Manutencao Preditiva e Analise de Vibracoes - TCC

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 evolução da manutenção industrial ao longo do tempo tem sido caracterizada por diferentes estágios cada um voltado para aprimorar a confiabilidade dos equipamentos e minimizar perdas devido a paralisações não programadas e custos Com o progresso tecnológico e o aumento da competitividade várias indústrias de diversos setores têm investido em melhorias para se manterem competitivas no mercado e atender às demandas dos clientes Nesse contexto a preditiva surgiu como uma abordagem essencial para alcançar esses objetivos KARDEC NASCIF 2009 A preditiva que faz parte da 3ª geração de estratégias de manutenção utiliza abordagens preditivas para identificar possíveis falhas em equipamentos O objetivo principal é acompanhar o status dos equipamentos e prever quando será preciso intervir na manutenção com base nas condições reais de cada um KARDEC NASCIF 2009 Entre as diversas técnicas empregadas neste tipo de manutenção a análise de vibração se destaca realizando medições regulares e periódicas das oscilações das máquinas indicando o momento apropriado para substituir peças ou efetuar outras correções prevenindo problemas futuros Embora seja natural que todas as máquinas gerem vibrações ao passar do tempo suas propriedades dinâmicas podem ser modificadas por diversos fatores como desgaste acelerado de peças manuseio inadequado falta de manutenção ou manutenção incorreta e condições ambientais adversas Conforme destacado por RAO 2008 as vibrações podem acelerar o desgaste das peças desencadeando uma série de falhas mecânicas e prejudicando o funcionamento adequado dos equipamentos Esses fatores podem resultar em um aumento no nível de vibração diminuir o desempenho do equipamento e em casos mais graves causar quebras e a indisponibilidade para a continuação da produção Nesse cenário a análise em questão se sobressai como uma técnica essencial para este tipo de manutenção permitindo a detecção precoce de possíveis falhas mecânicas e viabilizando intervenções preventivas antes que problemas mais graves ocorram É importante ressaltar que a aplicação de várias técnicas de manutenção preditiva nas indústrias é uma prática comum sendo a análise de vibração uma das principais ferramentas nesse contexto juntamente com outras técnicas como alinhamento a laser análise de óleo balanceamento MCA ESA termografia e ultrassom Neste trabalho será abordada a relevância da manutenção preditiva com ênfase na análise de vibração como um meio de melhorar a eficiência dos processos industriais reduzir despesas e garantir a confiabilidade dos equipamentos A pesquisa se baseia em uma análise aplicada de grande pertinência para as operações das empresas concentrandose na operação e nas necessidades de manutenção em máquinas e equipamentos industriais Além disso serão examinados diversos elementos que justificam a abordagem proativa da manutenção preditiva através da análise de vibração detalhando diversas causas de falhas como desequilíbrio desalinhamento folgas danos em rolamentos e problemas elétricos Isso tem como finalidade minimizar perdas e futuros defeitos confirmando assim a eficácia do uso da análise de vibração Objetivo geral O objetivo geral deste trabalho é exemplificar a utilização da manutenção preditiva na área da análise de vibrações Objetivos específicos Para alcançar o objetivo geral estabelecido os seguintes objetivos específicos serão abordados Explorar o conceito e a aplicação da manutenção preditiva em equipamentos industriais Estudar a manutenção preditiva através da análise de vibrações abordando teoria componentes e parâmetros vibratórios Descrever o processo de medição e análise de vibrações aplicado à manutenção preditiva Identificar causas de vibração e falhas mecânicas em equipamentos industriais Justificativa O estudo busca demonstrar a importância da abordagem preventiva da manutenção preditiva por meio da análise de vibrações em equipamentos industriais Serão detalhadas as diferentes formas de falha como desequilíbrio desalinhamento folgas problemas em rolamentos e falhas elétricas com o propósito de compreender e prevenir essas possíveis falhas A pesquisa visa reduzir perdas aumentar a longevidade dos equipamentos e otimizar os custos operacionais fornecendo informações para a tomada de decisões mais assertivas em práticas de manutenção A aplicação eficaz da manutenção preditiva por análise de vibrações pode resultar em benefícios significativos como o aumento da disponibilidade dos equipamentos a redução dos gastos com manutenção corretiva e a maior confiabilidade dos processos produtivos em ambientes industriais Ao fundamentar a eficácia dessa abordagem o estudo se torna 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 TEÓRICO Manutenção Preditiva A abordagem da manutenção preditiva envolve a capacidade de prever quando uma situação anormal pode surgir em relação a um equipamento ou sistema utilizando acompanhamentos periódicos que fazem uso de técnicas como a análise de vibrações entre outras A principal vantagem desse tipo de manutenção é a possibilidade de realizar as avaliações sem a necessidade de interromper o funcionamento do circuito ou parar a máquina Além disso esse método permite que o trabalhador não precise interagir diretamente com o equipamento Quando é identificada uma falha é realizado um diagnóstico do defeito e uma estimativa do período de alerta o que possibilita o planejamento da intervenção no equipamento para fins de manutenção Conforme Kardec e Nascif 2009 p 45 ressaltam os objetivos da manutenção preditiva são os seguintes Seu objetivo central consiste em prevenir falhas nos equipamentos ou sistemas através do acompanhamento de diversos parâmetros permitindo a operação contínua do equipamento pelo maior tempo possível Na prática a Manutenção Preditiva está associada à capacidade de antecipar as condições dos equipamentos Isso significa que a Manutenção Preditiva prioriza a disponibilidade uma vez que não requer intervenção nos equipamentos ou sistemas visto que as medições e verificações ocorrem enquanto o equipamento está operando Por meio da utilização da manutenção preditiva é possível estender os intervalos entre a manutenção preventiva planejada e corretiva para reparo de defeitos com o propósito 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 implementação da manutenção preditiva através da análise de vibrações com base na exploração da teoria das vibrações mecânicas levando em consideração o movimento harmônico simples e os componentes do sistema vibratório O autor também enfatiza a apresentação das técnicas de medição e análise de vibração bem como as estratégias e normas técnicas relevantes A teoria das vibrações mecânicas será discutida no próximo tópico Em termos conceituais as vibrações mecânicas conforme explicado por Netto 2008 representam um tipo de movimento no qual uma massa reduzida a um ponto é sujeita a uma força resultando em oscilações Essas oscilações devem completar um ciclo também conhecido como ciclo ou período de oscilação para serem consideradas vibrações As vibrações possuem uma significativa relevância tanto no ambiente industrial quanto em diversas aplicações do cotidiano Como observado por Junior 2006 elas variam desde os abalos sísmicos até o funcionamento de dispositivos domésticos Nos ambientes industriais as máquinas podem gerar movimentos vibratórios que afetam os operadores e outras máquinas no mesmo espaço físico Na engenharia a compreensão e controle das vibrações são cruciais uma vez que seus efeitos podem causar desgaste e falhas em equipamentos Nesse contexto Junior 2006 destaca a importância de esforços para eliminar ou controlar as vibrações no contexto industrial o que permite a substituição de componentes mecânicos antes que ocorram danos A compreensão dos princípios das vibrações mecânicas e sua relação com as técnicas de manutenção preditiva são fundamentais para aprimorar os projetos e operações de equipamentos conforme enfatizam Kardec e Nascif 2009 Esses autores salientam três parâmetros para mensurar os níveis de vibração deslocamento velocidade e aceleração Atualmente as unidades métricas recomendadas pela ISO10816 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 Adicionalmente os outros elementos são definidos por Nepomuceno 1989 p 124 da seguinte maneira Massa A massa é considerada como um corpo rígido que não sofre deformações e funciona como o meio para armazenar energia cinética Este componente não possui qualquer mecanismo para dissipar energia Mola Este componente do sistema mecânico possui uma flexibilidade elástica relativamente alta o que significa que sofre grandes deformações quando submetido a uma força servindo assim como o meio de armazenar energia potencial elástica ao resistir à força aplicada Amortecedor No contexto do sistema mecânico o amortecedor é responsável pela dissipação de energia na forma de calor ou som Fazendo uma analogia com um circuito elétrico um amortecedor pode ser comparado a um resistor que converte energia elétrica em calor Em termos de modelagem matemática considerase que o amortecedor não possui massa nem rigidez Em relação aos níveis de vibração Tavares 2000 descreve três medidas no espectro A primeira delas é o valor de pico que tem como finalidade detectar choques de curta duração independentemente do tempo da onda A segunda medida é o valor pico a pico utilizado para identificar o percurso máximo da onda e assim diagnosticar problemas precocemente durante a manutenção preditiva O RMS Root Mean Square conforme explicado por Tavares 2000 é um parâmetro empregado para avaliar o comportamento da onda ao longo do tempo refletindo a quantidade de energia presente no sinal e por conseguinte sua capacidade de causar danos Com base nessas informações o próximo tópico discutirá o método de medição e análise de vibração PROCESSO DE MEDIÇÃO E DE ANÁLISE DAS VIBRAÇÕES NA MANUTENÇÃO PREDITIVA De acordo com a descrição de Campos 2006 a manutenção preditiva por meio da análise de vibrações é um procedimento que possibilita adquirir informações sobre o estado de uma máquina por meio de medições regulares de suas vibrações Esse processo inclui a utilização de dispositivos específicos denominados sensores que convertem energia mecânica em sinais elétricos Esses sinais são então capturados por dispositivos apropriados para posterior análise por especialistas com o objetivo de obter um diagnóstico preciso Campos 2006 sugere uma classificação em três níveis para os sistemas de monitoramento periódico de vibração O primeiro nível engloba os medidores de vibração de abrangência global responsáveis por avaliar a vibração em uma ampla faixa de frequência de acordo com padrões e valores de referência estabelecidos para cada equipamento O segundo nível como mencionado por Silveira 2017 abrange os medidores de vibração para análise de frequência com filtro capazes de avaliar o nível de vibração global em uma ampla faixa de frequência identificando os componentes de frequência predominantes no espectro fornecendo informações temporais relevantes Por outro lado o terceiro nível está relacionado aos analisadores que utilizam a Transformada de Fourier recomendados para a análise de frequências em faixas estreitas com base na Transformada Direta de Fourier uma operação matemática Monchy 1989 destaca que a Transformada Discreta de Fourier foi substituída pela Transformada Rápida de Fourier desenvolvida pelos matemáticos John Tukey e James W Cooley assegurando maior eficiência por meio da implementação de algoritmos em computadores dotados de capacidades avançadas de memória Após abrordar os sistemas de monitoramento a atenção será voltada para um componente específico do sistema o sensor de vibração conforme elucidado por Kobracy 2008 O sensor de vibração é um dispositivo mecatrônico com a capacidade de transformar o movimento vibratório em um sinal de vibração que pode ser quantificado supervisionado e examinado De acordo com Kardec e Nascif 2009 a base para o funcionamento deste sensor está na 2ª Lei de Newton ou seja quando o equipamento ao qual o sensor está conectado vibra a massa inerte exerce uma força sobre o cristal piezoelétrico resultando em uma diferença de potencial A próxima seção abordará as principais origens de vibração identificadas em equipamentos PRINCIPAIS CAUSAS DA VIBRAÇÃO E FALHA MECÂNICAS Neste contexto serão discutidas as principais causas relacionadas aos ciclos de vibração em máquinas rotativas A primeira e mais frequente é o desbalanceamento conforme descrito por Junior 2006 O desbalanceamento pode manifestarse de três formas conforme indicado por Junior 2006 A primeira delas é o desbalanceamento estático no qual o eixo principal de inércia de um rotor se desloca para uma posição paralela em relação ao eixo de rotação Nessa situação a correção do desbalanceamento é efetuada mediante o ajuste do centro de gravidade em direção ao eixo de rotação Almeida 2000 salienta algumas das principais manifestações de desbalanceamento que englobam problemas na execução do balanceamento redução do módulo do rotor acúmulo de substâncias estranhas no rotor deformação dos eixos disparidade entre os componentes conectados e influência das forças exercidas pelos 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 adverte que no âmbito da manutenção há o risco de negligenciar os equipamentos que estão operando sem problemas e lembrar deles apenas quando uma falha ocorre Os gastos com manutenção representam uma parcela considerável dos custos totais de todas as instalações industriais razão pela qual a manutenção preditiva através da análise de vibração é organizada com processos que seguem parâmetros sistemáticos e fazem uso de recursos computacionais o que possibilita uma análise mais eficaz dos dados da máquina em avaliação A eficácia da manutenção dos equipamentos de uma organização está condicionada ao planejamento e programação adequados com a devida supervisão e acompanhamento das tarefas em curso de modo a confirmar se tudo transcorreu conforme o planejado A manutenção preditiva por meio da análise de vibração repousa sobre o entendimento e avaliação de um ou mais parâmetros significativos por meio de equipamentos de alto desempenho conforme referido por F ilho 2008 Pascoli 1994 realça que o pilar fundamental na estruturação e implementação da manutenção preditiva é o plano de manutenção devidamente elaborado e considerando todos os pormenores da organização Esse plano consiste em uma série de medidas preventivas destinadas a evitar falhas e assegurar o correto funcionamento dos equipamentos contribuindo assim para um sistema de produção mais eficaz na resposta às exigências do mercado 3 METODOLOGIA A metodologia a ser adotada neste trabalho consistirá na realização de uma revisão de literatura com o objetivo de analisar criticamente e sintetizar os principais conceitos e desenvolvimentos na área de manutenção preditiva e análise de vibrações Para isso serão utilizadas diversas fontes de pesquisa incluindo registros c anais de conferências regulamentos relevantes uma ampla variedade de literatura acadêmica revistas especializadas site s eletrônicos relacionados ao cam po de estudo e a base de dados Google Scholar A seleção dos materiais para análise será baseada em critérios específicos considerando a relevância e a data de publicação Os artigos selecionados priorizarão o período entre os anos de 2013 e 2019 permitindo uma avaliação das tendências recentes e avanços significativos na área Além disso obras clássicas e fundamentais de datas anteriores serão consultadas para a compreensão dos conceitos históricos e da evolução da manutenção preditiva Os termoschave a serem utilizados na pesquisa incluirão manutenção preditiva e análise de vibrações com o intuito de abranger aspectos fundamentais e abrangentes do tema A análise crítica dos materiais revisados permitirá a elaboração de uma revisão abrangente e atualizada da literatura existente sobre o assunto contribuindo para o entendimento do estado da arte nesse campo de pesquisa 4 resultados esperados Esta pesquisa promoverá impactos significativos na indústria ao demonstrar a eficácia da manutenção preditiva por análise de vibrações Ao final do estudo pretendese consolidar a compreensão de que a manutenção preditiva se apresentará como uma solução transformadora para os desafios enfrentados pelo setor industrial Os resultados apontarão para melhorias substanciais na produção qualidade e rentabilidade com a abordagem contribuindo para a minimização do tempo de inatividade das máquinas alinhada à crescente demanda por produtos de qualidade e seguros por parte dos consumidores Ademais a pesquisa evidenciará a significativa redução de custos associados à manutenção corretiva em comparação aos prejuízos decorrentes de máquinas inoperantes destacando assim a relevância da manutenção preditiva Outro resultado esperado será a validação da capacidade da análise de vibrações em detectar uma ampla variedade de defeitos desde problemas de baixa frequência como desalinhamentos e desequilíbrios até questões em rolamentos em bombas centrífugas que apresentam vibrações em frequências mais elevadas Portanto ao final da pesquisa a aplicação da manutenção preditiva por análise de vibrações estará estabelecida como uma estratégia eficiente e confiável para avaliar o estado de funcionamento das máquinas industriais 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 10