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Manutenção Baseada em Fiabilidade 1 Noticias da Manutenção Baseada em Fiabilidade Divulgação de noticias sobre Controlo de Condição, Manutenção e o MIIT N.º 9 – Maio 2004 Editorial Índice Notícias do Reduzir custos sem perder o negócio, é actualmente um dos problemas que mais preocupa quem gere as organizações. Não se trata de conseguir fazer omoletes sem ovos mas ‘apenas’ definir o volume mínimo destes. Porque a manutenção influi de forma muito significativa, mas em geral pouco tangível, no mecanismo de formação de custos, a tentação de reduzir os custos a ela associados é, em geral, grande. Quando essa redução é feita sem avaliar o respectivo impacto, o risco associado a essa redução é grande. Os meios disponíveis para responder a estas situações permitem aproximações credíveis, por aplicação de metodologias ou tecnologias fiáveis e testadas. Trata-se de aplicar a engenharia à manutenção, quer por via do controlo de condição, das análises de revisão de projecto, aplicando a metodologia RAM, ou de aproximações analíticas pontuais para reduzir pontos fracos ou organizativas para promover melhoria contínua. O MIIT tem-se especializado nestes domínios, no sentido de ser o parceiro para atingir a melhor relação Disponibilidade /Custo. 1 - Notícias do 2 - Artigos Técnicos ARTIGO 1 – Cálculo dos Movimentos no Alinhamento ARTIGO 2 – Diagnóstico de Motores Eléctricos 5 Dicas para Reduzir os Seus Custos de Manutenção 3 - NOTA FINAL Próximos Cursos Informatização e Gestão Global da Manutenção - Introdução à Organização e Informatização da Manutenção - Optimização da Gestão Informatizada da Manutenção RCM - Introdução à Análise do Custo do Ciclo de Vida / RAMS TPM - Curso Prático de Quantificação e Reporte em TPM Controlo de Condição - Curso Básico de Medição de Vibrações - Curso Avançado de Diagnóstico - Integração de Tecnologias de Controlo de Condição – Vibrações e Óleos - Introdução à Utilização de Proximiters em Análise de Vibrações - Alinhamento de Acoplamentos Engenharia de Ruído, Vibração e Tribologia - Introdução à Análise Modal Experimental Higiene, Segurança e Ambiente - Vibrações no Corpo Humano Detalhes sobre estas acções em www.miit.pt. CERTIFICAÇÃO DA QUALIDADE O MIIT, numa filosofia de melhoria contínua, que é cada vez mais necessária, está a terminar o seu Sistema da Qualidade, com vista à Certificação ISO 9001:2000. IMPLEMENTAÇÃO NA CML do WINGEST - Módulo de Gestão de Contratos e Concursos Públicos do Int’Graal O MIIT encontra-se a implementar, na Câmara Municipal de Lisboa, o seu software de Gestão de Contratos e Concursos Públicos. Este software será utilizado para a gestão automatizada dos processos e procedimentos e gestão de empreitadas de obras públicas na câmara da capital. Tem dúvidas sobre Manutenção Condicionada ou análise de vibrações? Visite o nosso FÓRUM : http://www.network54.com/Hide/Forum/192794 INSTALAÇÃO DE SISTEMA ROD-DROP A análise de vibrações aplica-se cada vez mais também a máquinas alternativas. O MIIT encontra-se a instalar um sistema de monitorização rod-drop num compressor de dióxido de carbono. Este sistema, com recurso a proximiters, permite acompanhar a deflexão e, por consequente, as folgas nos pistões do compressor. Manutenção Baseada em Fiabilidade 2 Cálculo dos Movimentos no Alinhamento João Lourenço, MIIT INTRODUÇÃO Depois de no último número termos abordado as dificuldades com que nos podemos deparar no alinhamento de uma máquina, neste artigo vamos debruçar-nos sobre o cálculo das correcções a partir das leituras com os comparadores. Num alinhamento laser, este procedimento é efectuado pelo equipamento, mas a maior parte dos alinhamentos são feitos com recurso a comparadores. Muitas pessoas que efectuam alinhamentos sabem utilizar os comparadores para medir o desalinhamento. Mas quando chega a altura de movimentar as máquinas, a operação é feita muitas vezes por tentativa e erro, geralmente por desconhecimento de como calcular os movimentos necessários ao alinhamento da máquina. O procedimento não é difícil e, uma vez apreendido, permite poupar muito tempo num alinhamento. MONTAGEM DOS COMPARADORES Existem diversas técnicas de alinhamento com comparadores, mas vamos apenas abordar a mais comum, o alinhamento por medição na face e periferia, que se caracteriza por: • 2 comparadores montados no veio da máquina móvel, a medir os afastamentos do veio da máquina fixa. • Um dos comparadores mede os afastamentos radiais, enquanto o outro mede o afastamentos axiais. • Os veios poderão rodar solidários, ou estar desacoplados, rodando neste caso apenas o da máquina móvel. CONVENÇÕES Para que não hajam equívocos durante o alinhamento, é necessário estabelecer, desde o início, os sinais e sentidos e respectiva relação. Vai-se considerar que o ponto de referência do operador é de frente para o motor eléctrico. Em relação a esta perspectiva, iremos rodar a nossa máquina sempre no sentido dos ponteiros do relógio para medir nas diversas posições. É útil definir também desde já os nomes para os diversos valores lidos nos comparadores, utilizando sempre a analogia com os ponteiros do relógio. (valores em 1/100 mm) Será necessário também obter algumas dimensões da máquina: A – distância entre as sapatas do motor (mm) B – distância entre a sapata frontal e a face do acoplamento (mm) C – distância entre as 2 metades do acoplamento (mm) dia – diâmetro do círculo descrito pelo comparador axial (mm) REGRA DE VALIDAÇÃO Uma forma simples de sabermos se os valores que estamos a ler dos comparadores são verdadeiros, é utilizando uma regra de validação simples. Esta regra estabelece que a soma dos valores lidos na direcção horizontal deve ser igual à soma dos valores da vertical. Isto tanto para os valores radiais como para as axiais. R0 veio R3 R6 R9 RADIAL A0 veio A3 A6 A9 AXIAL + + - - MÓVEL FIXA A B C frente trás dia Manutenção Baseada em Fiabilidade 3 Caso tal não se verifique, podemos estar na presença de um dos seguintes problemas: • Mau funcionamento ou má montagem dos comparadores. • Irregularidades na superfície do acoplamento • Folgas no veio • Veio deformado ou empenado • Erros de leitura Há que corrigir estes erros, para ser possível efectuar o alinhamento. CÁLCULO DOS AFASTAMENTOS Para quantificar o desalinhamento, necessitamos de calcular os afastamentos no centro do acoplamento, a partir dos valores lidos nos comparadores. Os desvios radiais nas direcções horizontal e vertical vêm calculam-se da seguinte forma: Dia CARDesvioV × ×−= 2 6 2 6 ( ) Dia CAARRDesvioH × ×−− − = 2 39 2 39 (valores em 1/100 mm) E os ângulos, também nas direcções horizontal e vertical: 106 ×= Dia AÂnguloV 1039 × − = Dia AAÂnguloH (valores em µm/mm = mrad) São estes valores que reflectem o real desalinhamento entre os dois veios, e servem para comparar com os diversos critérios e normas. CÁLCULO ANALÍTICO DAS CORRECÇÕES O cálculo das correcções através da aplicação de fórmulas matemáticas não oferece grande dificuldade, mas poderá ser ainda mais simplificado se construirmos uma folha de cálculo, em Excel. Precisamos dos valores lidos nos comparadores e das medidas recolhidas, como explicado no início. Assim, para as correcções na vertical: 2 66 RA Dia CBY frente −× + = 2 66 RA Dia CBAY trás −× ++ = Um valor positivo indica que teremos que subir o motor e se for negativo, teremos que baixá-lo. Após efectuarmos as correcções ao nivelamento do motor e confirmarmos que o resultado foi satisfatório, através de uma nova série de medidas,iremos corrigir a sua posição horizontal. ( ) 2 3939 RRAA Dia CBAX trás − −−× ++ = ( ) 2 3939 RRAA Dia CBX frente − −−× + = Um valor negativo indica que teremos que chegar o motor para a esquerda e se for negativo, para a direita. TOLERÂNCIAS DE ALINHAMENTO Existem inúmeros critérios com tolerâncias de alinhamento, muitos deles até recomendados pelos próprios fabricantes das máquinas ou dos acoplamentos. Apresenta-se a seguinte tabela, com as tolerâncias de alinhamento recomendadas pela CSI, que poderá ser utilizada para qualquer máquina em geral. Desvio Radial (1/100 mm) Ângulo (mrad) Velocidade (RPM) excelente aceitável excelente aceitável 7000 1 3 0.20 0.25 Manutenção Baseada em Fiabilidade 4 Diagnóstico de Motores Eléctricos Carlos Renato, MIIT Motores Eléctricos AC O accionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por motores eléctricos é um assunto de extraordinária importância económica. No campo de accionamentos industriais, avalia-se que de 70 a 80% da energia eléctrica consumida pelo conjunto de todas as industrias seja transformada em energia mecânica através de motores eléctricos. O nosso estudo torna-se mais relevante, já que a maioria dos motores eléctricos utilizados na industria são de motores de indução gaiola de esquilo. O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos: - um circuito magnético estático, constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator; - por bobines (n. de grupos, consoante o motor monofásico ou polifásico) localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada; - por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. O rotor é apoiado num veio, que por sua vez transmite à carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e portanto as perdas, mas também para aumentar o factor de potência em vazio. Como exemplo apresentamos a "projecção" dos diversos elementos o motor assíncrono de rotor em gaiola de esquilo (ver figura). Manutenção Condicionada em Motores Eléctricos A implementação de um sistema de manutenção condicionada em motores eléctricos AC é bastante importante, uma vez que permite detectar atempadamente determinadas avarias mecânicas e eléctricas graves. A técnica de manutenção condicionada mais importante e utilizada é a análise de vibrações. Através do seguimento de tendência de determinados parâmetros é possível determinar a condição de funcionamento da máquina analisada ,assim como, diferenciar anomalias mecânicas das eléctricas. Das anomalias mecânicas destacamos: desequilíbrio, desalinhamento, folgas, falhas em rolamentos, ressonância, excentricidade, etc. A análise do espectro de frequência permite igualmente detectar determinadas frequências que estão directamente relacionadas com anomalias eléctricas. A conjugação da análise de vibrações com outras técnicas como, por exemplo, o espectro de corrente, permite detectar barras do rotor partidas ou pontos de alta resistência. De seguida iremos abordar de forma mais pormenorizada algumas anomalias eléctricas que podem ser detectadas através de um sistema de manutenção condicionada. Manutenção Baseada em Fiabilidade 5 Problemas no Rotor Se bem que não utilize quaisquer isolamentos o rotor sofre também as consequências de um processo de envelhecimento. Cada vez que se efectua um arranque, em cada barra, dão-se dilatações diferenciais entre a parte inferior e superior devido ao efeito da corrente rotórica no arranque que causa um aquecimento desigual (mais elevado na parte superior). Além disto poderão também aparecer dilatações diferentes de barra para barra devido a uma desigual repartição de correntes entre barras. Estas diferenças desaparecem uma vez estabelecido o funcionamento de regime e atingido o equilíbrio térmico. Em cada arranque as barras do rotor são também submetidas a esforços mecânicos, os quais, após um grande número de ciclos, provocam fissuras e mais tarde rotura completa da barra por fadiga mecânica. É preferível reparar ou substituir o rotor de um motor importante do que esperar pela sua ruptura completa o que normalmente acarreta a destruição do estator. Deve-se assim, evitar qualquer arranque inútil em motores eléctricos. Rotor solto no veio É uma avaria resultante da combinação de um problema mecânico e eléctrico que ocorre quando o rotor se encontra solto do veio. Na análise espectral correspondente, aparece uma banda larga de elevado nível de vibração no instante em que ocorre o fenómeno. Excentricidade estática (entreferro não uniforme) Este fenómeno ocorre quando o rotor não se encontra perfeitamente centrado no estator. A vibração provocada por um rotor que não está centrado no estator tem lugar a uma frequência igual a 2xFr (100 Hz), independentemente do número de pólos do motor. A amplitude da vibração aumenta com a carga e desaparece quando se desliga a alimentação do motor. A não uniformidade do entreferro origina igualmente o aparecimento da frequência de passagem de barras FPB com bandas laterais a 2xFr. Um motor com pata coxa pode provocar o aparecimento dos sintomas descritos anteriormente. Este facto fica-se a dever a algum apoio do motor mal apertado ou empenado o que origina a deformação do estator e uma distribuição assimétrica do entreferro. A correcção da base empenada pode ser feita do seguinte modo: 1º passo: Verificar com um comparador quais os apoios empenados. 2º passo: Com um apalpa folgas registar o valor de empeno entre a base e o apoio. 3º passo: Construir com calços calibrados a solução para a base empenada. Frequências a considerar Fnominal – Velocidade de rotação nominal Freal – Velocidade de rotação real Fr – Frequência da rede P – n.º de Pólos do motor Fd – Frequência de deslizamento [Fnominal - Freal] Fp – Frequência de passagem de pólos [Fd X P] FPB – Frequência de passagem de Barras N S Forças magnéticas equilibradas N S Forças magnéticas desequilibradas Manutenção Baseada em Fiabilidade 6 S Excentricidade dinâmica Ocorre quando o rotor não é perfeitamente uniforme, apesar de estar perfeitamente centrado no estator. Este fenómeno ocorre a 1xRPM e desaparecerá assim que se corte a alimentação do motor. Esta frequência terá bandas laterais a 2xFd (frequência de deslizamento). A não uniformidade do entre ferro origina também o aparecimento da FPB, com bandas laterais a 1xRPM do rotor. Barras Partidas Uma ou mais barras partidas no rotor originam vibrações no motor semelhantes às provocadas pela excentricidade dinâmica, ou seja, aparecimento de 1xRPM e das suas harmónicas com bandas laterais a Fp. A principal diferença é que a amplitude da frequência oscilante Fp é proporcional à carga. Ou seja, esta frequência desaparecerá quando o motor estiver a trabalhar em vazio. Por outro lado, estas frequências são oscilantes, ou seja, no espectro de frequência (com analisador em “monitor mode”) elas aumentam e baixam de amplitude (batimento). Uma técnica bastante eficaz para analisar o estado do rotor é o espectro de corrente que avalia a amplitude das bandas laterais Fp em redor da frequência da rede Fr (50 Hz). Esta técnica consiste na leitura das três fases do motor através de uma pinça amperimétrica permitindo avaliar o estado do rotore o desequilíbrio entre fases. Problemas no Estator Envelhecimento de isolantes A vida útil do isolante varia proporcionalmente com o aumento da temperatura. Daqui, facilmente se conclui que qualquer sobrecarga de longa duração que provoque um aquecimento adicional, reduzirá a longevidade da bobinagem. É recomendável medir regularmente a corrente absorvida pelo motor, de preferência em cada fase, e compará-la com o valor inscrito na chapa de características. Com o intuito de se evitar aquecimentos indesejáveis no motor é possível montar na sua bobinagem detectores térmicos que alertam o utilizador para o facto (protecções de alarme) ou cortam mesmo a alimentação do motor (protecções de disparo). Enquanto não decidir investir numa protecção das referidas anteriormente o mais simples será começar a monitorizar a temperatura nas chumaceiras e carcaça do motor. Este método bastante simples e expedito permite detectar antecipadamente eventuais aquecimentos. Uma vez que a temperatura do motor depende da temperatura do estator, da carga e da temperatura ambiente podemos determinar a temperatura normalizada do motor utilizando a seguinte expressão: 100 % arg × − = ac ambreal n TT T onde: Tn – Temperatura normalizada Treal – Temperatura da carcaça na altura da medição Tamb – Temperatura ambiente %carga – Carga do motor na altura da medição em percentagem Folgas no estator Provoca o aparecimento da frequência a 2xFr (100 Hz), independentemente do número de pólos. Este fenómeno pode ainda ocorrer devido a bobinado ou laminas soltas. Esta vibração desaparecerá assim que se corte a alimentação do motor eléctrico. Problemas de fase A detecção de desequilíbrios, nas correntes absorvidas pelas três fases, da ordem dos dois ou três por cento poderá resultar de uma ligação defeituosa. Neste caso, verificar o aperto de todas as fêmeas da placa de terminais que apertem os cabos de alimentação. Verificar igualmente o aperto do terminal de cabo ao respectivo cabo. No espectro de frequência este problema tornará a visível a frequência de 2xFr (100 Hz) com bandas laterais a 1/3 Fr. Manutenção Baseada em Fiabilidade 7 Curto-circuito entre laminas Este problema tanto pode ocorrer no rotor como no estator. Um curto-circuito entre laminas origina uma deformação térmica no rotor e estator. A vibração a 1xRPM aumentará depois do arranque, estabilizando mais tarde ao alcançar a temperatura de funcionamento. Mesmo com a equilibragem do rotor as laminas em curto-circuito irão provocar o aquecimento excessivo do motor reduzindo a sua vida útil. Caso Prático I Este caso prático reporta-se a um motor de 550 KW com uma velocidade nominal de 3000 rpm. O espectro de frequência obtido em Outubro de 2001 revelou o aparecimento súbito das harmónicas da velocidade de rotação do motor. Estas, apresentavam oscilações de amplitude provocadas por um batimento. Verificava-se ainda o aparecimento da frequência de 100 Hz, duas vezes a frequência da rede. R M S Ve lo ci ty in m m /S ec Frequency in Hz 1 - COPR3005 5 -P2V MOTOR EXT VER 0 200 400 600 800 1000 Max Amp 3.00 Plot Scale 0 3.5 10:34:25 10-Dez-99 09:57:28 26-Mai-00 09:22:33 08-Jan-01 10:13:32 09-Out-01 Freq: Ordr: Sp 4: 49.75 1.003 .999 Recolheu-se um espectro de frequência em alta resolução (3200 linhas) que permitiu observar a presença de bandas laterais a Fp das harmónicas da velocidade de rotação. 1 - COPR3005 5 -P2H MOTOR EXT HOR Analyze Spectrum 09-Out-01 10:29:53 RMS = 3.85 LOAD = 100.0 RPM = 2985. RPS = 49.75 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 0 1 2 3 4 5 Frequency in Hz R M S Ve lo ci ty in m m /S ec 49 .7 2 Freq: Ordr: Spec: Dfrq: 50.23 1.010 .407 .515 O motor analisado foi enviado para oficina para inspecção tendo-se verificado a presença de barras partidas no rotor. Caso Prático II O motor eléctrico apresentado neste caso é um motor com uma velocidade nominal de 3000 rpm. Este motor eléctrico apresentava níveis de vibração elevados com uma evolução muito significativa como ilustrado pela análise de tendência. 1 - BOMBA TANQUE POLUÍDOS 82EB01 -P1H MOTOR LADO EXTERIOR HORIZONTAL Trend Display of 2-4xRPM -- Baseline -- Value: 2.989 Date: 21-Dez-00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 5 10 15 20 Days: 10-Abr-96 To 14-Abr-04 R M S Ve lo ci ty in m m /S ec ALERT FAULT Date: Time: Ampl: 14-Abr-04 11:00:00 17.16 O espectro de frequência apresenta uma componente com amplitude elevada a 2xrpm. Mas esta componente será mesmo a 2xrpm ou será a 100 Hz? Cálculo das frequências típicas: P = 2 Fd = 3000-2985 = 15 rpm [0.25 Hz] Fp = 0.25x2 = 0.5 Hz Manutenção Baseada em Fiabilidade 8 1 - BOMBA TANQUE POLUÍDOS 82EB01 -P1H MOTOR LADO EXTERIOR HORIZONTAL Route Spectrum 14-Abr-04 11:00:09 OVERALL= 17.13 V-DG RMS = 17.01 LOAD = 100.0 RPM = 2998. RPS = 49.97 0 200 400 600 800 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Frequency in Hz R M S Ve lo ci ty in m m /S ec 99 .9 8 49 .5 5 Freq: Ordr: Spec: 50.00 1.001 .07093 Decidiu-se recolher um espectro de alta resolução com 3200 linhas para diferenciar a componente a 2Xrpm dos 100 Hz. Efectivamente a componente mais elevada representa os 100 Hz do motor (duas vezes a frequência da rede). 1 - BOMBA TANQUE POLUÍDOS 82EB01 -P1H MOTOR LADO EXTERIOR HORIZONTAL Analyze Spectrum 14-Abr-04 11:00:58 RMS = 16.12 LOAD = 100.0 RPM = 3018. RPS = 50.30 40 60 80 100 120 140 160 180 0 5 10 15 20 Frequency in Hz R M S Ve lo ci ty in m m /S ec 10 0. 05 49 .5 9 99 .5 6 Freq: Ordr: Spec: 49.59 .986 .07678 Como vimos anteriormente esta frequência está relacionada com uma anomalia eléctrica. Nos próximos números deste jornal continuaremos a abordar a análise de motores eléctricos onde descreveremos mais pormenorizadamente as técnicas de espectro de corrente, fluxo magnético, medição de corrente no veio e sistemas inteligentes de análise. 5 Dicas para Reduzir os Seus Custos Manutenção CONTROLO SENSORIAL GENÉRICO Mesmo que as nossas máquinas sejam controladas através de técnicas avançadas de controlo de condição, nada substitui uma rotina de observação sensorial. Uma simples alteração de ruído, temperatura ou vibração, será facilmente detectada por quem está habituado a contactar com a máquina no dia-a-dia. Porque não atribuir esta tarefa a pessoas que circulam habitualmente pela fábrica, como um lubrificador, por exemplo? MEDIDOR DE VIBRAÇÕES Mesmo que a sua empresa seja de pequena dimensão, será quase sempre rentável ter um medidor de vibrações simples. Existem aparelhos no mercado bastante económicos. Uma rotina periódica aos equipamentos permitirá detectar muitas anomalias simples, controlar a qualidade das reparações e aumentar a fiabilidade das máquinas. LIMPEZA Não basta fazer, é necessário mostrar que se fez e que se fez bem. Uma limpeza no equipamento ao qual acabou de se fazer manutenção aumenta grandemente a visibilidade do trabalho da manutenção e mostra aos outros que a manutenção anda a trabalhar bem. REPARE AS FUGAS DE AR Deve evitar todo o tipo de fugas nas redes da sua fábrica, mas o ar comprimido é prioritário, derivado ao seu elevado custo de produção. Uma fuga reparada, mesmo pequena, dará para pagar alguns meses de salário de um colaborador. É a maneira mais fácil de começar a reduzir custos. LIMPE OS MOTORES ELÉCTRICOS A acumulação de matérias nas alhetas e nas ventoinhas dos motores eléctricos diminui a eficiência da refrigeração, o que potencia a degradação do isolamento e provoca a redução da vida útil do motor.A limpeza periódica dos motores eléctricos pode contribuir grandemente para o aumento da sua vida e para a redução de avarias eléctricas. Manutenção Baseada em Fiabilidade 9 Se deseja receber este periódico e não o recebe, por favor solicite-o para o e-mail: miit@miit.pt Se recebe este periódico e não o deseja receber, por favor comunique-o para o e-mail: miit@miit.pt Qualquer comentário, sugestão ou pergunta são bem vindos. Para o efectuar, por favor, utilize o mesmo e-mail, miit@miit.pt. . LISBOA Av. Elias Garcia, 123, 5.º piso 1050-098 Lisboa Tel. 21 7981300 Fax 21 7981301 VILA DO CONDE Zona Industrial da Varziela Rua 8 Lote 1 4480 Vila do Conde Tel. 252 637090 Fax 252 637094 e-mail: miit@miit.pt www.miit.pt