AMBIENTE MULTIM

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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
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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE
MÁQUINAS
Capítulo 1 Introdução e conceitos
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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.
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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE
PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE
MÁQUINAS
Capítulo 1.1 - Introdução e técnicas de
diagnóstico de máquinas
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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.

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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.
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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.

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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.
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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
5 Criação de um banco de dados da máquina
2 Definição do padrão de monitoramento
3 Determinação da técnica de monitoramento
4 Implementação da coleta de dados
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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
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• 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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
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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.
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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
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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
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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
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• 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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
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• 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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
Monitoramento de máquinas
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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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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 (lt 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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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 Trocar o óleo
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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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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Introdução e técnicas de diagnóstico de máquinas
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
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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.