UTILIZANDO SISTEMAS ESPECIALISTAS NA...
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#a PREDITIVA EM TURBOMAQIJSNBS UTILIZANDO 618Tm ESpLCIfXIsTA NA QNALISE DE VIBRAC#Q Jose Carlos Faustini de Rezende TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORBENA~&~ DOS PROGRAMM DE PÓS-GRADUAWO DE ENGENHARI A DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RI O DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUIGITOS NECESSdRIOÇ PARA OBTENG#O DO GRAU DE MESTRE EM CIENCIAS EM ENGENHARIA QCEBNICA . Aprovada par: Praf . Antonio Almeida Pinho, D.6c. Praf. &uglas ~duavdo Zarnpieri, Dr. Ins Rio de Janeiro, RJ - BRASIL. MAIO DE 1991
Transcript of UTILIZANDO SISTEMAS ESPECIALISTAS NA...
#a PREDITIVA EM TURBOMAQIJSNBS UTILIZANDO 618Tm
ESpLCIfXIsTA NA QNALISE DE VIBRAC#Q
Jose Carlos F a u s t i n i de Rezende
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORBENA~&~ DOS PROGRAMM
DE PÓS-GRADUAWO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO
DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUIGITOS NECESSdRIOÇ PARA
OBTENG#O DO GRAU DE MESTRE EM CIENCIAS EM ENGENHARIA
QCEBNICA .
Aprovada par:
Praf . Antonio A lmeida P i n h o , D.6c.
P r a f . &uglas ~ d u a v d o Zarnpieri, Dr. I n s
R i o de J a n e i r o , R J - BRASIL.
MAIO DE 1991
REZENDE, JOSE CARLOS FRUSTINI DE
MANUTENGZO PREDITIVA EM TURBOMÁQUINAS
UTILIZANDO SISTEMAS ESPECIALISTAS NA ANÁLISE
DE VIBRAGZO. CRio de Janeiro3 1991
VI, 117 P . 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.SC.
Engenharia Oceânica, 1991)
Tese - Universidade Federal dp Rio de Janeiro,
COPPE .
1 . vibração de Máquinas I . COPPE/UFHJ L I
Título (série).
h Minha esposa Cristina;
meu filho Thiago;
minha mãe, Aleida
e a meu pai, Fábio
Agradecimentos
Aos meus pais pela educação que me permitiu atingir
este objetivo.
h minha esposa Cristina, pelo apoio e compreensão
no desenvolvimento deste trabalho.
Ao meu orientador, Professor Tiago, por sua
orientação e por ter viabilizado esta tese.
Ao professor Pinho, por sua orientação na parte de
Inteligência Artificial e a contribui~ão de sua notas de aula
no texto deste trabalho.
k PETROBRdS, por ter possibilitado o
desenvolvimento do mestrado.
Aos engenheiros Rogério e Guilherme da PETROBRdS,
por suas contribui~ões no desenvolvimento desta tese.
Ao pessoal do Laboratório de Estruturas Navais,
pelo apoio no desenvolvimento deste trabalho.
h COPPE, pelo excelente nível dos cursos e
professores nos programas de Engenharia Oceânica, Engenharia
de Sistemas e Engenharia Civil, propiciando aos alunos o
contato e s desenvolvimento de novas tecnologias.
RESUMO DA TESE APRESENTADA h COPPE/UFRJ COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSdRIOS PARA OBTENfãO UO GRAU DE MESTRE EM
CIÊNCIAÇ ( M . âc.)
MQNUTENE#O PREDITIVA EM TURBOMdQUINAS UTILIZANDO SISTEMQ
ESPECIALISTA NQ ANdLIÇE DE VIBRAC8O
Jose Carlos Faustini de Rezende
Maia, 1991
Orientadores: Prof. Tiago Alberto Piedras Lopes
Prof. Antonio de Almeida Pinho
Programa: Engenharia Oceânica
A Manutenção Preditiva baseada em análise de
vibra~ão, que tem se revelado uma eficiente ferramenta na
otimização dos cuít.os de manutenção de turbomásuinas,
apresenta agora a perspectiva de significativo
desenvolvimento com a incorporação de tecni cas de
Inteligencia Artificial, marcadamente 05 Sistemas
Especiali-z,tas.
Este trabalho apresenta as técnicas envolvidas no
desenvolvimento de um sistema de manutenção preditiva, os
benefícios esperados da sua utilizacão e descreve um exemplo
de sistema em uso.
A segunda parte da tese faz uma introdução às
técnicas de Inteligencia Artificial e Sistemas Especialistas,
bem como apresenta um sistema protótipo para diagnose de
problemas de vibra~ão em turbomáquinas.
ABSTRACT OF THESIS PRESENTED TO COPPE/UFRJ AS PARCIAL
FULFILLMENT OF REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF MASTER OF
SCIENCE ( M . Çc.)
TURBOMECHINERY PREDICTIVE MANTENANCE UÇING EXPERT SYSTEM ON
VIBRATION ANALYSIS
Jose Carlos Faustini de Rezende
May, 1991
Thesis Supervisar: Pi-of. Tiago fllbeito Piedras Lapes
Prof. Antonio de Almeida Pinho
Department: Ocean Engineering
Predictive Maintenance based an vibration analysis,
has demonstred to be a valuable and pawerfull to01 in ordrr
to optimize turbomachinery maintenance costs. Beçides, it is
expected to have an outstanding development through the
inclusion of Artificial Intelligency techniques, notably the
Expert Systems.
This thesis presents the tools used tu develop a
Predictive Maintenance System, the benefits e~pected from its
utilization and describes the application of a actual system
currently being used.
lhe second part introduces the Artificial
Intelligence and Expert Syçtems, as well as a prototype model
employed to diagnose vibration problems in turbomachinery.
.I .
i n d i ce
C a p í t u l o I . ~ n t r o d u ~ ã o
1.1 H i s t ó r i c o d a m a n u t e n ~ ã o d a s G r a n d e s Máquinas
d e B a c i a d e Campos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1 . 2 T i p o s de M a n u t e n ~ ã e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0
1 . 2 . 1 Manutencão C o r r e t i v a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 0
1 . 2 . 2 M a n u t e n ç ã o P r e v e n t i v a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i1
1 . 2 . 3 Manutenção P r e d i t i v a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2
1 . 3 Novas T é c n i c a s d e Manutencão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1 . 4 B r e v e Resumo d o s C a p i t u l a s d e s t a T e s e . . . . . . . . . . . . . . 1 4
Capitulo I I . 4spertos da Manutencão Preditiva
2 . 1 F a t a ç q u e Geraram a C r i a ç ã o d a Manutenção P r e d i t i v a . 16
2 . 2 B e n e S í c i o s d a Manutencão P r e d i t i v a . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
. . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 2 . 1 Menores C u s t o s d e M a n u t e n ~ ã o 1B
2 . 2 . 2 Menos Falhas de E q u i p a m e n t o s . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 . 2 . 3 Tempos d e R e p a r a Menores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9
2 . 2 . 4 Menor D i s p E n d i o com S o b r e s s a l e n t e s . . . . . . . . . . . 19
2 . 2 . 5 M a i o r V i d a Ú t i l d a s M á q u i n a s . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 . 2 . 6 Aumento d e P r o d u c ã o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 . 2 . 6 I n c r e m e n t o d o s N í v e i s d e S e g u r a n c a . . . . . . . . . . . 20
2 . 2 . 7 Verifica~ão das Condicões de Equipam~ntos
Novos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Técnicas de Manutencão Preditiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.1 Monitora~ão de Vibração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
. . . . . . 2.3.1.1 Acompanhamento do Valor Global 22
2.3.1.2 Acompanhamento de Frequências
Significãtivaç . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 . 3 . 1 . 3 Análise por Assinatura de Vibração . . 25
2.3.2 Análise de Óleos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2.1 Viscosidade 27
2.3.2.2 Ponto de Fulgor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.2.3 Índice de Acidez Total e
Índice de Basicidade Total . . . . . . . . . . 27
2.3.2.4 Agua por Destila~~o . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.2.5 Corrosividade ao Cobre . . . . . . . . . . . . . . 28
2 . 3 . 2 . 6 Presenca de Metais . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 . 3 . 2 . 7 Ferrografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Análise de Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 . 3 . 4 Análise de Dados Operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.5 Inspe~ão Visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4 Alguns Resultados Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Capitulo I11 . Programa de Manutencão Preditiva Baseado em finalise de Vibração (PMPBAV)
3.1 Fases de Implementação de um PMPBAV . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Avaliacão Técnico-econâmica 31
3.1.2 Treinamento de Pessoal e Aquisicão dos
Equipamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.3 Identifica~ão das Máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.4 Codificacão das Máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.5 Implementação de Programa de Computador para
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gerenciamento dos Dados 36
3.2 Funcionamento de um PMPBAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
. . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Aquisicão e Transmissão de Dados 36
3.2.2 Processamento dos Sinais e Armazenamento dos
Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.3 Gera~ão de Relatórios de Alarme . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.4 Analise dos Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3 O PMPBAV Utilizado pela Petrobrás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.1 Filosofia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.2 O Sof tware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.2.1 Cedificacão de Maquina . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3.2.1 Proceçsamento de Espectros . . . . . . . . . . 42
3.3.2.2 Relatario de Alarmes . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.2.3 Plotagem de Espectros . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.2.4 Histórico de Manuten~ão . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.2.5 Analise Gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.2.6 Analise de Tendências . . . . . . . . . . . . . . . 48
Capítulo IV . Problemas em Turbomáquinas Relacionados com
Vi bracão
4.1 Aspectos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Desicri~ão dos Problemas 51
4.2.1 Desbalanceamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Desalinhamento 53
4.2.3 Instabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.3.1 Oil Whirl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5
4.2.3.2 ai1 Whi p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3.3 Histeretic Whirl 57
4.2.3.4 Instabilidade Induzida pela Selasem . 57
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3.5 Aerodinâmica 58
. . . . . . . . . . . 4.2.3.6 Folga na Topo de Palhetas 58
4.2.4 Roçamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.4.1 Roçamento Leve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4.2 Ho~amento Severo 59
4 . 2 . 4 . 3 Rocamento Tatal (Drv whirl) . . . . . . . . . 60
4 . 2 . 5 Ressonância . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4 . 2 . 6 Velocidade Crítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4 . 2 . 7 Componentes Frouxos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4 . 2 . 8 Problemas com Engrenagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4 . 2 . 8 . 1 Falta de Excentricidade daç
Engrenagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4 . 2 . 8 . 2 Problema na Operação com Baixa
Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4 . 2 . 8 . 3 DeCeitos de Fabricação ou Desgaste
Anormal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4 . 2 . 9 Problemas Aeradinâmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 . 2 . 9 . 1 Surge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 . 2 . 9 . 2 Rotatins Stall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4 . 2 . 9 . 3 Ressonância Acústica . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4 . 2 . 9 . 3 Frequência de Passagem das Pás . . . . . . 67
4.2.10 Problemas em Equipamentos Elétricos . . . . . . . . . 67
4 . 2 . 1 0 . 1 Rotar Excêntrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4 . 2 . 1 0 . 2 Folgas nas Lâminas do Estator . . . . . . 68
4 . 2 . 1 0 . 3 Rotor Trincado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b8
4 . 2 . 1 0 . 4 Desbalanceamento na Tensão da Rede . . 68
4.2.10.5 Problemas no Estator
. . . . . (superaquecimento, curto. etc) 68
. . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.10.6 Folya no Entreferro 68
Capitulo V . Sistemas Especialistas . Uma introdu~ão
5 . 1 Introdu~ão a Inteligência Artificial . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0
5.1.1 Conceituação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.1.2 Nascimento e Evolução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.1.3 Algumas Definições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.1.3.1 Fatos e Regras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.1.3.2 Poda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . '74
5.1.3.2 Heurística . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.1.3.3 Mecanismo de Inferência . . . . . . . . . . . . . 75
5 . 2 Sistemas Eçpecialistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.2.1 Definição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.2.2.1 Diagnóstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.2.2.2 Interpretacão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.2.2.3 Predi~ão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2.4 Projeto 77
5.2.2.5 Depuração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5 . 2 . 2 . 6 Instrucão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 . 2 . 2 . 7 Controle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 . 2 . 3 Arquitetura de um Siçtema Especialista . . . . . . . 78
5 . 2 . 3 . 1 Base de Conhecimento . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5 . 2 . 3 . 2 Mecanismo de Inferência . . . . . . . . . . . . . 79
5 . 2 . 3 . 3 Interface com o Usuário . . . . . . . . . . . . . 80
5 . 2 . 4 Desenvolvimento de um Sistema Especialista . . . 81
5 . 2 . 4 . 1 O Engenheiro do Conhecimento . . . . . . . . 81
5 . 2 . 4 . 2 Etapas do Desenvolvimento de um SE . . 81
5.3 Sistema Especialista para Diagnóstico de Vibracão . . . 84
5 . 3 . 1 Definicão do Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5 .3 .2 ROMEX: Um Sistema Especialista para
Diagnóstico de Vibra~ão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Capítulo VI . O Programa DIAGMAQ
6 Consideracões Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.2 A Base de Conhecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.3 A Estratégia de Funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6 . 4 R Operação da Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
li1
Capitulo V I 1 . Conclusões e Comentários
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 . 1 Comentários 97
7.2 Conclu56es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . REFERÊNCIAS BIBLIOGRdFICAS 100
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ANEXO i i04
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ANEXO 2 105
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ANEXO 3 106
CAPÍTULO I
INTRODUC~O
1.1 Histórico da Manuten~ão das Grandes Máquinas da Bacia de
Campos
Entende-se como grandes mAquinas, as turbomáquinas
de grande porte, notadamente turbinas a gás, compressores
centrífugos e geradores elétricos. São maquinas de grande
potência, e críticas no processo de produ~ão de petrhieo em
plataformas, uma vez que são responsáveis por toda a geração
de energia, necessária ao funcionamento dos demais
equipamentos, e pela compressão do gás natural produzido,
para que chegue aos pontos consumidoreç, como refinarias e
indústrias.
O início de opera~ão das grandes maquinas da Bacia
de Campos, seguiu-se ao de produção do campo pioneiro de
Garoupa, em 1979, com a aquisição pela PETROBRdS de um
conjunto turbina a gás - compressor centrífugo para
compressão de gás, com potência de 5000 HP e capacidade para
500.000 m3/dia. A segunda unidade, com capacidade semelhante
a primeira, só viria em 1982.
Com CI início de operação das sete plataformas
fixas, a partir de 1984, houve o grande incremento na número
de máquinas, sendo a capacidade atual instalada, a
apresentada na tabela do anexo (1).
Com o descobrimento de novos campos de produção, a
perspectiva e um aumento significativo desta capacidade até
1995, conforme pode ser observado no grá9ico de evolucão
mostrado no anexo (2).
Por se tratarem de tecnologias novas , principalmente no que se referia a turbinas a gás, a
manutenção das grandes máquinas, no inicio de sua opera~ão,
era totalmente dependente da assistência técnica dos
fabricantes. Em função disso, os primeiros anos foram
inteiramente dedicados a absorção desta tecnologia, e os
procedimentos de manutenção utilizados eram os tradicionais
(ver defini~ões no prhximo item).
Somente em 1985, foram possiveis os primeiros
contatos com novas técnicas aplicadas a manuten~ãa, par
intermédio de trabalho de divulgacão feito pelo LEN da COPPE.
A partir dai, numa integraçãa COPPE/PETRORR& que envolvia
contrato de desenvolvimento de tecnologia, passaram a ser
desenvolvidas as ferramentas a serem descritas neste
trabalho. Estas ferramentas estão sendo utilizadas atualmente
pela Região de Produção da Sudeste (RPSE), no aprimoramen.to
das seus procedimentos de manutenção, e encontram-se em fase de implantação em outras unidades da Empresa.
1.2 T ipos de ~anutenção
Com o intuito de se tornarem mais claros os
beneficio5 das técnicas a serem apresentadas aqui, devem ser
entendidas as concepções dos sistemas de manutenção
existentes.
1.2.1 Manutenção Corretiva
A lógica da manutencão corretiva é "rodar ate
quebrar", ou seja, nenhuma providência é tomada até que
acorra uma falha. Este tem sido o procedimento utilizado pela
maior parte das unidades industriais desde a sua implantação,
e a princípio parece razoável. Uma unidade utilizando a
premissa da manutencão corretiva, não tem nenhum dispêndio
com manuten~ão até que ocorra uma falha. Por outro lado, como
não se sabe onde e quando a próxima falha ira ocorrer, a sua
utilizacão acarreta em: (1) necessidade de grande volume de
sobressalentes, ( 2 ) superdimensionamento das equipes de
manutenção e ( 3 ) altos índices de indisponibilidade dos
equipamentos. Análises de custos de manuten~ão, indicam que a
manutenção não programada tem o custo de três vezes a
programada Li.].
1.2.2 Manutencão Preventiva
Os sistemaç de manutencão preventiva tem por
concep~ão, procedimentaç baseados no tempo, ou seja, a
manutenção é realizada em intervalos de tempo pré-
estabelecidos.
PROBABILIDADE DE FALHA EM MAQUINAS x
Tempo
Figura 1.1 Gráfico banheira
Estes intervalos, podem ser estabelecidos tanta em
termos de tempo corrido como de horas de operação da máquina.
O gráfico da figura (1.1)) conhecido como gráfico banheira,
mostra a probabilidade de falha de uma máquina ao longo do
tempo, que facilita o entendimento desta concepcão.
U gráfico da figura (1.9) mostra que, uma maquina
nova ou recém saída de uma manutenção, apresenta uma grande
probabilidade de falha, devido a falhas de projeto ou na
montagem, ou seja, envolve basicamente qualidade. A partir
dai, os valores se situam numa faixa baixa, por um período
razoável. Foi baseado nisso que se estabeleceram as premissas
da manutenção preventiva, ou seja, o período entre
manutençóes, foi estabelecido a partir de critérios
estatisticos. Os parâmetros estatísticos usados são o MTTF
( "Mean-Time-To-Fai lure" ) e o MTBF ( "Mean-Time-Between-
Failure). A principio, a estratégia parece funcionar, mas na
prática esbarra em algumas dificuldades, que são: (1)
problemas na generalização du MTBF, mesmo para máquinas do
mesmo tipo, pois este também depende das condições
operacionais, ( 2 ) a possibilidade de falha antes do tempo
previsto, acarretando na necessidade de manuten~ão corretiva
e (3) a possibilidade de abertura desnecessária de unja
maquina ainda em boas condicões de operação.
1.2.3 Manuten~ão Preditiva
A premissa básica do esquema de manutenção
preditiva é a de que, a monitoração regular de parâmetros que
indicam o estada da máquina, maximiza o intervalo entre
intervencões. O gráfico da figura 1 . 1 , possibilita
visualizar bem esta situação, em que o ideal seria a parada
da máquina na região em que a probabilidadede de falha
começaçse a crescer. O periodo que precede a falha, pede ser
identificado em função de sintomas anormais gerados pelos
componentes desgastados ou em condições de falha. São vários
os parâmetros que podem ser acompanhados para estabelecer o
estado de "saúde" de uma máquina, sendo o mais eficiente
deles a vibração. Como vantagem adicional à possibilidade de
se programar com antecedência a manutenção, está a de
permitir que se identifique, antes da abertura da máquina, o
componente que apresenta problema. Maiores detalhes serão
mostrados no próxime capitulo.
1.3 Novas técnicas de manutencão
O maior conhecimento dos mecanismos reradores da
vibração de máquinas, associado ao desenvolvimento dos
microprocessadores, propiciam cada vez mais a utilização de
procedimentos sofisticados de manutenção. Já são inúmeras as
empresas especializadas na produção de pacotes de manuten~ão
preditiva, cada vez mais elaborados e utilizando instrumentos
com maiores recursos C21 C33 C41. Já e possível, a coleta de
grande quantidade de informações a respeito das cundições das
máquinas, em pequenos aparelhos de tecnogia digital, que
podem ser facilmente conectados a um microcomputador. Estão
disponíveis programas de computador, capazes de gerenciar
informações Úteis à manutenção preditiva, em unidades com
centenas de equipamentos, podendo ser operados por pessoal
técnico não especial i zado, gerando reduções de custos
consideráveis.
A disseminação de técnicas de Inteligência
Artificial, notadamente os Sistemas Especialistas, vem por
complementar a tendência evolutória dos sistemas de
manutenção. No campo dos sistemas para diagnástico de
vibração, já podem ser citados alguns trabalhos relevantes,
como o ROMEX C51, que será alvo de descrição suscinta neste
trabalho, o TURBOMAQ C 6 1 , o Nspectr I1 C 7 1 , o INTELLITECH C81
entre outros.
No Brasil, destacamos a implementação feita pela
UNICAMP, de um sistema on-line para monitoração e diagnóstico
de vibração em turbinas de hidroel@tricas da CESPj e o
EXPERTEC C91, sistema para diagnóstico de problemas de
vibração em bombas centrífugas, desenvolvido pela PETROBRdS
na Bahia, com apoio e utilizando ambiente IBM (Expert Sistem
Environment - ESE).
1.4 Breve Resumo dos
O capitulo
No capitulo
Capítulos desta Tese
I , apresenta esta introdução.
1 1 , são descritos, detalhadamente, os
benefícios da manutenção preditiva e técnicas utilizadas na
sua execução.
No capítulo 11 1 , são apresentadas características
de um programa de manutenção preditiva baseada em análise de
vibração e os métodos para sua implantação . Por fim,
descreve-se o sistema desenvolvido em conjunto pela COPPE e
PETROBRdS, um dos objetivos desta tese.
No capitulo I V , e feita uma compilação dos
problemas de turbomáquinas relacionados com vibração,
apresentando uma descrição resumida dos fenômenos e dos meios
de identificação.
No capítulo V, 4 apresentada uma introdução a
Inteligência Artificial e Sistemas Especialistas, onde são
mostrados a1 suns conceitos e técnicas básicas de
implementação.
No capítulo V I , e descrito o programa DIAGMAQ,
desenvolvida como uma verificação dos conhecimentos
adquiridos na montagem desta tese.
No capítulo V I I , são apresentadas conclusões e
comentários, a respeito deste trabalho de tese.
Capítulo I 1
Aspectos da Manutenção Preditiva
2.1 Fatos que Geraram a Criação da Manutenção Preditiva
Em qualquer processo produtivo contínuo, paradas
para manutencão dos equipamentus são um dos principais
componentes do custo operacional. Dependendo do tipo de
indústria, a sua participa~ão se situa e n t r e 15 e 40% dasi
custos totais de produção.
As paradas de maquina para manutenção, em um
sistema tradicional de manutenção, sãa originadas tanto par
um plano de paradas periódicas, como por falha inesperada,
mas em ambos os casos, há a ocorrência da interrupção do
processo produtivo e cansequentemente perdas no faturamento
das empresas.
Até os anos 70, o custo da manutenção dos
equipamentos produtivos, não se constituía numa preocupação
importante dos gerentes das empresas, pois estes consideravam
a manutenção, um mal necessário. Conforme mencionado no
capítulo ( I ) , o advento de sofisticados instrumentos
destinados a monitoração das condições aperacionais dos
equipamentos produtivos, e de sistemas computacionais que
permitiam a mani~ulação destes dados, possibilitou aos
gerentes de manutenção, minimizar os efeitos indesejáveis das
paradas para manutenção na produção das indústrias.
2.2 Benefícios da Manutenção Preditiva
A manutenção preditiva não se constitui em um
substituto dos processos tradicionais de manuten~ão, r~u
seja, a corretiva, que utiliza a premissa de "rodar até a
falha", o que para certa classe de equipamentos e
economicamente interessante, e a preventiva, sue estabelece
prazos dixos para intervenção nos equipamentos. Na verdade, a
preditiva trabalha como um complemento a estas, já que os
çeus açpectoç básicos não são totalmente eliminados, ou seja,
a possibilidade de fa1,ha e a parada programada do
equipamento. Contudo, do seu uso espera-se obter uma
acentuada redução nas falhas inesperadas bem como uma
programação otimizada das paradas.
A premissa da manutenção preditiva & a de sue uma
monitoração regular das reais condiçães mec%icas e de
eficigncia dos equipamentos, irá possibilitar a otimização do
intervalo entre reparas. Dai porque também é comum se
denominar a manutenção preditiva como manutenção de estado
(da inglês "on conditionu).
Mobler t i l , quantificou os benefícios esperados da
implantasão de um programa completo de manutensão preditiva:
R e d u ~ ã o dos custos de manutenção em 50 - 60%;
. Redução das paradas de máquina por quebra em 50 - 60% j
Redução da quantidade de sobressalentes em 20 -
30% ;
Redução de tempo de parada de máquina em 50 - 80%;
. Redução das multas por atrazo na produção em 20 - 50% i
Aumento da vida Útil das máquinas em 20 - 40%j
Aumenta da produtividade em 20 - 30%;
. Aumento dos lucros em 25 - 60%.
Acrescentam-se ai os benefícios nZo diretamente
quantificáveis, como a segurança do pessoal e instaiaçBes.
Passaremos então, a seguir, a uma breve discussão a
respeito de cada um destes benefícios.
2.2.1 Menores Custos de Manuten~ão
Está diretamente relacionado com O uso mais
racional dos recursos necessários à manutençãu, tais como
mão-de-obra, ferramentas e materiais. Não estão aqui
incluídos os custoç não diretamente relacionados com a
manutengãe, t a i s como diminuição nas perdas de produção.
2.2.2 Menos Falhas de Equipamentos
A adoção de monitoração regular do estada dos
equipamentos reduz o número de falhas catastróficas
inesperadas, pois permite a detecção dos indícios de falha em
tempo hábil para ações corretivas, que vão evitar danos a
grande parte do equipamento. Esta afirmação pode ser melhur
visualizada no gráfico da figura ( 2 . 1 ) .
Niuel de Uibraçao
I Quebra *
Figura 2.1 Evolu~ão dos níveis de vibração no t@mpo
2.2.3 Tempos de Reparo Menores
A monitoração de estado, permite um melhor
planejamento das interven~õeç a serem efetuadas na máquina,
fazendo com que estas tenham seu tempo otimizade. A
utilira~ão conjunta com técnicas de diagn6stic0, traz a
vantagem adicional, de se poder determinar, antes da
desmontagem da máquina, qual e componente com a maior
probabilidade de estar defeituoso, o que contribui
sensivelmente para menores tempos de manutencão.
2.2.4 Menor Dispêndio com Sobressalentes
A não abertura desneceãsária de equipamentos, em
boas condições, onde alguns componentes serão necessariamente
substituídos e a menor ocarrência de falhas de grandes
proporções, que consomem invariavelmente grande quantidade de
camponentes, contribuem fortemente para a redução doç níveis
de estoque de sobressalente. A melhor programação dos
serviços, traz tambem como benefício, a possibilidade de se
planejar melhor a aquisição de sobrassalentes, acarretando a
otimiza~ão dos estoques.
2.2.5 Maior Vida Útil das Máquinas
A prevenção de falhas catastróficas e a detecção
precace dos problemas das maquinas, faz com que seus
camponentes estejam menos sujei tos a esforços extremos,
contribuindo para o aumento de sua vida útil. A monitoração
de parâmetreç, que indicam em que condi~ões de severidade
estas esta0 operando, v50 permitir que elas sejam operadas
em condiç5eç mais favoráveis, contribuindo para uma vida Útil
mais longa.
2.2.6 Aumento de Produ~ão
O aumento da disponibilidade das máquinas (relação
entre o tempo possível para operá-las e o tempo efetivamente
operado), decorrente de uma manutenção mais eficiente,
rantr ibuem diretamente para o incremento da praduçSs em
processas indutitriaiç continuas.
2.2.6 Incrementa dos Niveáã d e Çeguran~a
A monitora~ão completa das condi~8es de saúde dos
equipamentos, faz com que haja uma queda drástica na
ocorrzncia de falhaç catastróficas, que podem provocar a sua
deçtruição completa, com elevado risco à segurança do
pessoal envolvido com a sua opera~ão.
2.2.7 Verifica~ão das Condi~Ões de Equipamentos Novos
A s técnicas de manutenqãs preditiva podem ser
utilizadas com excelentes resultados, na avalia~ão do estado
de recebimento de novos equipamentos. Características de
desempenho, declaradas pelos fabricantes das máquinas podem
ser verificadas, possibilitando que as divergências
encontradas, sejam sanadas e m melhores condiçZes para a
operador, pais geralmente na fase de recebimento, ainda estão
pendentes parcelas de pagamento. O conhecimento de tecnicas
de manutenção preditiva, traz como beneficio indireto, uma
melhor especificação das exigências e m termos da documentacão
relativa ao desempenho dos equipamentos.
2.3 Técnicas de Manuten~ão Preditiva
Existe uma grande variedade de tecnologias, que
podem e devem ser utilizadas como parte principal de um
programa de manutenç-ão preditiva. Todas estas técnicas, que
na verdade podem se completar na montagem de um programa
eficiente de preditiva, tem como característica permitir a
avaliação do estado de saúde dos equipamentos, sem a
necessidade de se interferir com a sua operação, ou seja, não
há perda de produ~ão. Estas técnicas são: (1) análise de
vibra~ão, ( 2 ) análise do óleo lubrificante, (3) avaliação de
performance, ( 4 ) análise de parâmetros operacionais, e ( 5 )
inspeção visual. A seguir descreveremos cada uma destas
t&cni cas .
2.3.1 Monitoracão de Vibra~ão
Análise de vibração é a técnica mais utilizada nos
esquemas de manutenção preditiva. Esta técnica, utiliza a
vibração gerada pelas máquinas em funcionamento, para
determinar o seu estado mecânico.
O uso da análise de vibração para detec~ão de
problemas em máquinas, iniciou-se nos anos 60 pela marinha
americana e indústria petroquímica e nuclear C i l , que
investiram fortemente no desenvolvimento de técnicas que se
baseavam na análise do ruído e vibracão, para detecção
precoce de problemas em máquinas críticas. No início dos anos
80, instrumentação e processos de análise requeridos para a
avaliação da vibração foram largamente desenvolvidos. No
entanto, o seu custo elevado e o nível de especialização
necessário, fez com que somente as máquinaç críticas de
alguns tipos de indústria, justificassem o investimento na
implantação de um sistema de manutenção preditiva baseado em
análise de vibrasão.
O recente desenvolvimento da tecnologia dos
micreprecessadores, combinada com a experi@ncia acumulada por
empresas, no diagnóstico de problemas de vibração, viabilizou
a utilizaçZo destes programas, pela maioria das indústrias de
processamento e manufatura. Muitas empresas dedicaram-se a
criar pacotes com sistemas campletos , que estão
comercialmente disponíveis a custos acessíveis a maior parte
das indústrias. Estes sistemas beseiam-se em aquisição e
manipulacão de dados de vibração, objetivando direcionar a
manutenção, e que serão o assunto principal do próximo
capitulo.
A n~onitoração de vibração das máquinas de uma
unidade de processa, possibilita que se tenha uma indicacão
de sua condiç3m mecânica. Quaisquer niodificações nestas
condiçzes, podem ser detectadas uçando-çe tecnicas de medição
e análise de vibraeãe. Utilizada de maneira apropriada, a
análise de vibração pode identificar componentes mecânicos
que estejam próximos da falha, possibilitando o reparo antes
que danos maiores ocorram.
Dentre as técnicas de monitoração de vibração,
podemos destacar entre as mais comuns o (1) acompanhamento do
valor global, ( 2 ) a acompanhamento de algumas frequências
significativas, também chamado acompanhamento de banda
estreita e (3) o acompanhamento do espectro de vibração,
tambem chamado de análise de assinatura. A seguir
descreveremos cada uma destas técnicas
2.3.1.1 Acompanhamento do Valor Global
Esta é a mais antiga e a mais simples das técnicas
usadas no acampanhamento de vibração. Consiste na medição dos
níveis de vibração (em valoreç pico-a-pico, zero-a-pico ou
R M S ) , em pontos prk-determinados na máquina, sem a utilização
de filtros, conforme mostrado na figura 2.2.
Para avaliacão da severidade dos valores medidos,
estes são comparados com valores obtidos de uma maquina nava
ou com uma das muitas cartas de severidade de vibracão
existentes.
VALORES TOTAIS CRHS I Ponto Ua lar Un idade B I V 3.3 HMIS 82U 5.2 r i r r e k
03V 1.6 F I R ~
84U i .B nmh
Figura 2.2 Acompanhamento pelo valor global C11
Como o sinal de vibração medido contem informação
de uma fai~a de frequências, a eleva~ãu de seus níveis
constitui-se apenas na indicação de que algo esta errado, mas
nada a respeito da natureza do problema existente.
Este tipo de acompanhamento, carrega consigo também
o inconveniente de que certos tipos de problemas, apesar de
serem danosos a máquina, não contribuem fortemente para o
aumento dos níveis totais da vibracão, manifestando-se apenas
no aparecimento de algumas componentes de frequência, mas com
níveis ainda aceitáveis para o limite global.
Este e um sistema normalmente utilizado em máquinas
de pequeno porte e na maioria das sistemas de monitoração
contínua tradicionais existentes.
2.3.1.2 Acompanhamento
Significativas
Frequências
É um aprimoramento da técnica anterior onde, além
dos valores globais da vibração, são medidos também os níveis
das componentes de frequência propícias ao aparecimento de
problemas. Estas frequênciaç são normalmente relacionadas com
componentes mecânicos tais como acoplamentos, engrenagens,
mancais e outros, e serão apresentadaç no capítulo (IV).
Figura 2.3 Acompanhamento de frequências significativas C f l
f A obtenção destes valores, é feita mediante a
utilização de instrumentos de medi~ão dotados de filtros do
tipo passa-faixa síntonizáveis, e os valores são anotados
relacionados com as frequhciaã que os geraram, conforme está
mostrado na figura (2.3).
2.3.1.3 Análise por Assinatura de Vibração
Ao contrária das anteriores, a análise por
assinatura utiliza a vibra~ão com todas as suas componentes
de -írequ&cia, para cada ponto de medicão escolhido. A
representa~ão visual dos níveis de vibração, se dá pela
obtenção do espectro de vibração (Sigura 2 . 4 ) ) que
representação em um grafico amplitude x frequgncia.
E3! sua
Figura 2.4 Espectro de vibra~ão
O aconipatihamento do estada mecãtiice, da máquina, E'
obtido pela comparação do espectro de vibração em determinado
instante, com um espectro de referência, normalmente obtido
com a maquina nova ou recém saída de uma revisão geral,
denominada espectro de asçinatura.
Na área de vibra~ão, o aparecimento de instrumental
de medição mais sofisticado, e a utilização de tecnicas de
modelação de rotores no estudo dos fenômenos vibratórios, fez
com que também houvesse uma evolução das técnicas de
acompanhamento. Com isso passou-se a dispor de informações
adicionais aos espectros, a serem usadas como parâmetros de
munitoração. Dentre estas, podemos destacar a medição da
fase do desbalanceamento como dado importante na detec~ão de
trincas e m rotores.
A obtenção de espectros de vibracão se d á pela
utiliza~ãa de duas técnicas principais, que são: ( i )
utilizacão de filtros passa-faixa com varredura automática,
associados a registradores X-V e ( 2 ) USO de técnicas digitais
de FFT ( F a s t F o u r r i e r T r a n s f c i r m ) . A primeira destas t&cnicas
já esta se tornando obsoleta, em fun6o do barateamento de
instrumentos baseados em microprocessadores, que por serem
extremamente mais rápidos, tornam-se também mais precisos,
pois apresentam o espectro quase que em tempo real, não sendo
portanto afetados por variações das condições operacionais da
maquina durante o período de obtenção deste Cio].
2.3.2 Análise de Óleos
Esta técnica tem por base uma avaliação físico-
química dos Óleos usados das máquinas e a correla~ão do
estado destes com a condição daquelas. Isto 12 determinado
basicamente pela detec~ão da deterioracãa das características
do Óleo e presença de contaminantes.
R alteração das caracteristicas de um Óleo,
utilizado na lubrificação ou em outra funsão auxiliar como
selagem, está diretamente associada às condicões de
severidade a que uma máquina esteve sujeita, podendo indicar
portanto uma anormalidade no seu funcionamento. Dentre as
características de um Óleo, podemos destacar como de
interesse da manutenção preditiva:
2.3.2.1 Viscosidade
Al&m de indicar a presenGa de alguns tipos de
ccmtaminanteç, está diretamente associada cam a qualidade da
lubrifica~ao dos mancaiç da máquina. Valoreç de viscosidade
-Fora de uma faixa estreita d e aceita~ãa, normalmente definida
pelo fabricante do equipamento, requerem a ~ ã e s imediatas,
pois podem comprometer seriamente a integridade deste.
2.3.P.9 Ponto de Fulgor
Pontr~ de .fulgor & a temperatura em sue o cjleo entra
em cambuçtão em presença de uma fonte de chama, sendo de
vital importSncia para Óleos que trabalham em elevadaç
temperaturas. A ocarr3ncia mais camum é a queda do ponta de
fulgnr de um Bleo por contaminação com compsnente~ leves,
tais carne combuçtiveiç ou condensado de gases e m Óleos
ut i 1 i i ~ n d o s em compressores.
2.3.2.3 fndice de Rcidez Total e Índice de
Basicidade Total
Estão diretamente relacionados com a preserva~ão
das propriedades originais do 6leo normalmante indicando que,
o tslao esta velhu, esteve sujeito a condiçSes extremas de
temperatura, ou manteve contato com Cluidos ácidos.
E.3.2.4 dgua por Destilacão
Determina a presen~a de água na Bleo,
normalmente provocada par anormalidades no sistema de
rdes+r i a rnen to deste.
2.3.2.5 Corrosividade ao Cobre
Relaciona-se com a agressividade do Óleo a este
material, que faz parte da composição de alguns componentes
da maquina, marcadamente os mancais.
2.3.2.6 Presença de Metais
Os metais presentes no óleo, são normalmente
provenientes de desgaste dos componentes que estiveram em
contato com este, indicando assim o seu estado de
deterioração. Normalmente, ù presen6a de pequenas quantidades
de certos metais, indica que estamos em presença de um
processo anormal de desgaste, como ocorre com rolamentos de
turbinas; a gás com projeto derivado de turbinas aeronáuticas.
O processo mais utilizado na determinação de metais em óleos
e a espectrografia, que consiste na análise espectográfira
da chama gerada pela queima de uma amostra do Óleo em certas
condições.
2.3.2.7 Ferrografia
Também se utiliza da analise de partículas
metálicas contidas no Óleo, mas o faz de maneira diferente.
Primeiro, as partículas são separadas magneticamente, e então
analisadas em microscópio, onde a5 características observadas
são a sua forma e cor. E uma tkcnica razoavelmante nova e
ainda pouco utilizada pelas indhstrias.
2.3.3 Análise de Performance
Informaç5es a respeito do desempenho de maquinas
térmicas podem ser relacionadas com o seu estado mecânico e,
por conseguinte, utilizadas pela manuten~ão preditiva. A
técnica de análise de performance, consiste na obten~ão de
parãmetros termodinâmicos de funcionamento, tais como
temperaturas, pressões e vazões, seguida de um processamento
que, utilizando formulação adequada, visa obter informações
como rendimento, h e a d , potência, entre outras. Estes
resultados são então comparados com curvas de performance,
que normalmente são fornecidas com os equipamentos, ou podem
ser obtidas de uma máquina nova.
Baixos valores de desempenho de uma maquina,
indicam deterioração em estágio avançado, representada aqui
por folgas excessivas, incrustrac0es no seu interior,
vazamentos, desgaste em pás, funcionamento anormal de
componentes, para citar os mais frequentes.
A s dificuldades principais envolvendo a implantaç20
desta técnica são: a necessidade de instrumentação especial
de precisão, que é de alto custo, e a disponibilidade de
pessoal qualificado para execução das medições e avaliações.
Por serem numerosos e cansativos, e normalmente,
envolverem iterações, os cálculos envolvidos com a
determi naçzo da performance de máquinas, requerem
implementação em computadores. A necessidade de representar
os resultados graficamente, contribui para reforçar esta
implementação.
2.3.4 Analise de Dados Operacionais
A avaliação sistemática dos parâmetros operacianais
das maquinas, que são normalmente anotados pelos operadores,
podem ser manipulados de maneira eficiente, para uso na
manutenção ~reditiva. Um tratamento gráfico, associado a
cálculos estatísticos, constitui-se numa simples mas Útil
ferramenta da preditiva.
2.3.5 Inspe~ão Visual
A inspeção visual é componente vital de um programa
de manutenção preditiva eficiente. A conscientizacão dos
operadores e da pessoal de manutenção, de que uma inspe~ão
visual diaria, em busca de anormalidades tais como vazamentos
ou existência de componentes frouxoç, se faz necessária.
2.4 Alguns Resultados Práticos
A s referências [ L I , C111 e Ci21, descrevem
experiências bem sucedidas na utilização de um plano de
manuten~ão preditiva. Pode-se citar também a utiliza~ão, pela
PETROBRAS, do sistema a ser descrito no capítulo seguinte,
que já apresenta resultados significativos. Assim, já temos
uma comprova~ão prática de que, a utiliza~ão eficiente e
continua de um programa de manuten~ão preditiva, certamente
se converterá em efetivo retorno econômico.
Capitulo 111
Programa de Manuten~ão Preditiva Baseado em Analise de
Vi bracão
Como discutido no capítulo anterior, a analise de
vibração é uma das mais efetivas ferramentas utilizadas na
manutenção preditiva. A base do funcionamento de um Programa
de Manutenção Preditiva Baseado em Análise de Vibraçao
(PMPEAV) e a monitoração e interpretação dos sinais de
vibração obtidos nos equipamentos. A monitora~ãu acompanha e
indica a existência de uma alteracão nos sinais, emitindo
alarmes, enquanto que a interpretação ou análise isola e
identifica ci problema, baseado em fatos e sintomas C121 C131.
Este capitulo descreverá as fases de implementação de um
PMPBAV, bem como os seus componentes e funcionamento.
3.1 Fases de Implementa~ão de um PMPBAV
E comum os gerentes de manutenção das empresas,
associarem a implantacão de um programa de preditiva, a
simples aquisição de um software especifico. Na verdade um
completo PMPBAV é bem mais complexo, e a seguir passaremos a
descrever cada uma das etapas de sua implementação.
3.1.1 Avaliação Técnico-econômica
A implantação de um programa desta natureza,
envolve custos razoáveis, principalmente no que se refere à
aquisição de instrumentos e a alocação e capacitação de mão
de obra. Portanto, a sua implantação deve ser precedida de
uma avaliação técnico-econ8mica, que definirá a sua
viabilidade. A primeira pergunta que se apresenta é : "os
custos de manutenção são uma componente importante nos custos
operacionais da empresa?". A resposta desta pergunta esta
basicamente na característica de cada indhstria, sendo aí
relevante a existência de processos continuas de produção
e/ou equipamentos de alto custo, entre outros. No capitulo
(111, listamos os benefícios econ6micos da implantacão de um
sistema de preditiva, e listarenios a seguir os custos
envolvidos Ci21:
Alaca~% de máo-de-obra para ü levantamenta,
seleção das maquinas, coleta de dados de projeto,
identificação de pontos de medição e
estabelecimento de limites;
seleção e aquisiç2io da instrumentacão necessária;
. Capacitacão técnica do pessoal envolvido com a
mediçZo;
Capacitação tkcnica dosi engenheiros que analisarão
as medicões.
A experiência da Petrobris na implantasão de um
PMPBAV, indica que estes custaç são da ordem de 50 a 70 mil
dólares.
3.1.2 Treinamento de pessoal e aquisição das
equipamentos de medição e procesçamento.
Esta etapa, deve ser iniciada tão 11390 se decida
pela implantação do programa , embura se.] a permanente enl
função do surgimento de novas tecnologias.
importante que, todo o pessoal envolvido no
programa, seja conscienti zadu d o objetivos deste. O
treinamento básico em vibração e processamenta de sinais,
albm du conhecimento detalhado da opera~zci dos instrumentos,
deve ser fornecido aos técnicos responsáveis pela coleta de
dados. 0s engenheiros devem estar capacitados em executar a
análise para diagnóstico da vibração, possuir razoáveis
conhecimentos de análise de sinais e ter alguma capacita~zo
em dinâmica de rotores.
No que se refere aos equipamentos para medição e
processamento, deverá ser desenvolvida uma avaliacão
criteriosa a respeita dos recursos de cada um, à luz das
caracteristicas que terá o programa como um todo e da
disponibilidade financeira para sua aquisição. Qs
equipamentos que podem fazer parte do sistema são:
. Transdutoresi
. Gravadores de fita magneticai
. Analisadores dinâmicos de sinais (RTA);
Coletores de dados digitais;
. Computadores e Microcomputadores;
Equipamentos para transmissão de dados.
As características básicas destes instrumentos, são
encontradas nos catálogos anuais de fabricantes como Bruel &
Kjaer, Bently Nevada, Hewllett Packard, Tectronics, IRD, CSI,
entre outros .
3.1.3 Identificação das maquinas
Por se tratar de um sistema com razoável custo
operacional, nem todas as maquinas da unidade serão alvo do
acompanhamento. Portanto, devem ser estabelecidos critérios
para a áele~ào daquelas envolvidas. Estes crit&rios são Ci13:
. Criticidade da máquina no processo produtivo, ou
seja, a sua indisponibilidade provoca perdas de
producão;
. Custo de manutenção elevado, normalmente
determinado por componentes de alto custo e
necessidade de pessoal qualificado;
. Segurança operacional, equipamentos em que uma
falha grave coloca em risco a integridade das
instalacões e o pessoal ;
. Equipamentos com histórico de falhas frequentes
Na verdade, no início da implementaçãu do programa,
e interessante que se teste o sistema em um número pequeno de
equipamentos, at@ que este se mostre eficiente, para só então
extendê-lo aos demais, identificados pelos critérios acima.
Segue-se a escolha das máquinas, um minucioso levantamento da
documentação tgcnica relativa as características mecânicas e
operacionais destas, sob o ponto de vista do comportamento
dinâmica, a ser utilizada na identificacão das possíveis
causas de vibra~ão 1131.
3.1.4 Codifica~ão das Máquinas
Uma vez definidas as máquinas que participarão do
programa, o próximo passo e a identificação dos pontos de
medição, para cada uma delas. Como a maioria dos sensores de
vibração só responde na direção de çeu eixo, é necessário que
se defina a direcão da medição rara cada ponto (vertical,
horizontal e axial). Um desenho esquemático localirandc~ os
pontos de medicão para cada família de maquinas (vide figura
3.1) é de grande utilidade para se evitar equívocos, bem como
formulários padronizados com a rota de medicão para cada
máquina.
Para cada um destes pontos escolhidos, deverão ser
definidas especifisaçÕes, que o impertantes para o
funcisnamenta do programa. Elas pedem variar de acordo com as
características especiais de cada programa, mas de modo geral
são: ( I f dire~ão de rnedi~ão, ( 2 ) unidade de vibração, ( 3 )
faixa de Cresuencia a cunçiderar e ( 4 ) parâmetroç de alarme.
CQDIFICACAU TURBO-GERADOR SOLAR
Figura 3.1 Godi-íicação de máquina
Quanta à escolha dos locais de medic50, não existe
uma regra geral, mas o recornend&vel 6 a utilização de pontos
nas caixas d o s mancais, evitando-se pontos de pouca rigidez
C137. Os pedestais da máquina são também uma boa opção e 05
locais escolhidos devem estar perfeitamente identificados no
equipamento. Caso estejam disponíveis, devem sempre ser
usados os sensores do sistema de monitaração permanente da
maquina.
3.1.5 Implementaçãa de Programa de Computador para
Gerenciamento dos Dadas
O passo final na implantacão do programa & o
desenvolvimento ou aquisitzão de sof tware destinado a
gerenriar os dados gerados pelo sistema, cuja descrição
completa de um exemplo está apresentada a seguir.
3.2 Funcionamento de um PMPBAV
O principio básico de operação de um PMPBAV, pode
ser representado pelo fluxograma da figura 3.2, e cada
componente deste, passa a ser descrito a seguir.
PROCESSAMENTO
RECOMEHDBCOES
Figura 3.2 Fluxograma de um PMPBAV
3.2.1 Aquisi~ão e Transmissão de Dados
Consiste do trabalho de campa do programa. Técnicos
utilizando instrumentos de medi~ão, seguem uma rota
estabelecida para a coleta de dados em cada máquina. O
processa de registra dos sinais pode variar com a
sofisticação do programa escolhido, partindo da simples
anotação d e valores globais de vibraçSo, passando pela
utiliza~ào de gravadores de fita magnética, até a utiliza~ão
mais recente de coletores digitais de sinais, qu@ se
interligam diretamente com os micracomputadores. A
transmissão de dados aos computadores depende diretamente do
processo de coleta, com sensível vantagem para este Último,
que permite a utiliza~ão de recursos de transmissao de dados
a distância.
3.2.2 Processamento dos Sinais e Armazenamento dos
Dados
Processamento o meio de obtenção de uma
representa~ão para os sinais, que possibilite a sua analise.
Em se tratando de dados registrados manualmente, a operação
se resume em digitá-10s via teclado. Para sinais armazenados
em fita magnética, que estão sob a forma analógica, o
primeiro passo é a sua digitalização, que pode tanto ser
feita por interfaces instaladas num microcompudador ou
utilizando-se equipamentos externos. No caso de coletores de
dados, a digitalização é feita no ato da medição, pela
própria característica do equipamento, e a transfergncia ao
rnicro feita sem problemas pela interface serial. O processo
de digitalização de sinais de vibração, deve ser alvo de
avaliação criteriosa, pois uma escolha incorreta do sistema
de conversão, pode trazer surpresas desagradáveis C101.
Obtida a digitalização, u próximo passo e a
obtenção de uma representa~ão para o sinal, que permita uma
análise eficiente dos dados. Como vimos no capítulo (II), o
espectro de vibração é a forma mais conveniente desta
representação. A obten~ão do espectro em formato digital, é
feita pela utilização de algoritimos de FFT, que podem ser
executados pelo microcomputador, ou utizando-se analisadores
digitais de sinais. De qualquer maneira, o resultado é a
geração de espectros, que irão compor o banco de dados do
sistema e serão utilizados pelo software para a geração de
representaçaes gráficas e relatórios de alarme.
3.2.3 Geracão de Relatórios de Alarme
E uma atividade desenvolvida pelo software, que
manipula os dados de acordo com os criterias de alarme
definidos pelos especialistas. Um eficiente sistema de
avaliação, e a comparação do espectro de uma determinada
medição, com o espectro de assinatura de cada ponto. O
programa então gerará um relatório, indicando os pontos onde
ocorreu uma elevação anormal dos níveis de vibração. Estes
relatórioç tem por finalidade indicar ao especialista, os
pontos que devem ser alvo de um processo de diagnose, para
identificacão de falhas iminentes.
3.2.4 Análise dos Dados
A partir dos relatórios de alarme, 05 especialistas
irão proceder a uma análise de diagnóstico, dos pontos com
indicação de anormalidade. Neste processo e de vital
importância as facilidades geradas pelo software, que
facilitarão este trabalho. Entre estas facilidades,
destacamos a possibilidade de representação gráfica dos dados
e analise de tendências. Outro recurço bastante Util, e a
possibilidade de se acessar rapidamente informações a
respeito dos dados de projeto da máquina e de seu histórico
de manutencão e de falhas.
No campo da análise para identificação de
problemas, tem destaque especial, o armazenamento da
experiência gerada ao longo do período de acompanhamento da
máquina, em que cada caso identificado e resolvido, uma vez
catalogado, passa a ser de grande utilidade na resolucão de
problemas futuros.
Com a disseminação das técnicas de inteligência
artificial e sistemas especialistas, as programas de
computador utilizados na análise de vibração, podem ser
acrescidos de recursos bastante interessantes, tanto
funcionando come auxiliar na obten~ão de diagnbsticos, quanto
o fazendo de forma automática. Este assunto será alva de
capítulo específico deste trabalho.
3.3 O PMPBAV Utilizado pela Petrobrás
Na figura 3.3, está mostrado esquematicamente, o
+uncinamento do programa desenvolvido em conjunto pela CQPPE
e PETROBRdÇ C161, que será descrito a seguir.
Figura 3.3 Fluxograma do PMPBAV utilizado na PETROBRAS
3.3.1 Filosofia
O sistema, a princípio, Soi concebido para ser
utilizado no acompanhamento dinâmico das turbomáquinas de
grande porte, instaladas nas plataformaç de produção de
petróleo da Petrobras. O sistema protbtipo iniciou-se em
1985, com a aplicação em apenas duas -famílias de máquinas e
utilizando-se de ssftware simplificada. Ap6s dois anos de
utilizaçZo, cancluiu-se pelo desenvolvimento de uma versão
com maiores recursos, para então estender o sistema para as
demais maquinas. Neste ínterim, a Petrobrás implementou a
aquisicão dos equipamentos destinados a montagem de um
laboratório para analise de vibracões, nos moldes do
existente no Laboratório de Estruturas Navais da COPPE.
Baseado na técnica de analise por assinatura, o
sistema foi denominado Acompanhamento Dinâmico (A.D), e esta
estruturado no esquema de aquisição de sinal via gravador de
fita magnética, processamento em analisador dinâmico de
sinais e gerenciamento de dados por microcomputador IBM-PC
compatível. O equipamento utilizado é o seguinte:
. Gravador FM modelo 7006 da Bruel & Kjaerj
. Analisador dinâmico de sinais modelo 35616 da HP;
. Microcomputador IBM compatível equipado com placa
de comunicação IEE488i
. Condicionador de sinal de sincronismo ("key
phasor"), para medição de fase, desenvolvido pela
PETROBRÁS;
. Tracador gráfico padrão HPGL
3.3.2 O Software
O programa de computador, destinado ao
gerenciamento de dados, também denominado CiD, foi
desenvolvido em linguagem de alto nível (MS-Quick Basic), com
destaque para o usa intenso de recursos gráficos. A figura
(3.4) apresenta o menu principal do programa R D J cujas opções
passam a ser- descritas a seguir.
:Nl - Houa Maquina :C1 - Cadif icasao :PI - P~msssamento : R I - Relatbria :#I - Hist6rico :LI - Pl€?%ar : A I - Anàiise :G1 - Gerrnciàmen+o 3 3 - Back-up Psef - Sair
Figura 3.4 Menu do Programa AD
3.3.2.1 Codificação d e Máquina
Este módulo permite o cadastramento das informações
a respeito dos pontos a serem medidos, utilizando a tela
exemplificada na figura 3.5.
São dados de padronização, que praticamente não
serão alterados com o tempo, e que tem importância no
processo de transfer&-icia dos dados para o computador e na
compara~ão dos espectros para a geração de alarmes. O
preenchimento destes dados e , na verdade, o cadastramento de
uma máquina no sistema, sendo, portando, pré-requisito para o
uso das demais op~õeç.
I E D I C L O HAW INL : PGP1-TCB
Figura 3.5 Exemplo da Tela da Op~ão Codifica~ao de Maquina
Neste ponto são definidos os critérios para gera~ão
dos alarmes, para cada ponto.
3.3.2.1 Processamento de Espectros
Trata-se de um módulo, contendo todas as
facilidades para o processamento dos sinais captados na
máquina. Nesta fase, os sinais analógicos são digitalizados e
transformados em espectros de vibração, par-a então serem
armazenados em um banco de espectros. A tela de entrada de
dados da opção Proceçsamento está mostrada na figura 3.6.
A s facilidades basicas do módulo são:
Fornecer e solicitar ao operador os parãmetros
necessários ao processamento;
. Verificar a consistência dos dados fornecidos pelo
operador;
TRflNSFERI R ana 1 isados * rs icro Graf ico (Vãde01
Figura 3.6a Exemplo da Tela da o p ~ ã o Processamento
Ponto: (aiU L.- ihnwnha --.-a,-- Itunl: O Csnpanhn Interior: -- 8 Lqulna: WPI-TCB --- Figura 3 . 6 b Espectro no mddulo Proce~isacnento
. Estabelecer a comunica~ão com O atia 1 i sador
dinâmico de sinais para a captura do espectro
digital izado;
. Apresentar na tela o sinal recém procesc;adcr
comparado com sua última versão, para uma avalia~ão
preliminar (figura 3 . 6 b ) j
Gravar o espectro no banco de dados.
3.3.2.2 Relatbrio de Alarmes
Neste módulo, são ex@cutados os testes comparativss
pre-definidos, visando uma analise da evolução das
companentes dos espectros de vibração de uma máquina. Produz
um relatório de pontos alarmados, indicando em quais
frequências e com que amplitudes isto ocorreu, podendo ser
enviada a uma impressora para seleção dos pontas a serem
analisados em detalhes. Um exemplo deste relatório está
mostrado na figura 3 .7a . Neste módulo e tambem possível a
visualiza~ão gráfica dos pontos alarmados (figura 3 .7b )
Figura 3.7a Exemplo de Relatório d e Alarmes
/ a c::. -P ,..I
E SPEC 1 TrO -..-.......
Figura 3.76 Exemplo d e Representação Gráfica da Alarme
3.3.2.3 Plotagem de Espectros
Destina-se à obtenção de espectros em papel via
traçador grafico, em formato padronizado, visando a emissSo
de relatórios de campanha de máquina. Possui diversas o p ~ õ e s
de defini~ão da escala de amplitudes, como opção entre
logaritmica e linear, máximo automático ou manual, permitindo
tambem a plotagem de um espectro com o seu respectivo
espectro de alarn~e. A figura 3.8, exempli+ica essa opção.
Figura 3.8 Exemplo de Plotagem de Espectros
3.3.2.4 Histdrico de Manutenção
Este módulo, permite o cadaçtt-amento das
ocorrgncias de manutenção que possam interferir com o
comportamenta da vibração da maquina. Estas infsrmações são
de grande utilidade na interpretação dos espectros, urna vez
que, no ato do cadastramento de uma informação, o programa
solicita urna correlação desta com 08 pontos (locais) de
medição. Desta maneira, se por exemplo, somente u equipamento
acionado +'or alvo de uma intervenção, apenas os pontos
localizadas neste, conterão o indicativo desta acorr8ncia, a
E i T Ã 19/88/90 a 31/01/91 HDRIHBTAO: 23488 Foram substituidas Hotor HP e GGJ Disiribuisau HPl e HPZJ flancais tra-
seiras e dinnt~iras TL e GGI Eim TL e l ixo Cardin, Uesif icatlu alinhapienta,
Figura 3.9a Exemplo de Tela de Ediçzo de Histórico
Desmarcar Todos Saluar a Historfc
Figura 3.9b Marcação dos Pontos
ser usada para efeito de análise. A figura (3.9) apresenta a
tela de edi~ão desta O P G ~ O .
3.3.2.5 Análise Gradica
Tem a fun~ão de permitir ao especialista, o acesso
a uma série de facilidades, visando uma análise mais profunda
de um alarme detectado pelo programa. Isto se da,
basicamente, pela possibilidade de se obter vários tipos de
comparações gráficas, além da possibilidade de obtenção de
espectros comparativos no tracador gráfico, para troca de
informações entre tbcnicos. Deste módulo, também tem-se o
acesso as informaçães sobre a manuten~ão, de vital
importância para a análise. A figura (3.10) apresenta a tela
de compara~ão de espectros desta opção.
Ponto Campanha Frq .Funda Horímetro Par .Carga H istbriea Rcf c~ênci n : 07U 388.W 33388 19.40 mo
Uirisual: 87U C:] 32B.W 27286 17.28 na0
Campo Auxilio Retomar
Figura 3.10 Exemplo de Tela de Comparação de Espectros
3.3.2.6 Análise de Tendências
Este módulo complementa o de Análise, permitindo a
execu~ão de projeções, a respeito da evoluçãa de determinadas
componentes de frequência do espectro no tempo ou em relacão
a outros parãmetros operacionais. Como o módulo Análise é
totalmente gráfico e permite operações com o tracador
gráfico. A figura (3.11) mostra uma das representaizões
possíveis.
I hNhLISE UihFICh I VISUBLIZBCBO DE EVOLUCOES 1 MQU IN~: PCHZ-TCB 1
Ajuste de Curuas: -_/ r i = 6.866
Ponto: gC5V Ca~p Ini Ca~p F in
02 07
TENDENCICI
- --
RPH Cmponente Pariaet ro Cu~ua 1: NCiO i.BI Curua 2: NCIO MO parimetro de carga
Figura 3.11 Exemplo de Análise de Tendências
I
Todos os módulos do programa AD, são controlados
por um módulo principal, que os aciona via menu. No módulo
principal é também possível a obtenção de cópias de segurança
dos arquivos gerados pelo sistema. As 1 istagens dos programas
não estão contidas neste trabalho, por serem muito volumosas, e nada acrescentariam ao já exposto.
50
Capitulo IV
Problemas em Turbomáquinas Relacionados com Vibracão
4.1 Aspectos Gerais
De maneira geral, são consideradas turbomáquinas as
máquinas rotativaç que funcionam em regime de alta rotação.
São equipamentos geralmente de grande porte e elevado grau de
importância nos processos pr-odutivos. Estão neste grupo as
bombas centrífugas, as turbinas a vapor e a gás, os
compressoreç centrífugos e axiais e alguns tipos de máquinas
elétricas. Estas máquinas estão presentes, entre outros, em
grandes indústrias petroquimicas, companhias distribuidoras
de gás e energia, plataformas de petróleo e usinas nucleares.
Nos últimos 20 anos, as necessidades de ~~rodução da
indústria moderna, fizeram com que máquinas cada vez mais
potentes e sofisticadas foçsem produzidas. A partir da
operação destes equipamentos, pôde-se observar fenômenos de
vibra~ão ate então desconhecidos, surgindo daí a necessidade
de explicá-los e representá-los analiticamente C171.
Um levantamento generalizado dos problemas, partiu
inicialmente de técnicos com vasta experizncia na opera~ão
destas maquinas, tais como Sohre C171, Mitchell C181 e
Jackson Ci91. A partir destas compila~ões iniciais, grupos de
pesquisadores passaram a dedicar-se a famílias específicas de
problemas patrocinados por Universidades, firmas de
consultoria, fabricantes de instr-umentos e grandes companhias
operadoras, em todo o mundo.
4.2 Descricão e Características dos Problemas
0s problemas em turbomáquinas a serem descritos
neste trabalho são, na sua maioria, de origem mecânica mas,
serão também abordados alguns de origem aerodinâmica,
elétrica e outros.
A seguir, passarão a ser descritos, os problemas
que frequentemente tem contribuído para grandes perdas de
produção na indústria, uma vez que tornam 05 equipamentos
incapazes de operar satisfatoriamente ou até de simplesmente
operar. Conforme mencionado anteriormente, cada um destes
fenômenos abre um amplo espaho de discussão, sendo que alguns
não estão ainda perfeitamente explicados.
Este trabalho propõe-se a dar um tratamento apenas
descritivo e alguns subsídios a identificação dos problemas.
Na verdade, a seguranca na emissão da diagnóstico, será o
resultado da convivência do especialista com a máquina,
realizando medicões e acumulando dados e experiência. Os
espectros a serem mostrados como exemplo são, na sua maioria,
provenientes do banco de dados da Petrobrás, gerado em 2 anos
e meio de uso do Sistema AD de preditiva.
4.2.1 Desbalanceamento
A causa básica da vibra~ão provocada por
desbalanceamento em uma maquina rotativa é a não coincidência
do centro de massa com centro de giracão, muito embnra est.e
pode tamb&n, mais raramente, ser provocado por forças
externas Ci71. Todo equipamento rotativo possui, em algum
nível, algum tipo de desbalanceamento e suas causas
principais são:
- Balanceamento não executado adequadamente
(desbalanceamento residual);
- Perda de parte do rotor;
- DepÓsitos de material estranho no r-otor;
- Empeno permanente ou temporárioi
- Excentricidade entre componentes aeoplados;
- Eixos trincados;
- Forças provocadas pelo fluido.
A vibracão, provocada pelo desbalanceamento puro,
se manifesta na frequência de rotação da máquina, produzindo
um sinal de forma de onda senoidal. Sob certas condições de
severidade e/ou de construção do sistema rotor / apoio, podem
ser excitadas ressonâncias nos múltiplos superiores da
frequência de rotação, embora em baixas amplitudes 1203. R
figura (4.1) mostra um espectro característico de
desbalanceamento .
Rotores denominados flexíveis, ou sejam, aqueles
que operam próximo ou acima da rota~ão crítica do
conjunto rotor / mancais, possuem um comportamento bastante
peculiar em relação ao desbalanceamento. Isto se deve ao fato
destes rotores fletirem quando do seu funcionamento, podendo
fazer com que, um rotur que tenha níveis aceitáveis de
vibração na rotação de trabalho, possa apresentar níveis
elevados quando passam pela sua rotação crítica (vide tópico
específico neste capítulo).
Freq. Max. : 1880 Hz
Figura 4.1 Desbalanceamento
A resposta dinâmica de rotores pode ser observada,
num diagrama que representa a evolu~ão da amplitude de
vibração sincrona, e de sua fase relativa a um referencial
fixo no eixo, com a rotação, apresentando como característica
principal o fato de a fase apresentar uma variação brusca (em
torno de i80 graus) quando da passagem pela crítica. Este
gráfico é conhecido como diagrama de Bodé em homenagem ao
seu introdutor .
4.2.2 Desalinhamento
Segundo Mitchell [181, a vibracão associada ao
problema de desalinhamento, não reflete a dimensão do
desalinhamento, mas a incapacidade do acoplamento em absorvg-
10. Isto quer dizer que, se as forças provocadas pelo
desalinhamento, não forem transmitidas ao rotor e mancais em
forma de pr@-carga, não ocorrerá vibração. Por este fato, os
problemas relacionados com desal inhamento são também
eenhecidos como problemas de pré-carga E 2 1 3 .
São as seguintes, as principais causas de problemas
de pré-carga em máquinas:
- Desalinhamento angular e paralelo entre rotores
acoplados;
- Ucoplarnento defeituoso;
- Desalinhamento entre mancais;
- Desalinhamento de engrenagens;
- Distorção de carcaça;
- Falta de rigidez nas fundações;
- Eixo empenado
O desalinhamento se manifesta principalmente no
aparecimento da componente duas vezes a rotacão do eixo
acoplado, principalmente se o acoplamento for do tipo
engrenagens, podendo tambem ser observada a elevação da
componente iN L173 CIBI. A figura ( 4 . 2 ) apresenta um espectro
com características de desalinhamento. Elevados níveis de
vibração axial, d o frequentemente associados a problemas de
desalinhamento. Outro çintoma sue se utiliza para a
identificação de problemas de pre-carga, é o fato de que os
níveis da vibração variam com as condições de carga da
máquina. No caso de se dispor de sensores de vibracão do tipo
não-contato, que podem ser utilizados para monitorar a
posição radial do eixo no mancal, o seu sinal pode ser
utilizada de maneira eficiente no diagnbstico do
desalinhamento, relacionando-se a posição do eixo no lado
acoplado com o não acoplado C211.
F ~ e q . Max. : 160 Hz
Figura 4.2 Desalinhamento
Outro importante problema, relacionado com
acoplamentos do tipo engrenagem, é o travamentu axial do
acoplarnento, fazendo com que os esforços axiais de uma
maquina sejam trançmitidos i outra, provocando a falha do
manca1 axial par sobrecarga. Uma maneira de se comprovar o
travamento de acoplamento e a comparacão da fase da vibração
axial dos dois equipamentos acoplados Ci81, pois neste caso
estas estarão em fase.
4.2.3 Instabilidade
Este tipo de problema pertence ao chamado grupo das
Vibrações Çubsíncronas, ou seja, aquelas que se manifestam em
frequências abaixo das de rotacão da maquina. São vibra~ões
auto-excitadas, ou çeja, não necessitam de fonte externa para
que atinjam níveis elevados, e caracterizam-se principalmente
pela ocorrência de precessão do eixo fletido, em frequência
inferior a de rotaç50 da maquina. Por conta disso, submetem o
rotor sob seu efeito, à condições de flexão severas,
recomendando sua correção a curto prazo C221. Para melhor
compreensão, cada um dos mecanismos de instabilidade serão
descritos a seguir:
4.2.3.1 Oil Whirl
É a instabilidade do filme de Óleo, em que o
gradiente de pressão ao longo do manca1 não consegue ser
mantido constante. A s causas mais comuns da ocorrência de ai1
whirl são o projeto inadequado dos mancais, insuficiente pr&-
carga nos mancais e alterações na viscosidade, pressão ou
temperatura do Óleo lubrificante. Caracterizam-se pelo
aparecimento de componentes de vibração situadas em
frequências na faixa de 40 a 48% da de rotacão,que são
conhecidas como frequências de whirl. A figura (4.3) é um
espectro com estas características C173.
Bmpl .H&x. : 8.0 Deslaea~ento: ~ i a r .
I N
Freq. Max. : i4300 Hz
Figura 4.3 Oil Whirl
4.2.3.2 Oil Whip
Quando a frequencia da vibração provocada pelo oil
whirl, se aproxima da crítica do conjunto rotor / mancal, oç
níveis de vibração atingem amplitudes elevadas, culminando
com rompimento do filme de Óleo e, por conseguinte, a falha
do mancal. Pela definição, conclui-se que a frequência
característica do oil whip 6 a crítica do conjunta, e pode
ser identificado observando-se um gráfico tipo cascata, da
partida da máquina.
4.2.3.3 Histeretic Whirl
Instabilidade provocada pela fric~ão de romponenteç
do rotor montados com interferência ou ate mesmo das
moleculas do material do rotor. Como o fenômeno só ocorre
quando o eixo f lete, esta é uma característica da rotores
flexíveis, principalmente aqueles que trabalham acima da 2a.
frequência crítica. A frequência característica & a ia.
crítica.
4.2.3.4 Instabilidade Induzida pela Selagem
Por característica de projeto ou mau funcionamento
e, sob certas condições de operação, a selagem da máquina
pode trabalhar alterando u carregamento do mancal, ou seja, a
selagem atua como se fosse um mancal adicional. Neste casa,
tanto pode ocorrer uma instabilidade no próprio niancal,
quanto na selagem, que apesar de estar trabalhando como
mancal, não possue características para isto. Manifesta-se na
frequência de oil whirl ou critica do conjunto.
4.2.3.5 Aerodinâmica
A presença do fluido em contato com o rotor, pode
possibilitar a ocorrência de condicães de instabilidade,
provocadaç pela efeito conhecido como "Aerodynamic
crosscoupling", que se caracteriza pela influência do fluido
no amortecimento da sistema. Manifesta-se, principalmente, na
frequência critica, podendo aparecer também na de whirl ou
mesmo na 1N. É uma anormalidade característica de
compressores de alta pressão.
4.2.3.6 Folga no topo de palhetas
Fenômeno típico de máquinas de fluxo axial, como
turbinas e compressores axiais, a instabilidade 6 provocada pela distribuição nãu uniforme da folga da selagem no topo
das pás. Isto vem por provocar um diferencial na forca axial
do fluido sobre a rotor , gerando a componente
desestabilizadora conhecida por "Forca de Alford". Gera
normalmente uma componente entre 0,4 e 0,s da frequência de rotacão e sua amplitude varia com as condicães de carga da
máquina 1221.
4.2.4 Roçamento
Problema ocasionado pelo contato das partes móveis
com as partes estáticas da máquina. O roçamento, normalmente,
não 6 a fonte do problema, mas o resultado de uma montagem
inadequada ou anormalidade de funcionamento C171. Tem como
característica comum, a indu~ão de precessão no sentida
contrário ao de rotação, pela forca tangencial gerada pelo
atrito entre as partes em contato. 0s sintomas do roçamento
manifestam-se numa larga gama de frequência~, juçtificando
assim subdividi-los nos seguintes tipos C211:
4.2.4.1 Roçamento leve
Caracteriza-se pela excitação de sub-múltiplos @
múltiplos da frequência d e rotação, incluindo-se as não
inteiros como 1,5N, 2,5N, etc. A s amplitudes desta componente
são pequenas em rela~ão A LN, a menoç da 0,5N que se
man i festa de maneira acentuada. Dependendo das
características do conjunto rotor mancal, excita também a sua
critica.
4 . 2 . 4 . 2 Roçamento severo
Manifesta-se semelhantemente ao roçametito leve, com
a diferença de produzir múltiplos da rota~ãca de trabalho com
amplitudes elevadas, 0 roçamanto severo tem também a
característica de truncar o pico da resposta do rokor na
passagem pela crítica. A diferença entre esses dois tipos de
rocamento esta mostrada na figura (4.4).
Figura 4.4 Ro~amentos
4.2.4.3 Roçamento t o t a l (Dry whir2)
Diz-se de quando o roçamento se processa por toda a
rircunfêrencia do estator, e portanto, dificilmente
identlSicáve1 antes que cause sérios danos no equipamento.
Manifesta-se com níveis elevados na rotaçzo crítica do
conjunto e na frequência de rota~ão, podendo excitar tambem
ressonância do estator C171.
4.2.5 Ressonância
~eçsonâncias apenas amplificam vibra~õe5 geradas
por outras funtrs, mas não podem gerá-las C171. 0s pontos
mais -Frequentes de ocorrência de ressonâncias são os
suportes, a funda620 e as tubulações. A ocorrência do
-Fenômeno nos estatores, palhetas e impelidores da maquina é
mais rara, mas d e identificação bem mais difícil e de
conçequEnciaç geralmente graves. A vibra~ão então manifesta-
çe com níveis elevados, quando a fr~qui3ncia da excitação
entra em sintonia com a de ressonâcia de algum destes
componentes. Apresenta o comportamento de crescer rapidamente
com a rotação, passando por um pico máximo onde a fase também
sofre uma brusca varia~ão. É de grande utilidade na sua
identificaçãa, a representação de espectros em cascata
(figura 4.5).
Figura 4.5 Ressonância em gráfico cascata
4.2 .6 Velocidade Crítica
E a velocidade em que o eixo "empena", devido a
esSorços de desbalanceamento, mesmo que pequenos. Difere da
vibracão por ressonância, pelo fato do eixo não vibrar como
uma viga mas gira com uma flecha que tende a atingir- valores
elevados. A velocidade crítica e portanto um fenômeno próprio
de rotores flexíveis que giram apoiados sobre mancais. 4
vibração é então gerada pelo desbalanceamento provocado pelo
"empeno" do rotor-.
Como citado anteriormente, as deClex8es provocadas
pelo funcionamento na velocidade crítica, tenderiam a atingir
valores que levariam o rotor rapidamente A falha par fadiga.
Esta situação impediria a existência de máquinas com
funcionamento supercrítico, caso não existissem mecanismos de
controle da vibração, onde o fator de maior influência e o
amortecimento. Um projeto adequado do sistema
rotor/mancaiç/suporte , pode funcionar próximo ou na
velocidade critica, sem que maiores problemas ocorram. A
importhcia desta consideração, está no fato de que, a
maioria das turbomáquinas atuais, operam pr6ximas ou acima
desta rotacão.
Do exposto acima, torna-se fácil concluir que o
problema de velocidade critica, manifesta-se em presença de
um conjunto instável sujeito a algum tipo de excitaçao,
elevando os níveis nesta frequência.
De uma maneira geral, as velocidades criticas de
uma máquina são conhecidas, e de grande utilidade na analise
dos problemas de vibra~ão, pelo Sato de que vhrios fenômenos
podem vir a excitar esta frequêneia. Quando não Cornecidas
pelos fabricantes das mAquinas, é poçsivel a çua determinação
mediante o levantamento de uma curva de resposta dinâmica do
conjunta rotor-mancais (vide 4.2.1).
O funcionamento inadequado de componentes, tais
romn acoplamentos e selos, podem provocar a de5locamento da
critica conhecida do rotor, sendo assim um fator relevante na
identiSicação destes problemas.
4.2.7 Companentes Frouxos
E a vibração provocada pela existencia de folga,
entre componentes que deveriam permanecer 5oiidário5, sendo a
mais comum e fonte maior de interpretações equivocadas, a
ocorrência de falga entre a caixa dos mancais e a cartaFa da
máquina. Manifesta-se pela elevação da componente 1N, quase
sempre acompanhada da ocorr&xia de grande quantidade de
harmõnicoç. O aparecimento destes, pode ser explicado pela
nãa linearidade do sinal de vibracão, truncado pelos limites
da fnlga.Por ser fortemente direcional, componentes frouxos
podem ser identificados por grandes variações dos niveis do
sinal, com o posicionamento do sensor E203. Em função da
severidade do problema, a frequência critica ou a de whirl,
podem também ser excitadas.
4.2.8 Problemas com Engrenagens
0s problemas específicos de vibração em caixas de
engrenagens decorrem principalmente da necessidade de
intera~ão entre os eixos que as comp6em. 0s problemas mais
comuns de engrenamento são C183:
4.2.8.1 Falta de Excentricidade das Engrenagens
Faz com que B centro de giração das engrenagens,
não coincida com a centro do círculo formado pela linha de
engrenamento ("pitch line"), provocando níveis elevados de
vibração síncrona, no plano que contem os eixos.
4 . 2 . 8 . 2 Problema na Opera~ão com Baixa Carga
Característica d e caixas de engrenagens d e grande
porte, onde a operação em níveis de carga muito abaixo dos de
projeto, pode provecar problemas de sobrecarga nos mancais.
Istose da pelo fato de que, ao contrário das demais
máquinas, que projetam sobre os mancais somente o seu pesa,
as solicitações dos mancais em caixas de engrenagens, estão
intimamente relacionados com o torque transmitido. Isto e
levado em conta no seu projeto, procurando-se um equilíbrio
entre este esforço e o peso dos eixos, quando em carga
nominal. Daí o inconveniente de se opera-las com carga muito
baixa.
4.2.8.3 Defeitos de ~abricação ou Desgaste
Anormal dos Dentes
A s t6cnicas para se diagnosticar estes problemas em
engrenagens são variadas, mas de imediato, pode-se dizer que,
mais importante que níveis absolutos de amplitude, e o
comportamento da evolu~ão das componentes do espectro de
vibração. A ocorrência de harm8nicos e bandas laterais da
frequência de engrenamento (RPM x no. de dentes), em níveis
significativos se comparados com esta, indicam forte
evidgncia de ocorrência do problema.
O aparecimento de picos acompanhados de múltiplas
bandas laterais, na frequência intermediária entre a de
rotação e a de engrenamento (provavelmente fresuência natural
de um dos eixos ou da carcaca da caixa), indica grande
probabilidade de existência de folga elevada entre 05 dentes
das engrenagens (figura 4.6).
Figura 4.6 Engrenagem defeituosa
4.2.9 Problemas 4erodinàmicos
São classificados como aerodinâmicos, os problemas
de vibração, relacionados com o fluxo do fluido e m contato
com o rotor. Dentre eles podemos destacar:
4.2.9.1 Surge
Fenômeno característico de compressores centrífugos
e axiais, máquinas que possuem em sua curva de desempenha,
uma região de instabilidade de fluxo, representada por baixas
vazões e altos "headç". Uma ver operando dentro desta faixa,
são produzidas perturbações de fluxo, que provocam esforços
cíclicos e violentos no rotor- e por conseguinte nos mancaiç e
selos. Como os ciclos são de baixa fresuência, os picos
principais gerados no espectro estão na faixa de O a 10 H 2 ,
podendo tambem, na sua fase insipiente, excitar a crítica do
conjunto.
4 .2 .9 .2 Rotating Stall
Também característico de máquinas centrífugas que
operam com fluidos compresçíveis, trata-se de problema
provocado pela ocorrência de baixa velocidade du gás nas
difusores, ou ate mesmo nos impelidores, provocando
perturbações localizadas no fluxo. E um fenomeno da tipo
autoexcitado, que se manifesta com picos de vibração na faixa
entre as baixas frequências e a primeira crítica. Não produz
danos imediatos como o surge, mas a operação contínua nestas
condições, provoca a deterioração gradual dos mancaics, ate
que os níveis de vibra60 atinjam níveis impeditivos a
operação do equipamento. A figura ( 4 . 7 ) mostra um espectro
com estes fenômenos.
Freq. Max. : 1888 Hz
Figura 4.7 Surge e Stall
4.2.9.3 Ressonância Acústica
Ondas de choque, provocadaç por turbulEncias de
fluxo ou componentes internos de válvulas soltos, podem ser
amplificadas no interior da máquina, vasos ou tubula~ães,
provocando excitação de frequgncia quase sempre não
relacionada com a r o t a ~ ã o da máquina. São normalmente
audíveis, o que pode, algumas vezes, induzir a conclusões de
que problemas mais graves estejam ocorrendo, provocando
desmontagens desnecessárias.
4.2.9.3 Frequência de passagem das pás
Excitação provorada pela perturba~ão de fluxo
gerada pela paçsagem das p j ç móveis pelas fixas. Estão
normalmente presentes em todas as máquinas que operam
tran-Ferindo ou recebendo energia para fluidos, e não trazem
maiores problemas se não vierem a excitar resson~ncias. A
rrequência caracteristira é obtida multiplicando-çe a
frequência de rotação pelo número de pás do rotor. Come no
caso das engrenagens, é muito importante a obtenção de um
espectro de assinatura, com a máquina nova.
4.2.10 Problemas em Equipamentos Elétricos
~ l 6 m de problemas comuns aos outros tipos de
máquinas, as máquinas rotativas elétricas apresentam
problemas esperificos, que são decorrentes do seu princípio
de funcianamento. A s componentes de frequência são
normalmente relacionadas com frequE?nciaç elhtricas e podemos
liçtar C23l:
4.2.PO.1 Rotor Excêntrico
Manifesta-se em 1 x RPM e 2 x ~Frequência da rede.
4.2.10.2 Folgas nas Lâminas do Estator
Produz componentes de alta frequência
4.2.10.3 Rotor Trincado
Apresenta bandas laterais na frequência de rotacão,
moduladas por 2 x frequgneia de escorregamento.
4.2.18.4 Desbalanceamento na Tensão da Rede
Manifesta-se em 2 x frequência da rede.
4.2.10.5 Problemas no Estator (superaquecímenta,
curtos, etc)
Tem como frequência característica a de 2 x
frequSncia da rede, com bandas laterais em 2 x Crequência de
escorregamento.
4.2.10.6 Folga no Entreferro
Apresenta componente em 2 x erequência da rede.
Pode-se considerar a lista apresentada como
bastante significativa do universo de problemas em grandes
turbomaquinas, mas de maneira nenhuma completa, e tão pouco
definitiva, pois as maquinas continuam evoluindo, bem como as
pesquisas a respeito dos fenômenos relacionados com estes
problemas.
7r:i
Capitulo V
Sistemas Especialistas - Uma Introdu~ão
5.1 Urna Introducão à Inteligência Artificial
Inteliyencia Artificial(IA1 & um ramo da ciência de
computação que cuida da produção de sistemas que exibem
alguma característica associada a inteligência humana. Para a
obtenção dos ditos proyramas "inteligentes", duas abordagens
principais são utilizadas C241: ( 1 1 programas que preocupam-
se somente com a performance, utilizando métodas sue nada tem
a ver com o comportamento humano e ( 2 ) aqueles que tentam
simular o comportamento humana na execu~ão das tarefas. Uma
interessante analogia, que auxilia o entendimento das duas
abordagens, é o desenvolvimento da aviação. A criacãa d a s
primeiras maquinas de voar, baseava-se na observaçãa dos
pássaros, tentando inclusive simular o bater de asas. Este
seria o segundo tipo de abordagem. Com o desenvolvimento de
ciências como física e aerodinâmica, foi possível ao homem
atingir o objetivo por um m6todo diferente dos pássaros. Está
caracterizado o primeiro tipo de abordagem.
5.1.2 Nascimento e Evolu~ão
Nos anos 50, surgiram 05 primeiros prngramas com
processamento simbólico. A s mesmo tempo, eram criados os
computadoreí interativos, que permitiram o deçenvolvimento de
programas incrementais. Psicólogos cognitivos (estudam a
forma humana de pensar) modelaram o processo de tomada de
decisão em termos de regras de produ~ão C261.
Já nos anos 60, a tentativa foi de simular o
complexo processo de raciocinio humano, tentando criar
programas que solucionassem problemas gerais. A idéia era de
que os computadores, por serem muito rápidos, poderiam
resolver problemas explorando todas as possibilidades, o que
logo mostrou-se falho, pois mesmo para problemas não muito
complexos, O volume combinatório atingia valores
impraticáveis. Quanto a modelação do cérebro, esta esbarrou
em caracteristicas do processamento humano, sue resistem a
formalização, tais como C277:
- Consciência marginal - percebe rapidamente
alterações ou opçõeç num universo que é de seu
domínio, mesmo que nzo esteja procurando por elas;
- Tratamento de ambiguidades - analisa o contexto
sem necessidade de formalização;
- Reconhecimento de similaridades - pode identificar
como sendo o mesmo, algo que sofreu alterações .
Durante a década de 70, os esfor~os concentraram-se
no desenvolvimento de técnicas como a representação e
manipulacão das informações no computador - Ex: linguagem
PRQLOG. Somente no final da década, uma descoberta
importante, deu um novo impulso a IA: o poder de resolver
problemas do programa, depende mais do conhecimento que este
possuir, do que o formalismo ou esquema de inferência
empregado C261. Esta constataçãa propiciou o desenvolvimentn
de programas de propósita particular, sistemas que são
peritos em alguma área limitada, os chamados Sistemas
Especialistas.. Como resultado das pesquisas destes primeiros
anos, foram definidas áreas como sendo potencialmente
aplicáveis, dentro da IA. São elas C271:
- Jogos;
- Compreensão de linguagem natural;
- Programação automática;
- Reconhecimento de padrões;
- Robótica;
- Sistemas especialistas.
0s sistemas eçpeciaistas
comercialmente entre 1980 e 1781.
Em 1982, era lançado no
camewram a surgir
Japão o projeto de
computadares de quinta gera~ão, com arquitetura voltada para
o pr-ocessamento simbólico e IA aplicada, com destaque para o
processamento paralelo - investimento de 500 milhões de
dólares.
,-. .. i !:I
5.1.3 Algumas Defini~Ões
5.1.3.1 Fatos e Regras
Inteligência pode também ser definida, como "a
habilidade de manipular o conhecimento", ou seja, a sua
utiliza~ão de acordo com a situação, e o aprendizado continua
para uso futuro. Podemos então dividir inteligência em uma
cole~ão de fatos e um meio de utilizá-los. Isto é feito por
meio do estabelecimento de regras, que tracam uma relação
entre os fatos. Vejamos o seguinte exemplo C251:
Fato i:
Fato 2 :
Fato 3:
Regra 1:
Regra 2:
Ruas escuras e pouco movimentadas são
perigosas.
Pessoas de idade geralmente não cometem
crimes violentos.
A policia proteje as pessoas contra a
crime.
SE eu estou em uma rua escura e pouco
movimentada e vejo uma pessoa idosa, E N T Ã O
eu não devo ficar particularmente
preocupado com minha segurança.
S E eu estou em uma rua escura e pouco
movimentada c vejo um policial, E N T Ã O eu
devo me sentir seguro.
No exemplo mostrado, as regras são expressas por
uma relação condicional (SE - E N T Ã O ) .
5.1.3.2 Poda
Para a solução de um problema, mesmo que simples, a
mente humana tem a sua disposição uma vasta quantidade de
informações a serem utilizadas para determinar o curso da
solução. Se todo o fato, diretamente ou indiretamente
relacionado com o problema, necessitasse ser avaliado, o
tempo para a tomada de decisão seria enorme. O que o cérebro
humano faz, é eliminar os caminhos de pensamento que não são
relevantes para CJ objetivo a ser atingido, não perdendo tempo
na sua avaliação. Isto é o que é chamado de poda C251.
Heurísticùs surgiram como uma alternativa a busca
exaustiva. Para um determinado problema, limitam a quantidade
de opções a serem avaliadas e, por conseguinte, diminuem o
tempo de resposta, a partir da aplica~ãu de regras
especiais. Uma regra heurística adota um critério de ação que
se acredita possa chegar mais perto da solução, em detrimento
de quaisquer outros. Do exposto, concluímos sue a busca
heurística é um critério de poda.
Heuristicas náo são capazes de garantir uma çolu~ão
para o problema e podem não dizer quando esta não existe, mas
podem ser usadas eficientemente em algumas áreas. Na verdade,
existem certas Areas de problemas, e m que s b é possível uma
abordagem computacional por meio de heuristicas, como por
exemplo, pl.anejamento C281.
5.1.3.3 Mecanismo de Inferência
Inferir, segundo definiçso do filólogo AurÉlio
Buarque de Holanda, e "deduzir pelo raciocínio". Mecanismo de
inferencia ou motor de inSerência, é um termo de IA, que pode
ser definido como um procedimento que faz com que os dados
submetidos ao sistema, sejam avaliados à luz dos fatos e
regras ativados pelo critério de poda, gerando novos fatos
para uso do sistema.
5.2 Sistemas Especialistas
Dos ramos principais da IA, apresentados em
(5.1.2), Sistemas Especialistas (SE) é aquele em que a
apl icacão dos conceitos e técnicas desta, vem obtendo maior
sucesso. A área de SE investiga métodos e técnicas para
conskru~ão de sistemas homem-máquina com habilidade para
solusão de problemas especializados t261.
Podemos definir Sistema Especialista como um
programa de computador, que incorpora conhecimentos a
respeito de alguma área específica do conhecimento humano,
área esta que normalmente requer uso da experiência,
programado para funcionar como um consultor do assunto deste
domínio C A I .
Espera-se que um bom SE tenha capacidade de
proporcionar uma ou mais das seguintes facilidades: (1)
executar o trabalho do especialista quando este não estiver
disponível, ( 2 ) fornecer- respostas mais formalizadas e
rápidas que o especialista humano, (3) auxiliar o
especialista na sslucão de problemas mais complexos ( 4 )
resolver as problemas mais simples liberando o especialista
para os mais complexos e ( 5 ) atuar como um armazenador de
conhecimentos gerados por vários especialistas.
Mesmo havendo algumas vantagens doç sistemas
esepcialistas sobre os peritas, eles não o poderão substituir
em todas as situações, devido a limita~õeç inerentes,
conforme mostra a tabela (5.1) C261
CONHECIMENTO HUMANO
- PerecrveI
- D i f i c i l de t rmçfe r i r
- D i f ic i l de documentar - lmprcvisÍvel
- Caro
- Diçcr iminat* io - Individual i z d o - Cr iat ivo - AclwptAvel
- Enfosue amplo
- Baseado e m senso comum
CONHECIMENTO ARTIFICIAL
- Permanente
- Fãc i l de trançfer i r
- F k i 1 de documentar - Ccmsiçtente - Custe r a z d v r 1 - Imparcial
- Sacia1
- Sem inspira% - I n f l e x r v ~ l
- Enfwue restrita - Tscnico
Tabela 5.1 Comparação entre conhecimento especializado humano e artificial
De modo geral, os SE podem ser cla-~,sificados em
categorias definidas pela característica do seu
funcionamento. São elas C241:
3.2.2.1 Diagnóstico
São sistemas que detectam a origem de uma
anormalidade, a partir de um quadro de sintomas apresentado.
Normalmente são capazes de fornecer soluções para o problema
identiçicado.
5.2.2.2 Interpretação
Estes sistemas, inferem descrições de situações, a
partir da observação de fatos, isto e , fazem a análise de
dados e procuram determinar as suas relações e seu5
significados .
São programas que determinam a previsão do futuro,
a partir da modelagem de dados do passado e do presente.
5.2.2.4 Projeto
SZo sistemas capazes de configurar objetos, a
partir de especifica~ões fornecidas. São particularmente
Úteis como armazenadores de experiências para uso futuro e
por facilitar rnodifica~Õeç nos projetos.
Estes sistemas visam fornecer solu~ões para um mau
funcionamento, provacado por distorções dos dados.
O sistema de instrução tem mecanismos para
verificar e corrigir o comportamento do aprendizado de
estudantes. Normalmente, incorporam como sub-sistemas módulos
de diagnóstico e reparo, tomando por base uma descricão
hipotética do conhecimento da aluno.
5.2.2.7 Controle
São sistemas que interpretam, predizem, monitoram e
atuam corrigindo a comportamento de sistemas físicos.
5.2.3 Wquitetura de um Sistema Especialista
Um SE e constituído basicamente por: (1) uma base
de conhecimento, ( 2 ) um motor ou mecanismo de inferência e
(3) uma interface com o usuário. A figura 5.1 apresenta a
arquitetura básica de um SE, cujo5 seus componentes passam a
ser descritos a seguir 1241, C253, C271.
3.2.3.1 Base de Conhecimento
A base de conhecimento dá as características de
funcionament-o da sistema. Ela contém os fatos relativos
área em questão, relacionados por regras consideradas válidas
pelos especialistas (vide 5.1.3.1). Os fatos, de maneira
geral, aparecerão em forinato sirnbólico, sendo o mais comum o
uso de triplas O-A-V (Objeto - Atributo - Valor). A s regras,
que dão a forma de representação do conhecimento, podem
aparecer conforme os esquemas principais de ( i ) árvores de
decisão e ( 2 ) regras de produção. Um exemplo de aplicação do
primeiro tipo é a Turbomac C 6 7 , enquanto que o segundo
aparece no ROMEX C51.
5.2.3.2 Mecanismo de Inferência
Conforme já definido em 5.1.3.3, mecanismo ou motor
de inferencia, é um procedimento que permite com que a base
de conhecimento atue sobre as informações submetidas ao
sistema, gerando conclusões ou necessidade de novos dados,
até que se infira um fato que seja a resposta do problema
C271. 8s motores de inferzncia devem fazer uso de
heurísticas, que os tornam mais eficientes.
As inferênrias podem se processar em duas direcões,
as quais dão a forma de atuação do motor, (1) encadeamento
progressivo e ( 2 ) encadeamento regressivo.
O encadeamento pronresiivo parte de uma lista de
fatos e procura todas as regras que se relacionam com estes.
A s conclus8es destas regras, vão gerar novos fatos, e o
processo çe repete até que se chegue ao objetivo, ou não
existam mais regras a serem aplicadas. Este procedimento
torna-se interessante quando os dados são limitados ou a sua
obtenção & automática, como nos sistemas de monitora~ão
contí nua.
No mecanismo de encadeamento resressivo, as
inferências ção feitas a partir do objetivo, tentando aplicar
regras, em que a conclusão coincida com este. Para cada uma
destas regras, a premissa torna-se um novo objetivo, e o
processo é repetido, até que todas as premissas sejam
confirmadas ou não pelos fatos Qornecidos.
5.2.3.3 Interface com o Usuário
Trata-se do meio pelo qual o programa se comunica
externamente, solicitando dados e emitindo resultados. s um das pontos chave do sucesso de um SE. Utilizanda-se de um
termo muito em voga, ela deve ser a mais "amigável" possível
do ponto de vista operacional, sob pena de criar um
desestímulo ao seu uso, tanto que sistemas mais sofisticados
tendem a fazer uso de linguagem natural. Devem permitir uma
entrada de dados simples e justificada, informar o andamento
das inferênciaç sempre que solicitado r fornecer respostas
num formato que possibilite aplicação imediata. Outro ponto
importante é a quantidade de solicitações que o sistema faz
ao operador, que pode vir a tornar o uso do programa
cansativo, sendo portanto conveniente que o sistema adote
critérios de poda eficientes, visando torná-las mínimas.
Sistemas especialistas mais elaborados dispõem de
editores de base de conhecimento, possibilitando a fácil
digitação das regras e a verificação da consistência das
mesmas.
5.2.4 Deçenvolvimento de um Sistema Especialista
A seguir serão descritas as atividades a serem
cumpridas a partir da intenção de se desenvolver um SE, em
uma área de especialização.
5.2.4.1 O Engenheiro do Conhecimento
É Q técnico de participação vital na estrutura~ão
de u m SE, na futi~ão principal de atuar junto aos
especialistac> na formalização do conhecimento. Deve ter
profundoá conhecimentos das limitações e recursos da
ferramenta cornputãcional a ser utilizada e dos objetivos do
sistema a ser desetlvolvido. É um trabalho nem sempre facil,
pois e característico dos especialistas acreditar que não e
possivel transformar em regras, o conhecimento adquirido e m
anos de experiência.
5.2.4.2 Etapas do desenvolvimento de um SE
A 5 etapas apresentadas a seguir, podem ser
agrupadas ou 3ubdivididas em sub-grupos, de acordo com a
complexidade do sistema C241, C303.
- Análise preliminar (identificacão): Nesta fase,
identifica-se a necessidade e viabilidade da
utilização de um SE na área proposta. São
leventadas as disponibilidades de recursos para
implantação do sistema, ou seja, recursos humanos,
financeiros, hardware e software. Neste ponto cabem
considerações a respeito do ço-ftware utilizado em
SE. Um sistema dotado de motor de inferêticia, uma
interface com o usuário e um arquivo destinado a
receber fatos e regras (mas vazio), é denominado
shell. Portando, dispondo-se de um shell, o
desenvolvimento de um SE constituir-se-a no
preenchimento de fatos e regras. Na verdade, os
shells comercialmente disponíveis, trazem embutido
consigo um motor de inferzncia e um formalismo para
a representação do conhecimento, que nem sempre se
enquadram nas características do universo a que se
quer aplicar o SE. Portanto, deve ser avaliada
criteriosamente, a opção de se utilizar ou não um
shell pronto, pois se este pode diminuir o tempo de
implementação, pode também contribuir para uma
perda de flexibilidade e confiabilidade,
principalmente por se tratarem de "pacotes
fechados".
- Cenceitua~ãa: Na área escolhida para a atuação do
SE, analisa-se como se processa a atuação dos
especialistas no que se refere aos conceitos
básicos utilizados, suas relações e o fluxo de
informacões. Nesta fase o Engenheiro do
conhecimento trava o primeiro contato com área de
especializado onde será aplicado o sistema.
Formalização: Esta fase caracteriza-se pela
importância da atuacão do engenhei ro do
conhecimento. A partir das análises feitas na etapa
anterior, este ira propor uma formalização do
conhecimento, ou seja, como deverão ser
estruturadas as regras. i a fase mais difícil do
processo, pois visa obter a formalização de algo
que normalmente o especial istas consideram
impossível de padronizar. Deve-se notar que a
estruturação a ser aplicada estará diretamente
ligada ao processo de inferência que se pretende
adotar.
- Implementacão: Normalmente se inicia com a
construção de um protótipo, para uma avaliação do
modelo escolhido. A implementaçãa tem a vantagem de
permitir ao especialista uma visão preliminar do
que se espera do sistema, estimulando-o a criação
de regras mais eficientes e já mais próximas do
modelo formalizado. Do ponto de vista do engenheiro
do conhecimento, esta fase destina-se a avaliação
da praticidade da representa~ão escolhida e do
motor de inferência, no que se refere a espaço
ocupado e velocidade no computador.
- Teste: Agora o sistema sera testado como um todo,
avaliando-se os aspectos qualidade e tempo das
respostas, bem como a facilidade de entrada de
dados. A contribuição de especialistas que não
participaram do processo de comtrução das regras,
com aplicação de problemas reais, tem vital
importância na verifica~ão da qualidade da base de
conhecimentos no que se refere A ocorrência de
respostas dúbias ou inconclusivaç (validacão).
- Manuten~ãa: Tem a duração da uti1i;oação do sistema, que deverá atualizar-se em termos de novos
conhecimentos e novos patamares de desempenho.
Cabe aqui salientar o fato de que, enquanto no
desenvolvimento de sistemas csmputacionaiç convencionais, a
participação do especialista e/ou usuário se dá somente nas
fases iniciais, no Sistema Especialista esta participação se
dá em todas as etapas.
5.3 U m Sistema Especialista para Diagnóstico de Vibracão
FI técnica mais uti 1 izada atualmente para
diagnóstico de problemas e manutenção preditiva em maquinas
rotativas e a analise de vibração. Trata-se de um campo onde
e obrigatória a atuação de especialistas, que ção raros e de
alto custo. Apresenta-se então, como uma alternativa a este
problema, o desenvolvimento de um sistema que atue nu auxilio
desta tarefa.
5.3.1 Definição do Objetivo
O objetivo e o desenvolvimento de um sistema, que
possibilite aa tkcnico de manutencão uma consulta interativa
para obten~ão de diagnóstico de vibracão. O sistema recebe
informações a respeito do tipo de equipamento ao qual há a
suspeita do problema, e dos sintomas deste.
O diagnóstico de vibrações tem características que
o tornam u m problema cumplicado. São elas C151:
- A e~istGncia de si tuaç9es onde a informaçZa
disponível @ imprecisa ou incompletaj
- A s regras a respeito do domínio do problema podem
conter incertezas difíceis de quantificar;
- A existgncia de múltiplos problemasi
- Depende das características de cada maquina;
- Diversas classes de problemas manifestando-se com
os mesmos sintomas.
Como ilustração, tomemos o caso do sintoma
"elevação da componente 1N da vibração", que pode estar
presente em pelo menos 30% dos problemas conhecidos. Por
outro lado, o desbalanceamento, que e uma das possibilidades
para o quadro apresentado, pode ser provocado por uma série
de anormalidades.
5.3.2 ROMEX C51, Um sistema especialista para
diagnóstico de vibra~ão
O ROMEX 6 um sistema especialista para diagnóstico
de problemas de vibração em máquinas rotativas, desenvolvido
pelo Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroeçpacial da
Universidade de Virginia, e dos sistemas publicados, trata-se
de um dos mais completos. Embora ate o fechamento deste
trabal.ho, não havia sido possivel a sua utilização prática,
cabe aqui a apresenta~ão de algumas de suas características.
Utilizando regras de produ~ão na estrutura de sua
base de conhecimentos, o ROMEX foi programado basicamente em
PROLOG. Manipula incerteza utilizando o modelo Dempstrr
Shafer C271 C311j e apresenta os seguintes recursos
interessantes :
- Editor amigável de regrasi
- Interface em linguagem natural;
- Ferramentas de verificação e valida~ão ( V & V ) j
- Banco de dados de projeto e histórico das
máquinasi
- Possibilidade de aquisição de dados "on-litie";
- Integração com outros sistemas, tais como
facilidades gráficas e acesso a programas de
modela~ão de rotores e mancais.
Capitulo VI
O Programa DIAGMAQ
6.i Considerações Gerais
Surgido da necessidade de se disseminar a
capacitação de emitir diagnósticos de problemas de vibração
nas máquinas de grande porte instaladas nas plataformas de
petróleo brasileiras, o DIAGMAQ & um sistema especialista
baseado na busca dirigida, num universo onde acredita-se está
a maior parte dos seus problemas relacinados com vibração.
Foi visualizado como uma das principais utilizaç8es
do BIAGMAQ, a solu~ão do problema de substituição dos
especialistas propriamente ditas, quando estes não estiverem
disponíveis, na ocorrência de um problema grave. A utilização
do programa por técnicos menos capacitados, propiciaria a
obten~ão de diagnósticos que possam encaminhar a sua solução.
Do ponto de vista da utilização dos próprios especialistas, a
utilização do DIAGMAQ tem o objetivo de permitir uma
avaliação mais rápida, seni que nenhum potito de análise seja
esquecido.
Por outro lado, o deçenvolvimento de um SE,
apresentava-se corno um excelente exercício de organização da
exper iene ia acumulada na diagnóstico de vibrações, e
verificação da potencialidade de uma nova tecnologia.
O sistema de acompanhamento dinâmico (AD) descrito
anteriormente neste trabalho, tem como Çuncão principal a
manipulacão de informações referentes a vibração, produzindo
tambem como saída alarmes indicando a possibilidade de
ocorrência de u m problema. Um sistema deste tipo, pode
produzir como saída, na melhor das hipóteses, algo cama: "o
segundo harmônico da frequ&-tcia de rotação alarmou", o que, a
nao ser para uma seleta minoria, não possui maiores
significados. É fácil. verificar que uma resposta do tipo: "o
problema e desalinhamento ou problema no acoplamento" produz
ações bem mais imediatas. É implementar esta conversZo de
terminologia, a que se propõe o DIAGMAQ, a partiu de uma
interação com um técnico de manutencão com alguns
conhecimentos de vibração.
O DIAGMAQ possui algumas particularidades na sua
forma de desenvolvimento, se comparado ao sistema
tradicional de construcão de um SE. Estas particularidades
devem-se principalmente à pouca disponibilidade de recursos e
tempo para sua execuçZo. No que se refere a recursos, pode-se
citar principalmente a pouca disponibilidade de especialiítaç
na area no País, o que fez com que a base de conhecimento
fosse gerada principalmente a partir de pesquisa
bibliográ-íica C171 - C231 e da experiência de 3 anos do autor no acompanhamento das grandes maquinas das plata-Formas da
PETROBRAS, aliado ao fato deste fazer ao mesmo tempo o papel
do engenheiro do conhecimento, do especialista e do
programador. Por outro lado , a linguagem utilizada não
possui tradição na aplica~ão em SE, mas foi escolhida por ser
de domínio do autor, a que veio a contribuir para redução da
tempo de programa~ão. A linguagem utilizada foi o MS Quick
Basic na sua versão mais atual.
6.2 4 Base de Conhecimento
A base de conhecimento do DIAGMAQ esta montada num
modelo que se aproxima ao de arvores de decisão. A base foi
construída a partir de uma lista contendo os problema5 com
maior frequência de ocorrt5ncia em turbomáquinas, que estão
listados na tabela (6.1).
- I H I C I O L IWCRUSTRR CAO
DESBfiLfiHCEfinEITO EHPEHO TEMPORIRIO EMPEHO PERHIREWTE C
DESALIHHAHEHTO ACOPLAHEWTO DEFEITUOSO EXCEITRICIDADE DE HRHCAIS
ROCAHEWTOS
IIÇTBBILIDADE
RESSOIIRCIA DE PEDESTAL
UELOCIDADE CRITICA
fiERODIWÁHICOS
ELETRICO
FILHA DE COHPONQJTE
VIBRACAO TRRISMITIDA - Tabela 6.2 - Problemas em turbomáquinas
A construcão das regras, deu-se então do
relacionamento dos componentes da tabela (&.i), com sintomas
apresentados pela máquina em termos de vibracão. Para cada
sintoma ou comportamento considerados como possíveis pelo
DIAGMAQ, associou-se cada diagnÓstico, cem os atributos: "i
um sintoma obrigatório de", ''é um sintoma possível de" ou
"não é um sintoma de". Assim teremos por exemplo:
4 frequência predominante de 40 a 50% a de rotação, e
um sintoma possível de:
- Distorçdo de rarcaca - Roçamento leve rotor/estator; - Roçamenta çevero rotor/estator; - Instabilidade induzida pelo Cluido; - Instabilidade induzida pelo selo de Óleo; - Componentes frouxoç; - Vibração transmitida.
Não foram utilizados quantificadores de certeza das
regras, por não se dispor de informações confiáveis a esse
respeito. Isto deve-se principalmente ao fato, já citado em
5.3.1, de que um mesmo sintoma de um mesmo problema pode se
manifestar de maneira diferente, em máquinas do mesmo tipo
mas de fabricantes (projeto) diferentes. Mas nada impede a
sua implantação futura.
6.3 A Estratégia de Funcionamento
O DIGMAQ utiliza para determinação de "qual o
próximo passo a seguir ? I 1 , um procedimento de poda, que
basicamente consiste de uma avaliação de cada uma das
perguntas a serem aplicadas, dentro do universo de problemas
que se está analisando. Isto faz com que não sejam
requisitadas informa~ões desnecessarias ao operador. O
procedimento baseia-se na determinação de um fator a qual
chamou-se "Fator de resolucão" para cada nova informa~ão a
ser solicitada, calculado em fun~ão dos dados já fornecidos e
das conclusões existentes.
6.4 A ~ p e r a ç ã o do Programa
O programa DIAGMAQ foi concebido de maneira a
tentar reproduzir o procedimento executado por um
especialista da área de vibraqões mecãnicas, na o b t e n ~ ã a de
um diagnóstico para um problema de vibrasão numa
turbomáquina.
Figura 6.1 Fluxograma do DIAGMAQ
A análise @ feita pelo estabelecimento, desde os
primeiros dados -Fornecidos, de uma lista de diagnósticos
possíveis, para aquela situação que se apresenta. A partir
daí, o programa caminha no sentida de minimizar as opções da
lista, objetivando o diagnóstico único, o que dependerá
unicamente das respostas fornecidas às sua5 solicitações. A
figura (6.1) apresenta o fluxograma de funcionamento do
DTOGMAQ.
Ao se iniciar uma sessão do programa, é apresentado
um menu principal com as op~6 e s de se consultar a base de
conhecimentos ou se executar um diagnóstico. Escolhendo-se a
segunda opção, o DIAGMAQ solicitará inicialmente informa~ões
sobre o tipo de maquina que se esta analisando.
Todas as perguntas realizadas pelo programa são
do tipo múltipla escolha, bastando o operador escolher uma ou
mais ap~Ões que o satisfasam, conforme mostrado na figura
- Turbin~ a Qapar
-- gerado^ de Gas
- Turblna Llure
- Gerador nu Motor B1&rbico
- Bamba P~rrtrifuga
- Caixa de Rng~lanagens
Figura 6.2 Tipos de maquina
O próximo passo 6 o fornecimento das
características de frequência do sinal de vibração, a partir
de uma lista padrão fornecida na tela que esta mostrada na
figura ( 6 . 3 ) .
da frequhcia de rotas80 0,5í a 0,99 da frequ~rtcin de rotaqKo 1X a frequhcia de rotag#o 2% a frequhncia de rotas#o
a de engrenamento
2X a freq, de escorreganento de 2X a frequência da rede otaGh engrenamento ou rede
Figura 6.3 Frequênciaç caracteristicas
A partir daí o prosrama "conversará" com o
operador, sol.icitando de forma interativa ao operadur os
dados a respeito do comportamento da vibra~ão, necessários a
obtencão do diagnóstico, como mostra o exemplo da figura
( 6 . 4 ) .
O processo interativo se repetirá até que apenas um
diagnóstico seja obtido ou não haja conclusão por nenhum
deles ou esgotarem-se oç recursos para a obtenção de
diagnbstico Único. Neste Último caso o programa apresentará
uma lista do5 diagnósticos possíveis.
A parte interativa da sessão e bastante
interessante do ponto de vista da agilizacão da diagnóstica,
pois a cada conjunto de op~ões submetida ao usuário, o
programa estará também sugerindo observações, que ate então
podem não ter sido percebidas
21 Aumenta c m o aunenfo da carga
3) Dininui cm o autlento da carga
Figura 6 . 4 Testes interativos
Após a resposta de cada pergunta o DIAGMAQ mostra
um resultada parcial da análise, apresentando a lista de
diagnósticos possíveis, como mostra o exemplo da figura
(6.5).
A qualquer momento o operador pode dar a sessão por
encerrada e solicitar a impressão do resumo de todos os
passos da analise, o que pode ocorrer também no Sinal normal
da sessão. 0s exemplos de sesções impressas estãa nos
exemplos mostrados no anexo (3).
.- Ilesa1 ! nhamnto - koplanent o COR f unc iona~enf õt3iantage~ inadequado - Exmtr iefdade dos nançais - DfstarsBo da carcaoa -- Bixu Mncadii - Uí hrasxo transiailiida
Figura 6.5 Resultados parciais
A o p ~ ã o Testar Conhecimento do menu possibilita ao
operador um passeio pelas regras que direcionam a5
inferências no DIAGMAQ, para simples consulta ou edição, na
tela mostrada na figura (6.6).
[ /I Ro9amnto leue rotor estatw
r01 Oil Whirl UV Prnhlcoiia nn estatos (Dl~tricw) UV Instabi 1 idade induaida pela f luid [Bl Rutur exerrtxbico (BlEtricu) Ri1 hstabil idade induaida pelo selu r81 Rotor trincado tElétricol tll Distor#o da carcasa E01 Desbaliinceamento da uriltagerr da 1 E23 Ilessonincia de carcana 101 Lirifinas do estator soltas [Bf6tri 121 Resssnhcia de siiporte [lJ Vlbrasga transnltlda
O programa encontra-se em teste na PETROBRAS e no
LEN da CCIPPE, para avalia~ão do seu desenpenho e valida~ão de
sua base de conhecimentos.
Capítulo V I 1
Comentários e Conclusões
7.1 Comentários
Um sistema de manutenção preditiva, que envolve
contribuições de várias áreas de especialização, tais como,
processamento de sinais, técnicas de aquisição de dados,
análise de vibrações, dinâmica de rotores e recursos
camputacionais, deve estar sempre em consonância com o estado
da arte destas. Por isso o sistema desenvolvido pela COPPE e
PETROBRdS, encontra-se no desenvolvimento de sua terceira
versão, e deve continuar atualizando-se, mas sempre sob a luz
do seu objetivo principal, que é o de ser uma ferramenta do
homem de manuten~ão.
Sistemas Especialistas é sem dúvida uma área com
bastante atrativos, inclusive comerciais, o que vem por
estimular o uso indiscriminado de técnicas ainda não
perfeitamente desenvolvidas, podendo trazer surpresas para o
usuário menos avisado.
Na que conserne ao DIAGMAQ, cumprira o seu objetivo
inicial de ser um complemento do sistema AD, mas sem
propostas de grandes aprimoramentos, em função das limitações
de sua concepção, conforme citada em 6 . . Oe qualquer
maneira, este sevirá sempre como experiência na construção de
sistemas com mais recursos, principalmente no que se refere
as informacões contidas na sua base de conhecimento.
O sistema desenvolvida pela Universidade de
Virgínia, traz consigo um excelente potencial, que deve ser
melhor avaliado na opção de se desenvolver um sistema futuro.
Uma área de pesquisa, que envolve processamento de
sinais e IA e que 5e apresenta como bastante atrativa, e a
interpretação automática de componentes espectrais C321, que
poderia ser aplicada tanto em sistemas de gerenciamento de
dados de vibração, como o AD, quanto em sistemas
especialistas para manitoracão contínua.
O uso das técnicas de manutenção preditiva,
apresentadas neste trabalho, constituem-se hoje num requisito
da indústria moderna. 0s benefícios alcan~ados com a
utilização de um programa de gerenciamento preditivo da
manutenção , já são perfeitamente identificáveis e
quantificáveis.
O sucesso da utilização da preditiva, como
ferramenta do aumento de eficiencia da manutenção,
possibilitou que se desenvolvesse um novo ramo de
especialização da engenharia, em que o enfoque principal é o
estado da máquina. A manutenção de estado ("on condition"), é
hoje uma realidade, sendo inclusive ja aplicada à manutencão
aeronáutica, que e de alta responsabilidade.
O desenvolvimento de um sistema próprio, como o
Acompanhamento Dinâmico (A.D.), em detrimento da aquisicão de
pacotes prontos, revelou-se plenamente justificável,
principalmente pelos aspectos de (i) domínio da tecnologia e
( 2 ) flexibilidade de moldá-lo de acordo com as necessidades
de cada unidade.
A utilização de inteligência artificial e, mais
especificamente, sistemas especialistas, no auxílio do
diagnóstico de vibração, conclui-se venha a ser, nos próximos
anos, um componente indispensável ao funcionamento de um
programa de manuten~ãa preditiva. Contribuem fortemente para
isto: ( 1 ) a necessidade de orgatiização da experiziicia, ( 2 ) a
qacilidade para armazená-la, recuperá-la e atualizá-la e (3)
a liberação do especialista para dedicação em atividades mais
nobres.
O desetivovime~ito do protótipo DIAGMAQ, nieçmo e m
condicõeí especiais em que todas as tarefas foram
concentradas em unia Única pessoa, contribuiu para que fosse
possível uma perfeita avaliação da potencialidade da
ferramenta.
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ANEXO 1
T U R B O M A Q U I N A S NA B A C I A D E C A M P O S
I Qtd. Fabricante Cap. Uni t. Cap. Total H3/Dia x 103 MB/Dia x 103
DEMAG I 1 .O00 1 9 .530 11 - ~--ppp
SOLAR 500 3 .000
DRESSER-RAND 600 3 .600
M A Qtd. Fabr icante Mode l o Poten.Total O HP T G r
I I I I I I I
TOTAIS 02 1 2.183 I
TURBINAS A GAS NA BACIA DE CAMPOS HP x 1000 N9 DE TURBINAS
8'7 89
ANO
ANEXO 3
EXEMPLO 1
MAOU1IA: Pata da aedicao:
flotivo da eedicao:
Os tipos de aaquina previstos no PIAG#AQ sao:
- Coapressor Centrifugo ou Axial - Turbina a Vapor - Gerador de Gas - Turbina Livre - Gerador ou flotor Eletrico - Eonba Centrifuga - Caixa de Engrenagens
Para o problema ea analise a aaquina e:
- Compressor Centrifugo ou Axial
Dentre as frequencias abaixo:
- Baixas frequencias - Critica do rotor + mancais - 0.4 a 0'49 da frequencia de rotacao - !I2 da frequencia de rotacao - Hareonicos nao inteiros da frequencia de rotacao - 0.51 a 0.99 da frequencia de rotacao - 1X a frequencia de rotacao - 2X a frequencia de rotacao - Hareonicos da frequencia de rotacao - Frequencia de engrenaaento - Bandas laterais da frequencia de engrenaaento - Haraonicos da frequencia de engrenaaento - Frequencia eletrica da rede - Multiplos da frequencia elgtrica da rede - 2X a freq. da rede coe bandas laterais de 21 a freq. de escorregamento - Frequencia de rotacao coa bandas laterais de 21 a frequencia da rede - Frequencia sem relacao aparente coa a de rotacao, engrenaeento ou rede - Altas frequencias
Aísf frequencia(s1 predoainanteis) indicadats) e( sao):
- 1X a frequencia de rotacao
lista parcial de diaqnosticos possiveis e:
Deshalanceamen to inicial Desbalanceamento por incrustracao Desprendimento de parte do rotor E~peno perwanente do rator Empeno temporario do rotor Desal inhawen to Acoplamento coa funcionsment~/montaqe# inadequado Exen tricidade dos mancais Distoriao da iarcaca Ressonlncia de carcaca Ressonancia de suporte Velocidade critica coniunto rotor+mancal Velocidade critica do acoplamento Critica induzida pelo selo Eixo trincado Vibracao transai tida
Para o seguin te co~portamen to apresentado:
Foram observadas grandes variacoes na fase da 1N para pequenas variacoes de rotacao?
Respostafsl:
A lista parcial de diaqnosticos possiveis e:
- Desbalanceamento inicial - Desbalanceawento por incrustracao - Desprendimento de parte do rotor - Empeno perwanente do rotor - Empeno teaporario do rotor - Desalinhaaento - Acoplamento coa funcionamento/aontag~m inadequado - Exentricidade dos mancais - Distorcao da carcaca - Eixo trincado - Vibracao tíanswi tida
Para variacoes de carga, wantendo-;e a rotacao aproxi~aadamente constante, a awpl itude predominante:
- Nao se altera
2. C3 I3
lista parcial de diaqnosticos possiveis e:
- Desbalancea~ento inicia! - Desbalan~eamento por incruçtracao - Desprendimento de parte do rotor - Empeno permanente do rotor - Exentricidade dos eancais - Bistoriao da carcaca - Eixo trincado - Vihracao transnitida
Quanto ao comportamento da frequencia da componente predominante tem-se:
- Varia em funcao da frequencia de rotacao
fl lista parcial de diagnosticos possiveis e:
- Desbalanceamento inicial - Desbalanceamento por inciustracao - Desprendimento de parte do rotor - Empeno permanente do rotor - Exentricidade dos mancais - Distorcao da carcaca - Eixo tii~cado
Para o seguinte comportamento apresentado:
Sobre a variacao do "mn-out" do sinal em analise com o tempo, pode-se dizer:
- Mao apresentou variacao significativa de amplitude e fase, em qualquer componente, desde a ulti~a nedicao
lista parcial de diaqnosticos possiveis e:
- Desbalanceanen to inicial - DeçGalanceamento por incrustracao - Desprendimento de parte do rotor - Exentricidade dos mancais - Distarcao da carcaca
- ---- -- -
Para o seguinte co~portam~nto apresentado:
Quanto a evolucao da fase da 1M desde a ulti~a nedicao tem-se:
:I. O a Respostafsl:
- Apresentou variacao signif icatiwa
H lista parcial de diagnosticos possiveis e:
- Desbalanceamento por incrustracao - Desprendimento de parte do rotor - 1isto:cao da carcaca
Para o seguin te comportamen to apresen tado:
Sobre o historico da maquina pode-se dizer que:
Respos ta (s 1:
- lao se enquadra em nenhuma das situacoes previstas
Para o seguinte comportamento apresentado:
Foi detectado comportaaento anormal na posicao da linha de centro do do eixo nos mancais?
- Naa
A lista parcial de diagnosticos po9iiveis e:
- Desbalanceamento por incruátracao - Desprendimento de parte do rotor
Para o seguinte coaportamento apresentado:
guanto a evolucao dos niveis de vibracao tem-se:
- Evoluiram gradualmente coa o tempo
De acordo coa a minha base de conhecimento e os dados a mim fornecidos, foi possivel concluir que o diagnostico e:
- Desbalanceamento par incrustracao
Incrustracoes podem ser provocadas por i~purezas contidas nos fluidos em contato com os rotores, sob certas condicoes de te~peratura E pressao. b alguns casos e possivel u m Iavage~ da $aquina$ utilizando-se piodu tos especiais, seB que seia necessãria a abertura desta,
MAQUINA: Data da aedicao:
flotivo da wedicao:
Os tipos de maquina previstos no DIAGMAÚ sao:
- Co~pressoí Centrifugo ou Axial - Turbina a Vapor - Gerador de Gas - Turbina Livre - Gerador ou Motor Eletrico - Eomba Centrifuija - Caixa de Engrenagens
Para o probleea em analise a maquina e:
- Turbina Livre
Dentre as f requencias abaixo:
- Baixas frequencias - Critica do rator t ~ a n c a i s - 0.4 a 0.49 da frequencia de rotacao - 1/2 da frequencia de rotacao - Haraonicos nao inteiro; da frequencia de rotacao - 0.51 a 0.99 da frequencia de rotacao - 1X a frequencia de rotacao - 2X a frequencia de rotacao - Harmnicos da frequencia de rotacao - Frequencia de engrenaeento - Bandas laterais da frequencia de engrenawento - Harmnicos da frequencia de engrena~ento - Frequencia eletrica da rede - Multipfos da frequencia elktrica da rede - 2X a freq. da rede COB bandas laterais de 21 a freq, de escorregamento - Frequencia de rotacao cow bandas laterais de 21 a frequencia da rede - Frequencia sem relacao aparente coa a de rotacao, engrenamento ou rede - Hltas frequencias
A(s1 f requenciaf sl predominante(s) indicada(s) e(sao) :
- Critica do rotor + aancais
lista parcial de diagnosticos possiveis e:
D~sal inhaaen to Acoplamento com funcionamentotmontage~ inadequado Roca~ento total rotor estator (Dry Whirl I Instabilidade induzida pelo f luido Velocidade critica conjunto rotor+aancal Instabilidade induzida por friccao [Hysteritic) Exitacao aerodinaeica Eixo trincado Vi bracao transii tida
............................................................................... Para o seguinte coaportamento apresentado:
Quanto ao co~portamento da frequencia da componente predominante tem-se:
- Nao varia em funcao da frequencia de rotacao
A lista parcial de diagnosticos possiveis e:
- Rocawnto total rotor estator [Dry Whirll - Instabi!idaiie induzida pelo fluido - Instabilidade induzida por friccao (Hysteritic) - Exitacao aerodinaaica - Vibracao transmitida
Para o seguinte cofflportamen to apresentado:
Variacoes nas condicoes de vazao provocam inodificacoes nas frequenciaí das co~ponentes sais significativas?
Resposta(í1:
- Informacao nao disponivel ou nao aplicavel a esta maquina.
Para o seguinte coaportaaen to apresentado:
Quanto ao ~omporta~ento da aaplitude predominante tem-se:
- A amplitude e instavel
A lista parcial de diagnosticos possiveis e:
- Rocamento total rotor estator (Dry Whirll - Instabilidade induzida pelo fluido - Instabilidade induzida por friccao (Hysteritic) - Exi tacao aerodinaaica - Vibracao transmitida
--+----------------------------------------------------------------------------
Para o seguinte comportawen to apresentado:
ilarque a s ocorrencias operacionais que precederam a elevacao da vibracao
- Nao houve regis tro de nenhuiiia ocorrencia anormal
A l i s t a parcial de diaqnasticos possiveis e:
- Rocafiento total rotor estator (Dry Whirl] - Instabilidade induzida pelo fluido - Instabilidade fnduzida por friccao (Hyster i t ic) - Exitacao aerodinamica - Vibracao transmitida
Para o seguinte comportaaento apresentado:
Para variaçoes de carga, mantendo-se a rotacao aproximadamente constante, a amplitude predominante:
- #ao s e a l t e ra
A l i s t a parcial de diagnosticas possiveis e:
- Rocaaento total rotor es ta ta r (Dry Whirl] - Instabilidade induzida pelo fluido - Instabilidade induzida por fr iccao (Hysteriticf - Vibiacao transmitida
Sobre a curva de resposta do rotor (Bode]! pode-se dizer que:
- Infomacao nao disponivel
Para o seguin te comportawen to apresen tado:
A a amplitude iiiais s ignif icat iva da vibracau e sentida cora oiaior intensidade no:
R. i. 4
A lista parcial de diagnosticos possiveis e:
- Rocamento total rotor estator (Dry Whirl) - Instabilidade induiida pelo fluido - Instabilidade induiida por friccao (Hysteritic) - Vibracao transmi tida
No que se refere ao co~portasento da vibracao durante e apos a partida, tem-se:
Resposta f s I :
- Altera-se com o aquecimento da mquina
A lista parcial de diagnosticos possiveis e:
- Rocamento total rotor estator (Dry Whirl) - Instabilidade induzida pelo fluido - Instabilidade induzida por friccao (Hysteritici
Foi detectado coeportanento anoraal na posicao da linha de centro do do eixo nos üiancais?
- Inforsacao nao disponivel
As informagoes fornecidas nao forari suficientes para que fosse possivel optar por um dos diagnosticos abaixo. Verifique a possibilidadeda se executar novos testes e/ou conseguir wais informacoes.
- Rocamento total rotor estator (Dry Whirl) - Instabilidade induzida pelo fluido - Instabilidade induzida por friccao (Hysteritic)
Diagnostico: Roca~ento Total Rotor-Estator (Dry Whirl)
Horffialmente provocado por aontage~ inadequada. Verifique evidencias de su- peraquecimentos localizados. Cuidado coa a substituicao do material de selagens de labirinto, se8 uaa avaliacao criteriosa.
Diagnostico: Instabilidade Induzida pelo Fluido
Deve-se proceder a u@a analise de performance em paralelo! para identifi- carcao de recirculacoes internas.
Diagnostico: Instabilidade Induzida por Friccao (Hysteretic]
Pode ser provocado por entrada indevida de liquidos na maquina. Variacoes bruscas das condicoes operacionais tambem podem ser as causadoras. Veri- ficar as folgas dos acoplamentos.
EXEMPLO 3
P R ù G R B H A D I A G H A R
#BQUIfuB: Data da medicao:
Os tipos de maquina previstos no DIBGMAQ sao:
Co~pressor Gentrifugo ou Axial Turbina a Vapor Gerador de 6as Turbina Livre Gerador ou Motor Eletrico Boaba Centrifuga Caixa de Engrenagens
Para o problena em analise a maquina e:
- Turbina a Vapor
Dentre as frequenciaç abaixo:
- Baixas frequencias - Critica do rotor + mancais - 0.4 a 0.49 da frequencia de rotacao - 1 2 da frequencia de rotacao - Harmonico; nao inteiros da frequencia de rotacao - 0.51 a 0.99 da frequencia de rotacao - 1X a frequencia de rotacao - 2X a frequencia de rotacao - Harmonicos da frequencia de rotacao - Frequencia de engrenaeento - Bandas laterais da frequencia de engrenamento - Harmonicos da f requencia de engrenaiaen to - Frequencia eletrica da rede - Multiplos da frequencia el$trica da rede - 2X a freq, da rede coe bandas laterais de 2X a freq. de escorregamento - frequencia de rotacao c o ~ bandas laterais de 2X a frequencia da rede - Frequencia se8 relacao aparente com a de rotacao, engrenamento ou rede - Altas frequencias
- Baixas frequencias - Harmonicos da frequencia de rotacao
Para o prograra DiAGMAQ as inforracoes fornecidas sao contraditorias ura ver que todas as opcoes de diagnostico foraffi elifiinadas. Verifique seus dados quanto a presenca de inforffiacoes incorretas. Pode estar ocorrendo nais de ur prablefia s i f i u l t m o .
