Análise Preditiva de motores elétricos por vibração

Anais dos Trabalhos de Diploma – Dezembro/2013

Universidade Federal de Itajubá

Engenharia de Controle e Automação

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Manutenção Preditiva de Máquinas Elétricas Rotativas com auxílio de Sistema Supervisório (LabVIEW) utilizando a entrada de microfone de um computador

Diogo Augusto S. Pimenta        Kaio Cézar de Deus Oliveira        Leandro Zanuni Garcia

Orientador: Dr. Luiz Lenarth Gabriel Vermaas

Instituto de Engenharia de Sistemas e de Tecnologia da Informação (IESTI)

Resumo - O artigo apresenta o desenvolvimento de um sistema supervisório simples que auxiliará a manutenção preditiva de máquinas elétricas rotativas através da análise da vibração e seus espectros de frequência, sendo que as informações serão coletadas de um modo simples, utilizando a entrada de som de um computador, e posteriormente serão analisadas de forma a identificar padrões diferentes em cada tipo de falha.

Palavras-Chaves: sistema supervisório, manutenção preditiva, maquinas rotativas, vibração, espectros de frequência

I. Introdução

A existência de uma empresa competitiva no mercado depende de seus resultados, e para isso é inevitável a redução de custo para que seu produto tenha um preço compatível com o mercado e também a maximização dos lucros.

A maior parte dos custos operacionais totais de todas as plantas industriais de manufatura e de produção são associados a manutenção. Dependendo do segmento no qual a empresa trabalha, esses custos podem representar de 15% a 30% do custo dos bens produzidos [1].

A manutenção quando realizada de maneira inadequada e não planejada gera despesas ainda maiores, cerca de um terço de todos os custos de manutenção é desperdiçado devido a manutenção desnecessária [2].

Devido a essa necessidade de melhorias, as empresas estão sempre buscando a excelência na área de manutenção. Verifica-se a existência de quatro tipos de manutenção, todas são executadas de modos diferentes na planta industrial. São elas:

Manutenção Corretiva: utilizada quando é necessário corrigir uma falha que já ocorreu ou quando se tem o conhecimento de que o desempenho e rendimento estão menores do que o esperado, ou seja, é do tipo ação-reação. Este tipo de manutenção implica em altos custos, pois causa perdas de produção, devido a paralisação de máquinas, extensão dos danos a outras partes do equipamento (por aquecimento ou vibração, por exemplo) e outras consequências que surgem após um problema isolado no equipamento. E ainda, exige um estoque de peças sobressalentes, de máquinas reservas ou, pelo menos, os principais componentes para todos os equipamentos críticos da fábrica. No final das contas tudo isso vincula-se a perda de competitividade da empresa. A análise dos custos da manutenção indica que um reparo realizado no modo corretivo-reativo terá em média um custo cerca de três vezes maior que quando o mesmo reparo for feito dentro de um modo programado ou preventivo [1].

Manutenção Preventiva: pode ser vista como uma evolução da manutenção. Esta, por sua vez, tem como objetivo evitar falhas ou quedas de desempenho seguindo um cronograma previamente determinado para a parada do equipamento e troca de peças. Aqui é a manutenção é realizada antes do tempo previsto para falha, comportamento descrito pela Curva da Banheira (Figura 1).

Neste gráfico, prevê-se uma alta probabilidade de falha em uma máquina nova – devido a problemas de instalação – a seguir a máquina passa por um período prolongado com baixa probabilidade de falha. Daí, a probabilidade de falha aumenta abruptamente devido ao desgaste e uso da máquina.

Pode-se citar como ponto negativo deste tipo de manutenção as paradas e trocas desnecessárias, pois ao querer prevenir uma falha existe uma tendência em definir intervalos menores do que os realmente necessários, acrescentando confiabilidade aos sistemas, mas resultando em tempo de operação perdido.

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Figura 1 - Curva da Banheira

Manutenção Detectiva: tipo de manutenção em que os sistemas são acionados periodicamente pra testar sua confiabilidade e garantir um funcionamento adequando quando ocorrer uma real necessidade de acionamento. Pode-se citar como exemplo, o acionamento periódico de um gerador que alimenta um hospital em caso de falta de energia. Tais acionamentos periódicos testam a confiabilidade do sistema para uma eventual falta de energia  [3].

Manutenção Preditiva: conjunto de atividades e técnicas de acompanhamento em tempo real de parâmetros que podem indicar o real desempenho de um equipamento. É realizada com o equipamento em operação normal e as medições realizadas não implicam em desmontagem de nenhum componente ou parada de funcionamento. Ao invés de utilizar estatísticas para programar atividades de manutenção, como é o caso da manutenção preventiva, a manutenção preditiva usa monitoramento direto das condições mecânicas e o rendimento do sistema para determinar o tempo médio para falha real ou perda de rendimento [1, 4, 2, 3].

O objetivo principal desse tipo de manutenção é não permitir que o equipamento falhe – sem as constantes paradas de verificação. Portanto, há um acompanhamento em tempo real. Para isso este tipo de manutenção lança mão de muitos indicadores, tais como sensores de calor, acelerômetros, análises de óleo, medidores, entre outros.

Com este monitoramento, os equipamentos conseguem operar por mais tempo com alto desempenho, sem o desperdício de tempo de operação dos outros tipos de manutenção.

Porém, a manutenção preditiva é muito mais do que um simples acompanhamento em tempo real e testes não destrutivos. Ela é uma filosofia/atitude que usa a condição operacional real do equipamento e sistemas da planta industrial para melhorar a operação total da planta industrial.

Este presente trabalho surge como proposta à substituição da manutenção comumente utilizada no Brasil. Um país em desenvolvimento não deve continuar com a chamada manutenção de terceiro mundo, demonstrada nas seguintes características: alta taxa de retrabalho, problemas crônicos, baixa produtividade, falta de um banco de dados com histórico de manutenção. Todas essas características podem não estar juntas em uma determinada empresa, entretanto a existência de uma única já é uma deixa para a necessidade de inovar. O não cumprimento de prazos, perda de parte da produção, equipamentos constantemente em manutenção, baixo MTBF (tempo médio entre falhas) e o pior de todos: a falta de confiança dos clientes podem ser citados como agravantes de manutenções inadequadas.