Monografia - Michel

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SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

MICHEL

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA

PARA O AUMENTO DA CONFIABILIDADE

DE LOCOMOTIVAS DIESEL

MINISTÉRIO DA DEFESA

EXÉRCITO BRASILEIRO

SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

MICHEL PHILIPE DA TRINDADE E SILVA

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA

PARA O AUMENTO DA CONFIABILIDADE

DE LOCOMOTIVAS DIESEL-ELÉTRICAS

RIO DE JANEIRO

2012

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA

PARA O AUMENTO DA CONFIABILIDADE

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

MRS LOGÍSTICA

MICHEL PHILIPE DA TRINDADE E SILVA

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA

PARA O AUMENTO DA CONFIABILIDADE

DE LOCOMOTIVAS DIESEL-ELÉTRICAS

Monografia apresentada ao curso de Especialização em

Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar de

Engenharia, como requisito parcial para obtenção do título de

Especialista em Engenharia Ferroviária.

Orientador: Marcelo Prado Sucena

RIO DE JANEIRO

2012

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

MRS LOGÍSTICA

MICHEL PHILIPE DA TRINDADE E SILVA

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA

PARA O AUMENTO DA CONFIABILIDADE

DE LOCOMOTIVAS DIESEL-ELÉTRICAS

Monografia apresentada ao curso de Especialização em Transporte Ferroviário de

Carga do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para obtenção do

título de Especialista em Engenharia Ferroviária.

Orientador: Marcelo Prado Sucena

Prof. D.Sc. Luiz Antônio Silveira Lopes

Prof. D.Sc. Marcelo Prado Sucena

M.Sc. Glaudson Bastos

RIO DE JANEIRO

2012

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Sumário

Resumo ............................................................................................................................................................ 10

1. Considerações Iniciais .................................................................................................................................. 11

1.1. Introdução ............................................................................................................................................ 11

1.2. Objetivos e justificativas ....................................................................................................................... 12

1.3. Estrutura do trabalho ........................................................................................................................... 12

2. Material Rodante Ferroviário ...................................................................................................................... 13

2.1. Locomotivas .......................................................................................................................................... 13

2.1.1. Locomotivas a vapor ...................................................................................................................... 13

2.1.2. Locomotivas diesel-hidráulicas ...................................................................................................... 14

2.1.3. Locomotivas Elétricas .................................................................................................................... 14

2.1.4. Locomotivas Diesel-Elétricas ......................................................................................................... 15

2.2. Vagões de Carga ................................................................................................................................... 17

3. Conceitos de Manutenção ........................................................................................................................... 19

3.1. Introdução a Manutenção .................................................................................................................... 19

3.2. Histórico da Manutenção ..................................................................................................................... 19

3.3. Tipos de Manutenção ........................................................................................................................... 20

3.3.1. Manutenção Corretiva ................................................................................................................... 20

3.3.2. Manutenção Preventiva ................................................................................................................ 20

3.3.3. Manutenção Preditiva ................................................................................................................... 21

3.3.4. Manutenção Detectiva .................................................................................................................. 21

3.3.5. Engenharia de Manutenção .......................................................................................................... 21

3.3.6. Manutenção Centrada na Confiabilidade ...................................................................................... 22

4. Tecnologias de manutenção preditiva ........................................................................................................ 23

4.1. Análise de Lubrificante ......................................................................................................................... 23

4.2. Termometria ......................................................................................................................................... 25

4.3. Termografia .......................................................................................................................................... 26

4.4. Ultrassom.............................................................................................................................................. 26

4.5. Análise de Vibração .............................................................................................................................. 27

5. Análise de Vibrações .................................................................................................................................... 28

5.1. Tipos de Movimento ............................................................................................................................. 28

5.1.1. Movimento Periódico .................................................................................................................... 28

5.1.2. Movimento Harmônico ................................................................................................................. 28

5.1.3. Movimento Randômico ou Aleatório ............................................................................................ 29

5.2. Vibrações em Máquinas ....................................................................................................................... 30

Page 5: Monografia - Michel

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5.3. Domínio do Tempo e Domínio da Frequência ...................................................................................... 31

5.3.1. Domínio do Tempo ........................................................................................................................ 31

5.3.2. Domínio da Frequência.................................................................................................................. 31

5.4. Frequência e Período ............................................................................................................................ 32

5.5. Fontes de Vibração ............................................................................................................................... 33

5.5.1. Identificação das Fontes de Vibração ............................................................................................ 34

5.6. Amplitude e Freqüência ....................................................................................................................... 35

5.7. Tipos de medição de vibração .............................................................................................................. 36

5.8. Efeitos da frequência sobre as amplitudes .......................................................................................... 37

5.9. Fatores de Escala .................................................................................................................................. 39

5.10. Medição de fase ................................................................................................................................. 41

5.10.1. Ângulo de Fase ............................................................................................................................ 41

5.11. Nível global de vibração ..................................................................................................................... 42

5.12. Resolução espectral ............................................................................................................................ 43

5.13. Médias ................................................................................................................................................ 44

5.14. Sensores de vibração .......................................................................................................................... 45

5.14.1. Sensores de Aceleração ............................................................................................................... 45

6. Termografia ................................................................................................................................................. 47

6.1. Definição de Termografia ..................................................................................................................... 47

6.2. Fatores variáveis em uma análise termográfica ................................................................................... 47

6.2.1. Temperatura .................................................................................................................................. 47

6.2.2. Calor ............................................................................................................................................... 48

6.2.3. Transmissão de Calor ..................................................................................................................... 48

6.2.4. Emissividade .................................................................................................................................. 49

6.2.5. Transmissão Atmosférica .............................................................................................................. 52

6.3. Sistemas Infravermelhos ...................................................................................................................... 52

6.3.1. O Radiômetro ................................................................................................................................ 52

6.3.2. Câmeras de Infravermelho ............................................................................................................ 53

7. Aplicação de técnicas de diagnóstico de falhas na manutenção de locomotivas ....................................... 55

7.1. Seleção do modelo de monitoramento de condições .......................................................................... 55

7.2. Definição da periodicidade de monitoramento ................................................................................... 55

7.3. Definição dos componentes a serem monitorados.............................................................................. 56

7.3.1. Componentes monitorados através da termografia ..................................................................... 56

7.3.2. Componentes monitorados através da análise de vibrações........................................................ 57

7.4. Definição das equipes de manutenção preditiva ................................................................................. 57

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6

7.5. Definição dos parâmetros quantitativos e alarmes de tendência ....................................................... 58

7.5.1. Parâmetros para análise termográfica .......................................................................................... 58

7.5.2. Parâmetros para análise de vibrações........................................................................................... 58

7.6. Análise e Ação Proativa ........................................................................................................................ 66

7.7. Sistematização do processo ................................................................................................................. 68

7.7.1. Fluxograma de realização dos serviços de preditiva ..................................................................... 68

8. Considerações Finais ................................................................................................................................... 69

9. Referências Bibliográficas ............................................................................................................................ 71

Page 7: Monografia - Michel

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Lista de Ilustrações

Figura 1 – Locomotiva a vapor. ........................................................................................................................ 13

Figura 2 – Locomotiva Diesel-Hidráulica. ......................................................................................................... 14

Figura 3 – Locomotiva Elétrica (Hitachi-MRS). ................................................................................................. 14

Figura 4 – Locomotiva Diesel-Elétrica (Modelo: GE AC44i - MRS). .................................................................. 15

Figura 5 – Locomotiva Diesel-Elétrica (Modelo: GE C36ME - MRS). ................................................................ 15

Figura 6 - Locomotiva Diesel-Elétrica. .............................................................................................................. 16

Figura 7 - Locomotiva diesel-elétrica em corte ................................................................................................ 17

Figura 8 - Vagão de carga (Modelo: GDT – MRS) ............................................................................................. 17

Figura 9 - Tribologia. ......................................................................................................................................... 23

Figura 10 - Principais causas que levam ao fim da vida útil das máquinas. ..................................................... 24

Figura 11 - Radiômetro de uso geral. ............................................................................................................... 25

Figura 12 - Imagem Óptica e Termográfica de um Sistema Mecânico. ............................................................ 26

Figura 13 – Tradutores Ultrassônico. ............................................................................................................... 27

Figura 14 - Instrumento, Medição Manual. ...................................................................................................... 27

Figura 15 - Sistema de Obtenção de Dados. ..................................................................................................... 27

Figura 16 - Movimento harmônico simples. ..................................................................................................... 29

Figura 17 - Movimento Harmônico Simples: Projeção de um Ponto. .............................................................. 29

Figura 18 - Forma de onda................................................................................................................................ 31

Figura 19 - Exemplo de espectro de vibração. ................................................................................................. 32

Figura 20 - Combinação de Fontes de Vibração. .............................................................................................. 34

Figura 21 - Transformada Rápida de Fourier. ................................................................................................... 35

Figura 22 - Forma de onda de deslocamento mostrando o valor pico-a-pico (P-P)......................................... 36

Figura 23 - Comparativo de Deslocamento, Velocidade e Aceleração. ........................................................... 37

Figura 24 – Espectro em aceleração (g). .......................................................................................................... 38

Figura 25 - Espectro em velocidade (mm/s). .................................................................................................... 38

Figura 26 - Espectro em deslocamento (microns). ........................................................................................... 39

Figura 27 - Relação entre amplitudes de medição. .......................................................................................... 40

Figura 28 - Relação de fase entre dois eventos. ............................................................................................... 41

Figura 29 - Posição Inicial, fase igual a 0°. ........................................................................................................ 42

Figura 30 - Fase igual a 90°. .............................................................................................................................. 42

Figura 31 - Fase igual a 180°. ............................................................................................................................ 42

Figura 32 - Fase igual a 270°. ............................................................................................................................ 42

Figura 33 - Fase igual a 360°. ............................................................................................................................ 42

Figura 34 - Resolução Espectral de 2,5 Hz/linha .............................................................................................. 43

Figura 35 - Resolução Espectral de 0,625 Hz/linha .......................................................................................... 43

Figura 36 - Resolução Espectral de 0,156 Hz/linha .......................................................................................... 43

Figura 37 – Freqüência Devido a Excitação Causada por Correias Mal Tencionadas ...................................... 44

Figura 38 - Sensor de Aceleração ..................................................................................................................... 45

Figura 39 - Quantidade de Calor X Temperatura.............................................................................................. 48

Figura 40 - Energia incidindo sobre um corpo qualquer. ................................................................................. 49

Figura 41 - Corpo negro de Kirchhoff. .............................................................................................................. 50

Figura 42 - Efeito estufa.................................................................................................................................... 52

Figura 43 - Radiômetros. .................................................................................................................................. 53

Figura 44 - Câmeras de Infravermelho ou termocâmeras. .............................................................................. 54

Page 8: Monografia - Michel

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Figura 45 - Imagens obtidas através de uma termocâmera. ............................................................................ 54

Figura 46 - Comparação de Tendência de uma Bomba de água. ..................................................................... 61

Figura 47 - Comparação do Espectro de Referência. ....................................................................................... 62

Figura 48 - Alarme de Projeção de um rolamento: Perigo Ato 0,6 e Alerta Alto 0,4. ...................................... 63

Figura 49 - Envoltória de um Espectro ............................................................................................................. 64

Figura 50 - Isolamento de Freqüências através de Alarmes das Bandas do Espectro. .................................... 65

Figura 51 - Conjunto Circular de Aceitação para Alarmes de Fase. .................................................................. 66

Figura 52 - Fluxograma de execução dos serviços de preditiva. ...................................................................... 68

Page 9: Monografia - Michel

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Lista de Tabelas

Tabela 1 - Foco da aplicação da Tribologia. ..................................................................................................... 23

Tabela 2 - Classificação por tipo de máquina. ................................................................................................. 59

Tabela 3 - Zonas de avaliação. ......................................................................................................................... 59

Tabela 4 - GRUPO 1 ......................................................................................................................................... 59

Tabela 5 - GRUPO 2 ......................................................................................................................................... 59

Tabela 6 - GRUPO 3 ......................................................................................................................................... 59

Tabela 7 - GRUPO 4 ......................................................................................................................................... 59

Tabela 8 - Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo vertical. .......................................................... 60

Tabela 9 - Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo horizontal. ..................................................... 60

Tabela 10 - Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo horizontal com rotor em balanço. ............... 61

Tabela 11 - Impacto na confiabilidade do subsistema Alternador. ................................................................. 69

Tabela 12 - Impacto na confiabilidade do subsistema Cabos de Alta Tensão. ................................................ 70

Tabela 13 - Impacto na confiabilidade do subsistema Equipamentos de Controle de Alta Tensão. .............. 70

Tabela 14 - Impacto na confiabilidade do subsistema Equipamentos de Controle de Baixa Tensão. ............ 70

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Resumo

O crescimento da competitividade e os novos desafios relacionados com o aumento de

produtividade entre as indústrias têm exigido máquinas cada vez mais complexas e sofisticadas. Por isso, o

sistema de monitoramento da condição dessas máquinas tem se tornado muito importante. O objetivo

desse trabalho é apresentar uma sistemática de aplicação de técnicas de manutenção preditiva na

manutenção de locomotivas diesel-elétricas visando aumento da confiabilidade e disponibilidade desses

ativos ferroviários. O uso das tecnologias de análise de vibração e termografia na manutenção de

locomotivas justificam-se pela busca constante de ganho na confiabilidade como consequência da

expansão da produção da MRS Logística. Nenhum trabalho de preditiva é completo sem que se chegue a

uma solução viável. Achar a origem do problema que causa as vibrações e/ou temperaturas excessivas é

geralmente uma tarefa fácil quando comparada à correção do problema. Com o desenvolvimento de um

projeto piloto na oficina de locomotivas do P1-07 conseguiu-se uma redução de 5 % de falhas nas

locomotivas em que os serviços de preditiva são executados. Por fim destaca-se que o emprego de técnicas

preditivas além de consistir um método de baixo custo, e com a sua constante implementação e

desenvolvimento, poderá ser no futuro a saída mais viável para uma manutenção eficiente e eficaz.

Palavras-chave: Termografia. Análise de Vibrações. Manutenção. Locomotivas. MRS Logística.

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1. Considerações Iniciais

1.1. Introdução

Na MRS e em praticamente toda ferrovia de carga são utilizadas locomotivas diesel-elétricas na

tração dos trens rebocando vagões. Segundo BRINA (1988), O termo tracionar significa a maneira pela qual

a locomotiva obtém o esforço mecânico necessário para o deslocamento dos trens. Normalmente a tração

das locomotivas é elétrica, ou seja, são usados motores elétricos para obter o esforço mecânico necessário

ao deslocamento dos trens.

A locomotiva diesel-elétrica é uma máquina complexa composta de diversos componentes

(elétricos, mecânicos, pneumáticos e eletrônicos) e grande parte desses equipamentos pode ser

selecionada para um programa de monitoramento de condições.

O crescimento da competitividade e os novos desafios relacionados com o aumento de

produtividade entre as ferrovias têm exigido máquinas cada vez mais complexas e sofisticadas. Por isso, o

sistema de monitoramento da condição de locomotivas tem se tornado muito importante.

Um sistema confiável de monitoramento da condição de máquinas proporciona os seguintes

benefícios: redução do número de falhas e de intervenções não planejadas da manutenção, diminuição do

tempo de parada das máquinas, redução dos custos de manutenção e operação, e consequentemente,

aumento da vida útil dos equipamentos e do nível de segurança dos componentes.

Estas razões têm possibilitado o surgimento e o desenvolvimento rápido de novas técnicas ou

métodos de diagnóstico de falhas. Diversos são os métodos de diagnóstico de falhas, dentre eles, podemos

citar a análise de vibrações, análise termográfica, análise de óleo entre outras.

Muitos programas de manutenção preditiva e sistemas de diagnóstico de falhas utilizam a condição

da máquina para identificar e classificar falhas através da análise de vibrações.

A análise de vibrações tem sido largamente usada no diagnóstico de falhas e monitoramento da

condição de máquinas rotativas e é feita, em geral, no domínio do tempo ou no domínio da frequência.

Os métodos no domínio da frequência e que normalmente são utilizados no monitoramento de

máquinas rotativas incluem Análise Espectral, Análise Cepstral e Análise de Envelope. Para sinais

estacionários a análise espectral ou Transformada Rápida de Fourier (FFT) é extremamente útil. Entretanto,

ela não é muito adequada para a análise de sinais cujo comportamento é de natureza não estacionária ou

transiente (Santiago, 2003).

A termografia é genericamente definida como a técnica de sensoriamento remoto que possibilita a

medição de temperaturas e a formação de imagens térmicas (termogramas), de um componente,

equipamento ou processo, a partir da radiação infravermelha naturalmente emitida pelos corpos, Trindade

Silva (2008).

Segundo Bezerra e outros (2006), a termografia infravermelha tem um extenso campo de aplicação

que vai desde uma simples medida de temperatura à localização de defeitos em sistemas complexos.

Contudo nessas aplicações a termografia busca essencialmente as perdas qualitativas das assimetrias

térmicas dos processos.

Além da ampliação e geração de novos conhecimentos e resultados, este trabalho contribui para a

melhoria da manutenção de locomotivas permitindo às equipes de manutenção realizá-la de forma

programada, diminuindo os custos e aumentando a confiabilidade e confiabilidade destes equipamentos.

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1.2. Objetivos e justificativas

O objetivo desse trabalho é apresentar uma estratégia de aplicação de técnicas de manutenção

preditiva na manutenção de locomotivas diesel-elétricas visando aumento da confiabilidade e

disponibilidade desses ativos ferroviários.

O uso das tecnologias de análise de vibração e termografia na manutenção de locomotivas

justificam-se pela busca constante de ganho na confiabilidade como consequência da expansão da

produção da MRS Logística.

Nos últimos anos a MRS vem buscando alternativas para o aumento da confiabilidade e

disponibilidade de seus ativos ferroviários, nesse cenário as técnicas de manutenção preditiva tem suma

importância, pois através do monitoramento da condição dos componentes das locomotivas é possível

reduzir as falhas operacionais e manutenções corretivas não planejadas.

1.3. Estrutura do trabalho

O capítulo 1 expõe as motivações, justificativas e os objetivos a serem alcançados através desse

trabalho.

No capítulo 2, são mostrados de forma sucinta os ativos que compõem o material rodante de carga,

locomotivas e vagões de carga.

O capítulo 3 traz os conceitos básicos de manutenção.

No capítulo 4, é realizada uma síntese das técnicas de diagnóstico de falhas utilizadas em um

programa de manutenção preditiva.

O capítulo 5 apresenta os conceitos da técnica de análise de vibrações.

No capítulo 6, se disserta a conceituação da técnica de análise termográfica.

O capítulo 7 mostra a sistemática desenvolvida para a aplicação de tecnologias de manutenção

preditiva nas locomotivas da MRS Logística.

No capítulo 8, são discutidos alguns resultados desse trabalho e as considerações finais.

Por fim, no capítulo 9, têm-se as referências bibliográficas utilizadas no desenvolvimento desse

trabalho.

Page 13: Monografia - Michel

13

2. Material Rodante Ferroviário

Define-se como material rodante todo e qualquer veículo ferroviário capaz de se deslocar sobre a

via férrea.

2.1. Locomotivas

As locomotivas são os equipamentos ferroviários responsáveis pela tração do trem, podendo ser

classificadas, segundo sua utilização da seguinte forma:

� Locomotivas para trens de mercadorias;

� Locomotivas de montanha;

� Locomotivas para serviços de manobra;

� Locomotivas de cremalheira.

De acordo com o motor de propulsão utilizado podemos classificá-las assim:

2.1.1. Locomotivas a vapor

As locomotivas a vapor, Figura 1, caíram em desuso, apesar de apresentarem características

interessantes tais como o fato de utilizar como combustível a lenha ou carvão e a exigência de baixa

complexidade técnica na manutenção.

Figura 1 – Locomotiva a vapor.

Esse tipo de locomotiva se tornou obsoleto, principalmente devido aos seguintes fatores:

� Alto consumo volumétrico de água e combustível;

� Baixo rendimento (menor que 10%);

� Alta necessidade de manutenção (em tempo).

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2.1.2. Locomotivas diesel-hidráulicas

A locomotiva diesel hidráulica, Figura 2, possui como fonte geradora de energia um motor diesel e

transmissão hidráulica, o que lhes dá uma eficiência aproximada de 35 %, com uma relação peso/potência

bastante alta.

Figura 2 – Locomotiva Diesel-Hidráulica.

Esse tipo de locomotiva é mais utilizada a baixas velocidades, como no caso de composições muito

pesadas ou em rampas, pelo fato de não sofrerem muito com o aquecimento. Suas principais vantagens

são:

� Alta relação peso/potência;

� Capacidade de tráfego em qualquer velocidade;

� Pouca ocorrência de defeitos;

� Baixo custo por HP.

2.1.3. Locomotivas Elétricas

As locomotivas elétricas, Figura 3, utilizam-se de tração elétrica que se resume ao uso de energia

elétrica externa captada através de cabos aéreos eletrificados dispostos acima da linha através de um

equipamento chamado pantógrafo que se expande até tocar os cabos de aço energizados ou através de

trilhos eletrificados ao lado dos trilhos de rolagem, onde uma sapata ligada aos motores de tração recebe a

energia do terceiro trilho.

Figura 3 – Locomotiva Elétrica (Hitachi-MRS).

Page 15: Monografia - Michel

15

As principais vantagens deste tipo de equipamento são:

� Economia de 15 a 20% no custo de transporte;

� Uso de energia renovável, ecologicamente correta;

� Não poluente;

� Maior aceleração com grande velocidade final;

� Capacidade de recuperar energia elétrica nos declives ao usar o freio elétrico.

2.1.4. Locomotivas Diesel-Elétricas

A locomotiva diesel-elétrica, Figuras 4 e 5, se compõe basicamente de uma plataforma, sobre a

qual se situam a cabine frontal, cabine do operador, cabine do motor diesel e cabine do radiador, as quais

protegem os equipamentos nelas contidos. O conjunto todo descrito se apoia sobre os truques, que

possuem os rodeiros com os motores de tração, e os equipamentos de freio, Borba (2008).

Figura 4 – Locomotiva Diesel-Elétrica (Modelo: GE AC44i - MRS).

Figura 5 – Locomotiva Diesel-Elétrica (Modelo: GE C36ME - MRS).

Page 16: Monografia - Michel

16

A locomotiva diesel-elétrica difere de uma locomotiva elétrica no fato de ser um sistema de

produção e geração de energia elétrica, completo e isolado, isto é, carrega sua própria estação geradora de

energia, em vez de ser conectada a uma estação geradora de energia remota através de cabos aéreos ou de

um terceiro trilho.

Este tipo de equipamento foi o responsável pela extinção das locomotivas a vapor, devido à

economia que proporcionam ao transporte. A partir de sua introdução, por volta de 1930 se tornaram as

mais utilizadas até a atualidade.

O sistema de produção e geração de energia elétrica da locomotiva diesel-elétrica tem o motor

diesel como fonte primária de energia, que é diretamente acoplado a um gerador de energia elétrica que

produz a eletricidade necessária para alimentar os motores elétricos de tração que acionam os rodeiros da

locomotiva.

O tanque de combustível é também essencial, uma vez que o motor diesel transforma a energia

química contida no óleo diesel em energia mecânica para acionar o gerador de energia elétrica.

Por sua vez, os motores elétricos de tração podem ser em corrente contínua ou em corrente

alternada, Figura 6.

Figura 6 - Locomotiva Diesel-Elétrica.

Na busca contínua pelo aumento da eficiência, em conjunto com o aprimoramento das unidades de

tração, foram desenvolvidos sistemas de transmissão mais sofisticados, através dos quais, itens antes

pouco importantes, passaram a receber atenção cada vez maior.

Além da maior eficiência energética e do maior rendimento no tracionamento, alcançou-se

também uma maior compacidade das unidades de tração com menores níveis de ruído e de vibrações, o

que proporcionou um maior conforto, especialmente nas unidades de transporte de passageiros, isto

graças à sofisticação dos componentes de transmissão intermediários, ou seja, dos acoplamentos e dos

engrenamentos.

Para se dispensar um melhor tratamento a uma locomotiva diesel-elétrica é necessário o

conhecimento total de seu funcionamento, de suas partes e de seus componentes, Figura 7.

Page 17: Monografia - Michel

17

Figura 7 - Locomotiva diesel-elétrica em corte

Podemos identificar na figura em corte os seguintes elementos principais de uma locomotiva:

1 – Motor diesel 16 – Freio dinâmico 2 – Tanque de combustível 17 – Gerador de tração 3 – Resfriador de óleo lubrificante 18 – Filtro de inércia 4 – Filtro de óleo lubrificante 19 – Armário elétrico 1 5 – Reservatório auxiliar de água 20 – Armário elétrico 2 6 – Reservatório da água de resfriamento 21 – Baterias 7 – Radiadores 22 – Console do maquinista 8 – Ventiladores do sistema de resfriamento 23 – Console do auxiliar 9 – Soprador do truque 1 24 – Poltronas 10 – Soprador do truque 2 25 – Engates 11 – Soprador gerador 26 – Buzina 12 – Compressor de ar 27 – Escapamento do motor diesel 13 – Reservatório de ar 28 – Filtro primário de combustível 14 – Truque 29 – Reservatório de areia 15 – Motor de tração 30 – Motores de partida

2.2. Vagões de Carga

Vagões de carga, Figura 8, podem ser definidos como sendo a parte do material rodante rebocado

pelas locomotivas com finalidade de transportar cargas.

Figura 8 - Vagão de carga (Modelo: GDT – MRS)

Page 18: Monografia - Michel

18

O limite de carga, de cada vagão é definido conforme as características da via, mas de maneira

geral varia entre 7,5 t/eixo a 36 t/eixo. Os mais pesados são geralmente os vagões chamados gôndolas,

utilizados no transporte de minérios.

Os vagões são definidos pelo serviço específico para o qual foram projetados também pelos

componentes diretamente relacionados às funções de carga e descarga nos terminais. Desta forma, os

vagões podem ser classificados primariamente em sete tipos diferentes, sendo que cada um pode possuir

subtipos com características operacionais próprias. São eles:

� Vagões fechados

� Vagões gôndolas

� Vagões hopper

� Isotérmicos

� Tanque

� Plataforma

� Especiais

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19

3. Conceitos de Manutenção

3.1. Introdução a Manutenção

Entre as grandes empresas é nítida a preocupação em ser o benchmark, ou seja, ser a empresa

referência no mundo. Em consequência, a área de Manutenção dessas empresas deve também procurar a

excelência, pois não há empresa excelente sem que seus diversos segmentos não o sejam. Apoiados nessa

necessidade, a manutenção nas grandes empresas deve buscar a melhoria de modo constante, utilizando

as melhores práticas conhecidas, Comitti (2004).

Um sistema de manutenção eficiente deve visar o aproveitamento total das instalações, a

disponibilidade plena do equipamento, isto é, Quebra Zero, para garantia da competitividade e do sucesso

da empresa.

Todo e qualquer tipo de equipamento, do mais simples ao mais sofisticado, apresenta durante seu

período de vida útil problemas causados por defeitos de fabricação, por manuseio incorreto e até mesmo

por manutenção deficiente. Mesmo sendo problemas pequenos, se não forem sanados no momento

correto podem ter consequências gravíssimas, gerando prejuízos muito além do previsto.

Geralmente as máquinas necessitam de manutenção. Quando esta manutenção não é feita de

forma planejada e correta, mais cedo ou mais tarde, levam a parada das máquinas. Resta saber se essa

parada será inesperada ou programada, ou seja, Manutenção Corretiva Não Planejada ou Manutenção

Corretiva Planejada. Dentro deste enfoque, a equipe de manutenção deve fazer de tudo para que não

ocorram as paradas inesperadas.

Com as paradas não programadas tem-se, por exemplo, problemas como a introdução de falhas

oriunda de uma intervenção inadequada e defeitos que se propagaram de um componente para o outro

dentro da máquina. Isto faz com que as paradas sejam mais prolongadas do que em uma Manutenção

Corretiva Planejada. Como consequência este fato trará prejuízos para a produção e, obviamente,

aumentará os custos da manutenção, o que poderia ser evitado com paradas programadas.

3.2. Histórico da Manutenção

No fim do século XIX, com o surgimento da mecanização das indústrias, surgiu a necessidade dos

primeiros reparos. Até 1914 a manutenção tinha importância secundária e as indústrias praticamente não

possuíam equipamentos e equipes para execução deste tipo de serviços com o mesmo efetivo da

produção. Com o advento da Primeira Guerra Mundial as fábricas passaram a ter que manter uma

produção mínima e, consequentemente, sentiu-se a necessidade de criar equipes que pudessem corrigir as

falhas das máquinas no menor tempo possível. Assim, surgiu um órgão subordinado à produção, cujo

objetivo básico era de execução de manutenção, hoje conhecida como Manutenção Corretiva.

Esta situação se manteve até a década de 30 quando, em função da Segunda Guerra Mundial e da

necessidade de aumento de rapidez de produção, fez com que a alta administração industrial se

preocupasse, não só de corrigir falhas, mas também de evitar seu aparecimento. Isso levou os técnicos de

manutenção a desenvolverem processos de prevenção de falhas que, juntamente com a correção,

completavam o quadro geral de manutenção, formando uma estrutura de manutenção tão importante

quanto à de produção.

De 1940 a 1966, com desenvolvimento da aviação comercial, acarretou a expansão dos critérios de

Manutenção Preventiva, uma vez que não era admissível executar Manutenções Corretivas na maioria dos

equipamentos, através de execução da Manutenção Preventiva, segundo métodos técnico-científicos.

Page 20: Monografia - Michel

20

O custo da manutenção também começou a se elevar muito em comparação com outros custos

operacionais. Esse fato fez aumentar os sistemas de planejamento e controle da manutenção que, hoje, são

parte integrante da manutenção moderna. Consequentemente, com a quantidade de capital investido em

itens físicos mais o nítido aumento do custo relativo a esses equipamentos, levaram as pessoas a buscar

métodos para aumentar a vida útil dos equipamentos.

A partir de 1966, até a época atual, com a expansão da indústria e a difusão dos computadores, a

Engenharia de Manutenção passou a desenvolver processos mais sofisticados de controle e análise,

utilizando fórmulas matemáticas mais complexas visando pré-determinar os períodos mais econômicos de

execução de Manutenção Preventiva, Nascif (2000).

Estes critérios, conhecidos como controle preditivos de manutenção ainda estão em

desenvolvimento e são aplicados, conjunta ou separadamente, através de análises de sintomas e processos

estatísticos.

3.3. Tipos de Manutenção

Ainda é comum certa confusão quanto à nomenclatura utilizada para definir os tipos de

manutenção. Os nomes podem até variar, mas o conceito deve estar bem compreendido. A conceituação,

conforme mostrado a seguir, permite a escolha do tipo mais conveniente para um determinado

equipamento, instalação ou sistema, Comitti (2004).

3.3.1. Manutenção Corretiva

Trata-se da atuação para correção da falha ou do desempenho menor que o esperado. Corretiva

vem da palavra “corrigir”. A Manutenção Corretiva pode ser dividida em duas classes: Corretiva Não

Planejada e Corretiva Planejada.

Manutenção Corretiva Não Planejada corrige a falha de maneira aleatória, ou seja, é a correção da

falha ou desempenho menor que o esperado após a ocorrência do fato. Esse tipo de manutenção implica

em altos custos, pois causa perdas de produção e a extensão dos danos aos equipamentos é maior. Quando

só existe corretiva, a manutenção é comandada pelos equipamentos, o que torna a manutenção reativa.

Manutenção Corretiva Planejada é a correção que se faz em função de um acompanhamento

preditivo, detectivo ou até pela decisão gerencial de se operar até a falha. Esse tipo de manutenção é

planejado. Tudo que é planejado representa economia, mais segurança e agilidade.

3.3.2. Manutenção Preventiva

Trata-se da atuação realizada para deduzir ou evitar falha ou queda no desempenho, obedecendo a

um planejamento baseado em intervalos definidos de tempo, também chamado de preventiva sistemática.

Preventiva vem da palavra “prevenir”.

Um dos segredos de uma boa prevenção está na determinação dos intervalos de tempo. Como, na

dúvida, tem-se a tendência de ser mais conservador, os intervalos normalmente são menores que o

necessário, o que implica em paradas e troca de peças desnecessárias.

A Manutenção Preventiva tem grande aplicação em instalações/equipamentos cuja falha pode

provocar catástrofes ou riscos ao meio ambiente, sistemas complexos e/ou de operação contínua ou ainda

em locais onde não é possível fazer inspeção preditiva e ou detectiva.

Page 21: Monografia - Michel

21

3.3.3. Manutenção Preditiva

Trata-se de um conjunto de atividades de acompanhamento das variáveis ou parâmetros que

indicam a performance ou desempenho dos equipamentos, de modo sistemático, visando definir a

necessidade ou não de intervenção. Preditiva vem da palavra “predizer”.

Permite que os equipamentos operem por mais tempo e a intervenção ocorra com base em dados

e informações. Quando a intervenção (fruto do acompanhamento preditivo) é realizada, estará ocorrendo

uma Manutenção Corretiva Planejada.

A prática da Manutenção Preditiva reduzirá significativamente o número de manutenções

corretivas e preventivas. A seguir têm-se os principais benefícios da Manutenção Preditiva.

� Eliminação das trocas de componentes e das intervenções preventivas desnecessárias.

� Diminuição dos custos e prazos das intervenções, através do conhecimento antecipado dos

defeitos a serem corrigidos.

� Aumento da segurança operacional e disponibilidade dos equipamentos, com redução dos

riscos de acidentes e interrupções inesperadas de produção.

� Redução das quebras de equipamentos em operação, que provocam danos secundários em

muitos componentes.

De uma maneira geral, a aplicação de programas de Manutenção Preditiva em indústrias de

processo resulta em reduções da ordem de 2/3 nos prejuízos com paradas inesperadas de produção e 1/3

nos gastos com a manutenção, Brito (2002).

3.3.4. Manutenção Detectiva

Trata-se da atuação efetuada em sistemas de proteção ou comando buscando detectar falhas

ocultas ou não perceptíveis ao pessoal de operação e manutenção. Detectiva vem da palavra “detectar”.

Um exemplo clássico é o circuito que comanda a entrada de um gerador em um hospital. Se houver

falta de energia e o circuito tiver uma falha, o gerador não entra em funcionamento. Por isso, este circuito

é testado/acionado de tempos em tempos, para verificar sua funcionalidade.

À medida que aumenta a utilidade de instrumentação de comando, controle e automação nas

indústrias, maior é a necessidade de Manutenção Detectiva para garantir a confiabilidade dos sistemas e da

planta.

3.3.5. Engenharia de Manutenção

Engenharia de Manutenção é um conjunto de atividades que permite aumentar a confiabilidade e a

disponibilidade. É deixar de ficar concertando, convivendo com problemas crônicos, para melhorar padrões

e sistemáticas, desenvolvendo a manutenibilidade, dando feedback ao projeto e interferindo tecnicamente

nas compras.

Normalmente, quem pratica a manutenção corretiva não planejada, não terá tempo para praticar a

Engenharia de Manutenção. Mas, possivelmente, terá tempo para continuar corrigindo a falha de maneira

aleatória e convivendo com os resultados negativos. É necessário mudar, incorporar a Manutenção

Preventiva, a Manutenção Preditiva e praticar a Engenharia de Manutenção, que nada mais é que agir

proativamente na busca da causa raiz dos problemas.

Page 22: Monografia - Michel

22

Como exemplo de Engenharia de Manutenção, pode-se citar a seguinte situação: O que é mais

interessante? Lubrificar um mancal com graxa mineral comum, e trocar seu rolamento de 15 em 15 dias, ou

usar uma graxa sintética, mais cara e trocar a cada três meses? O que é melhor e de menor custo, trocar

um determinado rolamento 24 vezes por ano, ou apenas 4? Segundo Nascif (2000), o menor custo sempre

será a menor manutenção.

3.3.6. Manutenção Centrada na Confiabilidade

A Manutenção Centrada na Confiabilidade (MCC) é definida por Seixas (2002) como método para

desenvolver e selecionar projetos alternativos de manutenção, baseados em critérios econômicos, de

segurança e operacionais. Manutenção Centralizada em Confiabilidade utiliza perspectiva do sistema para

análise das funções do sistema, das falhas das funções e da prevenção das falhas.

A MCC (ou RCM - Reliability-Centred Maintenance) iniciou sua aplicação no setor aeronáutico,

quando foi desenvolvido um avião de grande porte. A partir de então, diversas aplicações foram conduzidas

em diversos setores, tais como: Área marítima, conversão de energia solar, terminais de grão, minas de

carvão, geração e distribuição de energia e, no Brasil, agora em ferrovias.

Segundo Seixas (2002), a manutenção tradicional é desempenhada em um sistema, ou conjunto de

componentes, do mesmo modo, sem considerar as diferenças das funções entre componentes, dentro de

um mesmo sistema. A manutenção tradicional foi desenvolvida com pouca ou nenhuma consideração para

“como cada item do equipamento contribui para o sucesso global”.

Já na MCC a frequência e as atividades de manutenção são desenvolvidas observando “como cada

item contribui para manter a função do sistema”.

A MCC fornece um mecanismo para que as pessoas decidam que manutenção necessita ser

desempenhada e também que manutenção não necessita ser feita. E para que o sistema forneça eficácia,

Seixas (2002) ainda conclui que o método RCM tem muitas variantes e cada uma deve ser utilizada

considerando os princípios básicos do método. O método não é a cura de todos os males ou uma bola

mágica para desenvolver todos os problemas industriais. O sucesso de cada aplicação depende, sobretudo,

de apoio gerencial, da criatividade da equipe na utilização do método e do grau de cooperação do pessoal

da instalação envolvidos com os sistemas.

A escolha de cada um dos tipos de manutenção dependerá exclusivamente da natureza, do serviço

de cada equipamento e de suas características construtivas.

Page 23: Monografia - Michel

23

4. Tecnologias de manutenção preditiva

O sucesso para se detectar e isolar falhas específicas é realizar o acompanhamento da máquina

através de técnicas adequadas. A seguir tem-se uma síntese das principais técnicas.

4.1. Análise de Lubrificante

A Tribologia é um estudo que abrange projeto, fricção, desgaste e lubrificação da interação de

superfícies em movimento relativo como, por exemplo, em mancais e engrenagens, Figura 9. Na Tabela 1,

tem-se o foco da aplicação da Tribologia.

Figura 9 - Tribologia.

Tabela 1 - Foco da aplicação da Tribologia.

Lubrificante Máquina

Viscosidade Ciclo de Operação

Características Projeto

Condição Grau de Alinhamento

Contaminação Regime de Lubrificação

Regime Meio Ambiente

Qualidade Acabamento

Composição Química Metalurgia

Aditivos Dureza

A experiência mostra que a fadiga em máquinas pode ser significativamente reduzida através da

coleta apropriada de amostra de óleo e seu diagnóstico. As capacidades de análise em campo permitem ter

controle do programa de lubrificação. É possível controlar o tempo de lubrificação pela análise dos

resultados. Esta ação permite um melhor tempo de resposta para os problemas de lubrificação e assim

diminuir o custo da manutenção.

Superfície

Superfície

Filme de óleo

Page 24: Monografia - Michel

24

Atualmente é possível encontrar no mercado mini laboratórios de Tribologia. Neles são realizadas

as análises de dados de óleos. Com foco na confiabilidade dos equipamentos da planta, ajuda o

mantenedor a identificar a correta causa dos problemas associados com todos os aspectos da lubrificação.

Estes mini laboratórios têm diferentes configurações que podem atender todas às necessidades,

levando em consideração a relação custo x benefício combinando instrumentos e software. O software

recebe todos os dados vindos dos mini laboratórios. Através do software é possível realizar uma análise

automática, plotar, indicar tendência, salvar dados, e permitir a elaboração de relatórios. A seguir têm-se

alguns benefícios destes mini laboratórios.

� Controle da seleção do lubrificante, consolidação e qualidade.

� Monitoramento das condições da máquina e do lubrificante.

� Aumento da vida da máquina.

� Controle proativo da contaminação.

� Redução de energia

Na Figura 10, tem-se o estudo do M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) mostrando as

principais causas que levam ao fim da vida útil das máquinas.

Figura 10 - Principais causas que levam ao fim da vida útil das máquinas.

A análise do lubrificante através da Análise de Partículas de Degradação permite o monitoramento

da condição do óleo fornecendo um indicativo do aumento de substâncias estranhas, tais como água, que

podem prejudicar as propriedades lubrificantes do óleo e causar falhas, como por exemplo, nos

rolamentos. Para tal, mede-se o tamanho das partículas e a concentração de material ferroso presente. As

partículas metálicas são analisadas para se determinar a parte da máquina que apresenta desgaste e ainda

com que velocidade.

Fim da Vida Útil [ Máquinas ]

Abrasão Fadiga Adesão

Corrosão (20%) Desgaste (50%)

Obsolescência (15%) Acidentes (15%)

Degradação da superfície (70%)

Page 25: Monografia - Michel

25

Através Ferrografia faz-se uma análise das partículas contidas no óleo lubrificante. A composição, o

tamanho e a quantidade relativa das partículas podem ser registrados, analisados quanto às suas

tendências e examinados com intuito de se chegar a deduções sobre problemas associados com o desgaste

e a contaminação.

Através da Degradação do Óleo faz-se o monitoramento da viscosidade e o nível de acidez do

lubrificante. Pela viscosidade é possível detectar características de oxidação, estresse mecânico excessivo,

contaminação e a presença de correntes parasitas em eixos de motores elétricos. Um aumento ou um

decréscimo de 20% na viscosidade do óleo indica um problema que deve ser investigado.

Encontra-se disponíveis no mercado vários tipos de mini laboratórios onde é possível fazer uma

análise da condição do óleo e da máquina. São excelentes para detectar falhas em motores, compressores,

moinhos, pulverizadores, prensas e engrenagens. Detectam problemas que provocam danos nas máquinas

e desgaste em componentes mais cedo do que vibração. A análise de desgaste de partícula reduz paradas

não programadas, detectando a falha de componente, o tipo de dano (químico, abrasivo, fadiga, etc.) e a

localização do dano (composição). Além disso, trás a conscientização dos problemas relativos ao

lubrificante incorreto e deterioração do lubrificante.

4.2. Termometria

Em geral, a medição de temperatura é um indicador útil da condição mecânica de um componente

específico como, por exemplo, um rolamento.

A Termometria Infravermelha tem sido largamente utilizada em vários segmentos industriais e

estações de geração de energia. O objetivo é quantificar perdas de energia e monitorar a temperatura de

motores entre outros equipamentos.

A principal vantagem dessa tecnologia é que as medições, realizadas através de um radiômetro,

Figura 11, podem ser obtidas instantaneamente e de modo seguro, à distância, sem a necessidade de se

tocar em objetos quentes ou em movimento, ou ainda acessar superfícies de difícil acesso. Os radiômetros

infravermelhos medem apenas temperaturas de pontos de uma determinada superfície, ou seja, é uma

técnica pontual.

Figura 11 - Radiômetro de uso geral.

Page 26: Monografia - Michel

26

4.3. Termografia

A Termografia é uma técnica que utiliza uma câmera com imagens e medições infravermelhas para

“ver” e “medir” a energia térmica emitida por um objeto, Figura 12, onde se tem uma imagem óptica e uma

imagem termográfica de um sistema mecânico.

Figura 12 - Imagem Óptica e Termográfica de um Sistema Mecânico.

A energia térmica, ou infravermelha, é uma luz que normalmente não pode ser vista porque possui

um comprimento de onda muito longo para ser detectado pelo olho humano. Esta técnica nos habilita ver

o que é impossível enxergar a olho nu.

As câmeras termográficas infravermelha produzem imagens a partir da radiação infravermelha

invisível, ou do “calor”, e possibilitam a obtenção de medições precisas de temperatura, sem necessidade

de contato físico com o objeto. É uma técnica de campo contínuo.

Quase tudo fica quente antes de apresentar falha. Isso faz com que as câmeras infravermelhas

sejam extremamente eficazes em termos de custo/benefício. É uma ferramenta de diagnóstico valiosa para

várias e diferentes aplicações. Além disso, à medida que as indústrias lutam para melhorar a eficiência dos

processos de fabricação, de controle de energia, de qualidade dos produtos e de segurança dos seus

funcionários, novas aplicações para as câmeras termográficas infravermelhas continuam a aparecer.

4.4. Ultrassom

Algumas das principais aplicações da técnica de Ultrassom em instalações industriais são as

detecções de vazamentos em sistemas pressurizados e a vácuo, como por exemplo, caldeiras a vapor,

trocadores de calor, condensadores, inspeção de fluxo de válvulas, integridade das vedações e das juntas

de tanques, sistemas de tubulações entre outras aplicações.

Todos os equipamentos em operação e a maioria dos problemas de vazamentos produzem vários

tipos de sons. As características ultrassônicas de alta frequência desses sons produzem ondas de natureza

extremamente curtas, e o sinal dessas ondas curtas tende a ser razoavelmente direcionado. Portanto, faz-

se necessário isolar tais sinais dos demais ruídos e detectar o local exato de onde se originam. À medida

Page 27: Monografia - Michel

27

que alterações súbitas começam a ocorrer nos equipamentos mecânicos, os tradutores ultrassônicos

possibilitam Figura 13, a detecção precoce dos potenciais sinais de aviso antes que a falha ocorra.

Figura 13 – Tradutores Ultrassônico.

4.5. Análise de Vibração

A Análise de Vibração é considerada a ferramenta mais valiosa para o monitoramento da condição

das máquinas rotativas. Segundo Art Crawford, "Atualmente na indústria, de todos os parâmetros que

podem ser medidos não invasoramente, o que contém mais informação é a assinatura por vibração".

A tecnologia da vibração possui sólidos fundamentos técnicos e históricos que comprovam o alto

valor de sua assinatura de informações. Além disso, há uma vasta quantidade de dados disponíveis sobre

sua aplicação.

Há muitas ferramentas para análise de vibração que podem ser utilizadas para monitorar as

condições das máquinas. Podem ser instrumentos básicos, nos quais as leituras são registradas

manualmente, como os instrumentos de medição de vibração de uso manual, Figura 14, até instrumentos

de funções completas, que são capazes de realizar análises mais sofisticadas, como os sistemas

programáveis de obtenção e monitoramento rápido de dados, Figura 15.

Figura 14 - Instrumento, Medição Manual. Figura 15 - Sistema de Obtenção de Dados.

Page 28: Monografia - Michel

28

5. Análise de Vibrações

A vibração da máquina está relacionada à movimentação para frente e para trás de seus

componentes em reação às forças internas e externas. As forças internas são produzidas no interior da

máquina, tais como desbalanceamentos e desalinhamentos. As forças externas são produzidas a partir da

influência de máquinas próximas por meio da vibração do solo, tubulação e até mesmo do ar.

5.1. Tipos de Movimento

O movimento físico do equipamento pode ser harmônico, periódico e ou randômico. Todo

movimento harmônico é periódico, porém nem todo movimento periódico é harmônico.

5.1.1. Movimento Periódico

É um movimento oscilatório que pode repetir-se regularmente, como no pêndulo de um relógio, ou

apresentar irregularidade considerável, como em terremotos. Quando o movimento se repete a intervalos

regulares de tempo é denominado movimento periódico.

5.1.2. Movimento Harmônico

É a forma mais simples de movimento periódico. Uma massa suspensa por uma mola, quando

deslocada de sua posição de equilíbrio, irá oscilar em torno desse ponto de equilíbrio com um Movimento

Harmônico Simples. Se for construído um gráfico que relaciona a distância da massa à posição de equilíbrio

e o tempo, a curva obtida será semelhante a da Figura 16. Esse movimento pode ser expresso pela Equação

1.

T.t2.

sen . Axπ= (1)

Movimento Harmônico Simples pode ser representado como a projeção numa linha reta de um

ponto que se move numa circunferência à velocidade constante, conforme mostrado na Figura 17. A

velocidade angular da linha ω e o deslocamento x são expressos pela Equação 2. A velocidade angular ω é

dada pela Equação 3, onde T é o período e f a frequência.

wt sen . Ax = (2)

ω = 2 π /T ou ω = 2 π f (3)

Page 29: Monografia - Michel

Como mostrado na Equação 3, a velocidade angular é expressa em radianos por segundo, uma vez

que em um período, ou ciclo, a partícula em oscilação percorre uma circunferência completa, ou

radianos, e o período é expresso em segundos.

Figura

Figura 17 - Movimento Harmônico Simples: Projeção de um Ponto.

5.1.3. Movimento Randômico ou Aleatório

É o movimento que ocorre de uma maneira aleatória e contém todas as

específica de frequência, podendo também ser chamado de ruído.

movimento que não é repetido, por exemplo, turbulências na tubulação ou o

uma bomba hidráulica.

Como mostrado na Equação 3, a velocidade angular é expressa em radianos por segundo, uma vez

que em um período, ou ciclo, a partícula em oscilação percorre uma circunferência completa, ou

radianos, e o período é expresso em segundos.

Figura 16 - Movimento harmônico simples.

Movimento Harmônico Simples: Projeção de um Ponto.

.1.3. Movimento Randômico ou Aleatório

É o movimento que ocorre de uma maneira aleatória e contém todas as frequências

, podendo também ser chamado de ruído. Movimento Randômico

movimento que não é repetido, por exemplo, turbulências na tubulação ou o fenômeno da cavitação em

29

Como mostrado na Equação 3, a velocidade angular é expressa em radianos por segundo, uma vez

que em um período, ou ciclo, a partícula em oscilação percorre uma circunferência completa, ou 2 π

Movimento Harmônico Simples: Projeção de um Ponto.

frequências em uma banda

Movimento Randômico é cada

fenômeno da cavitação em

Page 30: Monografia - Michel

30

Os Movimentos Randômicos são impossíveis ou muito grosseiros para representá-los por funções

matemáticas. Geralmente são estudados por suas propriedades médias ou estatísticas.

5.2. Vibrações em Máquinas

Nenhuma máquina pode ser representada de modo exato por um sistema massa-mola. Na

realidade, uma máquina se compõe de vários sistemas massa-mola interagindo entre si. Entretanto, os

princípios básicos do sistema massa-mola ainda têm aplicação.

Na Figura 16, o peso ou massa pode representar um componente da máquina que está se movendo

sob a ação de uma força. A mola pode representar as restrições nas quais a massa se move. A mola pode

ser considerada uma força restauradora que de acordo com os movimentos da massa gera uma força para

compensá-los. Esta interação entre movimento e força é que causa a vibração.

Vibração é movimento de um corpo sobre um ponto de referência, causado por uma força

mecânica indesejável. A vibração é uma resposta mensurável às forças que agem sobre a máquina e pode

ser representada pela Equação 4.

Dinâmica aResistênci

Dinâmica Força Vibração) de (Amplitude Resposta α (4)

Em máquinas rotativas, as forças aplicadas ao eixo se transmitem através dos mancais. Quando o

eixo gira, ele é empurrado contra o mancal. O mancal tenta forçar a eixo a voltar à sua posição neutra.

Quando maior o desvio ou defeito, como desbalanceamento, maior é a força aplicada e mais alta será o

nível de vibração. As vibrações são respostas às forças de excitação.

Medindo as vibrações pode-se avaliar indiretamente a intensidade das forças e a severidade dos

defeitos, como um processo de causa e efeito.

Levando em consideração a ideia em que todas as máquinas vibram, um nível de vibração dentro

dos limites aceitáveis, segundo normas técnicas, indica que o equipamento está funcionando

corretamente.

Quando a vibração começa a aumentar, a máquina está caminhando para uma possível falha. A

existência de um nível alto de vibração nem sempre indica que há um problema na máquina.

Nem toda vibração é destrutiva, mas é necessário identificar e corrigir aquelas vibrações

indesejáveis, que resultarão em falhas na máquina. Estas vibrações são sintomas de forças que podem

causar desgaste em mancais, problemas estruturais ou ruídos.

Page 31: Monografia - Michel

5.3. Domínio do Tempo e Domínio da Frequência

O movimento vibratório pode ser representado no Domínio do Tempo e o Domínio da Frequência.

Esses domínios simplesmente observam o mesmo sinal dinâmico de dois diferentes pontos de vista. As

características do sinal a ser observado

5.3.1. Domínio do Tempo

A forma de onda é a representação do sinal no Domínio do Tempo. Ela mostra o que está

acontecendo a cada instante no tempo.

O exame da forma de onda pode revelar detalhes importantes das vibrações

nos espectros de frequência. Sua principal aplicação é identificar a ocorrência de eventos de curta duração,

como impactos, e determinar a sua taxa de repetição.

Na Figura 18, tem-se a forma de onda de um rolamento com falhas pontuai

externa, mostrando o sinal variando no tempo.

5.3.2. Domínio da Frequência

Analisar a própria forma de onda no tempo pode ser muito complexo, trabalhoso e às vezes

inviável, quando existem muitas compon

A exibição no Domínio da Frequência

condição das máquinas. Na Figura 19, tem

da frequência.

e Domínio da Frequência

O movimento vibratório pode ser representado no Domínio do Tempo e o Domínio da Frequência.

Esses domínios simplesmente observam o mesmo sinal dinâmico de dois diferentes pontos de vista. As

características do sinal a ser observado determinarão qual janela usar.

A forma de onda é a representação do sinal no Domínio do Tempo. Ela mostra o que está

acontecendo a cada instante no tempo.

O exame da forma de onda pode revelar detalhes importantes das vibrações

nos espectros de frequência. Sua principal aplicação é identificar a ocorrência de eventos de curta duração,

como impactos, e determinar a sua taxa de repetição.

se a forma de onda de um rolamento com falhas pontuai

externa, mostrando o sinal variando no tempo.

Figura 18 - Forma de onda.

Analisar a própria forma de onda no tempo pode ser muito complexo, trabalhoso e às vezes

inviável, quando existem muitas componentes no sinal.

Domínio da Frequência é uma das técnicas mais eficazes para o monitoramento de

condição das máquinas. Na Figura 19, tem-se um exemplo de espectro, mostrando a amplitude em função

31

O movimento vibratório pode ser representado no Domínio do Tempo e o Domínio da Frequência.

Esses domínios simplesmente observam o mesmo sinal dinâmico de dois diferentes pontos de vista. As

A forma de onda é a representação do sinal no Domínio do Tempo. Ela mostra o que está

O exame da forma de onda pode revelar detalhes importantes das vibrações que não são visíveis

nos espectros de frequência. Sua principal aplicação é identificar a ocorrência de eventos de curta duração,

se a forma de onda de um rolamento com falhas pontuais nas pistas interna e

Analisar a própria forma de onda no tempo pode ser muito complexo, trabalhoso e às vezes

é uma das técnicas mais eficazes para o monitoramento de

se um exemplo de espectro, mostrando a amplitude em função

Page 32: Monografia - Michel

Figura 19

Os coletores portáteis de dados/analisadores utilizam a Transformada Rápida de Fourier ou FFT

(Fast Fourier Transform). A FFT transforma os dados no domínio do tempo em dados no domínio da

frequência.

5.4. Frequência e Período

A maioria das análises de vibração é realizada usando

desbalanceado, é muito mais fácil pensar no rotor em termos de rotações, ou ciclos por minuto ou por

segundo (frequência), do que em termos de tempo necessário para a re

O relacionamento entre a frequência e o tempo é bastante simples. A seguir tem

� A frequência (rotações por segundo) = 1 / período (em segundos).

� O período (em segundos) = 1 / frequência (rotações p

A unidade de frequência mais comum utilizada no monitoramento da condição e na análise de

máquinas giratórias é a de ciclos por minuto (CPM). Isto devido à relação existente entre essa unidade e a

rotação do eixo. Um motor desbalanceado, que f

sua velocidade giratória de 1850 CPM.

A análise acústica e a análise estrutural usualmente apresentam a frequência em ciclos por segundo, ou

Hertz. Qualquer uma das unidades de frequência pode ser uti

delas, a mesma deverá ser sempre usada.

A relação entre CPM e Hertz é simples. Para fazer a conversão de Hertz para CPM ou RPM,

multiplique o valor por 60. Para fazer a conversão de CPM para Hertz, divida o va

por minuto).

Figura 19 - Exemplo de espectro de vibração.

Os coletores portáteis de dados/analisadores utilizam a Transformada Rápida de Fourier ou FFT

). A FFT transforma os dados no domínio do tempo em dados no domínio da

das análises de vibração é realizada usando-se o espectro de frequência. Para um motor

desbalanceado, é muito mais fácil pensar no rotor em termos de rotações, ou ciclos por minuto ou por

segundo (frequência), do que em termos de tempo necessário para a realização de uma rotação (período).

O relacionamento entre a frequência e o tempo é bastante simples. A seguir tem-se a relação entre eles.

A frequência (rotações por segundo) = 1 / período (em segundos).

O período (em segundos) = 1 / frequência (rotações por segundo).

A unidade de frequência mais comum utilizada no monitoramento da condição e na análise de

máquinas giratórias é a de ciclos por minuto (CPM). Isto devido à relação existente entre essa unidade e a

rotação do eixo. Um motor desbalanceado, que funciona a 1850 RPM, produzirá uma força vibratória na

sua velocidade giratória de 1850 CPM.

A análise acústica e a análise estrutural usualmente apresentam a frequência em ciclos por segundo, ou

Hertz. Qualquer uma das unidades de frequência pode ser utilizada. Para evitar confusão, após adotar uma

delas, a mesma deverá ser sempre usada.

A relação entre CPM e Hertz é simples. Para fazer a conversão de Hertz para CPM ou RPM,

multiplique o valor por 60. Para fazer a conversão de CPM para Hertz, divida o valor por 60 (60 segundos

32

Os coletores portáteis de dados/analisadores utilizam a Transformada Rápida de Fourier ou FFT

). A FFT transforma os dados no domínio do tempo em dados no domínio da

se o espectro de frequência. Para um motor

desbalanceado, é muito mais fácil pensar no rotor em termos de rotações, ou ciclos por minuto ou por

alização de uma rotação (período).

se a relação entre eles.

A unidade de frequência mais comum utilizada no monitoramento da condição e na análise de

máquinas giratórias é a de ciclos por minuto (CPM). Isto devido à relação existente entre essa unidade e a

unciona a 1850 RPM, produzirá uma força vibratória na

A análise acústica e a análise estrutural usualmente apresentam a frequência em ciclos por segundo, ou

lizada. Para evitar confusão, após adotar uma

A relação entre CPM e Hertz é simples. Para fazer a conversão de Hertz para CPM ou RPM,

lor por 60 (60 segundos

Page 33: Monografia - Michel

33

5.5. Fontes de Vibração

Até mesmo máquinas simples produzem vibrações a partir de uma variedade de fontes. É possível

que grande parte de tais fontes não sejam harmônicas da velocidade de operação da máquina. Cada fonte

produz a sua própria frequência determinística ou um padrão peculiar de frequências determinísticas.

Geralmente existem três diferentes tipos de fontes de frequência em máquinas.

� Frequências geradas.

� Frequências excitadas.

� Frequências causadas por fenômenos elétricos/eletrônicos causadores de erros.

Frequências Geradas, também chamadas de frequências forçadas, são aquelas geradas pelos

esforços girantes da máquina, quando em funcionamento. Como exemplo, pode-se citar o

desbalanceamento, frequência de engrenamentos, passagem de palhetas e frequências geradas por falhas

em rolamentos. Estas frequências são facilmente identificadas devido ao conhecimento das características

da máquina. Na maioria das vezes, estas frequências estarão sempre presentes nas medições da máquina,

podendo estar em níveis aceitáveis ou não.

Frequências Excitadas, também chamadas de frequências naturais, é uma propriedade do sistema.

Uma amplificação da vibração, chamada de Ressonância, ocorre quando a frequência gerada é

“sintonizada” na frequência natural do sistema. A frequência natural é normalmente referida a uma

frequência simples, porém a vibração é amplificada em uma toda uma “Banda de frequência” ao redor da

frequência natural. Em alguns casos a fonte de excitação pode ser eliminada não atingindo a frequência

natural. Como exemplo, pode-se citar a troca de lubrificante em um rolamento que tem suas frequências

naturais excitadas pelos impactos dos elementos rolantes devido à quebra do filme lubrificante.

Em certas situações, sinais falsos ou errôneos podem estar presentes quando um sinal senoidal é

recortado (truncado) devido a um sinal saturado durante a coleta de dados. Este fenômeno causa a

inserção de uma onda quadrada no sistema, fazendo que o sinal de vibração se torne rico em harmônicos,

elevando o nível da medição global e induzindo um erro na interpretação dos espectros. Outras fontes de

problemas podem ser o cabo e ou acelerômetro danificado, prejudicando também a coleta de dados.

Devem-se conhecer as máquinas para entender o que está acontecendo com as mesmas, não se deixando

levar por coletas tomadas erroneamente.

É importante conhecer a máquina para que se possam conhecer as frequências de operação da

mesma e ainda suas prováveis frequências determinísticas de falhas.

Cada componente que compõe uma máquina gera sinais característicos de vibração. Quando se

mede a vibração de uma máquina, o sensor ou o transdutor realiza a leitura da combinação de todos os

sinais de vibração que estão presentes.

Page 34: Monografia - Michel

Na Figura 20, tem-se uma demonstração de como a vibração proveniente de uma variedade de

fontes pode ser combinada. O sinal proveniente dos impactos dos elementos rolantes de um rolamento

indica um defeito em suas pistas assim como os impactos provenientes das eng

provável defeito em seus dentes. Estes sinais ainda se somam ao desbalanceamento do motor. O sinal de

vibração resultante, demonstrado na forma de onda no tempo, não é mais uma onda senoidal nítida. Na

medida em que a complexidade das máquinas aumenta, tendo, dessa forma, mais fontes de vibração, a

forma de onda geralmente se torna mais difícil de ser diagnosticada.

Figura 20

Considere o defeito que ocorre na pista ou nas pistas de um rolamen

rolamento sofrem vários impactos causados pelos defeitos em suas pistas a cada rotação do eixo. Os

impactos múltiplos geram frequências características de falhas em regiões de altas frequências.

Por outro lado, os defeitos de

geram sinais de vibração em baixas frequências e harmônicas da frequência de rotação da máquina. Tais

sinais de vibração de baixa frequência normalmente geram sinais com amplitude muito maior e

aos sinais gerados por defeitos em rolamentos ou em engrenagens.

5.5.1. Identificação das Fontes de Vibração

Uma máquina pode conter várias fontes de vibração que, quando tomadas em conjunto, podem

produzir padrões complicados de formas de onda. Seria de grande ajuda se esses dados complexos

pudessem ser divididos em componentes individuais que os originaram. Fel

é conhecida como Transformada Rápida de Fourier

Fourier foi um matemático francês que desenvolveu uma técnica para encontrar eventos

repetitivos em dados. As equações que ele criou são chamadas de

transformada converte os dados de um domínio em outro domínio, sem qualquer perda de informações.

No caso das vibrações, os dois domínios são domínios de tempo (amplitude

frequência (frequência x tempo). O conceito ma

se uma demonstração de como a vibração proveniente de uma variedade de

fontes pode ser combinada. O sinal proveniente dos impactos dos elementos rolantes de um rolamento

indica um defeito em suas pistas assim como os impactos provenientes das engrenagens representam um

provável defeito em seus dentes. Estes sinais ainda se somam ao desbalanceamento do motor. O sinal de

vibração resultante, demonstrado na forma de onda no tempo, não é mais uma onda senoidal nítida. Na

as máquinas aumenta, tendo, dessa forma, mais fontes de vibração, a

forma de onda geralmente se torna mais difícil de ser diagnosticada.

Figura 20 - Combinação de Fontes de Vibração.

Considere o defeito que ocorre na pista ou nas pistas de um rolamento. Os elementos rolantes do

rolamento sofrem vários impactos causados pelos defeitos em suas pistas a cada rotação do eixo. Os

impactos múltiplos geram frequências características de falhas em regiões de altas frequências.

Por outro lado, os defeitos de origem mecânica, tais como desalinhamento e desbalanceamento,

geram sinais de vibração em baixas frequências e harmônicas da frequência de rotação da máquina. Tais

sinais de vibração de baixa frequência normalmente geram sinais com amplitude muito maior e

aos sinais gerados por defeitos em rolamentos ou em engrenagens.

5.5.1. Identificação das Fontes de Vibração

Uma máquina pode conter várias fontes de vibração que, quando tomadas em conjunto, podem

produzir padrões complicados de formas de onda. Seria de grande ajuda se esses dados complexos

pudessem ser divididos em componentes individuais que os originaram. Felizmente, tal ferramenta existe e

Transformada Rápida de Fourier ou FFT.

Fourier foi um matemático francês que desenvolveu uma técnica para encontrar eventos

repetitivos em dados. As equações que ele criou são chamadas de Transformadas de

transformada converte os dados de um domínio em outro domínio, sem qualquer perda de informações.

No caso das vibrações, os dois domínios são domínios de tempo (amplitude x tempo) e o domínio da

tempo). O conceito mais importante que se deve compreender é que há uma

34

se uma demonstração de como a vibração proveniente de uma variedade de

fontes pode ser combinada. O sinal proveniente dos impactos dos elementos rolantes de um rolamento

renagens representam um

provável defeito em seus dentes. Estes sinais ainda se somam ao desbalanceamento do motor. O sinal de

vibração resultante, demonstrado na forma de onda no tempo, não é mais uma onda senoidal nítida. Na

as máquinas aumenta, tendo, dessa forma, mais fontes de vibração, a

to. Os elementos rolantes do

rolamento sofrem vários impactos causados pelos defeitos em suas pistas a cada rotação do eixo. Os

impactos múltiplos geram frequências características de falhas em regiões de altas frequências.

origem mecânica, tais como desalinhamento e desbalanceamento,

geram sinais de vibração em baixas frequências e harmônicas da frequência de rotação da máquina. Tais

sinais de vibração de baixa frequência normalmente geram sinais com amplitude muito maior em relação

Uma máquina pode conter várias fontes de vibração que, quando tomadas em conjunto, podem

produzir padrões complicados de formas de onda. Seria de grande ajuda se esses dados complexos

izmente, tal ferramenta existe e

Fourier foi um matemático francês que desenvolveu uma técnica para encontrar eventos

Transformadas de Fourier. Uma

transformada converte os dados de um domínio em outro domínio, sem qualquer perda de informações.

tempo) e o domínio da

is importante que se deve compreender é que há uma

Page 35: Monografia - Michel

ferramenta que divide dados complexos de tempo em componentes de frequência e amplitude. Na década

de 1960, um algoritmo de computador foi desenvolvido para realizar rapidamente essa transformada.

Assim, foi desenvolvido a Transformada Rápida de Fourier

Na Figura 21, tem-se a transformação da forma de onda para o domínio de frequência. O gráfico

que aparece no canto inferior direito dessa mesma figura é chamado de espect

amplitudes (picos) do traçado do espectro correspondem à vibração original produzida no interior da

máquina.

O conhecimento da velocidade de rotação da máquina, os tipos de rolamentos entre outros

detalhes dos componentes que compõem o

identificada e associada com uma fonte mais provável de vibração.

Figura 21

5.6. Amplitude e Freqüência

Quando se analisa a vibração de um equipamento, atrav

dois componentes dos sinais de vibração, a amplitude e a freqüência. A freqüência fornece a fonte de vibração do equipamento e a amplitude a sua severidade.

A amplitude é a magnitude do sinal da vibração. A da falha. Quanto maior for a amplitude, maior será o problema. A amplitude dependerá do tipo de máquina e sempre estará relacionada ao nível de vibração de uma máquina sem defeitos.

A freqüência é o número de vezes em que ocorre o ciclo de vibração do sinal em um determinado espaço de tempo. A freqüência na qual a vibração ocorre indica o tipo de falha. As falhas mecânicas geralmente produzem freqüências determinísticas. Por se estabelecer a freqüência em ocorre, pode-se determinar precisamente a causa e a fonte de tal vibração.

É importante reiterar a relação “causa e efeito”. Se, por exemplo, for identificada a falha em um dado rolamento através da identificação de suas freqüências detervezes, não significa que o rolamento em si é a fonte do problema.

Geralmente, existe outro problema mecânico causando os danos no rolamento. Ao se detectar esse defeito, o analista deve automaticamente investigar outrodesalinhamento ou desbalanceamento.

ferramenta que divide dados complexos de tempo em componentes de frequência e amplitude. Na década

de 1960, um algoritmo de computador foi desenvolvido para realizar rapidamente essa transformada.

Transformada Rápida de Fourier, ou, como ela é mais conhecida, FFT.

a transformação da forma de onda para o domínio de frequência. O gráfico

que aparece no canto inferior direito dessa mesma figura é chamado de espect

amplitudes (picos) do traçado do espectro correspondem à vibração original produzida no interior da

O conhecimento da velocidade de rotação da máquina, os tipos de rolamentos entre outros

detalhes dos componentes que compõem o equipamento permitem que cada amplitude do espectro seja

identificada e associada com uma fonte mais provável de vibração.

Figura 21 - Transformada Rápida de Fourier.

Quando se analisa a vibração de um equipamento, através da análise espectral, buscadois componentes dos sinais de vibração, a amplitude e a freqüência. A freqüência fornece a fonte de vibração do equipamento e a amplitude a sua severidade.

A amplitude é a magnitude do sinal da vibração. A amplitude do sinal de vibração indica a gravidade da falha. Quanto maior for a amplitude, maior será o problema. A amplitude dependerá do tipo de máquina e sempre estará relacionada ao nível de vibração de uma máquina sem defeitos.

de vezes em que ocorre o ciclo de vibração do sinal em um determinado espaço de tempo. A freqüência na qual a vibração ocorre indica o tipo de falha. As falhas mecânicas geralmente produzem freqüências determinísticas. Por se estabelecer a freqüência em

se determinar precisamente a causa e a fonte de tal vibração. É importante reiterar a relação “causa e efeito”. Se, por exemplo, for identificada a falha em um

dado rolamento através da identificação de suas freqüências determinísticas de falhas, na maioria das vezes, não significa que o rolamento em si é a fonte do problema.

Geralmente, existe outro problema mecânico causando os danos no rolamento. Ao se detectar esse defeito, o analista deve automaticamente investigar outros sintomas de falhas na máquina, tais como o desalinhamento ou desbalanceamento.

35

ferramenta que divide dados complexos de tempo em componentes de frequência e amplitude. Na década

de 1960, um algoritmo de computador foi desenvolvido para realizar rapidamente essa transformada.

, ou, como ela é mais conhecida, FFT.

a transformação da forma de onda para o domínio de frequência. O gráfico

que aparece no canto inferior direito dessa mesma figura é chamado de espectro de vibração. As

amplitudes (picos) do traçado do espectro correspondem à vibração original produzida no interior da

O conhecimento da velocidade de rotação da máquina, os tipos de rolamentos entre outros

equipamento permitem que cada amplitude do espectro seja

és da análise espectral, busca-se encontrar dois componentes dos sinais de vibração, a amplitude e a freqüência. A freqüência fornece a fonte de

amplitude do sinal de vibração indica a gravidade da falha. Quanto maior for a amplitude, maior será o problema. A amplitude dependerá do tipo de máquina e sempre estará relacionada ao nível de vibração de uma máquina sem defeitos.

de vezes em que ocorre o ciclo de vibração do sinal em um determinado espaço de tempo. A freqüência na qual a vibração ocorre indica o tipo de falha. As falhas mecânicas geralmente produzem freqüências determinísticas. Por se estabelecer a freqüência em que uma vibração

É importante reiterar a relação “causa e efeito”. Se, por exemplo, for identificada a falha em um minísticas de falhas, na maioria das

Geralmente, existe outro problema mecânico causando os danos no rolamento. Ao se detectar esse s sintomas de falhas na máquina, tais como o

Page 36: Monografia - Michel

5.7. Tipos de medição de vibração

As três unidades básicas de medição de vibração são: o

O deslocamento refere-se à mudança, em t

a um ponto referencial. Neste caso, a posição neutra de uma massa. A magnitude do deslocamento é

chamada amplitude. Quando maior for a amplitude do sinal da vibração, mais severa será a vibração.

O deslocamento representa uma distância. É a forma de medição indicada para vibrações em

máquinas de baixa freqüência, geralmente menores que 10 Hz (600 RPM). O deslocamento é normalmente

medido em mícron e como um valor pico

Figura 22 - Forma de onda de deslocamento mostrando o valor pico

Exemplificando, em um eixo de um mancal de escorregamento o

distância total de movimento de um eixo dentro da folga do mancal ou ainda, à distância to

inferior para o limite superior.

A velocidade é a taxa de mudança de deslocamento. A medida em velocidade é excelente de

problemas de vibração em máquinas de velocidade média, como por exemplo, desbalanceamento,

desalinhamento, folgas mecânicas e defeitos em rolamento, em situações de falhas avançadas.

A velocidade mede a rapidez com que vibração gerada se desloca. É amplamente usada para

medição de vibrações para propósitos gerais em máquinas que funcionam numa faixa de freqüência

intermediária entre 10 Hz a 1500 Hz (600 a 90.000 RPM). Para se determinar a severidad

normalmente mede-se a velocidade mais alta, ou o “pico”, dado em mm/seg ou pol/seg.

A aceleração, medida em G’s, mm/seg

em altas freqüências, em torno de 5000 Hz (300.000 RPM), como

rolamentos. A aceleração é normalmente medida em unidades de pico ou RMS, dependendo dos padrões

que estejam sendo utilizados.

As três unidades básicas de medição de vibração são: o deslocamento, a velocidade

se à mudança, em termos de distância ou posição, de um objeto em relação

a um ponto referencial. Neste caso, a posição neutra de uma massa. A magnitude do deslocamento é

Quando maior for a amplitude do sinal da vibração, mais severa será a vibração.

representa uma distância. É a forma de medição indicada para vibrações em

máquinas de baixa freqüência, geralmente menores que 10 Hz (600 RPM). O deslocamento é normalmente

alor pico-a-pico (P-P), Figura 22.

Forma de onda de deslocamento mostrando o valor pico-a-

Exemplificando, em um eixo de um mancal de escorregamento o deslocamento

distância total de movimento de um eixo dentro da folga do mancal ou ainda, à distância to

de mudança de deslocamento. A medida em velocidade é excelente de

problemas de vibração em máquinas de velocidade média, como por exemplo, desbalanceamento,

cas e defeitos em rolamento, em situações de falhas avançadas.

mede a rapidez com que vibração gerada se desloca. É amplamente usada para

medição de vibrações para propósitos gerais em máquinas que funcionam numa faixa de freqüência

intermediária entre 10 Hz a 1500 Hz (600 a 90.000 RPM). Para se determinar a severidad

se a velocidade mais alta, ou o “pico”, dado em mm/seg ou pol/seg.

, medida em G’s, mm/seg2 ou pol/seg2, é a forma de medição indicada para análises

em altas freqüências, em torno de 5000 Hz (300.000 RPM), como em redutores de alta velocidade e em

rolamentos. A aceleração é normalmente medida em unidades de pico ou RMS, dependendo dos padrões

36

velocidade e a aceleração.

ermos de distância ou posição, de um objeto em relação

a um ponto referencial. Neste caso, a posição neutra de uma massa. A magnitude do deslocamento é

Quando maior for a amplitude do sinal da vibração, mais severa será a vibração.

representa uma distância. É a forma de medição indicada para vibrações em

máquinas de baixa freqüência, geralmente menores que 10 Hz (600 RPM). O deslocamento é normalmente

-pico (P-P).

deslocamento refere-se à

distância total de movimento de um eixo dentro da folga do mancal ou ainda, à distância total do limite

de mudança de deslocamento. A medida em velocidade é excelente de

problemas de vibração em máquinas de velocidade média, como por exemplo, desbalanceamento,

cas e defeitos em rolamento, em situações de falhas avançadas.

mede a rapidez com que vibração gerada se desloca. É amplamente usada para

medição de vibrações para propósitos gerais em máquinas que funcionam numa faixa de freqüência

intermediária entre 10 Hz a 1500 Hz (600 a 90.000 RPM). Para se determinar a severidade da vibração,

se a velocidade mais alta, ou o “pico”, dado em mm/seg ou pol/seg.

é a forma de medição indicada para análises

em redutores de alta velocidade e em

rolamentos. A aceleração é normalmente medida em unidades de pico ou RMS, dependendo dos padrões

Page 37: Monografia - Michel

As relações entre os tipos de medição seguem de acordo com as Equações 5, 6, 7, 8, 9 e 10 on

é o deslocamento em mícron (pico-a

A aceleração em G (Pico).

( )

FV.19100

=D

( )2

9

FA.10.1,7

=D

19100F.

=VD

( ) F.A.93580=V

)10. (1,79F.D

=A 9

2

93580F.V

=A

5.8. Efeitos da frequência sobre as amplitudes

Os três tipos de grandezas usadas para medir vibração estão diretamente relacionados. A Figura 23

mostra a relação de amplitudes dessas grandezas quando uma é mantida constante, ao longo da faixa de

1Hz a 10.000 Hz (10 kHz). Esta é a faixa de interesse para medidas de vibrações mecânicas na maioria dos

equipamentos industriais, cuja velocidade de operação

(2Hz a 200 Hz).

Figura 23 - Comparativo de Deslocamento, Velocidade e Aceleração.

As relações entre os tipos de medição seguem de acordo com as Equações 5, 6, 7, 8, 9 e 10 on

a-pico), V velocidade em mm/seg (pico), F freqüência em RPM ou CPM e

sobre as amplitudes

Os três tipos de grandezas usadas para medir vibração estão diretamente relacionados. A Figura 23

tra a relação de amplitudes dessas grandezas quando uma é mantida constante, ao longo da faixa de

1Hz a 10.000 Hz (10 kHz). Esta é a faixa de interesse para medidas de vibrações mecânicas na maioria dos

equipamentos industriais, cuja velocidade de operação normalmente se situa na faixa de 120 a 12.000 RPM

Comparativo de Deslocamento, Velocidade e Aceleração.

37

As relações entre os tipos de medição seguem de acordo com as Equações 5, 6, 7, 8, 9 e 10 onde D

freqüência em RPM ou CPM e

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Os três tipos de grandezas usadas para medir vibração estão diretamente relacionados. A Figura 23

tra a relação de amplitudes dessas grandezas quando uma é mantida constante, ao longo da faixa de

1Hz a 10.000 Hz (10 kHz). Esta é a faixa de interesse para medidas de vibrações mecânicas na maioria dos

normalmente se situa na faixa de 120 a 12.000 RPM

Comparativo de Deslocamento, Velocidade e Aceleração.

Page 38: Monografia - Michel

38

Esta informação é útil para determinar qual grandeza de medida é mais adequada para uma dada

aplicação. Para a velocidade operacional normal da maioria dos equipamentos industriais, de 2 Hz a 200

Hz, a amplitude da velocidade fornece a melhor indicação da condição da máquina.

Na Figura 23 pode-se ver que para uma velocidade de vibração constante, as linhas de aceleração e

deslocamento se cruzam a aproximadamente em 120 Hz. O deslocamento acentua as baixas freqüências e

atenua amplitude de freqüências elevadas. Inversamente, a aceleração atenua as baixas freqüências e

acentua as freqüências elevadas. A velocidade tem uma resposta plana ao longo da faixa de interesse. Os

espectros das Figuras 24, 25 e 26 mostram um mesmo sinal de falha na pista interna de um rolamento em

aceleração, velocidade e deslocamento, respectivamente.

Figura 24 – Espectro em aceleração (g).

Figura 25 - Espectro em velocidade (mm/s).

Page 39: Monografia - Michel

39

Figura 26 - Espectro em deslocamento (microns).

As indicações de baixa freqüência geram altos níveis de deslocamento e indicações de alta

freqüência geram baixos níveis de deslocamento. Ou seja, transdutores de deslocamento são mais

eficientes para realçar componentes de baixa freqüência.

Componentes de alta freqüência são bem representados com o uso de aceleração como parâmetro

como, por exemplo, na identificação de componentes de rolamentos entre 1000 Hz e 10000 Hz de faixa de

freqüência.

A velocidade de vibração é o parâmetro menos influenciado por ruídos de baixa ou de alta

freqüência, mostrando-se no gráfico a mais plana das curvas, sendo por isso o parâmetro normalmente

escolhido para avaliação da severidade da vibração entre 10 Hz e 1500 Hz.

Na preparação para a coleta de dados deve-se decidir qual grandeza dará maior confiabilidade de

informação. Essa decisão dependerá das frequências dos componentes a serem monitorados e da rotação

da máquina.

Existem várias diretrizes práticas. O ideal é usar os valores recomendados nas normas técnicas. No

caso das Normas ISO, recomenda-se a faixa de 10 a 1.000 Hz para velocidade, abaixo de 10 Hz para

deslocamento e acima de 1.000 Hz para aceleração.

5.9. Fatores de Escala

Ao comparar os valores de vibração, os fatores de escala deverão ser coerentes. Os fatores de

escala para as amplitudes de medição são o pico, pico-a-pico e RMS. Esses fatores têm relação direta entre

si quando se trabalha com formas senoidais de onda do impacto. Na Figura 27, pode-se observar a relação

existente entre as amplitudes de medição para os fatores pico-a-pico, pico e valor RMS.

Page 40: Monografia - Michel

40

Figura 27 - Relação entre amplitudes de medição.

O fator pico representa a amplitude na forma de distância ao pico máximo, seja ele positivo ou

negativo, da forma de onda do impacto medida a partir da referência zero. A amplitude do pico é

freqüentemente utilizada na medição da velocidade e da aceleração. É um valor válido para indicação de

choques de curta duração, porém indica somente a ocorrência de pico.

O fator pico-a-pico é a amplitude medida a partir do ponto mais alto da forma de onda em direção

à parte mais baixa de sua base negativa e é igual a duas vezes o valor de pico (pico-a-pico = 2 x pico) A

amplitude pico-a-pico é muito utilizada para medir deslocamentos ou pontos de Envelope.

O fator RMS (do inglês Root Mean Square = Valor Médio Quadrático) é geralmente usado para

medir a energia efetiva da vibração, que é aleatória ou que consiste em muitos sinais de vibração em

freqüências diferentes. Tecnicamente é o valor médio quadrático (RMS) de pontos da curva que descreve

um sinal de vibração. O valor RMS é 0,707 vezes o valor do pico (RMS = 0,707 x pico). Essa medida é a mais

relevante, pois está diretamente relacionada à energia contida na vibração e, portanto, à capacidade

destrutiva da mesma. Segundo Bezerra e Pederiva (2004) e Mitchell (1993), o valor RMS é usado para

estimar a severidade de vibração proveniente da estrutura de uma máquina ou de fatores externos, sendo

mais usado que a média.

As relações entre os tipos de fatores são:

� Pico-a-Pico= 2 x Pico.

� Pico= 1,414 x RMS.

� RMS= 0,707 x Pico.

Geralmente, quando se comparam os sinais de vibração com os limites de alarme ou os limites de

vibração recomendados pelo fabricante da máquina, é imperativo que ambos os sinais sejam medidos na

mesma faixa de freqüência e com os mesmos fatores de escala.

Os instrumentos de vibração fornecidos por diferentes fabricantes podem produzir valores gerais

diferentes. Quando comparar as leituras a partir de instrumentos de um fabricante ou de outras plantas

industriais, identifique os instrumentos que foram usados para a obtenção das leituras, visto que essa

medida poderá auxiliar a identificar as incoerências.

Page 41: Monografia - Michel

5.10. Medição de fase

Além da avaliação da amplitude e

podem ser empregadas para diferenciar os defeitos de máquinas. A fase revela qual a sincronia entre os

diversos componentes da vibração é a diferença temporal entre dois componentes ou entre um

componente e um evento de referência fixa, como o pulso de um tacômetro. Neste caso, a fase é medida

em graus.

Geralmente, determina-se a fase pela diferença de tempo entre um pulso de refer

próximo pulso do sinal de vibração em estudo. A fase também pode ser usada para descrever a relação

entre dois eventos, como mostrado na Figura 2

180° de fase com a massa desbalanceadora na p

de desbalanceamento mais elevada. Neste caso os mancais estão movendo em sentidos contrários, já que

a diferença de fase é igual a 180°.

Figura 2

5.10.1. Ângulo de Fase

Na Figura 29, o ponto de partida da massa desbalanceadora (ponto vermelho) está na posição

inferior do mancal. Na medida em que o rotor gira o tacômetro realiza a obtenção dos dados. Nesse ponto,

o sensor instalado horizontalmente, sofre

Quando o rotor gira em direção anti

correspondendo a uma variação de 90º na fase, então o sensor capta um aumento de força alcançando o

seu ponto máximo, produzindo a maior leitura positiva de força,

Além da avaliação da amplitude e frequência dos picos espectrais, as relações de fase também

podem ser empregadas para diferenciar os defeitos de máquinas. A fase revela qual a sincronia entre os

bração é a diferença temporal entre dois componentes ou entre um

componente e um evento de referência fixa, como o pulso de um tacômetro. Neste caso, a fase é medida

se a fase pela diferença de tempo entre um pulso de refer

próximo pulso do sinal de vibração em estudo. A fase também pode ser usada para descrever a relação

entre dois eventos, como mostrado na Figura 28. A massa desbalanceadora na posição

de fase com a massa desbalanceadora na posição B do rotor, que por sua vez está causando uma força

de desbalanceamento mais elevada. Neste caso os mancais estão movendo em sentidos contrários, já que

Figura 28 - Relação de fase entre dois eventos.

, o ponto de partida da massa desbalanceadora (ponto vermelho) está na posição

inferior do mancal. Na medida em que o rotor gira o tacômetro realiza a obtenção dos dados. Nesse ponto,

o sensor instalado horizontalmente, sofre uma força que é igual a zero.

Quando o rotor gira em direção anti-horária, a massa desbalanceadora alcança a posição de 3 horas

correspondendo a uma variação de 90º na fase, então o sensor capta um aumento de força alcançando o

a maior leitura positiva de força, Figura 30.

41

dos picos espectrais, as relações de fase também

podem ser empregadas para diferenciar os defeitos de máquinas. A fase revela qual a sincronia entre os

bração é a diferença temporal entre dois componentes ou entre um

componente e um evento de referência fixa, como o pulso de um tacômetro. Neste caso, a fase é medida

se a fase pela diferença de tempo entre um pulso de referência e o

próximo pulso do sinal de vibração em estudo. A fase também pode ser usada para descrever a relação

. A massa desbalanceadora na posição A do rotor está a

do rotor, que por sua vez está causando uma força

de desbalanceamento mais elevada. Neste caso os mancais estão movendo em sentidos contrários, já que

, o ponto de partida da massa desbalanceadora (ponto vermelho) está na posição

inferior do mancal. Na medida em que o rotor gira o tacômetro realiza a obtenção dos dados. Nesse ponto,

horária, a massa desbalanceadora alcança a posição de 3 horas

correspondendo a uma variação de 90º na fase, então o sensor capta um aumento de força alcançando o

Page 42: Monografia - Michel

Figura 29 - Posição Inicial, fase igual a 0°.

Quando o ponto vermelho atinge 12 horas ou realiza 1/2 volta, o valor da força no gráfico cruza o eixo,

correspondendo a uma variação de fase igual a 180

horizontalmente é novamente igual à zero, Figura 31.

Quando o ponto vermelho gira 90°

270° ficando em uma posição oposta à posição do sensor, a força desbalanceadora alcança o pico negativo

referente a leitura realizada pelo sensor, Figura 32.

Figura 31 - Fase igual a 180°.

Então, o ponto pesado gira mais

sensor horizontal volta a ser zero, completando o ciclo

A amplitude e a frequência

diagnóstico e de análise. Quando se adiciona a fase, a pr

5.11. Nível global de vibração

O nível global de vibração é a energia total de vibração medida dentro de uma faixa de freqüência

específica. Medido numericamente, um valor global acima do normal fornece uma indicação rápida de que

Posição Inicial, fase igual a 0°. Figura 30 - Fase igual a 90

Quando o ponto vermelho atinge 12 horas ou realiza 1/2 volta, o valor da força no gráfico cruza o eixo,

variação de fase igual a 180°. Neste ponto a força sofrida pelo sensor instalado

mente é novamente igual à zero, Figura 31.

Quando o ponto vermelho gira 90° adicionais completando ¾ de volta a fase marca uma defasagem de

ficando em uma posição oposta à posição do sensor, a força desbalanceadora alcança o pico negativo

sensor, Figura 32.

Fase igual a 180°. Figura 32 - Fase igual a 270

Então, o ponto pesado gira mais 90º adicionais correspondendo a um giro de 360

sensor horizontal volta a ser zero, completando o ciclo, Figura 33.

Figura 33 - Fase igual a 360°.

frequência fornecem uma precisão de 80% quando são realizadas como meios de

diagnóstico e de análise. Quando se adiciona a fase, a precisão aumenta para mais de 95%.

O nível global de vibração é a energia total de vibração medida dentro de uma faixa de freqüência específica. Medido numericamente, um valor global acima do normal fornece uma indicação rápida de que

42

Fase igual a 90°.

Quando o ponto vermelho atinge 12 horas ou realiza 1/2 volta, o valor da força no gráfico cruza o eixo,

. Neste ponto a força sofrida pelo sensor instalado

adicionais completando ¾ de volta a fase marca uma defasagem de

ficando em uma posição oposta à posição do sensor, a força desbalanceadora alcança o pico negativo

Fase igual a 270°.

90º adicionais correspondendo a um giro de 360° a força sofrida pelo

fornecem uma precisão de 80% quando são realizadas como meios de

ecisão aumenta para mais de 95%.

O nível global de vibração é a energia total de vibração medida dentro de uma faixa de freqüência específica. Medido numericamente, um valor global acima do normal fornece uma indicação rápida de que

Page 43: Monografia - Michel

43

“alguma coisa” está fazendo com que a máquina ou o componente vibre anormalmente. 5.12. Resolução espectral

A resolução espectral é definida pela Equação 11, onde fMax é a freqüência máxima de interesse,

fiMin é a freqüência mínima de interesse e fRes é a resolução de freqüência por linha de filtro.

Espectrais Linhas de Númeroff

f MinMaxRes

−= (11)

As Figuras 34, 35 e 36 são espectros de dados tomados de 0 a 500 Hz utilizando-se,

respectivamente, apresentações espectrais de 200, 800 e 3200 linhas, correspondendo a resoluções

espectrais (fRes) de 2,5 Hz/linha, 0,625 Hz/linha e 0,156 Hz/linha.

Figura 34 - Resolução Espectral de 2,5 Hz/linha

Figura 35 - Resolução Espectral de 0,625 Hz/linha

Figura 36 - Resolução Espectral de 0,156 Hz/linha

Page 44: Monografia - Michel

44

Uma vez que é importante se ter uma boa resolução para realizar a análise mais detalhadas dos

espectros, podemos estabelecer os respectivos valores de fmax, fmin e da resolução para aumentar a

eficiência do diagnóstico de falhas.

Uma alternativa seria aumentar o número de linhas à medida que a freqüência aumenta. Contudo,

este procedimento aumenta o tempo de coleta de dados, o que pode ser indesejável para a realização da

rotina de coleta de dados.

Geralmente a rota é realizada em uma primeira etapa, com resolução de freqüência suficiente para

detectar a presença de defeitos ou vibrações indesejáveis.

A segunda etapa seria a de investigação, na qual usa-se melhor resolução com intuito de detectar a

causa raiz que provoca o defeito ou viração indesejável.

Tomando como exemplo uma análise realizada em um conjunto de acionamento por correia de um

filtro de manga, pode-se verificar, pela Figura 37 de um dos espectros coletados na radial, a existência de

uma amplitude alta e indesejável de 5,8 mm/s (RMS) em uma freqüência de 37,5 Hz, próxima a de

operação da maquina de 30 Hz.

Essa freqüência indesejável é provavelmente proveniente de uma excitação causada por correias

mal tencionadas. Seria difícil detectar a causa da vibração indesejável com uma resolução menor em

relação a utilizada.

Figura 37 – Freqüência Devido a Excitação Causada por Correias Mal Tencionadas

5.13. Médias

Em termos de porcentagem de confiança na repetição de sinais, 6 médias resultam normalmente

em uma qualidade de repetição de 75% em sinais periódicos. 8 médias aumentam esta repetitividade para

aproximadamente 95%. Recomenda-se que seja usado um mínimo de 8 médias na coleta de dados

espectrais. Contudo, surgem dois problemas, pequeno aumento no tempo de coleta de dados, e problemas

de baixa rotação do equipamento afetando a coleta de dados.

Page 45: Monografia - Michel

45

O pequeno aumento no tempo necessário para o processamento de dados de 8 a 6 médias é

mínimo para freqüências fMax maiores que 100Hz, equivalendo a 40 milissegundos a mais no

processamento dos sinais, já que 20 milissegundos equivalem ao tempo necessário para cada média.

A baixa rotação do equipamento apresenta problemas únicos. Pode ser necessário um número

menor de médias, e isto é responsabilidade do analista para determinar o compromisso da duração do

evento em função da disponibilidade dos dados. Entretanto, a prática para se medir equipamentos

industriais deve ser de 4 a 8 médias.

O espectro do envelope de aceleração (gE) é um sinal processado que apresenta apenas os sinais

repetitivos e modulados normalmente associados com freqüências de rolamentos e engrenagens. Nesta

aplicação, apenas 1 amostra, ou média, é necessária.

5.14. Sensores de vibração

Um sensor, ou transdutor, é um dispositivo que capta e converte o movimento mecânico em sinais

elétricos de escala equivalente que podem ser medidos, registrados e exibidos em forma de gráficos. Os sensores são instalados em pontos estratégicos nas máquinas para monitorar sua condição. 5.14.1. Sensores de Aceleração

O acelerômetro, quando fixo a uma superfície vibrante, produz em seus terminais de saída uma

tensão ou descarga que é proporcional à aceleração na qual está submetido, ou seja, seu princípio de

funcionamento está na utilização de discos cerâmicos piezoeléctricos, que por sua vez possuem a

propriedade física de gerarem descargas elétricas quando solicitados a esforços.

No projeto deste sensor, os elementos piezoelétricos são arranjados de tal forma que sejam

submetidos a uma carga na forma de massa em uma mola pré-tensionada, onde todo este conjunto é

montado assentado em uma base, sendo que o sistema massa-mola fica preso no topo e protegido por um

invólucro resistente. A Figura 38 ilustra de forma esquemática um acelerômetro do tipo compressão.

Figura 38 - Sensor de Aceleração

Page 46: Monografia - Michel

46

Os acelerômetros podem ficar instalados permanentemente em aplicações de alta temperatura,

perigosas ou cujo alcance é difícil, e ser conectados por cabos de até 152 metros. Estes dispositivos

possuem alta performance no fornecimento de informações com níveis relativamente baixos de energia

nas faixas de freqüência mais altas, tornando-os especialmente atraentes para o monitoramento de

freqüências de rolamentos. Possui pequenas dimensões e peso, o que facilita sua acessibilidade. Não possui

partes móveis, o que aumenta sua confiabilidade em campo. Além de serem dispositivos baratos.

Os acelerômetros são praticamente imunes ao desgaste mecânico, uma vez que há pouca

movimentação interna dos elementos. Porém, impactos mecânicos em excesso, como por exemplo, queda

sobre uma superfície dura, pode gerar por si mesmos voltagens suficientes para destruir os componentes

eletrônicos internos ou causar uma fratura no elemento piezoelétrico.

Embora seja coletado um sinal em aceleração, os coletores de dados de última geração e

analisadores de tempo real fazem a integração da aceleração para a velocidade, e ambas as apresentações

se tornam disponíveis, aumentando a evidência dos sintomas mecânicos sob exame. As apresentações em

velocidade são mais adequadas para fenômenos mecânicos de baixa ordem, e a aceleração é mais

adequada para eventos de maior freqüência, como as freqüências provenientes dos rolamentos e

engrenagens.

Page 47: Monografia - Michel

47

6. Termografia

6.1. Definição de Termografia

A Termografia é genericamente definida como a técnica de sensoreamento remoto que

possibilita a medição de temperaturas e a formação de imagens térmicas (termogramas), de um

componente, equipamento ou processo, a partir da radiação infravermelha naturalmente emitida pelos

corpos.

Para tanto, são utilizados os Sistemas Infravermelhos, equipamentos que estendem a visão humana

no campo do infravermelho, revelando fontes de calor e padrões de aquecimento, o que os torna uma

importante ferramenta na indústria, medicina, pesquisa e uso militar.

De acordo com o equipamento empregado e o objetivo da observação a termografia pode ser

classificada da seguinte forma:

Termografia Qualitativa: é o ramo da termografia no qual as informações obtidas sobre um

componente, equipamento ou processo, provem da análise de diferenças em padrões de

distribuição térmica nos mesmos.

Termografia Quantitativa: é o ramo da termografia no qual as informações obtidas sobre um

objeto, equipamento ou sistema, provem da medição direta das temperaturas associadas aos

padrões de distribuição térmica observada.

6.2. Fatores variáveis em uma análise termográfica

6.2.1. Temperatura

Todo corpo é constituído por moléculas. Essas moléculas estão em movimento uma em relação às

outras.

Define-se por temperatura como a medida da energia cinética média (agitação) dos átomos ou

moléculas de uma substância.

As unidades mais utilizadas de temperatura são Graus Celsius (°C), Graus Fahrenheit (°F) ou Kelvin

(K) (ainda existem outras escalas, mas pouco usuais).

As escalas Celsius e Fahrenheit são escalas relativas de temperatura pois ambas partem do ponto

de fusão e evaporação da água para a definição de suas escalas. A unidade Kelvin é a utilizada no meio

científico, pois trata-se de uma escala absoluta de temperatura pois parte do princípio que quando a

temperatura está a 0 K não existe mais energia cinética nos átomos e moléculas, ou seja, as moléculas

estão completamente paradas (0 K corresponde à -273,15 °C).

Page 48: Monografia - Michel

6.2.2. Calor

Partindo do princípio de qu

corpo, qual seria então a energia do total dessas moléculas? A isso damos o nome de calor.

Define-se por calor a quantidade total de energia cinética contida nas moléculas de um corpo. O

calor não pode ser medido diretamente, mas pode

temperatura.

O calor pode ser expresso pelas seguintes unidades: Joule (J), Watt

outras.

Às vezes o conceito de calor e t

relação estreita. Para um mesmo corpo, quanto mais calor, maior a temperatura, quanto menor a

temperatura menos calor. Para um melhor entendimento, vamos considerar o exemplo a seguir, Figura 39:

Figura 39

Se montarmos um sistema com dois corpos juntos ambos com mesma temperatura e calor, a

temperatura do sistema se manterá a mesma, porém a energia do sistema dobrará.

Imaginemos agora dois corpos: um com 100

a mesma temperatura de 200 °C. Não é difícil de visualizar que o corpo com 100 kg de massa possui muito

mais energia em relação ao corpo com 100g de massa. Logo o corpo com 100 kg de massa possui mais

calor.

6.2.3. Transmissão de Calor

Sempre que um corpo está com uma temperatura maior que a de outro em contato, ou, inclusive,

no mesmo corpo existem temperaturas diferentes, haverá uma transferência de energia do corpo de maior

temperatura para o outro de menor temperatura. O processo pelo qual a energia é transportada chama

Partindo do princípio de que a temperatura mede a energia cinética média das moléculas de um

corpo, qual seria então a energia do total dessas moléculas? A isso damos o nome de calor.

se por calor a quantidade total de energia cinética contida nas moléculas de um corpo. O

alor não pode ser medido diretamente, mas pode-se verificar o efeito da mesma através da medição da

O calor pode ser expresso pelas seguintes unidades: Joule (J), Watt-hora (Wh), Caloria (cal), entre

Às vezes o conceito de calor e temperatura são confundidos pois são duas grandezas com uma

relação estreita. Para um mesmo corpo, quanto mais calor, maior a temperatura, quanto menor a

temperatura menos calor. Para um melhor entendimento, vamos considerar o exemplo a seguir, Figura 39:

Figura 39 - Quantidade de Calor X Temperatura.

Se montarmos um sistema com dois corpos juntos ambos com mesma temperatura e calor, a

temperatura do sistema se manterá a mesma, porém a energia do sistema dobrará.

Imaginemos agora dois corpos: um com 100 g de massa e outro com 100 kg de massa, ambos com

C. Não é difícil de visualizar que o corpo com 100 kg de massa possui muito

mais energia em relação ao corpo com 100g de massa. Logo o corpo com 100 kg de massa possui mais

Sempre que um corpo está com uma temperatura maior que a de outro em contato, ou, inclusive,

no mesmo corpo existem temperaturas diferentes, haverá uma transferência de energia do corpo de maior

enor temperatura. O processo pelo qual a energia é transportada chama

48

e a temperatura mede a energia cinética média das moléculas de um

corpo, qual seria então a energia do total dessas moléculas? A isso damos o nome de calor.

se por calor a quantidade total de energia cinética contida nas moléculas de um corpo. O

se verificar o efeito da mesma através da medição da

hora (Wh), Caloria (cal), entre

emperatura são confundidos pois são duas grandezas com uma

relação estreita. Para um mesmo corpo, quanto mais calor, maior a temperatura, quanto menor a

temperatura menos calor. Para um melhor entendimento, vamos considerar o exemplo a seguir, Figura 39:

Se montarmos um sistema com dois corpos juntos ambos com mesma temperatura e calor, a

temperatura do sistema se manterá a mesma, porém a energia do sistema dobrará.

g de massa e outro com 100 kg de massa, ambos com

C. Não é difícil de visualizar que o corpo com 100 kg de massa possui muito

mais energia em relação ao corpo com 100g de massa. Logo o corpo com 100 kg de massa possui mais

Sempre que um corpo está com uma temperatura maior que a de outro em contato, ou, inclusive,

no mesmo corpo existem temperaturas diferentes, haverá uma transferência de energia do corpo de maior

enor temperatura. O processo pelo qual a energia é transportada chama-se

Page 49: Monografia - Michel

49

transmissão de calor. Esse processo irá acontecer até que os dois corpos em contato ou as partes de um

mesmo corpo atinjam o equilíbrio térmico, ou seja, ambos atinjam a mesma temperatura.

A transferência de calor pode ocorrer através de três métodos: Condução, Convecção e Radiação.

6.2.4. Emissividade

Quando uma onda eletromagnética incide sobre uma superfície podem ocorrer três fenômenos:

absorção(α), reflexão(ρ) e transmissão(τ), Figura 40.

Figura 40 - Energia incidindo sobre um corpo qualquer.

Se chamarmos de 1 a quantidade total de energia que incidiu no corpo, então podemos escrever

que:

α + ρ + τ =1 (12)

Corpo negro é aquele que o total de energia que incidiu é totalmente absorvida e, portanto, a

parcela de energia refletida e transmitida é igual a zero.

Levando-se em consideração a Lei de Kirchhoff pode-se concluir que toda a energia que incide

sobre um corpo negro é absorvida e consequentemente emitida. Logo o corpo negro ideal é um excelente

emissor e absorvedor.

O corpo negro ideal é aquele que tem a capacidade de absorver qualquer comprimento de onda

que incide sobre ele em qualquer ângulo. O corpo negro ideal é uma concepção teórica, mas que é

considerada completamente válida.

Há uma idealização para conceituar um autêntico corpo negro; imagine-se um compartimento

com uma única passagem estreita para um raio incidente, sendo que o material utilizado para sua

fabricação é possuidor de grande absorvidade.

Se o interior do compartimento for suficientemente grande e o raio incidente penetrar

obliquamente, em cada colisão com a superfície interior, pequena será a reflexão e esse raio refletido irá

agora incidir em outro ponto da superfície com ainda muito menor reflexão; tais incidências suceder-se-ão

em número tão grande e com reflexões cada vez mais diminutas que se pode admitir que o raio que

Page 50: Monografia - Michel

50

penetrou no compartimento não mais sairá; logo a absorção foi total e configurou-se, então, um corpo

negro.

Na figura 41, tem-se uma imagem teórica para caracterizar o que se está analisando e é

conhecido como corpo negro de Kirchhoff.

Figura 41 - Corpo negro de Kirchhoff.

Obs.: Até hoje a superfície menos refletora que se conhece é o coque de petróleo chamado também de

negro-de-fumo, cuja refletividade é cerca de 0,01.

Como mencionado anteriormente o corpo negro não existe, é apenas uma abstração para

entendermos o conceito de emissividade. Se o corpo negro não existe então podemos concluir que o

fenômeno de absorção total da energia incidente sobre uma superfície também não existe. Então parte da

energia será transmitida e/ou refletida e/ou absorvida. Se apenas uma parte da energia é absorvida e

consequentemente emitida, comparando com um corpo negro, a parcela de emissão da energia é menor.

A razão entre a energia emitida por um corpo qualquer, em um dado comprimento de onda, e a

de um corpo negro a mesma temperatura é chamada de emissividade (ε) e é dada pela equação 13:

ε = E / Eb (13)

Onde: E é a energia emitida por um corpo qualquer em W.m-2

Eb é a energia emitida por um corpo negro em W.m-2

ε é a emissividade

Pela expressão apresentada fica claro que a emissividade é um número adimensional e que varia

entre 0 e 1.

6.2.4.1. Alteração da Emissividade

A emissividade depende da superfície do corpo, da temperatura do mesmo, do comprimento de

onda e do ângulo de incidência da onda dobre a superfície.

Page 51: Monografia - Michel

51

Em alguns casos veremos que um corpo pode ser altamente emissivo para um determinado

comprimento de onda e pouco emissivo para outro comprimento de onda. Por exemplo, a fita isolante azul

e vermelha apresenta uma determinada reflexão para o visível (daí podemos ver as cores vermelho e azul)

e possuem uma emissividade alta no infravermelho. O vidro e o acrílico são altamente transmissivos no

visível (daí a transparência dos mesmos) e opaco no infravermelho. Esses são alguns exemplos de diferença

de emissividade pelo comprimento de onda.

No que diz respeito à diferença de superfície, a priori, quanto mais lisa for a superfície maior será

reflexividade e, portanto menor a emissividade. Uma chapa de aço polida apresenta uma emissividade

menor em relação a uma oxidada ou usinada.

Quanto à temperatura, já sabemos que o comprimento de onda diminui à medida que a

temperatura se eleva. Alterando o comprimento de onda poderá se alterar também a emissividade de um

corpo.

Quanto ao ângulo de incidência, a emissividade poderá está afetada dependendo do

comprimento de onda e da superfície. Se o ângulo de incidência for muito raso a reflexão aumentará

consideravelmente e, consequentemente, a emissividade diminuirá.

6.2.4.2. Determinando a Emissividade de uma Superfície

Existem muitas tabelas onde encontramos as emissividades de vários materiais. Porém existem

casos em que será necessário se levantar a emissividade de um corpo antes de medi-lo. Existem duas

maneiras.

A primeira delas, pode se levantar a temperatura de um determinado corpo com um termômetro

e em seguida focarmos com uma câmera de infravermelho e ajustarmos a emissividade até que as

temperaturas igualem.

Uma segunda maneira, talvez mais confiável, coloca-se um material de pouca massa e

emissividade conhecida sobre a superfície de interesse e mede-se a temperatura sobre esse material. Em

seguida mede-se a temperatura imediatamente ao lado do material colocado e ajusta-se a emissividade até

que as temperaturas se igualem.

Uma sugestão de material que pode estar sendo usado é a fita isolante, não importando a cor da

mesma. A fita isolante possui uma emissividade de, aproximadamente, 0,95 no infravermelho.

Obs.: quanto maior a emissividade selecionada na câmera (ou no radiômetro) menor será a temperatura

medida; quanto menor for a emissividade selecionada maior será a temperatura medida.

Page 52: Monografia - Michel

52

6.2.5. Transmissão Atmosférica

Após ser emitida por um corpo, a radiação infravermelha pode interagir com a massa de gases

onde vários comprimentos de ondas serão absorvidos e reemitidos. A esse fenômeno dá-se o nome de

atenuação atmosférica.

A atmosfera terrestre não é 100% transmissiva à radiação infravermelha. Embora seus principais

constituintes (nitrogênio, oxigênio, e o argônio) não atenuem significativamente a radiação infravermelha,

o mesmo não ocorre com o vapor de água e o dióxido de carbono que absorvem diversos comprimentos de

onda entre 1 e 15 mícron. Em termos meteorológicos esse fenômeno é chamado de efeito estufa, Figura

42, e sua ocorrência é responsável por uma elevação da temperatura da Terra em mais de 30ºC em relação

ao calculado para uma atmosfera 100% seca e isenta de CO2. Esse fenômeno é um dentre outros

responsável pela manutenção da vida no nosso planeta.

Figura 42 - Efeito estufa.

6.3. Sistemas Infravermelhos

Basicamente existem dois tipos de detectores de infravermelho: os radiômetros e as câmeras de

infravermelho.

6.3.1. O Radiômetro

Os radiômetros, Figura 43, são equipamentos de levantamento da temperatura pela medição da

radiação infravermelha mais simples. Esses equipamentos medem apenas pontos de uma superfície, ou

seja, é uma técnica pontual.

Page 53: Monografia - Michel

53

Figura 43 - Radiômetros.

Alguns cuidados devem ser tomados para a medição com esse tipo de instrumento. Geralmente os

radiômetros vêm equipados com uma mira a laser, mas a medição da temperatura não é apenas onde o

laser está incidindo e a medição não é através do laser.

Esses equipamentos medem a radiação infravermelha naturalmente emitida pelos corpos e o laser

apenas aponta a superfície de interesse. O equipamento mede as temperaturas de vários pontos da área

sobre essa superfície e tira uma média desses pontos. À medida que aumenta a distância entre o

radiômetro e a superfície aumenta a área monitorda.

Todos esses instrumentos trazem em seu manual uma relação entre a área monitorada e a

distância entre o instrumento e a superfície de interesse. Para o levantamento correto da temperatura a

superfície que está sendo monitorada tem que ser igual ou maior (de preferência maior) que a área que o

equipamento está monitorando.

Se a superfície for menor que área do radiômetro o mesmo medirá a radiação de pontos além da

área de interesse e fará a média de todos os pontos podendo dar uma leitura de temperatura maior ou

menor que o objeto dependendo da temperatura de fundo.

6.3.2. Câmeras de Infravermelho

A câmera de infravermelho, Figura 44, tem o mesmo princípio básico de funcionamento de um

radiômetro. Basicamente falando, a diferença de uma câmera de infravermelho em relação a um

radiômetro está no retorno da informação, FLIR (2004). O radiômetro nos retorna a temperatura de um

ponto e a câmera de infravermelho uma imagem com diferentes cores para cada temperatura encontrada.

Page 54: Monografia - Michel

Figura 44 -

Através da câmera de infravermelho podemos de maneira visual e rápida observar a distribuição de

temperatura numa região, Figura 45, localizando pontos mais quentes ou mais frios nos trazendo uma

informação que pode está relacionado com um problema.

Figura 45 -

- Câmeras de Infravermelho ou termocâmeras.

Através da câmera de infravermelho podemos de maneira visual e rápida observar a distribuição de

temperatura numa região, Figura 45, localizando pontos mais quentes ou mais frios nos trazendo uma

informação que pode está relacionado com um problema.

Imagens obtidas através de uma termocâmera.

54

Através da câmera de infravermelho podemos de maneira visual e rápida observar a distribuição de

temperatura numa região, Figura 45, localizando pontos mais quentes ou mais frios nos trazendo uma

Page 55: Monografia - Michel

55

7. Aplicação de técnicas de diagnóstico de falhas na manutenção de locomotivas

7.1. Seleção do modelo de monitoramento de condições

O monitoramento periódico das locomotivas deve ser implementado segundo prioridades. Os

primeiros componentes a serem incluídos no programa de manutenção preditiva devem ser aqueles com

problemas conhecidos ou aqueles com um histórico crônico de falhas, também se deve considerar

máquinas que trabalham em seus limites operacionais, muitas vezes.

Pode ser utilizado um sistema de proteção on-line ou se utilizar de uma metodologia de

monitoramento periódico, essa escolha depende além de premissas técnicas do custo total e da viabilidade

financeira da implantação da manutenção preditiva.

Os Sistemas de Proteção (ou de Monitoramento) On-Line realizam medições de vibração e

medições térmicas rapidamente. Se os níveis de alarme pré-ajustados forem ultrapassados, a máquina é

paralisada automaticamente antes que ocorra um colapso total. No caso das locomotivas por se tratar de

um equipamento dinâmico é necessário à instalação de um centro de controle, o qual através das leituras

do sistema de proteção (telemetria) irá programar a parada do ativo ou interromper seu funcionamento.

O Monitoramento Periódico está baseado nas medições obtidas em intervalos de tempo regulares.

As medições são geralmente obtidas manualmente, com o auxílio de coletores portáteis, quando os

intervalos de coleta de dados são maiores que uma semana.

A melhor maneira de se determinar a viabilidade da implantação de um Monitoramento Periódico

ou Monitoramento On-Line é realizar uma avaliação das necessidades de cada locomotiva/componente.

Essa avaliação pode identificar as máquinas que não requerem monitoramento devido, por exemplo, ao

custo de monitoramento em comparação com o custo de substituição da máquina. O interessante é

selecionar as ferramentas mais adequadas às necessidades da MRS.

Para determinação da frequência de medição devem-se levar em conta as locomotivas que tiveram

problemas no passado ou cujo histórico de falhas seja crônico. Neste caso, as máquinas requerem

intervalos de medição mais curtos. No caso das máquinas que indique funcionamento bom e confiável, os

intervalos de medição podem ser mais longos.

O segredo de uma manutenção preditiva eficiente está na escolha dos parâmetros que

efetivamente identificaram as alterações na condição das máquinas ao longo do tempo. Nesse estágio, uma

análise cuidadosa proporcionará um grande retorno.

Parâmetros tais como vibração e temperatura são consideradas os melhores indicadores da

condição de uma locomotiva. A análise de óleo e a utilização de transdutores ultrassônicos, também são

úteis.

Devido ao alto custo para implantação de um sistema de monitoramento on-line se optou por

utilizar o modelo de monitoramento periódico através da análise de vibrações e termografia na

manutenção de locomotivas da MRS.

7.2. Definição da periodicidade de monitoramento

A manutenção de locomotivas da MRS Logística é baseada nos conceitos de manutenção centrada

em confiabilidade (MCC) no qual as intervenções e trocas de componentes são realizadas em função do

consumo de combustível do equipamento, assim quanto maior for a utilização do ativo mais frequentes

serão as intervenções de manutenção.

Atualmente as intervenções de manutenção em locomotivas são denominadas de:

Page 56: Monografia - Michel

56

� Inspeções de viagem, realizadas em pátios.

� IC, Inspeção por consumo.

� RCI, Revisão complementar à inspeção por consumo.

� C1 e C2, Revisões intermediárias.

� RC4, Revisão geral ou overhaul da locomotiva.

� Corretiva, intervenção realizada em consequência a uma falha em serviço ou defeito.

O monitoramento por condição deverá ser realizado em oficina em todas as intervenções de

manutenção realizadas em função do consumo de combustível, esse método permite a construção de um

banco de dados com intervalo regular entre as medições tornando possível o acompanhamento da

tendência dos parâmetros vibração e temperatura de alguns componentes das locomotivas MRS.

Ocasionalmente, como ferramenta complementar a análise de falhas, as técnicas de

monitoramento (análise de vibrações e termografia) podem ser empregadas em uma intervenção de

manutenção corretiva.

Os serviços de preditiva devem ser executados como pré-teste no momento em que o ativo é

imobilizado na oficina, e nos casos de revisão além do pré-teste nos pós-testes (momento em que a

locomotiva é liberada para circulação).

7.3. Definição dos componentes a serem monitorados

A aplicação das técnicas preditivas de análise de vibração e termografia na manutenção de

locomotivas visa um aumento da confiabilidade, porém, não adianta focar o trabalho na redução de falhas

sem levar em consideração a disponibilidade do ativo.

Para tanto, devem ser selecionados componentes críticos a serem monitorados de modo a não

afetar a retenção das locomotivas em oficina.

Assim, usaremos a base de dados de falhas de locomotivas desde 2010 para selecionar os

componentes críticos. Em cima dessa base de dados foram separados os componentes os quais a

temperatura e vibrações podem ser indicadores de falhas incipientes e aqueles que podem gerar falhas em

serviço.

Falha em serviço é uma ocorrência que tem como consequência a paralização do serviço de

transporte, ocasionando tempo de trem parado impactando diretamente na produção.

Após realizar esse filtro consultou-se alguns especialistas em mecânica e eletricidade de

locomotivas para chegar a lista final com os componentes a serem monitorados por cada técnica.

7.3.1. Componentes monitorados através da termografia

A termografia deve ser utilizada majoritariamente em sistemas elétricos, pois o modelo adotado é

de termografia qualitativa no qual em um circuito com a mesma corrente é avaliado a diferença de

temperatura em dois pontos.

Assim, os componentes/subsistemas elétricos monitorados pela termografia são:

� Cabos de ligação dos motores de tração.

� Freio dinâmico (grades, resistências, barramentos e parafusos).

� Chave reversora e BKT.

� Conexões e terminais do banco de baterias.

� Painel máster.

� Armário elétrico de contatores.

Page 57: Monografia - Michel

57

� Armário elétrico de relés.

� Alternador/Gerador de Tração.

� Caixa retificadora.

� Terminais da bancada retificadora.

� Réguas de terminais.

� Resistor de farol.

� Painel de 215 V (locomotivas GM).

No caso do sistema mecânico são monitorados os seguintes componentes/subsistemas:

� Bomba de transferência de combustível.

� Tubulação de entrada e saída de água.

� Tubulação de entrada e saída de óleo lubrificante.

� Radiadores.

� Tubulação dos gases de escape.

� Temperatura dos gases de escape (na descarga atmosférica).

7.3.2. Componentes monitorados através da análise de vibrações

O serviço de análise de vibrações é executado apenas em sistemas mecânicos, sendo monitorados

os seguintes componentes/subsistemas:

� Motor diesel.

� Compressor.

� Soprador.

� Bomba de água.

� Bomba de óleo lubrificante.

� Bomba de limpeza (locomotivas GM).

� Caixa multiplicadora.

� Bomba de transferência de combustível.

� Ventilador.

� Turbo-alimentador.

� Tomada de força.

� Excitatriz.

� Alternador/Gerador de tração.

7.4. Definição das equipes de manutenção preditiva

As equipes de manutenção preditiva devem ser compostas por pelo menos um mantenedor

eletricista, um mantenedor mecânico e um técnico de manutenção.

O eletricista será responsável pela execução da termografia, o mecânico pela coleta de sinais de

vibração e o técnico de manutenção será o responsável pela análise dos dados coletados.

De modo a capacitar essa mão-de-obra devem ser ministrados treinamentos nos procedimentos de

manutenção (execução dos serviços), dos softwares especialistas utilizados em cada técnica e um

treinamento das metodologias de análise para os técnicos de manutenção.

Page 58: Monografia - Michel

58

Para a capacitação foram desenvolvidos dois procedimentos de manutenção (um para o serviço de

termografia e um para o serviço de coleta de sinais de vibração) e um treinamento de metodologia de

análise de falhas através da condição das locomotivas.

7.5. Definição dos parâmetros quantitativos e alarmes de tendência

7.5.1. Parâmetros para análise termográfica

No caso da análise termográfica utiliza-se o método qualitativo, no qual avalia-se a diferença de

temperatura em um circuito ou linha configurada para funcionar com uma mesma corrente nominal.

Nas inspeções considera-se problema qualquer diferença maior que 10 % entre as temperaturas

medidas.

Está sendo desenvolvido um banco de dados para a utilização do método quantitativo, que até o

presente momento é realizado apenas no monitoramento das bombas de transferência de combustível, no

caso desse componente, qualquer temperatura acima de 66 ºC quando a corrente é de 12 A é considerado

uma anomalia.

7.5.2. Parâmetros para análise de vibrações

7.5.2.1. Avaliação da gravidade da vibração

Geralmente, a avaliação da vibração de uma máquina é feita através do registro de todos os pontos

de medição utilizando o nível global de vibração, que representa a composição de várias fontes de

vibração. Estes níveis devem permanecer dentro de faixas admissíveis. A partir de uma tendência de

evolução desses níveis de vibração, é feita uma análise de frequência para a identificação da origem do

problema.

Os critérios de avaliação das condições de um equipamento estão baseados em normas como a ISO

10816, que especifica limite que dependem somente da potência da máquina e ou da velocidade de

rotação do eixo e do tipo de fundação. Esta norma substituiu a norma ISO 2372 de 1974.

Além das normas técnicas, as condições de um equipamento podem ser avaliadas através de

comparações com a "Tendência", "Espectros de Referências" e "Outras Máquinas".

7.5.2.1.1. Padrão de Comparação Norma ISO 10816

A norma ISO 10816-3 aplica-se na avaliação de máquinas industriais com potência acima de 15 KW

e rotação entre 120 rpm e 15000 rpm e leva em consideração a classificação por tipo de máquina (Tabela 2)

e a zona de avaliação (Tabela 3).

Page 59: Monografia - Michel

59

Tabela 2 - Classificação por tipo de máquina.

Grupo1 Máquinas grandes acima de 300 KW, máquinas elétricas com altura de eixo igual

ou maior que 315 mm.

Grupo 2 Máquinas de tamanho médio 15KW a 300 KW, máquinas elétricas com altura de

eixo de 160 a 315 mm.

Grupo 3 Bombas com rotor multi-estágio e com acionador separado (centrifugo, fluxo

misto e fluxo axial) acima de 15 KW.

Grupo 4 Bombas com rotor multi-estágio e com acionador integrado (centrifugo, fluxo

misto e fluxo axial) acima de 15 KW.

Tabela 3 - Zonas de avaliação.

Zona A As vibrações de máquinas novas devem estar dentro desta zona.

Zona B As vibrações de máquinas dentro desta zona são consideradas aceitáveis por longo

tempo.

Zona C As vibrações de máquinas dentro desta zona são consideradas insatisfatórias para

operação continua de longa duração.

Zona D As vibrações de máquinas dentro desta zona são consideradas inaceitáveis.

Nas Tabelas de 4 a 7, têm-se os níveis de alerta de cada grupo. Na Tabela 8, tem-se os níveis de

severidade.

Tabela 4 - GRUPO 1

Tipo de

Suporte Zona

Deslocamento

μm rms

Velocidade

mm/s rms

Rígido

A/B 29 2,3

B/C 57 4,5

C/D 90 7,1

Flexível

A/B 45 3,5

B/C 90 7,1

C/D 140 11

Tabela 5 - GRUPO 2

Tipo de

Suporte Zona

Deslocamento

μm rms

Velocidade

mm/s rms

Rígido

A/B 22 1,4

B/C 45 2,8

C/D 71 4,5

Flexível

A/B 37 2,3

B/C 71 4,5

C/D 113 7,1

Tabela 6 - GRUPO 3

Tipo de

Suporte Zona

Deslocamento

μm rms

Velocidade

mm/s rms

Rígido

A/B 18 2,3

B/C 36 4,5

C/D 56 7,1

Flexível

A/B 28 3,5

B/C 56 7,1

C/D 90 11

Tabela 7 - GRUPO 4

Tipo de

Suporte Zona

Deslocamento

μm rms

Velocidade

mm/s rms

Rígido

A/B 11 1,4

B/C 22 2,8

C/D 36 4,5

Flexível

A/B 18 2,3

B/C 36 4,5

C/D 56 7,1

Os padrões ISO 10816-1 fornecem orientação para a avaliação da gravidade da vibração em

máquinas que estejam operando numa faixa de freqüência que varia de 10 Hz a 200 Hz (600 a 12.000 rpm).

Page 60: Monografia - Michel

60

Exemplos desse tipo de máquinas são os motores elétricos de pequeno e médio porte, turbinas a

vapor e a gás, turbo-compressores, turbo-bombas, geradores e ventiladores. Algumas dessas máquinas

podem ser acopladas rigidamente, de modo flexível ou ainda conectadas através de transmissão por

engrenagens ou correias. O eixo pode ser horizontal, vertical ou inclinado em qualquer ângulo.

Na Tabela 8, tem-se o diagnóstico de vibrações de nível global para máquinas com eixo vertical.

Tabela 8 - Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo vertical.

Vibração Radial 1

Excessiva

Vibração Radial 2

Excessiva

Vibração Axial

Excessiva

Vibração Estrutural Excessiva

Observações

Desbalanceamento SIM NÃO NÃO NÃO Radial > Axial

Desalinhamento SIM NÃO SIM NÃO Axial > Radial

Folga Mecânica SIM NÃO NÃO SIM

Falhas Elétricas Medidas como

Vibração

Para se detectar um problema elétrico desligue a

máquina e monitore a vibração. Se a vibração

cessar imediatamente, o problema é elétrico.

Na Tabela 9, tem-se o diagnóstico para eixo horizontal. Na Tabela 10 tem-se o diagnóstico para

eixos horizontais com rotores em balanço. Através desta última tabela é possível notar que uma máquina

com rotor em balanço, desbalanceada e desalinhada pode exibir características similares. Neste caso,

utilizam-se medições de fases para diferenciar as duas possibilidades. Os valores destas tabelas estão em

conformidade a norma ISO 10816-1.

Tabela 9 - Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo horizontal.

Vibração

Horizontal Excessiva

Vibração Vertical

Excessiva

Vibração Axial

Excessiva

Vibração Estrutural Excessiva

Observações

Desbalanceamento SIM NÃO NÃO NÃO Horizontal > Axial

Desalinhamento NÃO SIM SIM NÃO Axial > Horizontal

Folga Mecânica SIM SIM NÃO SIM Vert. = Horizontal

Falhas Elétricas Medidas como

Vibração

Para se detectar um problema elétrico desligue

a máquina e monitore a vibração. Se a vibração

cessar imediatamente, o problema é elétrico.

Page 61: Monografia - Michel

Tabela 10 - Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo horizontal com rotor em

Vibração

Horizontal Excessiva

Desbalanceamento SIM

Desalinhamento SIM

Folga Mecânica SIM

Falhas Elétricas Medidas como

Vibração

7.5.2.1.2. Comparação de Tendência

Um dos métodos mais eficientes e confiáveis de avaliação da gravidade da vibração é comparar as

leituras mais recentes com leituras anteriores do mesmo PONTO de medição, de modo a permitir observar

a tendência dos valores ao longo do tempo.

Essa comparação de tendência entre leituras atuais e antigas é fácil de ser analisada quando os

valores são traçados em uma “curva de tendência”.

Na Figura 46, tem-se a comparação de tendência de uma bomba

ao Alerta e a linha vermelha ao Perigo

Figura 46 - Comparação de Tendência de uma Bomba

Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo horizontal com rotor em

Vibração Vertical

Excessiva

Vibração Axial

Excessiva

Vibração Estrutural Excessiva

NÃO SIM NÃO Horizontal

NÃO SIM NÃO Horizontal

SIM NÃO SIM Vertical

Para se detectar um problema elétrico desligue a máquina e

monitore a vibração.vibração cessar

imediatamente, o problema é

2. Comparação de Tendência

Um dos métodos mais eficientes e confiáveis de avaliação da gravidade da vibração é comparar as

leituras mais recentes com leituras anteriores do mesmo PONTO de medição, de modo a permitir observar

a tendência dos valores ao longo do tempo.

o de tendência entre leituras atuais e antigas é fácil de ser analisada quando os

valores são traçados em uma “curva de tendência”.

se a comparação de tendência de uma bomba de água. A linha amarela refere

Perigo.

Comparação de Tendência de uma Bomba de água

61

Diagnóstico de vibrações para máquinas com eixo horizontal com rotor em balanço.

Observações

Horizontal e Axial > Vertical

Horizontal e Axial > Vertical

Vertical = Horizontal

Para se detectar um problema elétrico desligue a máquina e

monitore a vibração. Se a vibração cessar

imediatamente, o problema é elétrico.

Um dos métodos mais eficientes e confiáveis de avaliação da gravidade da vibração é comparar as

leituras mais recentes com leituras anteriores do mesmo PONTO de medição, de modo a permitir observar

o de tendência entre leituras atuais e antigas é fácil de ser analisada quando os

. A linha amarela refere-se

de água.

Page 62: Monografia - Michel

7.5.2.1.3. Comparação do Espectro de Referência

Os registros de medição devem incluir uma leitura de referência, reconhecidamente boa. O valor

de referência pode ser adquirido apó

que a máquina está trabalhando em boas condições.

Medições subsequentes são comparadas com as medições de referência para determinar as

alterações das máquinas.

Na Figura 47, tem-se uma compa

elevação secundário de uma ponte rolante.

Figura 47

7.5.2.1.4. Comparação com Outras Máquinas

Quando várias máquinas idênticas são utilizadas sob as

realizar uma avaliação através da comparação das amplitudes a partir das leituras obtidas nos mesmos

locais e na mesma direção em cada máquina.

7.5.2.2. Tipos de Alarmes de Vibração

Os métodos e as configurações de a

e também os eventos transitórios normais de operação. Os tipos mais utilizados de alarmes são o de Nível

Global de Vibração (Alarme de Projeção, Alarme de Percentual de Mudança e Alarme Estatístic

Envoltória do Espectro, Bandas Espectrais,

.3. Comparação do Espectro de Referência

Os registros de medição devem incluir uma leitura de referência, reconhecidamente boa. O valor

de referência pode ser adquirido após uma revisão da máquina ou quando outros indicadores mostrarem

que a máquina está trabalhando em boas condições.

são comparadas com as medições de referência para determinar as

se uma comparação do espectro de referência de um redutor do sistema de

elevação secundário de uma ponte rolante.

Figura 47 - Comparação do Espectro de Referência.

4. Comparação com Outras Máquinas

Quando várias máquinas idênticas são utilizadas sob as mesmas condições de operação, pode

realizar uma avaliação através da comparação das amplitudes a partir das leituras obtidas nos mesmos

locais e na mesma direção em cada máquina.

7.5.2.2. Tipos de Alarmes de Vibração

Os métodos e as configurações de alarme devem ser coerentes para detectar eventos importantes

e também os eventos transitórios normais de operação. Os tipos mais utilizados de alarmes são o de Nível

Global de Vibração (Alarme de Projeção, Alarme de Percentual de Mudança e Alarme Estatístic

Envoltória do Espectro, Bandas Espectrais, e Alarmes de fases.

62

Os registros de medição devem incluir uma leitura de referência, reconhecidamente boa. O valor

s uma revisão da máquina ou quando outros indicadores mostrarem

são comparadas com as medições de referência para determinar as

ração do espectro de referência de um redutor do sistema de

mesmas condições de operação, pode-se

realizar uma avaliação através da comparação das amplitudes a partir das leituras obtidas nos mesmos

larme devem ser coerentes para detectar eventos importantes

e também os eventos transitórios normais de operação. Os tipos mais utilizados de alarmes são o de Nível

Global de Vibração (Alarme de Projeção, Alarme de Percentual de Mudança e Alarme Estatístico),

Page 63: Monografia - Michel

À medida que um programa bem sucedido de manutenção preditiva amadurece, desenvolvem

mais técnicas de classificação sistemática e configurações de alarme, que indicarão eventos mecânicos

específicos de interesse.

7.5.2.2.1. Parâmetro de Nível Global de Vibração

O Nível Global de Vibração inclui uma combinação de todos os sinais de vibração dentro de uma

faixa da freqüência avaliada. Essa técnica não inclui os sinais de vibração que

freqüência e produz um valor numérico referente à amplitude de vibração correspondente à faixa de

freqüência avaliada.

Muitos instrumentos portáteis, com banda de freqüência de monitoramento fixa, medem a

velocidade em uma faixa de freqüência de 10Hz a 1 kHz. Isto porque essa faixa é considerada a melhor para

uma avaliação envolvendo problemas com componentes rotativos e com a estrutura da máquina. Dentre

estes problemas destacam-se: desbalanceamento, desalinhamento, folga mecâni

componentes.

Normalmente, os níveis de alerta são difíceis de serem determinados quando um novo banco de

dados é configurado por causa das variações nas características da máquina, sua instalação, carga entre

outras características. Portanto, geralmente escolhe

de falhas da máquina, e orientações aplicadas às classificações específicas de máquinas.

É desejável especificar um parâmetro de alarme suficientemente alto para torna

alarmes inadequados. Deve-se, também, ser conservador o suficiente para não ignorar nenhuma

deterioração crítica na condição da máquina.

Deve-se ter cuidado ao usar o nível global de vibração. Isto porque a velocidade da máquina pode

afetar adversamente os valores de aceleração, velocidade e deslocamento.

O Alarme de Projeção pode ser configurado por exceção se um valor global projetado cruzar os

pontos de alarme global das medições em um período de tempo específico.

histórico de vibração global de um rolamento, , que possui dois níveis de alarme. A linha amarela refere

ao Alerta e a linha vermelha ao Perigo

Figura 48 - Alarme de Projeção de um rolamento: Perigo Ato 0,6 e Alerta Alto 0,4.

À medida que um programa bem sucedido de manutenção preditiva amadurece, desenvolvem

mais técnicas de classificação sistemática e configurações de alarme, que indicarão eventos mecânicos

1. Parâmetro de Nível Global de Vibração

O Nível Global de Vibração inclui uma combinação de todos os sinais de vibração dentro de uma

faixa da freqüência avaliada. Essa técnica não inclui os sinais de vibração que estejam fora da faixa dessa

freqüência e produz um valor numérico referente à amplitude de vibração correspondente à faixa de

Muitos instrumentos portáteis, com banda de freqüência de monitoramento fixa, medem a

de freqüência de 10Hz a 1 kHz. Isto porque essa faixa é considerada a melhor para

uma avaliação envolvendo problemas com componentes rotativos e com a estrutura da máquina. Dentre

se: desbalanceamento, desalinhamento, folga mecânica e tensão aplicada aos

Normalmente, os níveis de alerta são difíceis de serem determinados quando um novo banco de

dados é configurado por causa das variações nas características da máquina, sua instalação, carga entre

. Portanto, geralmente escolhe-se utilizar das orientações industriais, como o histórico

de falhas da máquina, e orientações aplicadas às classificações específicas de máquinas.

É desejável especificar um parâmetro de alarme suficientemente alto para torna

se, também, ser conservador o suficiente para não ignorar nenhuma

deterioração crítica na condição da máquina.

se ter cuidado ao usar o nível global de vibração. Isto porque a velocidade da máquina pode

adversamente os valores de aceleração, velocidade e deslocamento.

pode ser configurado por exceção se um valor global projetado cruzar os

pontos de alarme global das medições em um período de tempo específico. Na Figura 48

histórico de vibração global de um rolamento, , que possui dois níveis de alarme. A linha amarela refere

Perigo.

Alarme de Projeção de um rolamento: Perigo Ato 0,6 e Alerta Alto 0,4.

63

À medida que um programa bem sucedido de manutenção preditiva amadurece, desenvolvem-se

mais técnicas de classificação sistemática e configurações de alarme, que indicarão eventos mecânicos

O Nível Global de Vibração inclui uma combinação de todos os sinais de vibração dentro de uma

estejam fora da faixa dessa

freqüência e produz um valor numérico referente à amplitude de vibração correspondente à faixa de

Muitos instrumentos portáteis, com banda de freqüência de monitoramento fixa, medem a

de freqüência de 10Hz a 1 kHz. Isto porque essa faixa é considerada a melhor para

uma avaliação envolvendo problemas com componentes rotativos e com a estrutura da máquina. Dentre

ca e tensão aplicada aos

Normalmente, os níveis de alerta são difíceis de serem determinados quando um novo banco de

dados é configurado por causa das variações nas características da máquina, sua instalação, carga entre

se utilizar das orientações industriais, como o histórico

de falhas da máquina, e orientações aplicadas às classificações específicas de máquinas.

É desejável especificar um parâmetro de alarme suficientemente alto para tornar mínimos os

se, também, ser conservador o suficiente para não ignorar nenhuma

se ter cuidado ao usar o nível global de vibração. Isto porque a velocidade da máquina pode

pode ser configurado por exceção se um valor global projetado cruzar os

Na Figura 48, tem-se o

histórico de vibração global de um rolamento, , que possui dois níveis de alarme. A linha amarela refere-se

Alarme de Projeção de um rolamento: Perigo Ato 0,6 e Alerta Alto 0,4.

Page 64: Monografia - Michel

O Alarme Estatístico é referente a uma faixa específica de valores globais recentes em uma

medição (uma amostra). A média é calculada junto com o desvio padrão observado a partir da média. O

valor de desvio padrão é multiplicado em um número específico de 3 vezes. A soma do v

valor de desvio padrão multiplicado é considerado o ponto de alarme estatístico. Se o valor global atual

ultrapassar tal limite a medição é considerada como uma exceção.

O Alarme de Mudança Percentual

configurado por exceção se a porcentagem da alteração entre os dois últimos valores globais da medição

excederem uma porcentagem específica, ou se o valor geral mais recente exceder a porcentagem

especificada de um valor de escala da medição.

As medições que estiverem fora das definições especificadas resultarão numa condição de alarme.

7.5.2.2.2. Envoltória do Espectro

Outro método de verificação é a Envoltória do Espectro.

representativo é identificado e uma

49, tem-se a envoltória de um espectro com falha em rolamento. É possível notar o espectro ultrapassando

o limite de alerta na região da freqüência central de ressonância.

Figura 49

A envoltória dará margem a uma pequena oscilação da porcentagem de freqüência, tendo em vista

as variações da velocidade e carga e de um aumento da amplitude presente.

determinada envoltória que permita uma

é referente a uma faixa específica de valores globais recentes em uma

medição (uma amostra). A média é calculada junto com o desvio padrão observado a partir da média. O

valor de desvio padrão é multiplicado em um número específico de 3 vezes. A soma do v

valor de desvio padrão multiplicado é considerado o ponto de alarme estatístico. Se o valor global atual

ultrapassar tal limite a medição é considerada como uma exceção.

Alarme de Mudança Percentual é um alarme de alteração de porcentag

configurado por exceção se a porcentagem da alteração entre os dois últimos valores globais da medição

excederem uma porcentagem específica, ou se o valor geral mais recente exceder a porcentagem

especificada de um valor de escala da medição.

As medições que estiverem fora das definições especificadas resultarão numa condição de alarme.

Outro método de verificação é a Envoltória do Espectro. Nesse método, um espectro

representativo é identificado e uma envoltória é ajustada à forma do espectro e é anexado a ele. Na Figura

se a envoltória de um espectro com falha em rolamento. É possível notar o espectro ultrapassando

o limite de alerta na região da freqüência central de ressonância.

Figura 49 - Envoltória de um Espectro

A envoltória dará margem a uma pequena oscilação da porcentagem de freqüência, tendo em vista

as variações da velocidade e carga e de um aumento da amplitude presente. Um exemplo seria uma

determinada envoltória que permita uma variação de 5% na freqüência e um ganho de 3% na amplitude de

64

é referente a uma faixa específica de valores globais recentes em uma

medição (uma amostra). A média é calculada junto com o desvio padrão observado a partir da média. O

valor de desvio padrão é multiplicado em um número específico de 3 vezes. A soma do valor médio mais o

valor de desvio padrão multiplicado é considerado o ponto de alarme estatístico. Se o valor global atual

é um alarme de alteração de porcentagem e pode ser

configurado por exceção se a porcentagem da alteração entre os dois últimos valores globais da medição

excederem uma porcentagem específica, ou se o valor geral mais recente exceder a porcentagem

As medições que estiverem fora das definições especificadas resultarão numa condição de alarme.

Nesse método, um espectro

envoltória é ajustada à forma do espectro e é anexado a ele. Na Figura

se a envoltória de um espectro com falha em rolamento. É possível notar o espectro ultrapassando

A envoltória dará margem a uma pequena oscilação da porcentagem de freqüência, tendo em vista

Um exemplo seria uma

variação de 5% na freqüência e um ganho de 3% na amplitude de

Page 65: Monografia - Michel

uma freqüência discreta antes que um componente do espectro apanhe a envoltória estabelecida e uma

condição de alerta seja impressa. Esse método, em particular, necessita de um bom histórico de

máquina e experiência do operador.

medição de pontos com um mínimo emprego de tempo e esforço.

7.5.2.2.3. Bandas do Espectro

A análise das bandas do espectro é utilizada em apli

qualidade ou condições de monitoramento de máquinas de velocidade variável. Os alarmes das bandas do

espectro permitem o isolamento de freqüências específicas, assim como no espectro da Figura 50 de uma

bomba centrífuga, para a detecção de falhas esperadas. Cada linha se refere a um Perigo de Pico e Global e

a um Alerta de Pico e Global.

Figura 50 - Isolamento de Freqüências através de Alarmes das Bandas do Espectro.

Os dois tipos de bandas de alarme do espectro são

Os Limites Absolutos permitem a especificação da amplitude máxima permitida para qualquer pico

em cada uma das bandas designadas, se qualquer pico for igual ou ultrapa

alarme.

As Bandas de Energia calculam a energia total produzida por todos os picos em uma banda,

utilizando da mesma base de cálculo utilizada para o cálculo do nível geral de vibração de um espectro.

Essa técnica tem sido testada e comprovada por muitos anos no mundo inteiro. Uma planta sem

nenhuma experiência prévia pode estabelecer alarmes de bandas antes da realização de medições de

referência e, dessa forma, implementar um programa de vibração com o mínimo de inform

das máquinas.

uma freqüência discreta antes que um componente do espectro apanhe a envoltória estabelecida e uma

Esse método, em particular, necessita de um bom histórico de

máquina e experiência do operador. Esse método de configuração de alarme é facilmente designado para a

medição de pontos com um mínimo emprego de tempo e esforço.

A análise das bandas do espectro é utilizada em aplicações tais como inspeções de garantia da

qualidade ou condições de monitoramento de máquinas de velocidade variável. Os alarmes das bandas do

espectro permitem o isolamento de freqüências específicas, assim como no espectro da Figura 50 de uma

ífuga, para a detecção de falhas esperadas. Cada linha se refere a um Perigo de Pico e Global e

Isolamento de Freqüências através de Alarmes das Bandas do Espectro.

Os dois tipos de bandas de alarme do espectro são Limites Absolutos e Bandas de Energia.

permitem a especificação da amplitude máxima permitida para qualquer pico

em cada uma das bandas designadas, se qualquer pico for igual ou ultrapassar tais limites, a banda soará o

alculam a energia total produzida por todos os picos em uma banda,

utilizando da mesma base de cálculo utilizada para o cálculo do nível geral de vibração de um espectro.

do testada e comprovada por muitos anos no mundo inteiro. Uma planta sem

nenhuma experiência prévia pode estabelecer alarmes de bandas antes da realização de medições de

referência e, dessa forma, implementar um programa de vibração com o mínimo de inform

65

uma freqüência discreta antes que um componente do espectro apanhe a envoltória estabelecida e uma

Esse método, em particular, necessita de um bom histórico de falha da

Esse método de configuração de alarme é facilmente designado para a

cações tais como inspeções de garantia da

qualidade ou condições de monitoramento de máquinas de velocidade variável. Os alarmes das bandas do

espectro permitem o isolamento de freqüências específicas, assim como no espectro da Figura 50 de uma

ífuga, para a detecção de falhas esperadas. Cada linha se refere a um Perigo de Pico e Global e

Isolamento de Freqüências através de Alarmes das Bandas do Espectro.

Bandas de Energia.

permitem a especificação da amplitude máxima permitida para qualquer pico

ssar tais limites, a banda soará o

alculam a energia total produzida por todos os picos em uma banda,

utilizando da mesma base de cálculo utilizada para o cálculo do nível geral de vibração de um espectro.

do testada e comprovada por muitos anos no mundo inteiro. Uma planta sem

nenhuma experiência prévia pode estabelecer alarmes de bandas antes da realização de medições de

referência e, dessa forma, implementar um programa de vibração com o mínimo de informações históricas

Page 66: Monografia - Michel

7.5.2.2.4. Alarmes de Fase

Esse método de alarme é aplicado por um conjunto circular de aceitação em proporção com a

variação de fase máxima permitida.

Na medida em que o vetor de operação, exemplificado pela seta

dentro do círculo de aceitação (ou coordenadas polares) a mudança a partir da referência fica dentro dos

limites de tolerância. Um vetor que fique fora desse círculo, limitado na figura pela linha vermelha, é

relatado como uma violação que exige análise detalhada.

Figura 51 - Conjunto Circular de Aceitação para Alarmes de Fase.

Os alarmes de fase são utilizados principalmente em grandes máquinas críticas, tais como

geradores de turbinas e bombas de líquidos arrefecedores de r

Desbalanceamento de rotores, devido a fragmentação das pás e eixos trincados ou desgastados,

são exemplos de defeitos que alteram o diagnóstico do rotor. Dependendo da relação angular com o

desbalanceamento residual, esses e outros defeitos podem

global e de freqüência de operação.

7.6. Análise e Ação Proativa

Nenhum trabalho de preditiva

do problema que causa as vibrações

comparada à correção do problema.

Esse método de alarme é aplicado por um conjunto circular de aceitação em proporção com a

variação de fase máxima permitida.

Na medida em que o vetor de operação, exemplificado pela seta azul na Figura 51, permanece

dentro do círculo de aceitação (ou coordenadas polares) a mudança a partir da referência fica dentro dos

limites de tolerância. Um vetor que fique fora desse círculo, limitado na figura pela linha vermelha, é

violação que exige análise detalhada.

Conjunto Circular de Aceitação para Alarmes de Fase.

Os alarmes de fase são utilizados principalmente em grandes máquinas críticas, tais como

geradores de turbinas e bombas de líquidos arrefecedores de reatores.

Desbalanceamento de rotores, devido a fragmentação das pás e eixos trincados ou desgastados,

são exemplos de defeitos que alteram o diagnóstico do rotor. Dependendo da relação angular com o

desbalanceamento residual, esses e outros defeitos podem produzir uma redução enganosa na amplitude

global e de freqüência de operação.

preditiva é completo sem que se chegue a uma solução viável. Achar a origem

do problema que causa as vibrações e/ou temperaturas excessivas é geralmente uma tarefa fácil quando

comparada à correção do problema.

66

Esse método de alarme é aplicado por um conjunto circular de aceitação em proporção com a

azul na Figura 51, permanece

dentro do círculo de aceitação (ou coordenadas polares) a mudança a partir da referência fica dentro dos

limites de tolerância. Um vetor que fique fora desse círculo, limitado na figura pela linha vermelha, é

Conjunto Circular de Aceitação para Alarmes de Fase.

Os alarmes de fase são utilizados principalmente em grandes máquinas críticas, tais como

Desbalanceamento de rotores, devido a fragmentação das pás e eixos trincados ou desgastados,

são exemplos de defeitos que alteram o diagnóstico do rotor. Dependendo da relação angular com o

produzir uma redução enganosa na amplitude

é completo sem que se chegue a uma solução viável. Achar a origem

excessivas é geralmente uma tarefa fácil quando

Page 67: Monografia - Michel

67

No caso da análise de vibrações, se o problema for de desbalanceamento ou de desalinhamento, a

solução é alcançada de modo relativamente simples. Porém, quando o assunto é ressonância, vibrações

induzidas pela vazão, problemas de natureza elétrica e problemas atípicos com rolamentos, a correção

visando à eliminação ou o controle do problema, pode exigir ações proativas.

Já para a termografia, quando da ocorrência de diferença de temperatura acompanhada de

desgaste ou alteração das características físicas do componente a solução é trivial com a troca do

componente. Porém em casos de pequenas alterações na temperatura ou em que não sejam evidentes

alterações no circuito é necessário uma investigação mais apurada e até uma análise de tendência.

O controle é um conceito importante quando se trata de preditiva. Independentemente de quão

bem esteja balanceado, qualquer rotor ainda conterá um pequeno valor de desbalanceamento residual.

Também não existe alinhamento perfeito de eixo. A correção para isso significa reduzir as forças que

causam desbalanceamento e desalinhamento de modo a fazer com que os níveis de vibração sejam

mantidos abaixo dos índices aceitáveis.

Por outro lado, vibrações de uma bomba ou de um sistema de tubulação causadas por recirculação

podem ser completamente eliminadas quando o fluxo da bomba é corrigido por meio de alterações no

processo, melhorias no projeto da tubulação ou modificações no rotor da bomba.

Um rolamento com falha em uma das pistas produz um padrão único de vibrações. A

recomendação de simplesmente substituir o rolamento não corrigirá a origem da falha do rolamento. O

conceito da correção envolve mais do que “encontrar e substituir”. A correção deve ser um processo

verdadeiramente proativo.

Um programa de sucesso tem que ser consistente. Quando for selecionado um método mais

adequado para uma aplicação específica, deve-se considerar fatores como a experiência do operador e seu

cansaço potencial durante longas sessões de coleta de dados.

Um programa proativo compreende a combinação dos seguintes elementos:

� Detecção de níveis de vibração que podem causar danos;

� Diagnóstico da provável falha ou da origem dos altos níveis de vibração e temperatura;

� Análise das máquinas para confirmação do diagnóstico;

� Determinação de medidas corretivas;

� Verificação das correções;

� Recomendações de atividades proativas.

É importante que o mantenedor possua uma compreensão básica dos princípios da vibração e da

termodinâmica, e que entenda a relação de causa e efeito entre as boas práticas de manutenção e uma

máquina que opera suavemente. É interessante observar alterações bruscas no comportamento da

locomotiva, as quais poderiam ser uma indicação de que algum problema está se desenvolvendo.

É recomendável a presença de um técnico de manutenção para registrar as leituras quando uma

máquina nova ou que passou por um overhaul recente inicia seu trabalho.

Page 68: Monografia - Michel

Trabalhando em conjunto, o

necessárias ou a existência de uma situação que justifique

Caso os níveis de vibração ou de temperatura

de segurança, deve-se chamar um especialista

máquina pode retornar à sua produção.

Essa abordagem permite obter informações de retorno imediatas sobre a qualidade das

locomotivas ou a necessidade de reparos, além de incentivar a utilização de “melhores práticas” de

manutenção.

7.7. Sistematização do processo

Na MRS é utilizado o ERP CMRO Oracle, portanto para integrar as técnicas de preditiva no processo

de manutenção é de suma importância que o controle deva ser realizado via sistema informatizado de

manutenção.

Optou-se por desenvolver dois planos de coleta, um para a termografia e um para a análise de

vibrações. Esses planos de coleta são necessários para o acompanhamento da

das vibrações dos componentes monitorados.

Além do plano de coleta, de modo a garantir a execução dos serviços foram confeccionadas

exigências de manutenção as quais são anexadas na visita da locomotiva para gerarem uma ordem de

serviço para a realização dos trabalhos de preditiva.

Quando detectada uma anomalia é criada uma não

atividades corretivas planejadas em decorrência aos serviços de termografia e análise de vibrações.

Todos esses pontos são utilizados nos controles de execução e no acompanhamento dos

indicadores da preditiva. Além de permitirem uma retroalimentação às características e sistemáticas do

sistema.

7.7.1. Fluxograma de realização dos serviços de preditiva

Na figura 52, tem-se o fluxograma de realização dos serviços de análise de vibrações e termografia.

Figura 52 - Fluxograma de execução dos serviços de preditiva.

Trabalhando em conjunto, o técnico e o mantenedor podem determinar quaisquer ações corretivas

necessárias ou a existência de uma situação que justifique o aumento da indisponibilidade do ativo.

ou de temperatura de uma locomotiva estiverem excedendo os limites

especialista para realizar uma análise mais abrangente, caso contrário a

máquina pode retornar à sua produção.

Essa abordagem permite obter informações de retorno imediatas sobre a qualidade das

ou a necessidade de reparos, além de incentivar a utilização de “melhores práticas” de

Na MRS é utilizado o ERP CMRO Oracle, portanto para integrar as técnicas de preditiva no processo

importância que o controle deva ser realizado via sistema informatizado de

se por desenvolver dois planos de coleta, um para a termografia e um para a análise de

vibrações. Esses planos de coleta são necessários para o acompanhamento da tendência da temperatura e

das vibrações dos componentes monitorados.

Além do plano de coleta, de modo a garantir a execução dos serviços foram confeccionadas

exigências de manutenção as quais são anexadas na visita da locomotiva para gerarem uma ordem de

serviço para a realização dos trabalhos de preditiva.

Quando detectada uma anomalia é criada uma não-rotina, de modo a manter o registro de

atividades corretivas planejadas em decorrência aos serviços de termografia e análise de vibrações.

ontos são utilizados nos controles de execução e no acompanhamento dos

indicadores da preditiva. Além de permitirem uma retroalimentação às características e sistemáticas do

.1. Fluxograma de realização dos serviços de preditiva

se o fluxograma de realização dos serviços de análise de vibrações e termografia.

Fluxograma de execução dos serviços de preditiva.

68

podem determinar quaisquer ações corretivas

o aumento da indisponibilidade do ativo.

estiverem excedendo os limites

para realizar uma análise mais abrangente, caso contrário a

Essa abordagem permite obter informações de retorno imediatas sobre a qualidade das

ou a necessidade de reparos, além de incentivar a utilização de “melhores práticas” de

Na MRS é utilizado o ERP CMRO Oracle, portanto para integrar as técnicas de preditiva no processo

importância que o controle deva ser realizado via sistema informatizado de

se por desenvolver dois planos de coleta, um para a termografia e um para a análise de

tendência da temperatura e

Além do plano de coleta, de modo a garantir a execução dos serviços foram confeccionadas

exigências de manutenção as quais são anexadas na visita da locomotiva para gerarem uma ordem de

rotina, de modo a manter o registro de

atividades corretivas planejadas em decorrência aos serviços de termografia e análise de vibrações.

ontos são utilizados nos controles de execução e no acompanhamento dos

indicadores da preditiva. Além de permitirem uma retroalimentação às características e sistemáticas do

se o fluxograma de realização dos serviços de análise de vibrações e termografia.

Fluxograma de execução dos serviços de preditiva.

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8. Considerações Finais

A estratégia proposta nesse trabalho foi aprovada no plano diretor da manutenção como projeto

piloto. Sendo que em janeiro de 2012 foram iniciados os serviços na oficina de locomotivas do P1-07 em

Jeceaba/MG na forma de um projeto piloto.

Foram adquiridos uma câmera termográfica FLIR T300, um coletor/analisador de vibrações SKF

Microlog GX e um microcomputador para utilização do software SKF @ptitude Analyst.

Confeccionaram-se os procedimentos e formulários necessários à normatização do processo de

coleta de dados e controle da execução. Foi realizada a capacitação dos técnicos/mantenedores no

processo de coleta, num total de oito mantenedores e quatro técnicos se tornando a base do serviço de

preditiva.

Definiu-se os parâmetros (análise de tendência) para a análise de vibrações e determinou-se que

utilizaremos a termografia qualitativa até termos um banco de dados de temperatura sólido. Como forma

de validar os parâmetros foi realizado benchmarking na Vale (EFC).

No cenário atual 100% dos colaboradores que executam o serviço de termografia estão

capacitados, é utilizado método de análise comparativa (descrito no procedimento de manutenção).

Em 2012, foram realizadas 108 intervenções corretivas planejadas na oficina do P1-07 em

conseqüência ao serviço de análise termográfica. No total, o serviço de análise termográfica foi realizado

em 524 visitas.

No caso da análise de vibrações, o serviço foi realizado em 132 visitas, e em consequência do

monitoramento foram realizadas 19 intervenções corretivas planejadas, porém o resultado ainda não foi

totalmente mensurado já que a técnica empregada é de análise de tendência.

Até a data de 20 de maio de 2012, a termografia conseguiu impactar positivamente na

confiabilidade das locomotivas, contribuindo com um ganho de 6,87 % no KMED em 2012, nas tabelas 11 a

14 tem-se o resultado estratificado por subsistemas monitorados.

Tabela 11 - Impacto na confiabilidade do subsistema Alternador.

ALTERNADOR DE TRAÇÃO Ano Redução

de Falhas 2011 2012

Jan 11 5 55%

Fev 14 8 43%

Mar 4 3 25%

Abr 9 1 89%

Mai 5 2 60%

Total 43 19 56%

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70

Tabela 12 - Impacto na confiabilidade do subsistema Cabos de Alta Tensão.

CABOS DE ALTA TENSÃO Ano Redução

de Falhas 2011 2012

Jan 2 1 50%

Fev 1 6 -500%

Mar 2 3 -50%

Abr 4 0 100%

Mai 6 3 50%

Total 15 13 13%

Tabela 13 - Impacto na confiabilidade do subsistema Equipamentos de Controle de Alta Tensão.

EQUIPAMENTOS DE CONTROLE AT

Ano Redução de Falhas 2011 2012

Jan 13 8 38%

Fev 13 9 31%

Mar 9 7 22%

Abr 11 3 73%

Mai 4 8 -100%

Total 50 35 30%

Tabela 14 - Impacto na confiabilidade do subsistema Equipamentos de Controle de Baixa Tensão.

EQUIPAMENTOS DE CONTROLE BT

Ano Redução de Falhas 2011 2012

Jan 62 55 11%

Fev 61 41 33%

Mar 39 41 -5%

Abr 51 33 35%

Mai 45 23 49%

Total 258 193 25%

Comprovados os ganhos também com o uso da análise de vibrações pretende-se expandir o uso

dessas tecnologias nos demais sites de manutenção de locomotivas da MRS Logística.

Mesmo que parciais e apenas para a termografia, os resultados mostram a partir de um caso real, a

capacidade e viabilidade do emprego de técnicas de monitoramento de condição como ferramenta

bastante eficaz para o ganho na confiabilidade das locomotivas MRS.

Page 71: Monografia - Michel

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9. Referências Bibliográficas

Bezerra, L. A., Silva, R. N. T., Guerrero, J. R. H., Magnani, F. S., Estudo Da Influência De Parâmetros Na

Medição Por Termografia, IV Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, Recife-PE, 2006.

Borba, J. L., Mecânica de Locomotivas. Apostila PUC-Vale. 2008.

Brina, H. L., Estradas de Ferro. Editora UFMG. 1988.

Brito, J. N. Desenvolvimento de um sistema inteligente híbrido para diagnóstico de falhas em motores de

indução trifásicos. Campinas: Universidade Estadual de Campinas, 2002. Tese (Doutorado).

COMITTI, A., Por que Investir em Manutenção Preditiva, Revista Mecatrônica Atual - nº 16. 2004.

Flir Systems, 2004, Técnicas de Medição Termográfica, FLIR Systems InfraCamTM Manual do operador, pp.

63-67.

Kardec, A., Nascif, J., Manutenção Função Estratégica. Editora Qualitymark. 2000.

Santiago, D. F. A., Diagnóstico de Falhas em Máquinas Rotativas Utilizando Transformada de Wavelet e

Redes Neurais Artificiais, Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de

Campinas, 2003. Tese (Doutorado).

Seixas, E. S., Confiabilidade Aplicada na Manutenção. Rio de Janeiro, 2002.

Trindade Silva, M. P., Diagnóstico de Defeitos em Bombas Centrífugas através da Análise de Vibração e

Redes Neurais Artificiais, VI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, Salvador-BA, 2008.