DETECTANDO FALHAS DEFICIENTES EM MÁQUINAS ROTATIVAS

Revista Gestão Industrial

DETECTANDO FALHAS INCIPIENTES EM MÁQUINAS ROTATIVAS DETECTING INCIPIENT FAULTS IN ROTATING MACHINES

Rui F. M. Marçal1 1 Doutor em Engenharia Elétrica – UFRGS 2000, Programa de PósGraduação em Engenharia de Produção (PPGEP), Linha de Pesquisa Gestão da Manutenção, Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná (CEFET/PR), Unidade de Ponta Grossa, [e-mail] Altamiro A. Susin2 1 Doutor em Engenharia Elétrica – INPG França 1981, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (CPGEE), Laboratório de Processamento de Sinais (LaPSI), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), [e-mail]

Recebido para publicação em: 15/09/2004 Aceito para publicação em: 12/06/2005 RESUMO

Este trabalho apresenta um método para detectar falha em máquinas rotativas baseado no padrão de vibração do sistema e diagnostica a condição de operação por Lógica Fuzzy. As alterações são analisadas e servem para predizerem falhas possibilitando a manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura denominada de Sistema Rotativo. O sistema de aquisição dos sinais é composto por um computador pessoal e um microcontrolador (Microchip PIC16C73A). As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos. Utilizam-se diferentes massas para simularem os estados de funcionamento: normal, falha incipiente, manutenção e perigo. São consideradas a freqüência de rotação do eixo_volante e as amplitudes de vibrações inerentes

a cada simulação. Palavras-Chave: Manutenção preditiva, Falha incipiente, Análise de vibração, Lógica Fuzzy.

1. Manutenção de equipamentos

O processo de manutenção inclui todas as atividades técnicas e organizacionais que garantam que as máquinas e equipamentos em geral operem dentro da confiabilidade esperada. Manutenção e trabalhos de reparo que seguem determinadas diretivas básicas reduzem as chances de falhas inesperadas e conseqüentes perda de produção, tempo e gastos desnecessários. Em casos mais críticos, as falhas de um processo podem trazer prejuízos graves e, até mesmo, colocar em

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Marçal, R. F. M.; Susin, A. A.

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risco vidas humanas. Podem-se citar três formas de manutenção: corretiva, preventiva e preditiva. (Tabela 1) [10].

Manutenção Corretiva Estado de operação da máquina Razão da interferência Tarefas a serem executadas na máquina Objetivo da intervenção Fora de serviço

Manutenção Preventiva Fora de serviço Inspeção programada

Manutenção Preditiva Operando ou fora de serviço Controle programado ou contínuo Monitoramento

Falha Reposição de componentes Retorno ao trabalho Desligamento da máquina para inspeção ou reposição de componentes Garantir o funcionamento por um tempo

Predizer ou detectar falhas

Tabela 1 - Modalidades de manutenção e suas características

1.1. Parâmetros medidos em manutenção preditiva

Os parâmetros a serem medidos (Tabela 2) [10], devem fornecer informações que permitam a inspeção de elementos específicos da máquina ou do

tipo de falha. A opção pelo parâmetro e a forma de investigação mais adequada, que retrate com maior acuidade o que se investiga, são fatores relevantes e determinantes (pequenos mecanismos podem ter alteração de vibração ao serem colocados em contato com sensores) [8]. Através dos dados conseguidos pode-se ter uma análise técnica, onde os resultados desta análise indicaram a natureza da falha; que se pode esperar; e estabelecer quais são os elementos críticos do sistema. Pode-se, ainda, montar um histórico do equipamento, que permitirá estabelecer quais são os elementos de falha mais freqüentes e o tempo decorrido entre as falhas [8].

Parâmetro a ser medido Amplitude do Deslocamento de vibração Amplitude da Velocidade da vibração Amplitude da Aceleração da vibração Freqüência de vibração Natureza da falha ou defeito a ser detectado Desbalanceamento, falta de alinhamento, folgas, má fixação, mal acoplamento, correias frouxas, eixo torto,... Mancais ou rolamentos defeituosos,... Estado dos rolamentos, fricção excessiva entre componentes, falta de lubrificação nos mancais,... Dados complementares para monitoramento de qualquer característica de vibração essencial na determinação de qualquer problema detectado,... Tabela 2 - Parâmetros a serem medidos em manutenção preditiva

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2. Análise vibracional na monitoração de máquinas

As máquinas são elementos mecânicos complexos, articulados. As peças que sofrem excitação podem oscilar e as oscilações transmitem-se pelas articulações aos demais

elementos acoplados. O resultado é um complexo de freqüências que caracteriza o sistema. Cada vez que uma peça altera suas características mecânicas por desgaste ou trinca, uma componente de freqüência do sistema será alterada. Havendo alteração no acoplamento entre as peças, altera o coeficiente de transmissão do sinal entre as peças e, em conseqüência, a forma de freqüência global do sistema. Folgas, defeitos ou desalinhamentos de rolamentos ou mancais de máquinas rotativas refletem-se na alteração de freqüências ou no surgimento de novas freqüências. O desbalanceamento do rotor é transmitido pelo rolamento. As forças centrífugas, alternativas e de fricção atuantes nos distintos elementos de uma máquina em operação, dão origem a vibrações mecânicas proporcionais, que se manifestam nos mancais. Devido a este fato, medindo-se vibrações nos mancais pode-se detectar e determinar os esforços presentes em quaisquer componentes da máquina, determinando-se eventuais anormalidades de funcionamento. Em geral a medida de vibrações deve ser efetuada nos mancais, por ser um dos pontos válidos pelas normas em uso empregadas para avaliar o funcionamento de máquinas [10]. A premissa fundamental sobre a qual se baseia a análise de vibração como técnica aplicada à manutenção industrial é: “Cada componente ou cada tipo de deficiência