A análise de falhas em equipamentos industriais é uma etapa muito importante para a manutenção. Está diretamente ligada à redução de custos e ao aumento da eficiência pois, impede que ocorram paradas não programadas. Nesse sentido, convém saber quais os tipos de falhas em sistemas rotativos e evitar que o equipamento pare de funcionar.
Lembre-se, todo equipamento, após algum tempo de uso, tende a apresentar sinais de desgaste próprios da sua utilização. As falhas em máquinas podem ocorrer por operação inadequada, sobrecargas, manutenção ineficiente, má conservação, falha elétrica, falha mecânica, sabotagem, etc.
Mesmo se as falhas mecânicas constituírem apenas uma parcela das possibilidades de falhas em equipamento industriais, é importante que a gestão da manutenção mapeie quais podem ocorrer.
Certamente, a correta identificação das falhas nas máquinas trará resultados imediatos para a operação e, também, aos custos globais da sua empresa.
Entretanto, para que um plano de manutenção tenha êxito, é imprescindível que se contemple estratégias para mitigar esses tipos de falhas.
Assim, de forma resumida, as falhas em sistemas rotativos mais comuns são:
- Desbalanceamento
- Desalinhamento
- Empenamento de eixo
- Falha em rolamentos
- Folga mecânica
- Roçamento
- Falhas em engrenamento
- Ressonância
- Lubrificação
- Falhas elétricas
Para que sua empresa consiga identificar e agir com antecedência, apresentaremos as características relativas a cada uma destas falhas em máquinas e equipamentos. Vamos conferir?
Desbalanceamento
Há basicamente dois tipos de desbalanceamento: estático e dinâmico.
O desbalanceamento estático ocorre quando o centro de massa do conjunto rotativo não coincide com o centro de rotação. Isso pode ocorrer devido a vários fatores tais como: montagem incorreta, desgaste, acúmulo de material e erros de fabricação. O desbalanceamento estático é provocado por um ponto com mais massa no rotor, que gera uma força centrífuga.
O desbalanceamento dinâmico ocorre quando a linha de centro de sua massa não coincide com a linha geométrica de rotação, podendo o centro de massa do rotor permanecer no centro geométrico de rotação.
Desalinhamento
O desalinhamento também é uma fonte de vibração bastante comum em máquinas rotativas.
Há basicamente dois tipos de desalinhamento: paralelo e angular.
O desalinhamento paralelo ocorre quando as linhas de centro dos eixos das máquinas não coincidem, não estão alinhadas, embora possam estar paralelas entre si.
O desalinhamento angular ocorre quando as linhas de centro do eixo das máquinas se interceptam, formando um ângulo entre si, ou seja, quando as linhas são concorrentes.
As principais causas de falhas em máquinas por desalinhamento são:
- Junção incorreta dos componentes (motores, bombas, etc.)
- Movimento dos componentes após serem ligados
- Distorção devido a esforços exercidos pela tubulação
- Dilatação térmica
- Falta de perpendicularidade da face do acoplamento em relação ao eixo
- Pé manco, favorece deslocamento quando outros parafusos são apertados
- Alinhamento incorreto (mal executado)
Vale ressaltar que o desalinhamento de mancais também produzirá considerável vibração axial e é comumente confundido com desalinhamento de eixos ou até mesmo com desbalanceamento.
Empenamento de Eixo
O empenamento de eixo pode provocar elevada vibração. E isso é um problema que se confunde muito o com desbalanceamento e desalinhamento. A execução de um balanceamento poderá reduzir a vibração provocada, porém raramente irá eliminá-la. A única solução do problema reside na remoção do empenamento.
Falha em Rolamentos
A falha em rolamentos constitui uma das causas mais comuns que podem ocorrer nos equipamentos rotativos largamente empregados nas indústrias. As falhas em rolamentos provocam vibração em altas frequências e as alterações de nível global de vibração em seus estágios iniciais de desgaste são quase imperceptíveis. Contudo as falhas características em rolamentos têm frequências específicas permitindo uma análise de falhas bastante eficaz.
As principais falhas em sistemas rotativos por conta da vibração em rolamentos deve-se ao desgaste, lubrificação deficiente, vibrações de origem externa, folgas internas e defeitos de fabricação.
As falhas no rolamento podem ocorrer por diversas razões tais como: carga excessiva, vedações ineficientes, ajustes inadequados, lubrificação, montagem incorreta, dentre outras. Cada um desses fatores pode provocar um tipo específico de falha em equipamentos industriais.
Folga Mecânica
A folga rotacional é provocada pelo excesso de espaço livre entre elementos rotacionais e estruturais da máquina, tais como suportes. A folga estrutural é provocada por um afrouxamento entre duas partes estacionárias tais como um pé e a base, ou entre o mancal e sua base.
Há basicamente dois tipos de folgas: rotacional e estrutural (não-rotacional).
A folga rotacional pode ocorrer devido ao desgaste provocado no suporte dos mancais. A folga estrutural entre uma máquina e sua base tende a aumentar a vibração.
Roçamento
O roçamento é definido como o contato eventual entre as partes rotativas e estacionárias de uma máquina podendo provocar vibrações na frequência de rotação. O roçamento exibe característica similar à folga mecânica.
Engrenagens
Problemas originados por engrenagens normalmente são de fácil identificação, embora sua interpretação seja normalmente difícil. Essa dificuldade deve-se ao número de fontes de vibração num conjunto de engrenagens múltiplas que resultam numa variedade de engrenamentos.
Algumas das falhas em equipamentos industriais mais comuns em engrenamentos são:
- Desgaste excessivo
- Imperfeições nos dentes
- Falha de lubrificação
- Incrustações de partículas nos dentes
Ressonância
A ressonância ocorre quando uma frequência de excitação coincide, ou mesmo fica próxima, de uma frequência natural do eixo, carcaça da máquina ou estrutura conectada. Geralmente a estrutura de uma máquina tipicamente possui várias frequências naturais.
Uma das consequência que a ressonância provoca é a elevação da vibração, sendo altamente danosa ao equipamento. Ela pode provocar sérios danos em curto espaço de tempo, inclusive uma falha na integridade estrutural do equipamento.
A ressonância é um problema de fácil identificação na análise de falhas em máquinas e equipamentos quando se utilizam técnicas como análise ODS.
Os níveis de vibração caem consideravelmente com a variação da velocidade. Dessa forma aumentando ou diminuindo a velocidade, de modo a se afastar da frequência natural excitada, haverá um declínio do nível de vibração.
Problemas de Lubrificação
As falhas relacionadas à má lubrificação dos equipamentos são um dos principais fatores para as empresas terem altos custos de manutenção. Ou seja, troca prematura de componentes, manutenção não planejada e perda de produtividade.
Muitas empresas não executam essa técnica de forma correta. Isso ocorre por não terem conhecimento sobre os lubrificantes, métodos, ferramentas ou até mesmo um plano de lubrificação dos equipamentos.
Estudos mostram que 34% das falhas em sistemas rotativos são de problemas com lubrificação, sobretudo a falta ou excesso de lubrificante e incompatibilidade química. Muitos profissionais não sabem escolher a graxa certa. Além disso, 14% de falhas ocorrem por contaminação do sistema.
Então, chegamos a 50% de manutenções corretivas por conta dos problemas de lubrificação.
Lubrificar regularmente os componentes de um equipamento traz benefícios como:
- reduzir ruídos
- prevenir o aumento da temperatura
- diminuir o atrito entre as peças
- minimizar vibrações
- prevenir a oxidação ou a corrosão precoces
- evitar quebras prematuras
- regular a troca de calor entre componentes
Como resultado, a disponibilidade da máquina aumenta e seu equipamento será mais produtivo.
Falhas Elétricas
Falhas elétricas ocorrem em equipamento que possuem motores elétricos, geradores, etc. Ocorrem pelo desequilíbrio entre as forças eletromagnéticas atuantes no rotor e no estator.
Alguns problemas elétricos ocasionam vibração na frequência da linha, que por sua vez é muito próxima à frequência de rotação, podendo ocasionar confusão com outros tipos de defeitos síncronos.
Um meio simples para verificação consiste no desligamento da energia elétrica. A amplitude de vibração causada por uma falha elétrica, ou magnética, desaparecerá imediatamente. Caso o problema seja de natureza mecânica, um desbalanceamento por exemplo, a amplitude de vibração cairá acompanhando a rotação.
Algumas falhas em sistemas rotativos comuns de desequilíbrio eletromagnético são:
- Excentricidade do rotor (ou armadura)
- Desalinhamento entre rotor e estator
- Geometria irregular do rotor
- Variação excessiva do entreferro
- Problemas no enrolamento do rotor
- Curto circuito ou circuito aberto
O que fazer para evitar falhas em sistemas rotativos?
De forma direta, para evitar falhas em sistemas rotativos ou em seus componentes e, consequentemente, parada de máquina, antes de tudo, deve-se monitorar o equipamento.
Ao longo dos anos, as empresas mudaram o comportamento nas manutenções de seus equipamentos. Hoje, se preocupam mais com a saúde e vida útil deles. E razão para isso é que precisam garantir os investimentos realizados e os indicadores de performance.
Por tudo isso, e outras razões, a manutenção preditiva ganha força na análise de falhas em máquinas e equipamentos. Seu uso aumenta à medida que os gestores entendem a importância da prevenção de falhas.
O uso de ferramentas de manutenção preditiva facilita muito o trabalho do setor de manutenção na prevenção de problemas que podem parar a produção. Dessa forma, pode-se garantir a produtividade total e reduzir os custos de manutenção.
Talvez por isso, vemos técnicos atuando em equipamentos como se fossem médicos munidos com aparelhos tais como: estetoscópios, endoscópios, medidores de vibração e termômetros.
Desse modo, buscam meios para garantir a disponibilidade do equipamento e não interromper o processo produtivo.
Principais técnicas para identificar falhas em sistemas rotativos com análise preditiva
A análise de falhas em máquinas manutenção preditiva conta com algumas técnicas que possibilitam antecipar falhas potenciais em sistemas rotativos. Tais como:
- Análise de óleo
- Análise de ruídos
- Análise do movimento
- Análise de estruturas e estado das superfícies
- Análise de Vibrações
- Análise Termográfica
- Análise de passagem de fluidos
Ferramentas para identificar falhas em sistemas rotativos
E para impedir as falhas em máquinas insdutriais, existem ferramentas de manutenção preditiva específicas, como:
Sensores de vibração e acelerômetros
A análise de vibração permite identificar a origem de falhas em um equipamento que vibra além do esperado.
Estroboscópios
Os Estroboscópios são ferramentas portáteis que permitem observar e avaliar uma máquina ou componente em movimento. Eles lançam flashes de luz bem curtos e de alta intensidade sobre o equipamento.
Termômetros
Os termômetros são ferramentas de manutenção preditiva que permitem identificar desvios na temperatura normal de trabalho.
Endoscópios de vídeo
Os endoscópios de vídeo permitem detectar quaisquer obstruções na passagem de um fluido pelo interior de um sistema. Dessa forma, ajudam a encontrar a causa raiz do problema para agir na solução.
Estetoscópio eletrônico industrial
É um instrumento de alta sensibilidade, permite a identificar problemas em componentes de máquinas por meio da detecção de ruídos ou vibrações da máquina.
Decibelímetro
O Decibelímetro é um instrumento portátil e de alta qualidade para medição do nível de pressão sonora em decibéis. O ruído do ambiente é captado pelo microfone condensador de eletreto e, então, processado pelo aparelho. Dessa forma, o ruído do ambiente pode ser monitorado tanto quantitativa quanto qualitativamente.
Detector ultrassônico de vazamentos
Vazamentos em sistemas de tubulação representam um alto custo de energia para as empresas. Estima-se que 30% da energia usada para o ar comprimido se perde em vazamentos que podem ocorrer em qualquer parte da rede, em válvulas, engates, ou conexões.
Caneta detetora de descargas elétricas
As descargas elétricas resultam de tensões elétricas do eixo do motor, dirigidas para terra, que passam através de componentes como o rolamento. Elas causam erosão elétrica, degradação do lubrificante e, por fim, falha do componente.
Resumindo
É fato que a manutenção preditiva traz ótimos resultados para as indústrias. Sobretudo pelo uso de ferramentas que ajudam a detectar prematuramente as falhas de equipamentos e componentes rotativos.
Destacamos ainda o quanto as práticas de manutenção com base na confiabilidade reduzem o TCO – Total Cost Operation (Custo Total de Propriedade) da empresa. Principalmente o consumo de energia elétrica, quebras prematuras e bem-estar dos colaboradores.
Dessa forma, conseguimos aumentar a disponibilidade dos equipamentos e, por consequência, aumentar a produtividade.
Referências
MELQUESEDEQUE MELO ARCO-VERDE
Identificação de falhas em sistemas rotativos empregando técnicas não lineares (Rio de Janeiro, 2008)
Diego Frias – Consultor de Key Accounts e Produtos
