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SUMÁRIO INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 4 1 CONCEITO DE MANUTENÇÃO ...................................................................... 5 1.1 Responsabilidades da Manutenção .......................................................... 7 2 TIPOS DE MANUTENÇÃO .............................................................................. 9 2.1 Manutenção Corretiva e suas aplicações .................................................. 9 2.2 Manutenção Preventiva e Preditiva ......................................................... 11 2.3 Manutenção Produtiva Total (TPM) ......................................................... 14 2.4 Manutenção Detectiva ............................................................................. 17 3 TÉCNICAS AVANÇADAS DE MANUTENÇÃO ............................................. 17 3.1 Análise Vibracional .................................................................................. 18 4 TRIBOLOGIA ................................................................................................. 20 5 FERROGRAFIA ............................................................................................. 21 6 TERMOGRAFIA ............................................................................................. 24 7 ULTRASSOM ................................................................................................. 29 7.1 Finalidade do ensaio ............................................................................... 30 7.2 Técnicas de inspeção .............................................................................. 31 7.3 Exemplos de aplicações do ensaio por ultrassom ................................... 31 8 LUBRIFICAÇÃO ............................................................................................ 33 8.1 Viscosidade ............................................................................................. 33 8.2 Lubrificantes: aspectos principais ............................................................ 35 8.3 Controle e manutenção de lubrificantes .................................................. 36 8.4 Sistemas de lubrificação .......................................................................... 38 8.5 Planejamento de lubrificação .................................................................. 38 9 HIDRÁULICA ................................................................................................. 40 9.1 Definição de fluido e domínio da mecânica dos fluidos ........................... 41 9.2 Bombas e motores hidráulicos ................................................................ 41 9.3 Tipos de bombas ..................................................................................... 42 9.4 Vasos de Pressão ................................................................................... 46 10 PNEUMÁTICA ............................................................................................ 48 10.1 Vantagens da automação pneumática ................................................. 49 10.2 Ar comprimido ...................................................................................... 50 10.3 Força, pressão e área .......................................................................... 51 10.4 Funcionamento de um sistema pneumático ......................................... 52 10.5 Quando utilizar um sistema pneumático? ............................................ 52 11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 54 4 INTRODUÇÃO O Grupo Educacional FAVENI, esclarece que o material virtual é semelhante ao da sala de aula presencial. Em uma sala de aula, é raro – quase improvável - um aluno se levantar, interromper a exposição, dirigir-se ao professor e fazer uma pergunta, para que seja esclarecida uma dúvida sobre o tema tratado. O comum é que esse aluno faça a pergunta em voz alta para todos ouvirem e todos ouvirão a resposta. No espaço virtual, é a mesma coisa. Não hesite em perguntar, as perguntas poderão ser direcionadas ao protocolo de atendimento que serão respondidas em tempo hábil. Os cursos à distância exigem do aluno tempo e organização. No caso da nossa disciplina é preciso ter um horário destinado à leitura do texto base e à execução das avaliações propostas. A vantagem é que poderá reservar o dia da semana e a hora que lhe convier para isso. A organização é o quesito indispensável, porque há uma sequência a ser seguida e prazos definidos para as atividades. Bons estudos! 5 1 CONCEITO DE MANUTENÇÃO Fonte: nanoar.com.br Fonseca e Gregório (2018) afirmam que, a manutenção industrial ganhou destaque nas organizações, sobretudo após a Segunda Guerra Mundial, diante do aumento da complexidade dos equipamentos, dos avanços tecnológicos, das exigências do mercado por produtos sem defeitos, das alterações nos sistemas de produção, dentre outros fatores. Com base nisso, o desenvolvimento de novas técnicas de trabalhos e novos instrumentos e mecanismos de gestão têm sido preocupação frequente nas indústrias, que perceberam que os resultados organizacionais dependem, também, do desempenho do setor de manutenção. Manutenção pode ser definida como um conjunto de ações técnicas e administrativas com o objetivo de manter ou recolocar um item em um estado no qual possa desempenhar uma função requerida. A função requerida de um item é o conjunto de funções necessárias à realização de determinada ação (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Desempenhar uma função exigida significa eliminar falhas e/ou defeitos de determinados componentes, subsistemas e sistemas. 6 Segundo Slack et al. (2007, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018), manutenção é um termo utilizado para definir a forma como as empresas cuidam de suas instalações físicas ao tentar evitar falhas, considerando as consequências dessas para o sistema. A manutenção pode ser feita no campo, ou seja, efetuada no local onde o item é utilizado, pode ser fora do local de utilização do item ou, ainda, remota, sem acesso direto do pessoal ao item (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). As empresas combinam diferentes estratégias em relação aos tipos de manutenção, com o objetivo de aumentar a confiabilidade e disponibilidade dos ativos e, consequentemente, do sistema de produção. Os ativos industriais físicos representam itens que têm valor real ou potencial para a empresa (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). A manutenção deve preocupar-se com o ativo ao longo de todo o seu ciclo de vida, que é representado pelo período entre a identificação da necessidade do ativo até a desativação do mesmo ou o término de todas as responsabilidades posteriores (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). A almejada confiabilidade refere-se à probabilidade de um sistema desempenhar suas funções quando requeridas em determinado período de tempo (LEEMIS, 1995 apud SAMPAIO; FERNANDES NETO, 2013, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Já a disponibilidade refere-se ao percentual de tempo em que o equipamento encontra-se disponível para realizar as atividades exigidas. Quanto maior o número de componentes, subsistemas e sistemas de um equipamento e quanto maior o número de interações e interdependências entre eles, mais complexas podem tornar-se as atividades de manutenção. As indústrias têm buscado, nos equipamentos, a facilidade de um item em receber manutenção considerando um custo pré-determinado, ou seja, aumentar a probabilidade de um item, após falhar, retornar às condições requeridas, conhecida como mantenabilidade (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). As indústrias combinam três estratégias básicas de manutenção para cuidarde suas instalações, sendo elas: manutenção corretiva, preventiva e preditiva. No entanto, para a compreensão dessas abordagens, é necessário, antes, diferenciar um defeito de uma falha. 7 1.1 Responsabilidades da Manutenção Na opinião de Fonseca e Gregório (2018), as ações de manutenção se baseiam, prioritariamente, em identificar falhas reais e potenciais com o objetivo de eliminá-las, o que pode ser feito por meio de algumas técnicas, ferramentas e metodologias, como as descritas a seguir: Análise de falhas: exame sistemático e lógico que busca analisar a probabilidade de causa ou consequência de uma falha (BRANCO FILHO, 2008, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Árvore de manutenção: diagrama lógico que apresenta as diversas sequências de ações elementares de manutenção possíveis de serem executadas sobre um item, além das condições de seleção de cada alternativa (ASSOCIAÇÃO..., 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Análise de Modo e Efeito de Falhas (FMEA): ferramenta utilizada para identificar falhas, suas causas, consequências e estimar o risco de cada uma delas, com o objetivo de concentrar os esforços de manutenção. Análise de Modo, Efeito e Criticidade de Falhas (FMECA): ferramenta utilizada para identificar as falhas, consequências, estimar o risco e a criticidade do modo de falha. Fonseca e Gregório (2018), caracteriza que estruturar a organização da manutenção é definir como será a divisão das ações e dos recursos materiais e humanos para o alcance de determinados objetivos. Para definir o modelo mais adequado, é necessário estruturar a organização tanto do ponto de vista da dimensão espacial quanto do ponto de vista da hierarquia. Do ponto de vista da dimensão especial, as perguntas que precisam ser respondidas são: Onde estarão alocados os recursos de manutenção? Onde serão realizadas as atividades de manutenção? Do ponto de vista da hierarquia, as questões que precisam ser discutidas são: A quem a equipe de manutenção estará subordinada? 8 Como serão as ligações entre os elementos de um grupo? Não existe uma estrutura organizacional melhor, todas apresentam vantagens e desvantagens. Assim, um tipo de estrutura pode ser mais adequado de acordo com a estratégia da empresa. A manutenção passou por transformações a partir de 1930 e, consequentemente, suas responsabilidades sofreram alterações. Na primeira geração, a manutenção era basicamente corretiva, uma vez que os equipamentos eram de baixa complexidade e superdimensionados. A segunda geração foi marcada por manutenções preventivas, pois começou a se processar a visão de disponibilidade e confiabilidade. A terceira geração reforçou a necessidade de manutenção preditiva devido à maior automatização dos processos e à tendência mundial de utilização do just-in-time (PINTO; XAVIER, 2002, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Já passamos pela quarta geração, que atuou em projetos voltados para manutenibilidade e aumento das manutenções preditivas, e estamos na quinta geração da manutenção, que busca gerenciar ativos e otimizar seu ciclo de vida. Fonseca e Gregório (2018), alegam que as responsabilidades da manutenção dependem da visão e da estratégia da organização. Em algumas empresas, a manutenção tem um papel mais restrito, uma vez que a direção considera que o seu papel é apenas manter os ativos em funcionamento. Em outras, a manutenção assume uma função estratégica e existe, como todos os outros setores, para tornar a empresa mais competitiva. A segunda visão parece ser mais adequada ao avaliarmos o impacto que a manutenção tem nos resultados organizacionais. Assim, considerando essa visão, a manutenção tem uma série de responsabilidades e atribuições. As responsabilidades da manutenção podem ser divididas em quatro grandes grupos: 1. atribuições relacionadas ao planejamento; 2. atribuições relacionadas à organização; 3. atribuições relacionadas à execução; 4. atribuições relacionadas ao controle. 9 Todas as atribuições devem convergir para que a empresa atinja seus objetivos, zelando pelo meio ambiente e pelo bem-estar e segurança dos funcionários, clientes e sociedade (FONSECA; GREGÓRIO, 2018). 2 TIPOS DE MANUTENÇÃO De acordo com Prata (2018), a manutenção de máquinas e equipamentos é uma atividade fundamental para que a empresa consiga ser eficiente e, consequentemente, competitiva nos mercados em que atua. A falta de manutenção ou uma manutenção realizada de forma incorreta podem acarretar prejuízos para a empresa por máquinas paradas e perdas de produção. Os tipos de manutenção são a base para que se possa diferenciar e programar de forma coerente todas as atividades de manutenção. Cada manutenção tem de receber um tratamento diferenciado. Estes tipos apresentados a seguir vêm sendo usados nas empresas industriais, independente ao tipo de atividade ou produto por ela fabricado (QUEIROZ, 2015). São geralmente denominadas como abaixo: 2.1 Manutenção Corretiva e suas aplicações Existem diversos conceitos relacionados à manutenção corretiva, e as organizações, muitas vezes, adaptam esses conceitos à sua realidade. Assim, é necessário que os profissionais busquem conhecer o conceito adotado pela sua empresa para que haja uma comunicação assertiva entre os envolvidos. É fundamental que, antes de entrar nos conceitos de manutenção corretiva, seja explicada a distinção entre defeito, falha e pane. A NBR 5462 determina que a falha é o fim da capacidade do equipamento de desempenhar as funções demandadas. Após a falha, o item entra em estado de pane. Já o defeito é qualquer desvio de uma ou mais características de um equipamento em relação às especificações e que pode, ou não, afetar sua capacidade de desempenho (ASSOCIAÇÃO,1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). 10 De acordo com a norma supracitada, a manutenção corretiva é a atuação realizada após o início do estado de pane do sistema com o objetivo de recolocá-lo em condições de executar as funções requeridas (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Branco Filho (2008, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018) considera como manutenção corretiva os trabalhos de manutenção realizados em máquinas em falha para repará-las. Por outro lado, Pinto e Xavier (2012, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018) consideram que manutenção corretiva é a ação para corrigir a falha ou o desempenho menor que o exigido, ou seja, o defeito. Dessa forma, ainda segundo os autores, pode- se observar duas condições que podem conduzir à manutenção corretiva: Desempenho deficiente identificado por meio do monitoramento de algum parâmetro do equipamento; Ocorrência da falha. Percebe-se uma diferença entre os conceitos apresentados: enquanto a norma determina que, para ser corretiva, o equipamento deve estar em estado de pane, alguns autores já consideram corretiva a atuação após o defeito. Diante disso, surge a necessidade de conhecer o conceito adotado por cada empresa. Quando existente, as políticas adotadas estão no manual de manutenção da organização. Independentemente do conceito adotado, existem dois tipos de manutenção corretiva: não programada e programada. A manutenção corretiva não programada, também conhecida como manutenção corretiva de emergência, consiste no reparo, na troca ou na restauração no momento em que a falha foi identificada. Branco Filho (2008, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018) relata que, nesse tipo de manutenção, “a falha aconteceu agora, é preciso fazer o reparo agora”. Como a falha acontece de maneira aleatória, não é possível planejar o serviço, o que pode trazer algumas desvantagens para a organização que adota esse tipo de manutenção, como (PINTO; XAVIER, 2012, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018): Aumento altos custos; Perdas de produção; 11 Redução da qualidade do produto; Aumento dos custos indiretos demanutenção. A manutenção corretiva programada ou planejada, por outro lado, é um conjunto de ações para a recuperação do sistema em data posterior ao evento da falha. Segundo Pinto e Xavier (2012), trata-se de decisão gerencial em função do acompanhamento preditivo do equipamento ou de operar até quebrar. Ainda segundo os autores, como qualquer ação planejada, esse tipo de manutenção apresenta as seguintes vantagens: Trabalho mais rápido; Trabalho mais seguro; Menor custo. A manutenção corretiva por si só, geralmente, é aplicada em indústrias nas quais não são necessários padrões de qualidade altos, as demandas de produção são pequenas e é mais barato reparar depois da falha do que usar programas de revisões periódicas (BRANCO FILHO, 2008, apud FONSECA; GREGÓRIO, 2018). Compreendido esses conceitos, pode-se afirmar que uma manutenção para ser eficiente e atinja todas as suas performances esperadas deve estar atenta para as inovações e conhecer seu posicionamento dentro da organização. Produzir um trabalho de acordo com o que se espera está muito ligado ao conhecimento de seu posicionamento. Segundo Oliveira (2008, apud QUEIROZ, 2015), “O gerenciamento eficaz do sistema de manutenção, exige o levantamento e tratamento sistemático de indicadores que permitam avaliar a evolução, e a tendência de cada um dos processos envolvidos e a eficiência com que os mesmos estão sendo tratados”. 2.2 Manutenção Preventiva e Preditiva No dizer de Prata (2018), as operações industriais enfrentam o desafio de manter em perfeito estado de funcionamento as máquinas e os equipamentos utilizados nos processos produtivos. Para que isso aconteça, é necessário o acompanhamento rotineiro do funcionamento e do desempenho das máquinas e equipamentos, também chamados de parque instalado ou parque fabril. 12 Esse acompanhamento visa prevenir a ocorrência de falhas ou predizer o momento em que a falha estará prestes a acontecer. Esses objetivos definem se o tipo de manutenção a ser utilizada pela empresa será a preventiva ou a preditiva. Se o objetivo for prevenir a ocorrência de falhas, a empresa deve adotar a manutenção preventiva. Trata-se de uma manutenção programada, que acontece sistematicamente em períodos determinados pelos responsáveis pela manutenção. Esses períodos são definidos basicamente de duas formas distintas: 1. Por meio de informações do fabricante da máquina: os fabricantes fornecem informações técnicas que incluem a maneira correta de se operar a máquina e a vida útil de um componente ou peça. O responsável pela manutenção, então, programa a substituição da peça antes do final da vida útil informada pelo fabricante. 2. Por meio de informações coletadas na própria operação: neste caso, o responsável pela manutenção deve ter registrado as ocorrências de falhas anteriores para determinar a periodicidade de ocorrência dessas falhas e, então, programar a substituição das peças em um tempo menor do que o tempo decorrido em média para a falha (PRATA, 2018). A principal característica da manutenção preventiva é a substituição da peça no período determinado pelo programador da manutenção. O estado em que a peça se encontra no momento da execução da manutenção não é avaliado. Isso possibilita questionamentos quanto à eficácia desse tipo de manutenção, devido à possibilidade de troca da peça mesmo que ela ainda esteja em boas condições operacionais. No entanto, em setores como o médico-hospitalar e a aviação, a substituição programada das peças é de fundamental importância devido às consequências catastróficas de uma falha. Também se faz necessária a substituição programada de peças antes do final da vida útil em situações em que uma falha poderá provocar danos ambientais. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define, na Norma Brasileira Regulamentadora NBR 5462, a manutenção preventiva como “Manutenção efetuada em intervalos predeterminados, ou de acordo com critérios prescritos, destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um item” (ASSOCIAÇÃO, 1994, apud PRATA, 2018). 13 É possível entender, a partir dessa definição, que mesmo com a execução da manutenção preventiva ainda existe probabilidade de falha de peças, provocando parada de máquinas. Isso pode acontecer em função de probabilidade de falhas nas peças substitutas, contaminações das peças durante a execução das trocas ou ainda por falha humana. Por outro lado, se o objetivo for predizer o momento em que a falha irá acontecer, a empresa deve adotar a manutenção preditiva. Diferentemente da manutenção preventiva, a manutenção preditiva não é programada com antecedência. A determinação do momento em que ela deve acontecer se dá pelo acompanhamento de partes e peças da máquina com a medição de variáveis que indicam a necessidade de manutenção da máquina. As variáveis mais comuns acompanhadas pela manutenção são a vibração, a temperatura, o ruído e a energia elétrica de alimentação das máquinas. Segundo Prata (2018), essas variáveis costumam ter um comportamento padrão durante a operação normal dos componentes. Qualquer alteração no valor dessas variáveis que modifique o padrão pode significar perda de rendimento e desgaste acentuado de peças e componentes, indicando proximidade de falhas e necessidade de intervenção nas máquinas. O acompanhamento dessas variáveis é feito com a utilização de instrumentos de medida, como acelerômetros, termógrafos, estetoscópios de mecânicos, multímetros e tacômetros. Também é feito com o emprego de sensores específicos para a medição de cada variável. Nesse caso, os sensores são ligados a redes eletrônicas de informação, enviando os valores para um ou mais computadores, os quais são operados por responsáveis que analisam os dados e determinam o momento em que a manutenção da máquina é necessária. A ABNT define manutenção preditiva, também chamada de manutenção controlada, como: Manutenção que permite garantir uma qualidade de serviço desejada, com base na aplicação sistemática de técnicas de análise, utilizando-se de meios de supervisão centralizados ou de amostragem, para reduzir ao mínimo a manutenção preventiva e diminuir a manutenção corretiva (PRATA, 2018). 14 A manutenção preditiva tem como principal característica a substituição da peça ou componente somente na fase final de vida útil, prolongando ao máximo a utilização, aumentando a disponibilidade de máquinas e equipamentos e reduzindo os custos. Embora o termo “preditivo” tenha significado de “previsão”, a manutenção preditiva significa uma análise geral do estado de máquinas, componentes e peças, tendo como base as observações e medições realizadas, para posterior tomada de decisão quanto ao momento adequado para a realização das intervenções de manutenção (PRATA, 2018). 2.3 Manutenção Produtiva Total (TPM) A Manutenção Produtiva Total (TPM — do inglês Total Productive Maintenance) surgiu no Japão, na década de 1970, chegando ao Brasil por volta de 1986. Segundo Kardec e Nascif (2009, apud SILVEIRA, 2018), ela pode ser considerada uma filosofia derivada da manutenção preventiva, eliminando desperdícios, obtendo um melhor desempenho dos equipamentos, reduzindo a quantidade de interrupções de produção, mudando conhecimentos e habilidades dos funcionários e modificando a sistemática de trabalho. A TPM tem como principal objetivo a eficácia da empresa e, para isso, é preciso qualificação das pessoas e melhorias em equipamentos. Dentro da eficácia, podemos citar algumas frentes de trabalho, como a minimização de paradas de máquinas, a maximização da utilização dos equipamentos, a diminuição de despesas operacionais, o uso de novas tecnologias, etc. Os operadores passam a executar tarefas mais simples de manutenção, como limpeza, lubrificação, regulagem, trocas de lâmpadas e filtros,entre outros. Além disso, há um relacionamento efetivo do operador com o equipamento, criando um sentimento de “propriedade”. A manutenção executa tarefas na área da mecatrônica (mecânica, elétrica, automação, etc), enquanto os engenheiros planejam, projetam e desenvolvem equipamentos que necessitem de menos manutenção. 15 De acordo com Seleme (2015, apud SILVEIRA, 2018), existem algumas habilidades que são desejadas em operadores, como: Identificar fontes de pequenos defeitos; Entender as funções e os mecanismos dos equipamentos; Entender a relação entre o equipamento e as características da qualidade do produto; Tomar atitudes de emergência e consertar o equipamento; Promover a melhoria contínua, prolongando a vida útil do equipamento. Em relação ao pessoal de manutenção: Instruir a correta operação e manutenção do equipamento; Identificar se o funcionamento do equipamento está normal; Implementar métodos de restauração corretos; Atingir os objetivos econômicos. As habilidades, segundo a filosofia TPM, podem ser classificadas em cinco fases, de acordo com o grau de conhecimento e a prática do colaborador, conforme Cyrino (2018, apud SILVEIRA, 2018): 1. Não sabe: falta de conhecimento ou compreensão adequada. 2. Conhece a teoria: falta de treinamento, conhece os princípios e regras, mas não consegue praticá-los. 3. Conhece até certo ponto: falta de treinamento, age na prática, mas o desempenho não atende às necessidades. 4. Consegue com segurança: tem conhecimento e aprendeu praticando. 5. Consegue ensinar: tem total domínio e é capaz de explicar os porquês e ensinar. É importante dar o feedback para o operador, de forma a buscar melhorar os pontos fracos e manter os pontos fortes. 16 Na visão da TPM, conforme Kardek e Nascif (2009, apud SILVEIRA, 2018), existem seis grandes perdas em uma fábrica, sendo que as perdas 1 e 2 se referem à disponibilidade, as perdas 3 e 4, à performance, e as perdas 5 e 6, à qualidade: 1. Perdas por quebras: são as perdas que mais contribuem para a queda de desempenho operacional. Podem ocorrer em função da falha repentina de um equipamento ou, então, por uma degeneração gradativa. 2. Perdas por mudança de linha: ocorrem quando há uma interrupção na linha de produção, como, por exemplo, a preparação da máquina para um novo produto, necessitando de ajustes. 3. Perdas por operação em vazio e pequenas paradas: interrupções momentâneas na produção que exigem a intervenção imediata, como sobrecarga de um equipamento causando seu desligamento ou entupimento do sistema de alimentação. 4. Perdas por queda de velocidade de produção: provocadas por condições que necessitam da redução da velocidade, como desgaste, superaquecimento, vibração excessiva, etc. 5. Perdas por produtos defeituosos: causadas por necessidade de retrabalho ou descarte de produtos defeituosos, bem como o que foi produzido além do programado. 6. Perdas por queda de rendimento: não aproveitamento da capacidade nominal do equipamento, causadas por instabilidade operacional ou falta de matéria-prima. A eficiência é a capacidade que um equipamento tem de realizar seu trabalho de modo eficaz e com o mínimo de desperdício possível. Para mensurar a eficiência da TPM, é utilizado o indicador Eficiência Global do Equipamento (OEE — do inglês Overall Equipment Effectiveness), em que qualidade é quando um produto está de acordo com o que é esperado ou exigido; a performance é a capacidade de alcançar o resultado desejado; e disponibilidade é quando um item está em condições de executar sua função em um determinado instante ou durante um intervalo de tempo preestabelecido (SILVEIRA, 2018). 17 2.4 Manutenção Detectiva A manutenção detectiva começou a ser mencionada a partir da década de 90, ela está ligada a detecção de falhas ocultas ou não perceptíveis ao pessoal de operação e manutenção, em sistemas de proteção, comando e controle. Consiste em verificações no sistema, feitas por especialistas, sem tirá-lo de operação, que são capazes de detectar falhas ocultas, e podem corrigir a situação, mantendo o sistema operando (KARDEC e NASCIF, 2009, p. 49, apud FREITAS, 2016). Um exemplo de aplicação de manutenção detectiva é em um circuito que comanda a entrada de um gerador em um hospital, se o circuito estiver com falha, e faltar energia, o gerador não é acionado, por isso o circuito é testado e acionado de tempos em tempos, para verificar sua funcionalidade e aumentar a confiabilidade. Logo, a manutenção detectiva é especialmente importante quando o nível de automação dentro das indústrias aumenta ou o processo é crítico e não suporta falhas (COSTA, 2013, apud FREITAS, 2016). 3 TÉCNICAS AVANÇADAS DE MANUTENÇÃO Xenos (1998, apud OLIVEIRA, 2019) relata que se bem analisada os equipamentos que retornam da manutenção não desenvolveram por inteiro as suas condições originais. O que significa que o setor de manutenção deve implementar melhorias nas condições dos equipamentos afins de evitar reincidência e reduzir custos aumentando a produtividade. A manutenção é caracterizada por utilizar dados para a realização de análises, estudos e melhorias de desempenho das operações, sempre trazendo consigo a utilização de técnicas modernas, vencendo assim obstáculos dentro das próprias empresas como por exemplo a cultura ultrapassada de manutenção (TELES,2017, apud OLIVEIRA, 2019). 18 3.1 Análise Vibracional Segundo Rao (2008, apud OLIVEIRA, 2018), um movimento qualquer que se repita após, um intervalo de tempo pode ser considerado como vibração. Uma massa suspensa e acoplada a uma mola presa a um referencial, que se desloca da sua posição inicial até um limite superior e inferior, logo após retornando a sua posição inicial é um sistema vibratório simplificado. A análise vibracional é o método utilizado, para monitorar as condições de máquinas e equipamentos, em que se faz uso de parâmetros que são relacionados com possíveis defeitos ou falhas; seus princípios estão inseridos dentro do contexto da manutenção preditiva. O procedimento consiste em fixar ou posicionar sensores, em pontos específicos do equipamento, visto que estes sensores medem a sua vibração mecânica que, posteriormente, os resultados serão analisados (GONGORA et al, 2016, apud OLIVEIRA, 2018). Segundo Kardec e Nascif (2009, p. 244, apud OLIVEIRA, 2018), os termos de deslocamento, velocidade e aceleração representam “o quanto o equipamento está vibrando”. Os parâmetros de medidas da vibração são quase universalmente medidos em unidades métricas de acordo com recomendações de normas como a ISO10816. A origem das vibrações pode ser após o desgaste de componentes e este acarreta uma alteração da distribuição de energia de vibração podendo levar à parada da máquina. O excesso de vibração pode ocorrer em razão da coincidência das frequências de excitação com a frequência natural das máquinas ou peças. Desta forma, através da análise de frequência pode-se descobrir a causa das vibrações indesejadas (CAVALCANTE E JESUS, 2011, apud OLIVEIRA, 2018). Segundo Cavalcante e Jesus (2011, apud OLIVEIRA, 2018), é possível quantificar vibrações, no entanto deve ser levado em consideração amplitude das oscilações com o valor de pico, pico a pico e RMS (Root Mean Square). O valor encontrado no nível de Pico é utilizado para identificação de choques de curta duração, porém, indica somente a ocorrência do pico, e não considera o histórico no tempo da onda (HOLANDA, 2016, apud OLIVEIRA, 2018). O valor Pico a Pico indica as amplitudes máximas de ondas, sendo assim o maior ciclo, este valor é utilizado na identificação de falhas nos estágios prematuros e 19 avançados, esta analise não leva em consideração o histórico no tempo da onda (HOLANDA, 2016, apud OLIVEIRA, 2018). O “Root Mean Square”(RMS) é definido como valor médio quadrático. O valor de RMS é o parâmetro utilizado para mensurar o nível mais relevante, por levar em consideração o histórico da onda no tempo, no qual evidencia a severidade da energia contida no sinal, ou seja, a capacidade destrutiva dos efeitos desta vibração (HOLANDA, 2016, apud OLIVEIRA, 2018). 3.1.1.1 Aplicações O sensor utilizado para medição é o sensor de vibração. Sendo este um dispositivo que transforma o movimento associado ao processo vibratório em sinal de vibração. A partir daí permite a medição, monitoração e análise. Há dois tipos de sensores sendo eles: absoluto e elétrico representativo (GONÇALVES NETO et al, 2013, apud OLIVEIRA, 2018). Tais sensores são utilizados para a coleta de dados de vibrações mecânicas e sendo conhecidos como transdutores por serem capazes de transformar um sinal mecânico de vibração em sinal elétrico (SEQUEIRA, 2013, apud OLIVEIRA, 2018). Os instrumentos utilizados para o processo de monitoração de vibração são: Medidor de vibração de nível global e Analisadores de frequência por Transformada de Fourier. Os medidores de vibração de nível global; são instrumentos capazes de medir o valor global de vibração em uma extensa faixa de frequência. O valor global está relacionado com a vibração total resultante da ação de todas as frequências presentes no sinal de vibração. O analisador de frequência por transformada de Fourier coleta vibrações de vários pontos do equipamento, gerando vários níveis de vibrações, que por sua vez produzem formas de ondas complicadas. Para que estas ondas possam ser analisadas em determinados níveis separadamente é utilizada a operação matemática DFT - Discrete Fourier Transform (Transformada Discreta de Fourier). Esta operação proporciona a conversão dos dados no domínio do tempo em dados da frequência (HOLANDA, 2016, apud OLIVEIRA, 2018). 20 4 TRIBOLOGIA Conforme Radi et al. (2007, apud SILVEIRA, 2018), o termo tribologia vem do grego tribo (esfregar) + logos (estudo) e indica a ciência e a tecnologia de superfícies interativas em movimento relativo e dos assuntos e práticas relacionados. A tribologia reúne conhecimentos adquiridos na física, na química, na mecânica e na ciência dos materiais para explicar e prever o comportamento de sistemas físicos que são utilizados em sistemas mecânicos. Tribologia é a ciência que estuda a interação de superfícies em contato e movimento relativo e suas práticas associadas (JOST, 1966, apud SALVARO, 2015). Ela está fortemente presente na história da humanidade de maneira que grandes marcos do desenvolvimento do homem estão associados a tribologia. Só para citar alguns, temos a invenção da roda e os primeiros sistemas lubrificados, que utilizavam gordura animal e água como lubrificantes. A tribologia tem como objetivo principal minimizar ou eliminar perdas por desgaste. Segundo Radi et al. (2007, apud SILVEIRA, 2018), tradicionalmente, são considerados quatro modos de desgaste: Desgaste adesivo: ocorre uma ligação adesiva entre as superfícies, resistindo ao deslizamento e causando uma deformação plástica na região de contato, o que gera uma trinca que pode propagar-se, gerando um terceiro corpo e a transferência completa de material. Desgaste abrasivo: em função do formato e da dureza dos dois materiais em contato, ocorre remoção de material da superfície. Desgaste por fadiga: é ocasionado pelo elevado número de repetições de um movimento. Desgaste corrosivo: ocorre em meios corrosivos, líquidos ou gasosos, nos quais são formados produtos de reação devido às interações químicas e eletroquímicas. Tradicionalmente tribologia é abordada como uma disciplina dos cursos de engenharia mecânica. Entretanto, sistemas mecânicos, eletromecânicos e biomecânicos vêm exigindo melhores desempenhos em condições de operações 21 cada vez mais severas, juntamente com fatores ambientais. Portanto, conhecimentos da física, química, metalurgia, biologia, engenharia e outros, são fundamentais para o estudo de contatos tribológicos, fazendo da tribologia uma ciência essencialmente multidisciplinar (MIYOSHI, 2001, SALVARO, 2015). É importante lembrar que tribologia não se restringe ao estudo de sistemas e aparatos complexos. Nosso cotidiano é repleto de sistemas tribológicos que vão desde atos muito simples como cortar um alimento, caminhar e escovar os dentes até a utilização de próteses. 5 FERROGRAFIA A Ferrografia é uma técnica que permite uma avaliação das condições de desgaste dos componentes de uma máquina. Através de processos específicos, descritos mais adiante, possibilita a separação, classificação, medição e visualização das partículas existentes em uma amostra de lubrificante. É empregada na análise de falhas, na avaliação rápida do desempenho de lubrificantes e também como uma técnica em manutenção preditiva (LUBRIN, 2017). Foi idealizado em 1971, por Vernon C. Westcott, um tribologista de Massaschussets, Estados Unidos. Nos anos subsequentes, contou com a colaboração de Roderic Bowen epatrocínio da Naval Air Engeneering Center. Segundo Lubrin (2017), o desenvolvimento da técnica foi baseada nas seguintes premissas: • Todas as máquinas se desgastam. • O desgaste gera partículas. • O tamanho e a quantidade das partículas geradas indicam o grau de severidade. • O formato, o estado das superfícies e a cor das partículas geradas, indicam o tipo de desgaste e apontam possíveis causas. • A maior parte das partículas geradas é constituída de ligas de ferro, que são magnéticas. • Desde que a velocidade de fluxo seja baixa o suficiente, a maioria das partículas suspensas no óleo (desgaste, contaminação, etc.), se decantam. 22 Baseado nessas premissas, Westcott inventou um instrumento para a separação das partículas. Simplificando, ele se constitui de uma lâmina de vidro inclinada, onde o óleo flui a uma velocidade baixa entre duas barreiras que determinam um caminho de escoamento. Embaixo desta lâmina foi colocado um imã poderoso. Desta forma, as partículas suspensas presentes na amostra de lubrificantes, se depositam na lâmina, conforme segue: Em função de seu tamanho (volume), as partículas ferromagnéticas grandes se depositam preferencialmente na entrada do ferrograma, onde o fluxo de óleo se inicia; sucessivamente o tamanho das partículas vai diminuindo, até que, na saída do ferrograma, se concentram as partículas ferromagnéticas com o tamanho da ordem de submícrom (LUBRIN, 2017). Esta distribuição de partículas, conforme tamanho, já tinha sido pesquisada por Westcott e Bowen e concluído ser de extrema valia na análise de tendência da severidade do desgaste. Todas as demais tipos de partículas, como metais não ferromagnéticos (ligas de cobre, alumínio, etc.), contaminantes, óxidos, produtos de oxidação do lubrificante, se depositam por gravidade e aleatoriamente, ao longo da lâmina. 5.1.1.1 O processo de análise da Ferrografia Tem a função de preparar a lâmina onde ficam depositadas as partículas suspensas existentes na amostra de lubrificante. Esta lâmina, depois de pronta, é chamada de ferrograma. A lâmina de vidro que recebe o fluxo de amostra do lubrificante apoia-se, ligeiramente inclinada, sobre um imã de forte campo magnético. Esta inclinação mantém o fluxo na direção desejada e melhora a eficiência da separação, pois cria um gradiente magnético positivo no sentido descendente, facilitando a deposição das partículas menores. Como o fluxo do lubrificante deve ser lento e independente da viscosidade, uma bomba peristáltica é utilizada para efetuar seu bombeamento. Para Lubrin (2017), quando todo o lubrificante colocado no tubo de ensaio tiver passado pela lâmina, a mesma é lavada com solvente para eliminar o óleo e melhorar sua transparência. As partículas permanecem na lâmina devido às forças de Van Der23 Valls. Nos ferrógrafos atuais, a vazão é de 0,3 ml por minuto e o campo magnético de 3000 gauss. As partículas de liga de ferro se depositam na lâmina, formando fileiras e seguindo as linhas de força do campo magnético, as maiores na entrada do ferrograma e as menores, daí para baixo. A observação visual das partículas do ferrograma é feita através do Ferroscópio, que nada mais é que um microscópio metalográfico e biológico fundido em um único aparelho. Os recursos de luz transmitida e refratada, a magnificência das partículas através de vários aumentos, a utilização de lentes coloridas e polarizadas, são recursos disponíveis para a melhor visualização e estudo de cada partícula presente. Ainda conforme Lubrin (2017), o campo magnético e a velocidade do fluxo são tais que as partículas maiores do que 5 mícrons se depositam na entrada do ferrograma e as menores do que estas, em sua maioria com 1 a 5 mícrons, depositam-se 6 milímetros abaixo. Estas posições são de suma importância, pois são consideradas como severas as partículas de desgaste à partir de 15 mícrons e como normais, as de desgaste em torno de 1 a 5 mícrons. O Analista de ferrografia, de posse das informações obtidas no ferrograma, tais como morfologia, cor das partículas, classificação por tamanhos, sua distribuição e concentração, aliada a sua grande experiência em manutenção e modos de operação de cada tipo de máquina em seus ambientes específicos, monta um cenário onde as possíveis causas das falhas são analisadas, identificadas e definidas. É importante observar que o processo é visual, o que torna a técnica confiável. Esta vantagem pode ser ofuscada por uma coleta de amostra mal feita, pois variações na forma de coleta podem introduzir na amostra, contaminações que poderão gerar informações que levarão a diagnósticos equivocados. Especial atenção devem ser tomadas quanto aos procedimentos de amostragens (LUBRIN, 2017). 24 6 TERMOGRAFIA Fonte: tokenengenharia.com.br Segundo Azeredo e Silva (2012, apud CALADO et al, 2016), trata-se de um método de detecção da distribuição de energia térmica emitida pela superfície de um ou vários corpos ou objetos. É um ensaio não destrutivo que utiliza os raios infravermelhos para medir temperaturas ou observar padrões diferenciais de distribuição de temperatura. Esta técnica fornece informações úteis relativas às condições operacionais de um componente e o instrumento de medição é denominado termovisor. A temperatura é um dos parâmetros com maior facilidade de compreensão e o seu acompanhamento permite diagnosticar alterações nas condições do equipamento. Alguns exemplos onde o acompanhamento da temperatura é primordial para o prolongamento da vida útil do equipamento. Os processos e os equipamentos mecânicos que produzem calor também podem se beneficiar da manutenção preditiva por termografia, que é uma técnica não destrutiva, que detecta através do infravermelho, a temperatura dos equipamentos. O que permite identificar onde há alteração de temperatura (VERRATI, 1996, apud CALADO et al, 2016). 25 A irradiação é emitida através da variação de temperatura dos objetos, que forma imagem térmica e ajudam na identificação de defeitos mitigando interrupções no processo, e gera economia em recursos e mão de obra. A capacidade que cada material tem para emitir radiação chama-se emissividade, e essa varia de 0 a 1, o que significa que o material que emite zero, não emite nenhuma radiação. A termografia permite que se análise as imagens através do calor emitido pelas partes, onde determina problemas em sistemas elétricos e mecânicos. Permite análise de áreas de difícil acesso, com alto risco e não é preciso muita iluminação para obter-se a imagem. Na maioria das fábricas atualmente, existem diversos tipos de equipamentos que podem ser inspecionados com eficiência, utilizando a termografia infravermelha. Porém, para os equipamentos mecânicos e elétricos, as técnicas usadas para inspecionar os equipamentos são diretas e com monitoramento objetivo, ou seja, e feito com base em medições utilizando equipamentos e instrumentos especiais, fornecendo assim valores da medição e para comparação com parâmetros (KARDEC, NASCIF, 2012, apud CALADO et al,2016). Para que tal acompanhamento seja aplicado apresentamos as seguintes considerações: O pessoal de manutenção que opera os instrumentos seja treinado e habilitado para tal; Os instrumentos estejam calibrados; Haja pessoal capaz de interpretar os dados coletados e emitir diagnósticos; Ambiente de medição propício e sem interferências; O conhecimento e a experiência específicos são necessários na maioria dos casos. Segundo Kardec e Nascif (2012, apud CALADO et al,2016), as principais aplicações da termografia são: Área elétrica aplicada na verificação de componentes defeituosos ou problemas de mau contato, incluindo redes de distribuição, painéis, barramentos, dispositivos e assessórios; 26 Usinas siderúrgicas para verificação de revestimentos de altos fornos, dutos de gás; Área petroquímica na analise de válvulas de segurança, problemas com refratários e caldeiras, podem ser aplicadas para analise de tubos e de isolação de linhas. Para a Fluke Corporation (2016, apud CALADO et al, 2016), a termografia é aplicável em todos os controles de sistemas elétricos inclusive os novos, já que os componentes elétricos começam a deteriorar-se logo que são instalados, seja qual for o carregamento de um circuito, em razão de fatores diversos, tais como: vibração, fadiga e idade. Estes causam o afrouxamento das ligações elétricas e ainda em virtude das condições ambientais, podem causar a sua corrosão. Embora a termografia seja aplicada a diversos campos e atividades, o foco deste trabalho é o setor elétrico, especificamente as instalações elétricas industriais, com atenção em especial para os componentes do sistema elétrico que podem acarretar interrupções no fornecimento de energia, muitas vezes causando danos irreparáveis ao setor produtivo. Dentre estes componentes citamos: Disjuntores; Chaves seccionadoras; Bases e fusíveis; Barramentos e condutores em geral; Conexões; Transformadores de distribuição, dentre outros. A aquisição de imagens termográficas vem colocando a termografia como elemento de manutenção preditiva em destaque na área industrial, onde apresentamos outras aplicações como: Pesquisa e desenvolvimento; Medicina e veterinária; Controle de qualidade e monitoramento de processo; Testes não destrutivos; Construção civil. 27 Ninguém conhece o equipamento da fábrica melhor do que o seu próprio pessoal. É muito útil ter experiências passadas com o equipamento e com as imagens térmicas do equipamento durante as operações normais (FLUKE Corporation, 2016, apud CALADO et al,2016). 6.1.1.1 Termografia aplicado em Aplicações Elétricas A crescente demanda por energia de qualidade e as exigências de órgãos reguladores tem conduzido concessionárias de energia elétrica do país a realizar investimentos cada vez maiores em políticas de manutenção, e uma das principais ferramentas empregadas é o termovisor. Até 1982 a termografia não era assumida como “Técnica de Diagnóstico Preventivo”. Em 1994, a Companhia Energética de Minas Gerais – Cemig – tinha seis termovisores arrefecidos a nitrogênio líquido em seu programa de manutenção. Com o advento dos detectores não refrigerados, 2002/2003, com imagens de alta resolução, e termovisores leves, a utilização do termovisor ganhou um forte impulso. Em 2012 a Cemig Distribuição contava com quarenta e dois termovisores em seu programa de manutenção de acordo com informações fornecidas por engenheiros da empresa (TEIXEIRA, 2012, apud SANTOS, 2018). Quando a corrente elétrica flui por um condutor, é geradocalor. Os componentes elétricos começam a deteriorar-se após a instalação, devido à sobrecarga elétrica, vibrações, corrosão e envelhecimento. As anomalias aparecem com o aumento da temperatura durante um largo período de tempo, antes da ocorrência de uma falha. A lei de Joule mostra que a energia elétrica se transforma em energia calorífica num receptor ou condutor, sendo diretamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da intensidade de corrente e ao tempo de passagem de corrente. O aquecimento anormal associado à resistência elevada ou à excessiva passagem de corrente é a principal causa de muitos problemas elétricos (FLUKE, 2005, apud SANTOS, 2018). De acordo com C. Filho (2012, apud SANTOS, 2018) as instalações elétricas são hoje as principais fontes de incêndios nas indústrias, bem como o campo mais comum 28 na aplicação de inspeções termográficas industriais. No entanto, apesar de em princípio ser considerada uma aplicação autoexplicativa, vale ressaltar que: a) 70% das ocorrências relatadas em uma inspeção termográfica não aconteceram por acaso, foram provocadas por alguma condição inadequada de operação ou instalação; b) 45% destas mesmas ocorrências são pontos reincidentes em relação à inspeção anterior. São pontos que por falta de critérios técnicos na inspeção, planejamento e/ou reparo, acabam gerando retrabalhos; c) No mínimo 40% de tais ocorrências têm uma única causa. No entanto, se não forem conhecidos serão tratadas todas as ocorrências simplesmente como pontos quentes; d) No mínimo 20% do sistema elétrico inspecionado estavam indisponíveis à inspeção, devido serem equipamentos reservas ou estarem trabalhando com carga inferior à mínima necessária. Este índice compromete a Manutenção Detectiva que visa basicamente garantir a disponibilidade operacional do equipamento reserva. Estes índices não são detectados através das inspeções termográficas, mas sim, através do gerenciamento das mesmas (C. FILHO, 2012, apud SANTOS, 2018). As ligações elétricas devem ser inspecionadas nas caixas de junção, devendo estar todas as ligações a mesma temperatura. É uma anomalia muito usual uma vez que as ligações elétricas são ignoradas nas ações de manutenção. Na inspeção das carcaças dos motores, a imagem termográfica deverá apresentar uma temperatura uniforme. Motores que apareçam mais quentes poderão indicar problemas nos enrolamentos ou curtos-circuitos. Na inspeção de rolamentos, caso eles se encontrem quentes podem indicar problemas de lubrificação ou um elevado desgaste do mesmo. (SPECMAN, 2010, apud SANTOS, 2018). Uma inspeção termográfica em instalações elétricas identifica problemas causados devidos à elevada resistência causada por superfícies com contato deficiente, a um circuito sobrecarregado, a um problema de desequilíbrio de cargas e harmônicos. O contato deficiente deve-se a ligações soltas, corroídas ou oxidadas e por falhas de componentes. As sobrecargas podem ser por erros de projeto, falhas de montagem e falta de manutenções preventivas. Um desequilíbrio de cargas mostra uma errada distribuição de carga num sistema trifásico, sendo 23 que uma das fases transporta mais 29 corrente que as outras. Se existir neutro, este aparecerá sobrecarregado (CARDOSO; FERNANDES; VALENTIM; 2015, apud SANTOS, 2018). Segundo C. Filho (2012, apud SANTOS, 2018) um sobreaquecimento provocado por indução elétrica pode vir a provocar um início de incêndio em um painel. O perfil térmico apresentado no termograma indica a origem do problema, que normalmente é ocasionado pela utilização de tirantes de fixação de isoladores, fabricados em ferro magnético. Um problema de origem interna na bucha de um transformador refrigerado a óleo pode ser detectado através do perfil térmico superficial apresentado no primeiro retentor externo da respectiva bucha. Sempre que houver uma conexão defeituosa em um circuito elétrico, ocorre uma resistência de contato. Esta condição leva à geração por “efeito de joule” de uma energia térmica proporcional à resistência de contato e ao tempo durante o qual passa a corrente, elevando a temperatura no ponto de defeito. A elevação da temperatura pode alterar a superfície dos contatos, aumentando a sua resistência de contato e agravando o “efeito de joule”. A corrosão e deterioração de ligações elétricas podem ser causadas por causas ambientais, enquanto a vibração, a fadiga e a idade fazem com que as ligações estejam soltas (FLUKE, 2005, apud SANTOS, 2018). Os equipamentos que podem ser inspecionados são transformadores, geradores, motores, disjuntores, interruptores, fusíveis, cabos elétricos, quadros de distribuição e todos os dispositivos de passagem de corrente em carga. A inspeção termográfica tem de ser feita com a instalação elétrica em carga, sendo necessária uma visão livre do ponto de medição. As portas dos armários e painéis têm de ser abertas ou removidas (SPECMAN, 2010, apud SANTOS, 2018), ou serem providos de janelas de inspeção com vidros especiais para infravermelho. 7 ULTRASSOM A parte preditiva utilizada com a técnica de ultrassom vista obter descontinuidades as quais não conseguem ser identificadas em outros ensaios mais simples. Logo seriam as que se apresentam em maior profundidade. Deste modo, a partir dos sinais de pulsos emitidos e os de retorno para o transdutor é possível analisar a peça mecânica. A partir de parâmetros como amplitude, posição e forma de onda resultante do sinal é possível 30 distinguir o tamanho das descontinuidades presentes na peça analisada. Logo, permitindo um melhor controle de qualidade além dos ensaios superficiais. Segundo NEPOMUCENO (1989, apud MENEZES, 2018) as principais utilizações no meio industrial e metal mecânico atualmente são encontrados na área de qualidade e visam garantir a confiabilidade do equipamento que será incorporado à produção. Portanto, as soldagens, forjamentos e 18 outros métodos de fabricação são submetidos aos controles de espessura e corrosão e testes de pressão. Na opinião de Mendes (2018), os sons são oriundos da vibração de determinado material. Quando extremamente graves ou muito agudos passam despercebidos aos ouvidos humanos, situação em que os denominamos de sons inaudíveis. Esses sons podem ser com frequências muito baixas, de até 20 Hz (infrassom), ou com frequências muito altas, acima de 20 kHz (ultrassom). Como se sabe, o som é de natureza mecânica e, quando produzido em salas, reflete nas paredes e pode ser transmitido para outros ambientes. Basicamente, é esse fenômeno que embasa o ensaio mecânico por ultrassom. De forma mais precisa, podemos dizer que o ensaio de ultrassom consiste na emissão de uma onda mecânica (sonora) através de um transdutor. A partir do momento em que a onda é emitida, o aparelho começa a contar o tempo. Ao encontrar uma descontinuidade, ocorre reflexão da onda e esta retorna ao transdutor. Esse retorno, por sua vez, gera um sinal elétrico que é processado e mostrado na tela do aparelho de análise. Na leitura do aparelho, a posição do eco é proporcional ao caminho percorrido pelo som até a descontinuidade da peça. A velocidade de propagação das ondas sonoras nos materiais depende do sentido de vibração e do meio condutor (MENDES, 2018). 7.1 Finalidade do ensaio Segundo Andreucci (2016, apud MENEZES, 2018), o ensaio por ultrassom é caracterizado como um método de ensaio não destrutivo. Seu objetivo é a detecção de falhas internas e pode ser aplicado em materiais metálicos ou não metálicos. 31 Esse tipo de teste, assim como os demais ensaios não destrutivos, é utilizado para inspeção de peças em uso e também para verificação de matéria-prima com o objetivo de reduzir o grau de incerteza quanto a falhas oriundas da fabricação. 7.2 Técnicas de inspeção Segundo Andreucci (2016, apud MENEZES, 2018), o ensaio por ultrassompode ser realizado utilizando uma das seguintes técnicas de inspeção: técnica de impulso-eco ou pulso-eco; técnica de transparência; técnica de imersão. 7.3 Exemplos de aplicações do ensaio por ultrassom A seguir, apresentamos uma descrição sucinta das técnicas utilizadas para realizar o ensaio por ultrassom (MENEZES, 2018). 7.3.1.1 Técnica de impulso-eco ou pulso-eco Essa técnica utiliza um único transdutor, responsável por emitir e receber as ondas ultrassônicas que se propagam no material. Permite verifi car a dimensão, a localização e a profundidade da descontinuidade. 7.3.1.2 Técnica de transparência Nesse caso, empregam-se dois transdutores, um responsável pela emissão e o outro pelo recebimento do sinal sonoro. Por conta disso, é necessário acoplar os transdutores dos dois lados da peça, em perfeito alinhamento. Esse tipo de inspeção é utilizado apenas em peças menores, para identificar a presença de falhas ou para realizar análises comparativas com peças que não possuem falhas, estabelecendo critérios de aceitação das falhas. 32 Segundo Andreucci (2016, apud MENEZES, 2018), nesse tipo de inspeção não se consegue determinar a posição da descontinuidade, nem sua extensão, nem sua localização. É apenas um ensaio do tipo passa–não passa. A altura do sinal recebido varia em função da quantidade e tamanho das descontinuidades captadas. Este método pode ser aplicado em chapas de usinas, barras forjadas ou fundidas e em alguns casos de soldas. Por conta da dificuldade de alinhamento dos transdutores, o método manual não é utilizado pelas indústrias, substituído por sistemas automáticos robotizados. 7.3.1.3 Técnica de imersão Conforme Menezes (2018) explica, nessa técnica, é utilizado um transdutor de imersão à prova d’água. O transdutor pode se movimentar, o que permite um controle completo, tanto na distância da peça quanto na direção do feixe de som. A peça a ser avaliada é colocada dentro de um tanque com líquido (podendo ser água) que proporciona o acoplamento homogêneo. Os ensaios de ultrassom podem ser utilizados para as seguintes aplicações: detecção de descontinuidades internas; avaliação de descontinuidades internas; medições de espessura; controle da taxa de corrosão. Para obter resultados confiáveis, é preciso calibrar o equipamento antes do uso, utilizando blocos com espessuras previstas por norma, fabricados com o mesmo material da peça a ser avaliada, e ajustando corretamente a velocidade de propagação do som para o material em teste. Uma das grandes desvantagens do ensaio por ultrassom é a exigência de experiência e profundo conhecimento teórico por parte do inspetor, o que envolve alto custo de treinamento. Além da complexidade de interpretação dos sinais verificados no ensaio, a qualificação do operador se impõe porque o registro permanente do teste não é facilmente obtido (MENEZES, 2018). 33 8 LUBRIFICAÇÃO Segundo Viana (2002, apud SHATALOFF, 2018), a lubrificação em uma planta industrial tem um papel de bastante relevância, uma vez que é essencial para a conservação dos elementos mecânicos, máquinas e equipamentos. Seu papel é introduzir um composto apropriado, geralmente um óleo lubrificante, entre superfícies sólidas que estejam em contato entre si. O objetivo principal da lubrificação é reduzir o atrito entre duas superfícies ajustadas entre si, minimizando atrito interno e evitando, assim, desgaste e temperaturas indesejáveis do trabalho a partir da inclusão de uma substância lubrificante entre tais superfícies (VIEIRA, 2002, apud SHATALOFF, 2018). São funções da lubrificação diminuir o atrito entre peças, controlar o desgaste de máquinas e equipamentos, incrementar a vida útil do maquinário, controlar a temperatura por conta do contato entre as superfícies, diminuir as questões associadas à corrosão dos materiais, viabilizar a transmissão de força, permitir o amortecimento de choques, vedações e a remoção de contaminantes (PAULI; ULIANA, 1997, apud SHATALOFF, 2018). Para que o processo de lubrificação seja adequado, é preciso considerar alguns aspectos importantes, como: o tipo de lubrificante a ser empregado, a qualidade e a finalidade desse tipo de lubrificante, a quantidade alocada e a aplicação correta no item que demanda o serviço de lubrificação (PAULI; ULIANA, 1997, apud SHATALOFF, 2018). Esses aspectos são fundamentais, principalmente, no que se refere ao plano de lubrificação, uma vez que qualquer ponto efetivado de maneira incorreta poderá implicar em máquinas desajustadas e em um ambiente de trabalho não controlado. 8.1 Viscosidade A viscosidade é uma medida quantitativa da resistência de um fluido ao escoamento e determina a taxa de deformação do fluido que é gerada pela aplicação de uma dada tensão de cisalhamento (WHITE, 2018, apud SHATALOFF, 2018). É um dos aspectos mais relevantes na escolha de um lubrificante, de modo que um lubrificante não deve ser nem muito nem pouco viscoso. Um lubrificante precisa manter as películas entre 34 peças em um movimento relativo e não deve permitir resistência excessiva ao movimento entre as peças. Assim, o equilíbrio é fundamental. Segundo White (2018, p. 53, apud SHATALOFF, 2018): A viscosidade do fluido é uma medida de sua “resistência à deformação”. A viscosidade resulta da força de atrito interno desenvolvida entre as diferentes camadas de fluidos, à medida que são forçadas a se mover uma em relação às outras. A viscosidade pode ser influenciada por diversos fatores, como velocidade, pressão, temperatura, folgas e acabamento. Em relação à velocidade, quanto maior for a velocidade do fluido, menor será a viscosidade; assim, a especificação da película lubrificante é determinada de modo mais fácil. Em termos de pressão, quanto maior for o nível ou carga de pressão aplicada, maior deverá ser a viscosidade do lubrificante. Quanto à temperatura, “a viscosidade dos líquidos decresce com a temperatura, ao passo que a dos gases aumenta com a temperatura” (WHITE, 2018, p. 53, apud SHATALOFF, 2018). No que se refere às folgas entre as peças e equipamentos, espera-se que quanto menores forem as folgas, menos viscoso seja o lubrificante, para que a penetração do fluido seja eficiente. Em relação ao acabamento, recomenda-se que quanto melhor for o acabamento das peças, o uso de lubrificantes menos viscosos deve ser o mais adequado. Por considerar diferentes situações em termos de viscosidade, a especificação da viscosidade dos lubrificantes é uma atividade complexa e precisa, antes de tudo, considerar as especificações de projeto das peças e equipamentos. Dessa forma, quanto maior for a viscosidade do fluido — neste caso, os lubrificantes —, mais complicada será a movimentação de determinadas peças e equipamentos (WHITE, 2018, apud SHATALOFF, 2018). Assim, é importante reconhecer a relevância da viscosidade para o processo de lubrificação. 35 8.2 Lubrificantes: aspectos principais Os lubrificantes são substâncias que funcionam como ferramenta para a redução do atrito entre superfícies. Podem ser classificados mediante seu estado físico, podendo ser líquidos, pastosos, sólidos ou gasosos. Vieira (2002, apud SHATALOFF, 2018) afirma que, no contexto industrial, os lubrificantes mais utilizados são os líquidos (óleos) e semissólidos (graxas). Os óleos lubrificantes são oriundos de bases cruas de petróleo a partir de sua parte mais viscosa (VIEIRA, 2002, apud SHATALOFF, 2018) e são subdivididos em: (a) óleos minerais puros, oriundos da destilação e refinação do petróleo; (b) óleos graxos, que podem ter origem vegetal, diretamente extraídos de grãos e sementes; ou animal, provenientes de tecidos animais; (c) óleos compostos, que admitem uma mistura de óleos minerais e graxos; (d) óleos aditivados, que são substâncias minerais puras somadas a aditivos, de forma a obteruma nova propriedade ou finalidade do lubrificante; e (e) óleos sintéticos, que são oriundos de processos petroquímicos industriais e admitem os maiores custos. As graxas lubrificantes são produtos de dispersão de um agente espessante em um lubrificante líquido, com uma consistência entre sólida e semifluida, podendo conter outros ingredientes destinados a lhe conferir propriedades especiais (AMERICAN, 1978, apud SHATALOFF, 2018). As graxas são utilizadas, principalmente, em casos nos quais os lubrificantes líquidos não admitem desempenho satisfatório. Podem ser: 1) graxas de sabão metálico, baseadas em óleos minerais puros e sabões metálicos, ou seja, indicam a mistura de um óleo e um metal; 2) graxas sintéticas, que são formadas por óleos ou sabões sintéticos; 3) graxas à base de argila, oriundas de óleos minerais puros e argilas específicas com granulação especial, geralmente bem fina; 4) graxas betuminosas, que admitem formulação à base de asfalto e óleos minerais; e 5) graxas para processo, que podem conter substâncias sólidas ou aditivos. Além da viscosidade, os lubrificantes admitem mais duas propriedades principais: o ponto de congelamento e o ponto de fulgor (PAULI; ULIANA, 1997, apud SHATALOFF, 2018). O ponto de congelamento se refere à temperatura em que o fluido lubrificante 36 deixa efetivamente de escoar; dessa forma, espera-se que um bom lubrificante tenha um baixo nível ou ponto de congelamento, de modo que mantenha o devido funcionamento das máquinas e dos equipamentos, ainda que eles estejam sujeitos a temperaturas menores. Já o ponto de fulgor corresponde à temperatura na qual o fluido lubrificante se inflama quando em contato direto com faíscas ou chamas; assim um bom lubrificante deve admitir um elevado ponto de fulgor para manter o bom funcionamento do maquinário até mesmo em temperaturas maiores. Existem algumas propriedades adicionais dos lubrificantes, como: boa capacidade de fluidez; estabilidade eficiente em relação a não sofrer alterações físico-químicas em sua utilização; neutralidade em relação a evitar agressões ao maquinário e corrosões desnecessárias; e oleosidade, relativa à capacidade de aderência do fluido as superfícies (PAULI; ULIANA, 1997, apud SHATALOFF, 2018). 8.3 Controle e manutenção de lubrificantes Devido à importância dos procedimentos de lubrificação para o correto funcionamento do maquinário, é imprescindível estabelecer medidas de controle dos planos de lubrificação. Geralmente, o controle desse plano é realizado diariamente, com a verificação da rotina do pessoal de lubrificação e dos documentos gerados na inspeção. O trabalho de controle do plano de lubrificação é, na maioria das vezes, de reponsabilidade do gestor de planejamento de controle da manutenção. Os principais pontos que constam no controle da lubrificação industrial são: verificação dos serviços de lubrificação que serão ou foram realizados; identificação dos serviços de lubrificação que não foram executados, de forma a estabelecer uma prioridade entre os maquinários com necessidades de lubrificação mais urgentes; verificação das observações reportadas pelos operadores e pela equipe de lubrificação quanto ao comportamento do maquinário e a efetividade da lubrificação; exame dos níveis de estoque de óleos e graxas lubrificantes e do material adicional necessário para operacionalização dos procedimentos de lubrificação; e o correto processamento das informações sobre lubrificação, que pode ser conduzido mediante sistemas de informação, viabilizando um banco de dados de controle dos serviços de lubrificação (VIEIRA, 2002, apud SHATALOFF, 2018). 37 Um ponto importante no controle e manutenção dos lubrificantes diz respeito à estocagem dos materiais lubrificantes, que deve ser feita com bastante cuidado. Algumas medidas são importantes para garantir a efetividade da estocagem de lubrificantes e materiais adicionais (PAULI; ULIANA, 1997, apud SHATALOFF, 2018): Evitar quedas, furos e amassos nas embalagens; Não colocar tambores de armazenamento de fluidos em contato direto com o chão; Não rolar tambores de armazenamento de fluidos; Efetivar um correto acondicionamento das embalagens de fluidos lubrificantes; Efetivar o transporte de fluidos lubrificantes por meio de empilhadeiras manuais ou automáticas; Utilizar pallets padronizados na estocagem das embalagens de fluidos lubrificantes; Evitar a contaminação dos fluidos lubrificantes por água e outras substâncias. Além disso, outro aspecto que vem sendo efeito no controle dos procedimentos de lubrificação se refere à reciclagem de fluidos lubrificantes (HERWEG; BEZERRA; LACAVA FILHO, 2010, apud SHATALOFF, 2018). A reciclagem de óleos lubrificantes usados ganha cada vez mais visibilidade no contexto industrial. A necessidade de adequação a normas e requisitos de legislações ambientais exige que as organizações estejam atentas ao reuso e descarte adequado das substâncias químicas que utilizam, contexto no qual os lubrificantes estão inseridos. Segundo Herweg, Bezerra e Lacava Filho (2010, apud SHATALOFF, 2018), o rerrefino de óleos lubrificantes é uma solução viável para a redução do impacto dos fluidos lubrificantes no meio ambiente. Geralmente, os óleos e graxas lubrificantes não são totalmente consumidos no processo de lubrificação, gerando resíduos adicionais. Assim, o rerrefino consiste na desidratação e remoção de partículas de óleos e graxas lubrificantes por meio de procedimentos como destilação atmosférica, tratamento do óleo desidratado com ácido sulfúrico e neutralização com absorvente. 38 Herweg, Bezerra e Lacava Filho (2010, apud SHATALOFF, 2018) definem que a vantagem principal da reciclagem de óleos lubrificantes diz respeito à redução e/ou à eliminação do uso de substâncias ácidas e a subsequente geração de resíduos ácidos. A reciclagem origina apenas água e material filtrante penetrado com óleo, produtos da oxidação e resíduos antes presentes no óleo lubrificante. 8.4 Sistemas de lubrificação Os sistemas de lubrificação consistem em métodos para a operacionalização dos procedimentos de lubrificação. Esses sistemas de lubrificação podem ser classificados por diversas características, como gravidade e capilaridade, ou pelo método, como salpico ou imersão (PAULI; ULIANA, 1997; CARRETEIRO; BELMIRO, 2006; GRANDO, 2010, apud SHATALOFF, 2018). Pauli e Uliana (1997, apud SHATALOFF, 2018) definem a lubrificação manual como sendo uma lubrificação conduzida por almotolias; assim, não é possível conseguir uma eficácia do método, pois não é permitida a produção de uma camada de lubrificante homogênea. Além disso, um dos pontos de ineficácia desse método é a grande dependência da mão de obra humana (GRANDO, 2010, apud SHATALOFF, 2018). A lubrificação por copo ou vareta utiliza uma agulha até o eixo do equipamento para a introdução do lubrificante; segundo Pauli e Uliana (1997, apud SHATALOFF, 2018), esse método permite que o lubrificante continue fluindo enquanto o eixo encontra-se em movimento. A lubrificação mediante o copo conta-gotas permite um maior controle da quantidade e da dosagem de lubrificante utilizada (CARRETEIRO; BELMIRO, 2006) e é um dos métodos mais utilizados na indústria. 8.5 Planejamento de lubrificação O planejamento do processo de lubrificação corresponde a uma das categorias mais relevantes do plano de manutenção preventiva. O plano de lubrificação, muitas vezes, é operacionalizado por meio dos roteiros de lubrificação e viabiliza o controle das manutenções das máquinas e equipamentos, assim como o consumo de peças, filtros, 39 mão de obra, combustíveis e todos os materiais adicionais utilizados nos procedimentos de lubrificação industrial. Consiste em uma ferramenta que facilita o planejamento e o controle das lubrificações e manutenções do maquinário. Um dos primeirospontos a serem verificados na condução do roteiro de lubrificação é a consideração dos elementos mecânicos que serão passiveis de lubrificação. Vieira (2002, apud SHATALOFF, 2018) considera que estão sujeitos à manutenção elementos mecânicos como mancais, engrenagens, cilindros, entre outros. Devido a essa diversidade e complexidade de itens, é importante planejar com cuidado os planos de lubrificação. Segundo Vieira (2002, apud SHATALOFF, 2018), o primeiro passo na especificação do plano de lubrificação é a determinação do tipo de lubrificante, se será óleo ou graxa lubrificante, e das características do maquinário que será submetido às intervenções de lubrificação. Depois disso, é importante estabelecer os métodos de aplicação da lubrificação ou os sistemas de lubrificação, ou seja, como o procedimento de lubrificação será operacionalizado. Definidos esses aspectos, os formulários ou roteiros de lubrificação serão especificados. Vieira (2002, apud SHATALOFF, 2018) afirma que os roteiros de lubrificação irão agregar o conjunto de equipamentos envolvidos no processo de lubrificação, evidenciando a localização no chão de fábrica, o tipo de lubrificante que será usado e o tipo de sistema de lubrificação que será empregado. Isso facilita as rotinas de lubrificação e torna esse processo mais eficiente. Vieira (2002, apud SHATALOFF, 2018) ainda define que cada ponto do roteiro de lubrificação será relacionado a uma ordem de manutenção, e cabe ao plano de lubrificação agrupar essas ordens para a execução; logo, a realização dos roteiros de lubrificação implica na efetivação de diversas ordens de manutenção, e esse fato agiliza o planejamento geral das intervenções de manutenção. As inspeções cotidianas dos níveis de lubrificação serão de reponsabilidade dos próprios operadores das máquinas e dos equipamentos, ou seja, o plano de lubrificação pode funcionar junto aos planos de manutenção autônoma prevista na Manutenção Produtiva Total (TPM). Isso permite uma maior integração entre as ações de manutenção e uma maior agilidade entre a identificação dos defeitos e falhas e a efetiva solução. 40 Primeiramente, o gestor de manutenção deve realizar um inventário com todo o maquinário da organização; depois, é necessário verificar que ativos irão precisar das intervenções de lubrificação e definir uma ordem de prioridade para as máquinas e os equipamentos com necessidades mais urgentes. As rotinas de lubrificação serão especificadas com base nessas prioridades. Ainda conforme Shataloff (2018), é importante, também, verificar o nível dos estoques de fluidos lubrificantes e materiais adicionais que serão empregados nas rotinas de lubrificação de forma a garantir a efetivação das ações de lubrificação e a disponibilidade do maquinário. A programação das rotinas de lubrificação deve fazer parte do planejamento e controle da manutenção e necessita ser atualizada periodicamente. Após isso, serão definidos o tipo de lubrificante e o sistema de lubrificação que serão utilizados a partir da avaliação da sua adequação às necessidades do maquinário. Por fim, então, as ações de controle do plano de lubrificação serão implementadas, lembrando que o acompanhamento das intervenções de lubrificação deve ser contínuo. 9 HIDRÁULICA A hidráulica possui um papel importante na história da humanidade, desde as rodas d’água primitivas até os dias atuais. A utilização energética de fluidos vem sendo explorada pelo homem há mais de 2.000 anos, contribuindo de forma relevante para o desenvolvimento técnico de sociedades. Atualmente, sistemas hidráulicos são utilizados em larga escala em vários segmentos de atividade, “da extração mineral a indústria aeroespacial, bem como em aplicações de uso cotidiano, como em veículos de transporte e passeio, equipamentos odontológicos e médicos, construção civil, etc” (LINSINGEN, 2003, apud AZEVEDO, 2009). No dizer de Filho (2018), a hidráulica é um sistema que utiliza um fluido como meio transmissor de energia para a execução de trabalho útil. Por exemplo, ela utiliza óleo hidráulico sob pressão para acionamentos em máquinas e equipamentos estacionários e móveis. Sistemas hidráulicos são muito usados na indústria, na construção civil, em veículos e até na aviação. 41 Os fluidos, incluindo líquidos e gases, desempenham um papel central em nossa vida diária: nós os respiramos e bebemos, e um fluido bastante vital circula em nosso sistema cardiovascular. Nos nossos carros, há fluido nos pneus, no tanque de gasolina, no radiador, nas câmaras de combustão, no sistema de exaustão, na bateria, no sistema de freios, etc. Utilizamos a energia cinética de um fluido em movimento nos moinhos de vento, e a sua energia potencial em usinas hidroelétricas. A pneumática e a hidráulica utilizam fluidos como meios de transmissão de energia — ar e óleo, respectivamente. Para um estudo completo desses assuntos, é importante abordar aspectos físicos do comportamento de gases e líquidos sob pressão (FILHO, 2018). 9.1 Definição de fluido e domínio da mecânica dos fluidos Um fluido é uma substância que pode escoar, adaptando-se prontamente ao contorno de qualquer recipiente que o contém. Nos sólidos, os átomos estão postos num arranjo tridimensional completamente rígido, chamado de rede cristalina; nos fluidos, porém, não existe qualquer arranjo ordenado de grande alcance, e as interações se restringem às moléculas vizinhas. Filho (2018), afirma que a mecânica dos fluidos é o ramo da física que estuda o comportamento dos líquidos e gases. É dividida em fluidos tática (fluidos em repouso) e fluido dinâmica (fluidos em movimento). Como a água era o fluido utilizado antigamente, utilizam-se os conceitos hidrostática e hidrodinâmica como sinônimos. 9.2 Bombas e motores hidráulicos A bomba é responsável pela geração de vazão dentro do sistema hidráulico, sendo, portanto, responsável pelo acionamento dos atuadores. Esse equipamento é utilizado para converter energia mecânica em hidráulica. Já os motores hidráulicos fazem o inverso: são utilizados para converter energia hidráulica em mecânica, para acionamento de cargas (FILHO, 2018). 42 9.3 Tipos de bombas De acordo com Filho (2018), em sistemas óleo-hidráulicos, utilizam-se as bombas de deslocamento positivo, as quais geralmente são apresentadas pela sua capacidade máxima de vazão nominal e pressão a que podem resistir, a partir de determinada rotação e potência do motor. A vazão da bomba aumenta ou diminui em relação direta com a rotação fornecida. As bombas podem ser de deslocamento fixo ou variável — as de deslocamento variável podem variar a vazão de zero até um valor máximo. Os tipos de bombas mais utilizadas são as manuais, de engrenagens, de palhetas e de parafusos e pistões. As bombas de vazão variável são do tipo manual, de palhetas e de pistões (radial e axial). 9.3.1.1 Bombas manuais São bombas acionadas pela força muscular do operador. Como exemplos, temos o macaco hidráulico e a bomba de poço — o freio dos automóveis segue o mesmo princípio. Esse princípio de funcionamento é simples: quando se movimenta a alavanca no sentido da flecha, o pistão interno ao cilindro se move da esquerda para a direita, succionando o fluido do reservatório pela entrada e impulsionando óleo de dentro do cilindro pela saída. Ao mesmo tempo, a entrada permanece fechada pela ação da mola e da pressão do óleo que está sendo impulsionado, assim como a saída também permanece fechada pela ação da mola e da pressão negativa ocasionada na sucção (e o mesmo acontece no movimento inverso) (FILHO, 2018). 9.3.1.2 Bombas de engrenagens A bomba de engrenagens é uma bomba que cria determinada vazão, devido ao constante engrenamento e desengrenamento de duas ou mais rodas dentadas. Santos (2007, apud BACCHI, 2018): Afirma que o sistema de engrenagens em funcionamento, teria
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