá UNICESUMAR Orientador Prof MeDr Eduardo Ferracin Moreira ANDRADINA 20 23 Introdução A história da manutenção industrial tem sido marcada por diferentes gerações cada uma buscando aprimorar a confiabilidade dos equipamentos e reduzir perdas com paradas indesejadas e custos Com o avanço tecnológico e o aumento da competitividade diversas indústrias de diferentes setores têm investido em melhorias para se manterem no mercado e atender às demandas dos clientes Nesse contexto a manutenção preditiva ganhou destaque como uma abordagem fundamental para alcançar tais objetivos KARDEC E NASCIF 2009 A manutenção preditiva pertencente à terceira geração de técnicas de manutenção utilizase de abordagens preditivas para detectar falhas potenciais em equipamentos Seu principal objetivo é monitorar o estado dos equipamentos permitindo prever quando será necessária uma intervenção de manutenção com base no estado real de cada equipamento KARDEC E NASCIF 2009 Dentre as diversas técnicas empregadas na manutenção preditiva destacase a análise de vibração que realiza medições constantes e periódicas das vibrações das máquinas indicando o momento correto para troca de peças ou outras correções e evitando problemas futuros Embora seja esperado que todas as máquinas emitam vibrações ao longo do tempo suas propriedades dinâmicas podem ser alteradas por diversos fatores como desgaste acelerado de peças manuseio inadequado falta de manutenção ou manutenção incorreta e condições ambientais desfavoráveis Conforme RAO 2008 destacou as vibrações podem ocasionar um desgaste mais acelerado nas peças o que pode encadear uma série de falhas mecânicas e comprometer o funcionamento adequado dos equipamentos Esses fatores podem levar a um aumento no nível de vibração reduzir o rendimento do equipamento e em casos mais graves causar quebras e indisponibilidade para continuidade da produção Diante desse cenário a análise de vibração se destaca como uma técnica crucial para a manutenção preditiva permitindo a identificação precoce de potenciais falhas mecânicas e possibilitando intervenções preventivas antes que problemas mais sérios ocorram É importante ressaltar que a aplicação de diversas técnicas de manutenção preditiva nas indústrias é uma prática comum e a análise de vibração é uma das principais ferramentas nesse contexto aliada a outras técnicas como alinhamento a laser análise de óleo balanceamento MCA ESA termografia e ultrassom Neste trabalho será abordada a importância da manutenção preditiva e em especial da análise de vibração para a otimização dos processos industriais a redução de gastos e a garantia da confiabilidade dos equipamentos A pesquisa se baseia em um estudo aplicado relevante para a realidade diária das empresas com foco no funcionamento e nas necessidades da manutenção em máquinas e equipamentos industriais Além disso serão apresentados diversos fatores que sustentam a abordagem preventiva da manutenção preditiva por meio da análise de vibrações detalhando as várias modalidades de falha como desbalanceamento desalinhamento folgas falhas rolamentos e falhas elétricas com o objetivo de reduzir perdas e defeitos posteriores validando assim a eficácia da utilização da análise de vibração Objetivo geral O objetivo geral deste trabalho é d emonstrar a aplicação da manutenção preditiva no campo da análise de vibrações Objetivos específicos Para alcançar o objetivo geral estabelecido os seguintes objetivos específicos serão abordados Explorar o conceito de manutenção preditiva e sua aplicação em equipamentos industriais Estudar a manutenção preditiva por análise de vibrações abordando teoria componentes e parâmetros vibratórios Descrever o processo de medição e análise de vibrações na manutenção preditiva Identificar causas de vibração e falha mecânica em equipamentos industriais Justificativa O estudo busca demonstrar a importância da abordagem preventiva da manutenção preditiva por análise de vibrações em equipamentos industriais Serão detalhadas as diferentes modalidades de falha como desbalanceamento desalinhamento folgas falhas rolamentos e falhas elétricas com o objetivo de compreender e prevenir essas falhas potenciais A pesquisa visa reduzir perdas aumentar a vida útil dos equipamentos e otimizar os custos operacionais fornecendo subsídios para a tomada de decisões mais assertivas em práticas de manutenção A aplicação efetiva da manutenção preditiva por análise de vibrações pode resultar em benefícios significativos como aumento da disponibilidade dos equipamentos redução dos gastos com manutenção corretiva e maior confiabilidade dos processos produtivos em ambientes industriais Ao embasar a eficácia dessa abordagem o estudo tornase relevante contribuindo para aprimorar a gestão de ativos e a eficiência operacional das empresas tornandose uma ferramenta de apoio para empresas em busca de maior competitividade e excelência em sua atuação REFERENCIAL BIBIOGRÁFICO Manutenção Preditiva A manutenção preditiva consiste em prever quando uma condição anormal pode ocorrer em um equipamento ou sistema realizando acompanhamentos periódicos com técnicas como análise de vibrações entre outras A principal vantagem da manutenção preditiva é que não é necessário interromper o circuito ou parar a máquina durante o processo Além disso o trabalhador não precisa ter contato direto com o equipamento Quando é identificada uma falha é feito o diagnóstico do defeito e o prognóstico do período de alerta para programar a intervenção no equipamento para manutenção Kardec e Nascif 2009 p 45 explicam bem os objetivos da manutenção preditiva Seu objetivo é prevenir falhas nos equipamentos ou sistemas através do acompanhamento de diversos parâmetros permitindo a operação contínua do equipamento pelo maior tempo possível Na realidade o termo associado à Manutenção Preventiva é o de predizer as condições dos equipamentos Ou seja a Manutenção Preditiva prioriza a disponibilidade pois não requer intervenção nos equipamentos ou sistemas já que as medições e verificações são feitas enquanto o equipamento está em operação Por meio da manutenção preditiva é possível prolongar a manutenção preventiva planejada e corretiva para reparar defeitos com o objetivo de alcançar a meta de zero quebras ou falhas nos equipamentos SISTEMA DA MANUTENÇÃO PREDITIVA POR ANÁLISE DE VIBRAÇÕES TEORIA DAS VIBRAÇÕES MECÂNICAS Netto 2008 destaca a aplicação da manutenção preditiva por análise de vibração embasada no estudo da teoria das vibrações mecânicas considerando o movimento harmônico simples e os componentes do sistema vibratório O autor também enfatiza a exposição das técnicas de medição e análise de vibração juntamente com as estratégias e normas técnicas empregadas Como resultado a teoria das vibrações mecânicas será abordada no próximo tópico Em termos conceituais a vibração mecânica conforme explicado por Netto 2008 é um tipo de movimento em que uma massa reduzida a um ponto é submetida a uma força resultando em oscilações Essas oscilações devem completar uma trajetória também conhecida como ciclo ou período de oscilação para serem consideradas vibrações As vibrações têm uma relevância significativa no contexto industrial e em diversas aplicações do dia a dia Como observado por Junior 2006 elas abrangem desde grandes tremores de terra até o funcionamento de aparelhos domésticos Nos ambientes industriais as máquinas podem gerar movimentos vibratórios que impactam os operadores e outras máquinas no mesmo espaço físico Na engenharia a compreensão e controle das vibrações são fundamentais pois seus efeitos podem causar desgastes e falhas em equipamentos Nesse sentido Junior 2006 ressalta a importância de esforços para eliminar ou controlar as vibrações no contexto industrial possibilitando a substituição dos componentes mecânicos antes que ocorram avarias A compreensão dos conceitos das vibrações mecânicas e sua associação às técnicas de manutenção preditiva são essenciais para melhorar projetos e operações de equipamentos como afirmam Kardec e Nascif 2009 Esses autores destacam três parâmetros para mensurar os níveis de vibração deslocamento velocidade e aceleração Atualmente as unidades métricas recomendadas pela ISO 10816 para esses parâmetros são respectivamente micrômetros µm milímetros por segundo mms e metros por segundo quadrado ms² COMPONENTES DE UM SISTEMA VIBRATÓRIO E OS PARÂMETROS DE VIBRAÇÃO Um sistema vibratório é composto por quatro elementos sendo o primeiro deles a força excitadora uma grandeza externa que inicia o ciclo do movimento vibratório Além disso Ne pomuceno 1989 p 124 define os outros componentes da seguinte forma Massa Considerase que a massa ou inércia é um corpo rígido não deforma sendo o meio de armazenar energia cinética Esse componente não possui nenhum mecanismo de dissipação de energia Mola Componente do sistema mecânico que possui flexibilidade elástica relativamente alta logo apresenta grandes deformações quando solicitada sendo assim o meio de armazenar energia potencial elástica ao se opor à força nela aplicada Amortecedor Componente do sistema mecânico pelo qual a energia é dissipada na forma de calor ou som Fazendo analogia com um circuito elétrico um amortecedor equivale a um resistor que dissipa energia elétrica sob a forma de calor Na modelagem matemática consideramos que o amortecedor não tem nem massa nem rigidez Quanto aos níveis de vibração Tavares 2000 define três medidas dentro de um espectro A primeira é o valor de pico utilizado para identificar choques de curta duração não considerando o tempo da onda O segundo é o valor pico a pico que indica o percurso máximo da onda e é usado para identificar falhas prematuras durante a manutenção preditiva RMS Root mean square como definido por Tavares 2000 é um parâmetro utilizado para medir o histórico da onda no tempo demonstrando a quantidade de energia no sinal e consequentemente sua capacidade destrutiva Com base nessas informações o próximo tópico abordará a forma de medição e análise de vibração PROCESSO DE MEDIÇÃO E DE ANÁLISE DAS VIBRAÇÕES NA MANUTENÇÃO PREDITIVA Conforme descrito por Campos 2006 a manutenção preditiva por análise de vibrações é um procedimento que permite obter informações sobre o estado de uma máquina por meio de medições periódicas de suas vibrações Esse processo envolve a utilização de equipamentos específicos conhecidos como sensores que convertem a energia mecânica em sinais elétricos Esses sinais são então registrados por aparelhos adequados para posterior análise por especialistas visando obter um diagnóstico preciso Campos 2006 propõe uma classificação em três níveis para os sistemas de monitoramento periódico da vibração O primeiro nível abrange os medidores de vibração de nível global que têm a função de aferir a vibração em uma ampla faixa de frequência seguindo padrões e valores de referência estabelecidos para cada equipamento O segundo nível conforme mencionado por Silveira 2017 engloba os medidores de vibração de análise de frequência com filtro capazes de medir o nível de vibração global em uma extensa faixa de frequência captando os componentes de frequência dominantes do espectro proporcionando informações temporais relevantes Por fim o terceiro nível diz respeito aos analisadores por Transformada de Fourier indicados para a análise de frequência de faixas estreitas utilizando a Transformada Direta de Fourier uma operação matemática Monchy 1989 menciona que a Transformada Discreta de Fourier foi substituída pela Transformada Rápida de Fourier desenvolvida pelos matemáticos John Tukey e James W Cooley garantindo maior agilidade por meio da utilização de algoritmos em computadores com recursos avançados de memória Após abordar os sistemas de monitoramento o foco será direcionado para um componente específico do sistema o sensor de vibração conforme explicado por Kobracy 2008 O sensor de vibração é um dispositivo mecatrônico capaz de converter o movimento vibratório em um sinal de vibração que pode ser medido monitorado e analisado Kardec e Nascif 2009 afirmam que a base deste sensor é a 2ª Lei de Newton ou seja quando o equipamento ao qual o sensor está acoplado vibra a massa inerte exerce uma força sobre o cristal piezoelétrico gerando uma diferença de potencial A seguir o tópico abordará as principais causas de vibração encontradas em equipamentos PRINCIPAIS CAUSAS DA VIBRAÇÃO E FALHA MECÂNICAS Serão abordadas as principais falhas associadas aos ciclos de vibração em máquinas rotativas A primeira e mais comum é o desbalanceamento conforme explicado por Junior 2006 O desbalanceamento pode ocorrer de três maneiras como mencionado por Junior 2006 A primeira é a forma estática na qual o eixo principal de inércia de um rotor se desloca para uma posição paralela em relação ao eixo de rotação Nesse caso a correção do desbalanceamento é realizada movendose o centro de gravidade em direção ao eixo de rotação Almeida 2000 destaca algumas das principais formas de desbalanceamento que incluem falhas na execução do balanceamento perda de módulo do rotor concentração de material estranho no rotor empeno dos eixos excentricidade entre os componentes acoplados e as forças provocadas por fluidos Outra causa de vibração em máquinas é o desalinhamento conforme definição de Campos 2006 O desalinhamento ocorre quando há uma não coincidência entre o eixo de simetria e os eixos colineares sendo causado pelo desalinhamento dos eixos de acoplamento ou rolamento O autor também menciona a existência de dois tipos de desalinhamento o angular e o paralelo os quais podem ocorrer combinados No desalinhamento angular conforme definido por Campos 2006 ocorre a formação de um ângulo entre os eixos acoplados gerando forças de flexão Já os desalinhamentos paralelos acontecem quando as linhas do centro geométrico são paralelas mas deslocadas entre si É importante ressaltar que a ocorrência mais comum é a combinação entre essas duas modalidades Tavares 2000 alerta que na manutenção há o risco de esquecer os equipamentos que estão funcionando bem e lembrar deles somente quando ocorrer uma falha Os custos da manutenção correspondem a uma parte significativa dos custos totais de todas as plantas industriais por isso a manutenção preditiva por análise de vibração é sistematizada com processos alinhados a parâmetros sistemáticos e computacionais permitindo uma análise mais eficiente dos dados da máquina em estudo A eficiência da manutenção dos equipamentos de uma empresa depende do planejamento e programação adequados com controle e supervisão das atividades em execução a fim de verificar se tudo ocorreu conforme o planejado A manutenção preditiva por análise de vibração baseiase no conhecimento e análise de um ou mais parâmetros significativos por meio de equipamentos de alta performance como mencionado por FILHO 2008 p 215 Pascoli 1994 destaca que a base de sustentação na organização e aplicação da manutenção preditiva é o plano de manutenção devidamente estudado e levando em consideração os mínimos detalhes da organização Esse plano consiste em um conjunto de ações preventivas para evitar falhas e garantir o bom funcionamento dos equipamentos contribuindo para um sistema de produção mais eficiente ao atender às demandas do mercado Referências ALMEIDA M T Manutenção Preditiva Confiabilidade e Qualidade 2000 CAMPOS E E Reestruturação da área de planejamento programação e controle na Gerência de manutenção Portuária CVRD 2006 74f Monografia Graduação em Engenharia Mecânica Universidade Estadual do Maranhão São Luis FILHO R A Introdução à Manutenção Centrada na Confiabilidade MCC Programa de Atualização Técnica 2008 Sistema FIRJAN SESISENAI Rio de Janeiro JUNIOR S M S Aplicação da Manutenção Preditiva por Análise de Vibrações em Equipamentos de Trens Urbanos Com Plano De Manutenção Proposto Universidade Federal de Pernambuco UFPE Recife 2006 KARDEC A NASCIF J Manutenção função estratégica 3 ed Rio de Janeiro Qualitymark Petrobrás 2009 KOBBACY A H MURTHY P Complex System Maintenance Handbook 1ª ed Manchester Springer 2008 MONCHY F A função manutenção São Paulo DURBAN 1989 NEPOMUCENO Lauro X Técnicas de Manutenção Preditiva São Paulo Editora Edgar Blucher 1989 NETTO W A C A Importância e a Aplicabilidade da Manutenção Produtiva Total TPM nas Indústrias 2008 53f Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Engenharia de Produção Universidade Federal de Juiz de Fora Juiz de Fora 2008 PASCOLI J A Curso de Manutenção Industrial Apostila 1994 RAO Singiresu Vibrações Mecânicas 4 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2008 SILVEIRA C B Manutenção preventiva e preditiva a favor da confiabilidade Citisystems 20 set 2017 TAVARES L Administração Moderna de Manutenção Nova York Editora Novo Polo 2000 2 2