Selos Mecânicos (TCC) Unijorge 2015.2

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ESTUDO DE REDUÇÃO DE CUSTO COM A SUBSTITUIÇÃO DO SISTEMA DE 
SELAGEM EM BOMBAS CENTRÍFUGAS ATRAVÉS DA TÉCNICA DE ANÁLISE 
DOS MODOS E EFEITOS DE FALHAS - FMEA 
 
Charles de Araújo Queiroz 1 
Cleverson Souza Pinto2 
Orientador: Prof. MSc. Frederico Carneiro Andrade3 
RESUMO 
O artigo em questão tem como propósito identificar e apresentar as falhas nos selos 
mecânicos simples e a partir disso, propor a substituição do sistema de selagem utilizado nas 
bombas da área de incineração da empresa Delta. Através da aplicação da técnica FMEA 
(Análise dos Modos e Efeitos de Falhas), pode-se diagnosticar os motivos de frequentes 
vazamentos nos selos mecânicos em operação. Os levantamentos desenvolvidos nesse artigo 
foram realizados a partir de relatórios de manutenção fornecidos pela fabricante de selos John 
Crane. Todavia, notou-se a condição de relacionar os tipos de falhas e as ações eficazes para 
reduzi-las. Sendo assim, após aplicação e análise do FMEA, foi realizada a troca do sistema 
de selagem e acrescentado o dispositivo Smartflow, pois devido ao estudo de viabilidade e 
demonstrativo de custos, verifica-se um alto gasto com o consumo de água industrial durante 
o funcionamento das bombas para a selagem e resfriamento do selo, como também havia um 
grande dispêndio com a manutenção corretiva na substituição do item (selo). 
 
 
1 Graduando de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário Jorge Amado (UNIJORGE). 
Email: charlesqueiroz21@yahoo.com.br 
2 Graduando de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário Jorge Amado (UNIJORGE). 
Email: cleverson.sp@hotmail.com.br 
3 Coordenador do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário Jorge Amado 
(UNIJORGE). Email: Frederico.andrade@unijorge.edu.br 
 
2 
Palavras chaves: Bomba Centrífuga; Selo Mecânico; FMEA; Smarflow 
 
ABSTRACT 
The article in question aims to identify and present failures in simple mechanical seals and 
from there, propose replacing the sealing system used in bombs from the incineration area of 
Delta company. By applying the technique FMEA (Failure Modes and Analysis of Effects), 
can diagnose the reasons for frequent leaks in the mechanical seals in operation. The surveys 
developed in this article were conducted from maintenance reports provided by the 
manufacturer John Crane seals. However, it was noted the condition to relate the types of 
faults and effective actions to reduce them. Thus, after application and analysis FMEA was 
performed replacing the sealing system and the added SmartFlow device because due to 
feasibility study and demonstration costs, there is a high expenditure on the use of industrial 
water during operation pumps for sealing and cooling of the seal, as there was also a large 
expenditure on corrective maintenance in replacing the item (seal). 
Keywords: Centrifugal Pump; Mechanical seal; FMEA; Smarflow 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
Este presente trabalho se propõe a estudar as constantes falhas do sistema de selagem 
nos selos mecânicos simples das bombas centrífugas através da aplicação da técnica FMEA 
(Análise dos Modos e Efeitos de Falhas), uma vez que para a empresa responsável pelo 
estudo de caso é importante detectar os motivos dos constantes vazamentos dos selos 
mecânicos em operação. 
Mançu (2013) afirma que na indústria química e petroquímica as ocorrências de falhas 
nos sistemas de selagem de bombas são elevadas devido às características corrosivas de 
alguns fluidos processados e bombeados entre os processos internos e/ou transferidos entre 
empresas que podem ser por ausência de programas de manutenção preditiva e/ou preventiva, 
pela utilização de tecnologias não especificadas para os tipos de fluidos movimentados ou 
pela não utilização de ferramentas e métodos de análise de falhas dos seus processos, 
produtos e serviços. 
Conforme Araujo (2011) apud Mançu (2013), as empresas estão investindo mais em 
gestão com planejamento e preparação de seus colaboradores para aplicar ferramentas, 
métodos de análise de falhas e de riscos na segurança operacional, para adotar uma postura 
 
3 
proativa nos sistemas produtivos, operando com mais segurança, reduzindo ao máximo as 
falhas, com melhoria da eficiência e da eficácia, para garantir a disponibilidade, 
confiabilidade e manutenabilidade dos equipamentos. 
As indústrias químicas e petroquímicas têm um forte impacto no desenvolvimento das 
economias mundiais devido à grande utilização dos seus produtos, como os químicos em 
geral, plásticos, borrachas sintéticas, tintas, corantes, adesivos, solventes, detergentes, 
explosivos, produtos farmacêuticos, cosméticos, etc, sendo imprescindível para vida moderna 
e de alto risco no caso de falhas operacionais (MANÇU, 2013). 
As bombas centrífugas são as mais utilizadas pelas indústrias, pela sua alta 
importância. Dependendo de qual parte do processo industrial ela seja utilizada, o mau 
funcionamento ou falha pode ocasionar uma parada de todo o processo. 
O objetivo principal deste estudo é investigar e analisar os problemas ocorridos em 
selos mecânicos através de um estudo de caso nas bombas centrífugas do sistema de 
incineração em operação na empresa Delta, por meio da técnica de Análise dos Modos e 
Efeitos de Falhas (FMEA), na condição de propor técnicas solucionáveis para sanar o 
problema em questão. 
O caráter preventivo em relação ao estudo de selos mecânicos simples ocasionou a 
escolha da análise por modo de falha sendo reforçado por Bastos (2006): “O FMEA tem 
como sua principal vantagem à identificação dos modos de falhas. Sua aplicação permite 
identificar pontos suscetíveis a falha, permitindo elaboração de ações para eliminá-los ou 
contê-los”. 
“A FMEA é uma metodologia que vem sendo amplamente utilizada no processo 
produtivo das organizações, tanto em projetos, quanto em produtos, por apresentar 
imensas possibilidades na potencialização da qualidade e na prevenção de falhas no 
processo. (Martins, Andrade, 2011, p. 01)”. 
 
As bombas centrífugas são formadas por componentes do sistema que exerce a função 
de deslocar fluido de um local a outro por diferença de pressão entre sucção e descarga. Desse 
modo, é necessário entender as bombas centrífugas e os componentes instalados que tem 
como função evitar vazamentos do fluido de trabalho para ambiente externo, que são os selos 
mecânicos. 
 
1 BOMBA CENTRÍFUGA: 
 
Macintyre (2008) enfatiza que as bombas têm a principal função de deslocar grandes 
quantidades de líquidos, transformando o trabalho mecânico recebido de uma máquina motriz 
 
4 
em energia hidráulica, remetendo ao fluido um aumento de energia potencial de pressão e 
cinética. 
As bombas centrífugas são dos tipos dinâmicos ou turbos bombas que tem como 
objetivo criar dois locais de pressão diferentes dentro do equipamento, sendo um de baixa 
pressão que se situa na parte de sucção da bomba. A outra zona é na parte do recalque, onde 
temos alta pressão. Portanto, para iniciar o funcionamento deste modelo de bomba precisa-se 
que a mesma esteja totalmente preenchida do fluido que será utilizado, caso não esteja, será 
necessário à retirada de ar da bomba: enchimento da carcaça e tubulação com o fluido de 
trabalho. Esse passo precisa ser realizado, pois ao colocar a bomba em operação, a mesma 
cria folgas entre os rotores, o coletor e a carcaça, não podendo expulsar o ar do corpo da 
bomba e do tubo de aspiração, pois corre-se o risco de criar uma rarefação do fluido, ou seja, 
é criada uma diferença de densidade causando a cavitação da bomba. (MACINTYRE, 2008) 
Na figura 01 observa-se a voluta de uma bomba em corte,onde pode-se visualizar 
todo o trajeto que o fluído passa desde a sucção, seguindo pelo rotor até chegar a descarga da 
bomba. Este trabalho é realizado através da ajuda do motor o qual transmite movimento para 
a bomba. 
 
Figura 01: Imagem informativa de uma Bomba Centrífuga 
 
Fonte: Planos de Inspeção de 1ª Linha no Planejamento da Manutenção da Empresa Celulose Beira Industrial, 
SA (Celbi) (2012) 
 
 
5 
As Normas internacionais API Standard 610 (American Petroleum Institute) e ISO 
13709 são responsáveis por especificar os requisitos técnicos para construção e fabricação das 
bombas centrífugas. 
Na figura 02 pode-se verificar uma bomba em corte, onde se identifica os 
componentes do sistema, são eles: 
 
 Bocal de Sucção: é a primeira etapa do processo. Local por onde o fluido de trabalho 
penetra na bomba para se iniciar o processo. 
 Rotor: conhecido também como impelidor (rotor), tem a função de receber o fluido 
após passar pelo bocal de sucção e “expulsa” o fluido pela periferia até a altura de 
recalque em alta velocidade através da força centrifuga. Podendo ser classificado de 
três formas: aberto, semi-aberto e fechado. 
 Voluta: região que aumenta a área no ponto de descarga, reduzindo a velocidade do 
fluido e aumentando a sua pressão. 
 Carcaça: tem a responsabilidade de eliminar qualquer acesso do fluido para o meio 
externo. 
 Mancais: suporta os esforços axiais e radiais oriundos da força centrífuga do 
equipamento. Caso ocorra qualquer tipo de desalinhamento, atingirá a vida útil da 
bomba diretamente. 
 Eixo: principal função de transmitir o torque do motor elétrico para o rotor instalado 
no equipamento. 
 Anéis de Lubrificação: proporciona o aumento da eficiência e troca térmica do 
mancal. 
 Bocal de Descarga: local por onde o fluido é expelido da bomba. 
 Caixa de Selagem: local onde fica o material de vedação da bomba, podendo ser as 
gaxetas ou selos mecânicos. A função destes itens é proteger a mesma de vazamentos 
no ponto em que o eixo atravessa a carcaça. 
 
 
 
 
 
 
 
6 
Figura 02: Componentes das Bombas Centrífugas 
 
Fonte: Guia Básico Procel - Bombas (2009) 
 
Os componentes apresentados são essenciais para o funcionamento das bombas 
centrífugas. Como fonte de estudo deste artigo os selos mecânicos se localizam nas caixas de 
selagem, onde se encontram os materiais de vedação da bomba, sendo importante assim 
compreender a funcionalidade dos selos mecânicos. 
A seguir, pode-se compreender a funcionalidade dos selos mecânicos. 
 
1.1 SELOS MECÂNICOS 
 
De acordo com Affonso (2012) o componente projetado com a função de diminuir a 
quantidade de emissão/vazamentos de produtos em equipamentos rotativos, e como já foi 
informado, tem a função de enclausurar o líquido que é bombeado e não deixar que o mesmo 
atinja o meio externo. Este item é importante, pois pode ocorrer da bomba estar trabalhando 
com um fluido perigoso ao ser humano e qualquer contato pode causar acidentes. 
Existe uma multiplicidade de selos mecânicos que possuem o mesmo princípio e 
função em um sistema de bombeamento. Para algumas indústrias é comum evitar a utilização 
dos selos mecânicos em seus sistemas de bombeamento por ser um item com valor elevado. 
Entretanto, em indústrias químicas e petroquímicas sua utilização é fundamental para manter 
a integridade do processo, maximização da produção, evitar a contaminação ambiental e 
pessoal. 
 
7 
Os selos mecânicos têm as suas paredes internas e externas extremamente polidas, 
uma superfície se liga diretamente ao eixo e a outra a parte estacionária da bomba. São 
mantidas em contato continuo com o eixo para evitar que o fluido escape para o meio externo. 
(MACINTYRE, 2008) 
Os selos são compostos por componentes rotativos e estacionários de extrema 
importância para sua construção e funcionamento. As faces rotativas e estacionárias são 
instaladas no sentido perpendicular ao eixo e são pressionadas umas contra as outras através 
das molas únicas ou múltiplas. 
 
 Face Estacionária: face que não gira com o eixo. 
 Face Rotativa: face que gira com o eixo. 
 Mecanismo de Mola: tem a função de manter as faces estacionárias e rotativas juntas. 
 Mecanismo de Trava: conecta o selo ao eixo para proporcionar rotação do selo. 
 Vedação do Eixo: é justamente a função do selo, este é o ponto de vedação do selo 
mecânico com o eixo, evitando assim os vazamentos. 
 Sobreposta: este componente prende o conjunto e é montada na caixa de selagem. 
 Junta: tem a principal função de evitar o vazamento entre a sobreposta e a face da 
caixa de selagem 
 
Em algumas bombas é possível implementar o dispositivo smartflow que é um 
mecanismo que controla o fluxo de água de selagem no selo mecânico, enviando assim o 
excesso de água e admitindo a mesma quando realmente requer refrigeração. Portanto, 
proporciona uma economia substancial de água no sistema. 
Com base nas informações tratadas acima, os itens com maior frequência de 
intervenções e provocando a aparada da bomba são: A face rotativa proporcionada por um 
desgaste excessivo e mecanismo de mola, onde a folga do mesmo gerará o vazamento assim 
como a vedação do eixo. 
 
1.2 SISTEMAS DE SELAGEM 
 
As bombas que utilizam selos mecânicos em sua vedação devem ser aplicadas 
conforme requisitos de normas específicas, com objetivo de não falhar. Ocorrendo vazamento 
do fluido em indústrias petroquímicas, o produto envolvido na operação pode acarretar 
 
8 
problemas como: explosões, contaminação do solo e da água, perda de produto e contaminar 
os colaboradores. 
 
“É objetivo da norma, conforme explicitado na sua declaração de escopo, prover 
recomendações sobre sistemas de selagem para bombas centrífugas e rotativas 
utilizadas na indústria do petróleo, gás natural e química. Os requisitos resultam em 
sistemas de selagem adequados para serviços com fluidos perigosos, tóxicos ou 
inflamáveis, para os quais se requer uma alta confiabilidade. (AFFONSO, 2012, p. 
207)”. 
 
As indústrias adotam os planos de selagem da API-682 (American Petroleum Institute) 
para evitar vazamentos, conforme (AFFONSO, 2012), “ [...] os selos mecânicos oferecem um 
melhor desempenho, caso sejam aplicados os sistemas de selagem levados em consideração o 
ambiente de trabalho das bombas centrífugas [...] ” 
 
Dois planos de selagem são de extrema importância para o entendimento e análise. 
São eles: 
 
1.2.1 Plano de Selagem 32: 
A selagem é feita com um líquido limpo de fonte externa. Com a função de remover o 
calor da caixa de selagem, remoção das partículas em suspensão e fluidos de processo da 
caixa de selagem. 
 
1.2.2 Plano de Selagem 54: 
A selagem é feita com um líquido de fonte externa compatível ao produto a ser 
vedado, com pressão ligeiramente superior à secção de vedação, em torno de 0,5 a 1,0 Kgf / 
cm². (na maioria dos casos a pressão atuante na caixa de selagem é em torno de 
aproximadamente 10 % da pressão de recalque da bomba). 
 
 Na figura 03 verifica-se o fluxo da água de selagem do selo simples onde pode – se 
observar a passagem da mesma para o ponto mais frágil da barreira que é a voluta da bomba. 
Neste selo é aplicado o plano de selagem 32. 
 
 
9 
Figura 03: Selo Simples 
 
Fonte: Catálogo John Crane (2010) 
 
Na figura 04 tem-se a demonstração da instalação de selo mecânico com o dispositivo 
smartflow. Pode-se identificar a entrada e saída do sistema de selagem, permitindo assim o 
controle criterioso da passagem da água. Este selo apresenta o plano de selagem 54. 
 
Figura 04: Selo mecânico com sistema Smartflow 
 
Fonte:Catálogo John Crane (2010) 
 
 
10 
Os sistemas de selagem são úteis para garantir uma eficiência no controle da água de 
selagem utilizado no processo, nas figuras acima se notam dois modelos diferentes. Segundo 
catálogo da John Crane os selos mecânicos que adotam o dispositivo smartflow visam à 
proteção do meio ambiente e a redução do consumo de água de selagem. 
 
1.3. ANÁLISES DOS MODOS E EFEITOS DE FALHAS (FMEA): 
 
 A análise de modo e efeito de falha (FMEA) surgiu através da necessidade de se ter 
uma maior confiabilidade nos equipamentos e sistemas do exército americano em 1949. Com 
o sucesso desta técnica, mesmo de forma não muito sofisticada, levou a NASA a iniciar o 
processo de aprimoramento da ferramenta. (BASTOS, 2006). 
Segundo Bastos (2006), “a ferramenta FMEA pode ser entendida como uma 
metodologia sistemática que permite identificar potenciais falhas de um sistema, projeto e/ou 
processo [...]”. 
De acordo com Santos (2011) apud Pedrosa (2014), a FMEA pode ser vista como uma 
ferramenta que segue os princípios da gestão da qualidade total, que tem como objetivo 
avaliar e minimizar os riscos de um produto ou processo, recorrendo à análise das possíveis 
falhas (determinação da causa, o respetivo efeito/risco para cada falha) e implementação de 
ações corretivas para melhorar a fiabilidade e qualidade do produto ou processo, procurando 
aumentar a satisfação e a fidelização dos clientes. 
Segundo Stamatis (2003) apud Ramos (2012), FMEA de processo é utilizado para 
avaliar falhas em processos antes da sua liberação para a produção em série, mas deve ser 
revisado durante toda a vida útil do produto. Ele foca nas falhas potenciais do processo em 
relação ao cumprimento dos objetivos definidos para cada uma de suas características e está 
diretamente ligada à capacidade do processo em cumprir os objetivos definidos para o 
mesmo. 
O FMEA de processo define necessidade de alterações no processo, estabelece 
prioridades para as ações de melhoria, auxilia na execução do plano de controle do mesmo e 
na análise das etapas de manufatura e montagem. 
O formulário do FMEA de processo consiste em uma análise quantitativa e qualitativa 
dos defeitos e ações corretivas. Deve ser preenchido pela equipe multidisciplinar, obedecendo 
aos critérios de clareza e objetividade. 
A figura 05 apresenta o modelo de formulário utilizado para aplicação da Análise do 
Modo e Efeito de Falha (FMEA). 
 
 
11 
Figura 05: Modelo do formulário do FMEA 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
O preenchimento do formulário FMEA ajuda na realização de um mapeamento das 
principais e eventuais falhas que poderão ocorrer ao longo do funcionamento do equipamento. 
E assim evitar ou até mesmo anteceder a falha, proporcionando a maior disponibilidade do 
equipamento e seus componentes. 
 
1.4 PRINCIPAIS PROBLEMAS OPERACIONAIS EM SELOS MECÂNICOS: 
 
 No setor industrial as bombas trabalham initerruptamente e sofrendo constantemente 
ataques físicos e químicos gerados pelos fluidos bombeados. Podendo ocasionar 
consideráveis falhas nos equipamentos. 
 Segundo Affonso (2012), existe três categorias de modos de falhas diferentes para 
selos mecânicos, pode ser: 
 
 Ataque químico: a partir de corrosões de partes metálicas e inchamento dos 
elatômeros que são materiais utilizados na vedação secundária dos 
rolamentos; 
 Dano mecânico: classificado como desgastes nas faces, cortes nos anéis e 
fraturas das faces; e 
 Dano térmico: causado por choque térmico quando existe um resfriamento 
brusco do selo mecânico. 
 
 
12 
Estes modos de falha podem acarretar algumas consequências no funcionamento do 
selo como: 
 Vazamentos; 
 Aquecimentos; 
 Fluído de selagem passando excessivamente para o fluido bombeado. 
 
As consequências são extremamente prejudiciais ao processo. Por este motivo precisa 
– se analisar o modo de falha e as consequências trazidas com ela, para que se possa decidir a 
ação a ser escolhida para que não ocorram mais. 
 
1.5 ANÁLISES DE FALHA EM SELOS MECÂNICOS 
 
Os selos mecânicos contêm vários componentes que podem apresentar problemas ou 
falhas, podendo ser associadas ao ambiente de aplicação e a qualidade dos equipamentos. 
Com o intuito de eliminar ou reduzir as repetitividades das falhas e conhecer a qualidade e 
confiabilidades dos componentes associados ao ambiente de aplicação, o acompanhamento e 
análise das mesmas, permite aplicar melhorias no processo e adequar a qualidade dos 
equipamentos ao ambiente aonde está instalada. (OLIVEIRA, 2006) 
 
As causas mais frequentes de problemas nas instalações de selos mecânicos são: 
 
 Fragmentação da borda 
 Faces do selo fora da planicidade 
 Ondulação das faces do selo 
 Erosão 
 Abrasão 
 Choque térmico 
 Escamação e desgaste 
 Acúmulo de sólidos 
 
Os problemas podem ser gerados por várias causas podendo ser isoladas ou 
combinadas. Segundo Affonso (2012) um sintoma genérico em qualquer tipo de peça 
relacionado a montagem seria os impactos e sujeira no ajuste das folgas de peças móveis. 
 
13 
Esses tipos de erros podem ser normalmente evitados com elaboração de bons procedimentos, 
treinamentos e auditorias. 
 
“Falhas de selos mecânicos representam uma significativa parcela do número total 
de falhas de máquinas na indústria de processo, o que torna as análises das suas 
falhas extremamente importantes. Dependendo da situação da planta, a quantidade 
de falhas de selos mecânicos pode variar de cerca de 20% até mais de 60% do total 
de falhas de máquinas. (AFFONSO, 2012, p. 200).” 
 
Considerando a citação acima, podemos notar que os selos mecânicos têm uma grande 
parcela nas falhas ocorridas em processos industriais. Desta forma, através do estudo de caso 
será desenvolvido uma análise através da técnica FMEA e propor modificações no processo 
industrial existente. 
 
2. ESTUDO DE CASO 
 
A metodologia utilizada foi um estudo exploratório, descritivo e quanti-qualitativo, 
através de um estudo de caso sobre as possíveis falhas no sistema de selagem de bombas 
centrífugas da empresa Delta. 
A empresa Delta está incluída no segmento petroquímico. Iniciou suas atividades em 
dezembro de 1979, localizada no Polo Petroquímico de Camaçari – BA. A planta de 
processamento tem capacidade para produzir 100.000 ton./ano de Acrilonitrila. O produto 
pode ser aplicado em diversas áreas, como nos exemplos: indústria têxtil e de couro, indústria 
de transformação de plásticos, tintas e fibras. 
 
2.1 PROCESSO DA EMPRESA DELTA 
 
De acordo com o Manual de Operação (2010) da empresa Delta, o seu processo 
petroquímico é dividido em 03 (três) etapas: Reação, Recuperação e Purificação. 
 
 REAÇÃO 
 
A reação química entre os compostos (matérias-primas) se dá em fase gasosa à alta 
temperatura (430ºC) e baixa pressão (1atm). 
O Propeno e a Amônia são recebidos e armazenados em fase líquida, portanto, antes 
de serem injetados no reator são evaporados, superaquecidos e, logo depois de misturados 
antes de entrar no reator, são misturados com o ar (pré-aquecido pela queima do gás natural 
durante partidas) para que ocorra a formação dos produtos. A reação só ocorre graças a um 
leito de catalisador finamente fragmentado que, ao receber o fluxo de gás na direção 
 
14 
ascendente, se fluidiza como uma nuvem de poeira. Atualmente pode-se enriquecer o ar do 
reator com oxigênio líquido vaporizado, objetivando aumentar a produção de Acrilonitrila 
(AN) e/ou Ácido Cianídrico (HCN). 
 
 RECUPERAÇÃO 
 
Nesta seção os compostos HCN, AN e Acetonitrila (ACN) são separados de outros 
contaminantes.No resfriamento dos gases após a lavagem, parte se condensa, contendo 
basicamente AN, ACN, HCN e H2O e a outra parte não condensada que contém ainda os 
contaminantes são lançados numa coluna para que sejam totalmente separados. Nesta coluna 
o gás recebe uma corrente de água fria (4 ºC) onde o restante dos produtos (AN, ACN e HCN) 
são totalmente absorvidos por ela. 
Os gases não absorvidos (C3H6, C3H8, CO, CO2, O2 e N2) são lançados na atmosfera 
pelo topo da coluna. A parte absorvida pela água é juntada à parte condensada após a lavagem 
para que sejam separados. 
O processo empregado é a destilação, mas como a acetonitrila tem ponto de ebulição 
próximo à acrilonitrila não é viável a separação por processo simples de destilação, sendo 
empregado, portanto a destilação extrativa que consiste numa destilação em paralelo com uma 
injeção de água. Como a mesma é mais solúvel em água do que a acrilonitrila ela é então 
extraída pela água e esta corrente é retirada da lateral inferior da coluna, sobre forma de 
vapor, para outra coluna cuja finalidade é separar a acetonitrila do HCN e parte da água. 
Nesta coluna a mesma é retirada do topo como solução a 50% em água que passara por um 
processo de digestão elevando sua concentração até 80% para ser vendida. A corrente de 
fundo desta coluna é retornada à 1ª coluna (Coluna de Recuperação). 
A corrente de fundo, contendo basicamente água da coluna de recuperação, alimenta a 
unidade de evaporação para concentração dos polímeros para queima; a corrente do topo 
contendo AN, HCN e água é condensada e decantada sendo separada em 02 (duas) fases. A 
fase aquosa retorna à coluna e a fase orgânica que contém HCN, Acrilonitrila e pouca 
quantidade de água é enviada à Purificação. 
 
 PURIFICAÇÃO 
 
Nesta seção o objetivo é separar e especificar a Acrilonitrila e o HCN para o mercado. 
A corrente recebida da recuperação, contendo HCN, ACN e água, é pré-aquecida e lançada 
em outra coluna de destilação onde é feita uma retirada de água na lateral inferior. O produto 
de topo desta coluna, o HCN, é condensado e se especificado é armazenado para venda, se 
 
15 
não, é enviado ao incinerador para queima, como combustível auxiliar. O produto de base, 
contendo somente acrilonitrila, é lançado em outra coluna de destilação para que seja 
especificado, de onde é retirado lateralmente, em fase líquida, no topo, e após resfriado é 
armazenado e analisado no laboratório para ser enviado aos tanques de estocagem para venda. 
 
2.2 LEVANTAMENTO E TRATAMENTO DOS DADOS E INFORMAÇÕES 
 
Os levantamentos de dados e informações desenvolvidos nesse artigo foram realizados 
a partir de livros, dissertação, artigos e de relatórios de manutenção fornecidos pela fabricante 
de selos John Crane, sendo possível relacionar os tipos de falhas e as ações eficazes para 
reduzi-las. 
A partir do levantamento e coleta de dados do período de fevereiro de 2012 a outubro 
de 2015, foram quantificados e identificados às causas raízes das falhas nos selos mecânicos 
simples das bombas de incineração, aplicando a técnica do FMEA e demonstrativo de custos, 
com análise quantitativa e qualitativa dos resultados. 
 
3. ANÁLISE E DISCUSSÃO DO ESTUDO DE CASO 
 
3.1 INTERVENÇÕES REALIZADAS NOS SELOS MECÂNICOS CONVENCIONAIS 
 
Na figura 06 contabiliza a quantidade de intervenções realizadas nos selos simples 
instalados em duas bombas centrífugas que trabalham bombeando fluido para o sistema de 
incineração da planta. 
Analisando a figura 06, pode – se notar que a quantidade de falhas foi aumentando 
gradativamente, com exceção do ano 2013 que ocorreu uma redução de 3% em relação ao ano 
anterior (2012). 
 
 
16 
Figura 06: Quantidade de intervenções em selos mecânicos simples instalados nas bombas centrifuga 
 
Fonte: Empresa Delta, 2015 adaptado pelo autor 
 
Na figura 06 nota-se que os selos mecânicos simples instalados no sistema de selagem 
das bombas centrífugas estavam resultando em inúmeras paradas de manutenção, as quais 
foram aumentando no decorrer dos anos, as intervenções ocasionavam a troca dos selos e 
elevava os custos do setor de manutenção e consequentemente onerava o planejamento da 
petroquímica. 
 Após este levantamento, iniciou - se um estudo para identificar de forma mais rápida e 
garantida o que estava ocorrendo para existir esse número excessivo de reparos e/ou 
substituições e a partir disto escolheu - se o método de Análise dos Modos e Efeitos de Falhas 
(FMEA) para que pudesse demonstrar os motivos das quebras e sugerir uma solução para a 
problemática apresentada. 
 
4.2 MÉTODO DE ANÁLISE DOS MODOS E EFEITOS DE FALHAS (FMEA) 
 
Para iniciar o estudo do selo mecânico através do formulário do FMEA, precisa-se 
definir o componente a ser estudado, a função exercida pelo mesmo e as possíveis falhas, 
conforme foi elaborado na figura 07 a seguir. 
 
Baseado em Kardec e Nascif (2012) as possíveis falhas podem ser conceituadas da 
seguinte forma: 
 
17 
 Modo(s) de Falha: é o ponto onde se encontra as definições das falhas ocorridas no 
processo. 
 Efeito(s): é a consequencia causada pelo modo de falha, podendo impactar 
diretamente aos usuários. Seja operador das máquinas ou consumidores finais do 
produto. 
 Causa(s): pode – se denominar como a origem da falha dos componentes, ou seja, 
iniciando o modo de falha. 
 
Figura 07: Definição da função X Modo de falha 
Componente/ 
Processo 
Função do 
componente 
Possíveis Falhas 
Modo(s) Efeito(s) Causa(s) 
Selo Mecânico 
Evitar 
vazamento do 
fluido 
bombeado 
Deficiência na 
montagem 
Vazamento 
intenso 
Manuseio 
inadequado do 
componente 
Faces quebradas 
Vazamento 
intenso 
Choque térmico 
Falta do fluido de 
selagem 
Vazamento 
intenso 
Temperatura 
excessiva 
Vibração 
Vazamento 
intenso 
Desalinhamento 
no eixo 
Mancal com porosidade 
Vazamento 
intenso 
Defeito de 
fabricação 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
Com base na figura 07, identifica – se o selo mecânico simples modelo 5610 da 
fabricante John Crane e a função exercida nas bombas centrífugas. Logo em seguida, pode-se 
apontar os modos de falhas desses componentes, como são notadas, essas falhas causa o efeito 
de vazamento por diversas formas: como faces quebradas, vibração e mancal com porosidade. 
Com estas falhas referenciadas e encontradas na aplicação da técnica de FMEA a empresa 
 
18 
Delta tem um aumento nos seus custos de manutenção, custos com água de selagem e uma 
nova falha pode causar vazamento do fluido e prejudicar os colaboradores. 
Após as identificações do componente, função e as possíveis falhas, a classificação 
nesta etapa é feita informando as prioridades de cada modo de falha, baseando – se nos 
fatores de: 
 
 Frequência da Ocorrência: corresponde ao número de vezes que o componente falha. 
 Gravidade da Falha: medimos o quão serio é o modo de falha para o processo. 
 Detectabilidade: probabilidade em que os sistemas utilizados consegem identificar a 
falha. 
 
Esses fatores foram classificados com pesos que oferece a oportunidade de classificar 
o nível de falha do componente estudado, conforme figura 08: 
 
 
 
: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
Figura 08: Fatores de Falha 
Componente do NPR Classificação Peso 
FREQUÊNCIA DA 
OCORRÊNCIA 
- F - 
Improvável 1 
Muito Pequena 2 a 3 
Pequena 4 a 6 
Média 7 a 8 
Alta 9 a 10 
GRAVIDADE DA 
FALHA 
- G - 
Apenas perceptível 1 
Pouca importância 2 a 3 
Moderadamente 
grave4 a 6 
Grave 7 a 8 
Extremamente 
grave 
9 a 10 
DETECTABILIDADE 
- D - 
Alta 1 
Moderadamente 
grave 
2 a 5 
Pequena 6 a 8 
Muito pequena 9 
Improvável 10 
ÍNDICE DE RISCO 
- NPR - 
Baixo 1 à 50 
Médio 50 à 100 
Alto 100 à 200 
Muito alto 200 à 1000 
 
Fonte: Alan Kardec e Julio Nascif (2012) 
 
 
20 
Os três fatores geram o Índice de Risco do selo mecânico. Resultado do produto entre 
os três itens (F; G e D) são citados na coluna peso da NPR a partir da classificação. Com 
estes números, consegue-se identificar a prioridade da falha, que identificam as deficiências 
no sistema, encontrando formas de melhorar e otimizar o processo. 
Atualmente a empresa Delta adota algumas técnicas e ferramentas de manutenção 
preditiva (monitoramento/observação do equipamento durante a operação), para manter a 
operacionalidade do selo mecânico em perfeita harmonia de uso, conforme figura 09, sem 
precisar perder muito tempo na manutenção e caracterizar no processo perdas de produção ou 
riscos de segurança, meio ambiente e saúde, sendo elas: 
 
 Acompanhamento da operação: O operador responsavel pela área em que o 
equipamento está instalado tem a função de acompanhar e observar diariamente o 
funcionamento do selo e caso identifique alguma falha, deve-se informar 
imediatamente ao setor responsável para que tomem as devidas providências. 
 Medição de temperatura: Semanalmente o representante da fabricante dos selos 
mecânicos executa um acompanhamento dos selos em operação. 
 Medição de vibração: Semanalmente a empresa tercerizada responsavel pelo serviço 
de análise de vibração do conjunto motor-bomba realiza o método de manutenção 
preditiva visando um perfeito funcioanamento entre o conjunto, evitando assim uma 
falha no selo mecânico originado por vibração. 
Figura 09: Possíveis falhas e Cálculo de NPR 
Função do componente 
Possíveis 
Falhas Controle Atual 
Índices NPR 
Modo(s) Efeito(s) Causa(s) F G D 
 
Evitar vazamento do fluido 
bombeado 
Deficiência na 
montagem 
Vazamento 
intenso 
Manuseio 
inadequado do 
componente 
Acompanhamento 
da operação 
2 8 1 16 
Faces quebradas 
Vazamento 
intenso 
Choque térmico 
Medição de 
temperatura 
5 9 1 45 
Falta do fluido de 
selagem 
Vazamento 
intenso 
Temperatura 
excessiva 
Medição de 
temperatura 
7 9 1 63 
Vibração 
Vazamento 
intenso 
Desalinhamento no 
eixo 
Análise de 
vibração 
6 9 1 54 
Mancal com 
porosidade 
Vazamento 
intenso 
Defeito de 
fabricação 
Nenhum 1 9 1 9 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
21 
As técnicas atuais aplicadas pela empresa Delta para manutenção das bombas 
proporcionam índices de frequência, gravidade e detectabilidade altas para estudo do cálculo 
NPR, como esta destacada na figura 09. Os critérios adotados para preenchimento do índice 
de risco baseado na causa de falha mais prejudicial para o processo, que é o aumento da 
temperatura por falta de água de selagem. 
 
 A frequência considerada foi o valor 07 (sete), baseado na repetitividade. Notou-se 
uma falha no acompanhamento da operação, causando falta da água de selagem, desta 
forma a face perpendicular ao eixo da bomba superaquece por atrito, causando 
defeitos nos selos em operação. 
 Gravidade 09 (nove), pois a falta do acompanhamento e da manutenção do 
componente poderia levar a um colapso no selo, contaminando o meio ambiente e 
prejudicando os operadores. Gerando altos custos para o departamento de manutenção, 
meio ambiente e departamento de pessoal. 
 A detectabilidade está sinalizada como 01 (um), pois como os modelos de manutenção 
e acompanhamento adotados pela empresa são bastante falhos, existe uma grande 
probabilidade de não ser detectada caso ocorra novamente. 
 
Os índices da NPR indicam altos valores de frequência na ocorrência das falhas, neste 
caso com maior peso para a medição da temperatura do selo mecânico que está em destaque 
figura 09, isto é prejudicial ao processo. As equipes envolvidas na aplicação da técnica terão a 
garantia de que o sistema utilizado não esta sendo eficiente e por este motivo gerará 
discussões e reuniões junto ao fabricante para definir um melhor sistema de selagem para o 
processo. 
 
As ações preventivas são divididas em mais dois itens, são eles. 
 
 Ações preventivas recomendadas: muitas das vezes são as recomendações exigidas 
pelo fabricante ou até mesmo os encontrados nos procedimentos adotados pelo setor 
de manutenção da empresa. 
 Ações preventivas adotadas: são as ações onde podem ser vistas de diferentes formas, 
tudo dependendo da politica que a empresa adota como missão, visão, e valores. Se 
citamos empresas preocupadas somente com a produção, venda, lucro. Temos como 
 
22 
ações adotadas aquelas de funcionamento imediato, a qual é necessária somente para 
retornar a produção. 
 
Mas existem também empresas preocupadas em estudar o problema para não só 
garantir o retorno do equipamento a operação, mas desenvolver estudos ligados a melhoria 
contínua do sistema produtivo, gerando desta forma uma economia a longo prazo, que 
consequentemente trará grandes benefícios a fábrica. 
 
De acordo com a figura 10, pode – se notar que a empresa estudada se encaixa no 
modelo de melhoria contínua, conforme comentado no parágrafo anterior, a qual adota 
medidas para reduzir os problemas operacionais existentes com os selos mecânicos simples 
modelo 5610, que não estavam atendendo a sua função principal: evitar o vazamento da água 
de selagem. 
 
Figura 10: Ações Preventivas 
Ações Preventivas 
Recomendada Adotada 
Reciclagem dos 
técnicos 
Treinamento 
Retirar o 
equipamento de 
operação. 
Substituição do selo e do sistema de 
selagem. 
Substituição do 
selo 
Substituição do selo e do sistema de 
selagem. 
Fazer alinhamento 
no eixo 
Fazer alinhamento no eixo 
Acionar fabricante 
Substituição do selo e do sistema de 
selagem. 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
Conforme observado na figura 10, após os índices identificados e analisados, a 
empresa aceitou a sugestão para estudar a troca do selo mecânico simples, pelo selo mecânico 
duplo modelo SB2A com dispositivo smartflow, que tem como funcionalidade controlar a 
injeção da água de selagem no sistema. Com isso, ocorreria a modificação do plano de 
 
23 
selagem inicial adotado pela empresa Delta, pelo novo plano de selagem 54, o qual é 
recomendado para bombeamento de líquidos corrosivos com propriedades lubrificantes ruins, 
tóxicos e inflamáveis. 
Após a substituição do selo mecânico e do sistema de selagem, a empresa Delta 
necessitará aplicar novamente a técnica de Análise e Modo e Efeito de Falha para estudar os 
novos índices e calcular novamente o NPR. Esta ação será essencial para entender se as 
modificações sugeridas atendem aos benefícios informados pelo fabricante do selo mecânico 
duplo e do dispositivo smartflow. 
Junto a análise do FMEA, foi possível demonstrar os custos referentes a esta 
modificação, com a possibilidade de obter redução nos custos de operação e manutenção do 
novo sistema. 
 
3.3 CUSTOS DA OPERAÇÃO ATUAL X CUSTOS DA OPERAÇÃO SUGERIDA 
 
Com a aquisição dos relatórios de manutenção e uma análise aprofundada do 
equipamento, foi encontrado um custo agregado com o plano de selagem 32 e o selo simples, 
o qual permitia passagem da água de selagem para o fluido bombeado, que era direcionado 
para o sistema de incineração, deste modo o consumo de gás natural tinha um valor agregado 
pela queima da água de selagem. 
 Os modelos de selo mecânicopossuem taxas admissíveis que permitem a passagem da 
água de selagem para o fluido bombeado. Todavia, essa tolerância depende do processo em 
que o selo está instalado, porém de acordo com os relatórios dos custos da empresa Delta, 
verificou – se elevados gastos. O selo mecânico simples utilizado tem uma passagem de 
aproximadamente 0,30 m³/h, e o valor da água de selagem é de R$ 4,567/m³. Na figura 11 é 
possível observar o demonstrativo detalhado destes valores: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
Figura 11: Custo de água de selagem 
 Valores Unitários 
Água de Selagem 
para as Bombas 
Centrífugas 
Passagem de 
água 
(admissível) 
Custo da água de 
selagem 
Custo de água 
(Unit.) 
Custo com queima da água de 
selagem (R$/m³) 
M³/H R$/M³ R$/H R$/M³ 
0,3 4,567 1,37 259,00 
Valores Anuais 
Obs.: A empresa durante o ano 
tem duas paradas programas de 
quinze dias cada. 
Horas de 
operação 
(mensal) 
Meses de operação 
(anual) 
Consumo anual 
(m³) 
720 11 2376 
 
 
Custo anual da água 
de selagem. 
R$ 10.851,19 
 
 
 
 
Custo anual pela 
queima da água de 
selagem. 
R$ 615.384,00 
 
 
 
 
Custo anual de 
consumo e queima da 
água de selagem. 
 R$ 626.235,19 
 
 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
Com a descoberta deste elevado custo agregado foi feito um levantamento baseado em 
informações e catálogos da fabricante dos selos para utilização do selo mecânico duplo e o 
dispositivo smartflow, que permite uma passagem de água de selagem de aproximadamente 
0,03 m³/h. De acordo com a figura 12. 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
Figura 12: Custo Proposto 
 
 Valores Unitários 
Água de Selagem para as 
Bombas Centrífugas 
Passagem de água 
(admissível) - A 
Custo da água de 
selagem – B 
Custo de água 
(Unit.) - C 
Custo com queima da água 
de selagem (R$/m³) - D 
M³/H R$/M³ R$/H R$/M³ 
0,03 4,567 0,14 R$ 259,00 
Valores Anuais Obs.: A empresa durante o 
ano tem duas paradas 
programas de quinze dias 
cada. 
Horas de operação 
(mensal) - E 
Meses de operação 
(anual) - F 
Consumo 
anual (m³) - G 
720 11 238 
 
 Valores unitários Qtd. de bombas Total 
Selo Mecânico Duplo - H R$ 19.575,00 2 R$ 39.150,00 
Smartflow (dispositivo) - I R$ 6.360,00 2 R$ 12.720,00 
 
Custos do selo mecânico 
duplo e dispositivo 
Smartflow (A + B) 
R$ 51.870,00 
 
 
 
Custo anual da água de 
selagem. (B x G) = J 
R$ 1.085,12 
 
 
 
Custo anual pela queima 
da água de selagem. (D x 
G) = L 
R$ 61.538,40 
 
 
 
Custo anual com queima 
da água de selagem. (J + 
L) 
R$ 62.623,52 
 
 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
Conforme a figura 12, é possível notar os custos para a compra do selo mecânico 
duplo e o dispositivo smartflow. Neste processo funcionam duas bombas simultaneamente e 
com isso obteve – se o orçamento para a compra de dois conjuntos: selo mecânico e 
dispositivo smartflow. 
A adoção desta sugestão para substituir os componentes acarretará em um gasto de 
10% do custo anual, que é aproximadamente R$ 62.623,52. 
Na figura 13 pode-se analisar a economia com a modificação do sistema de selagem 
instalado no processo do sistema de incineração da empresa Delta. 
 
 
26 
Figura 13: Economia 
 
Valores Unitários 
Água de Selagem para as 
Bombas Centrífugas 
Passagem de água 
do selo simples 
(admissível) – A 
Passagem de água 
do selo duplo 
(admissível) – B 
Custo da água de 
selagem - C 
Custo de água 
(unit.) 
– C x F = D 
Custo com 
queima da água 
de selagem 
(R$/m³) - E 
M³/H M³/H R$/M³ R$/H R$/M³ 
0,3 0,03 4,567 1,23 R$ 259,00 
Diferença do consumo entre os selos 
(A - B) = F 
M³/H 
 
0,27 
 
Valores Anuais 
Obs.: A empresa durante o ano tem 
duas paradas programas de quinze 
dias cada. 
Horas de operação 
(mensal) – G 
Meses de 
operação (anual) 
– H 
Consumo anual 
(m³) - I 
720 11 2138 
 
Custo anual da água de 
selagem. (C x I) = J 
R$ 9.766,07 
 
 
Custo anual pela queima 
da água de selagem. 
(E x I) = L 
R$ 553.845,60 
 
 
Custo anual da queima da 
água de selagem. (J + L) 
R$ 563.611,67 
 
 
Fonte: Adaptado pelo Autor, 2015 
 
Através do desenvolvimento do estudo, aplica-se a técnica de análise de falha 
(FMEA), assim obtém - se a redução dos custos e consumo referente ao período de 01 (um) 
ano de operação. 
 Visualiza-se nos dados registrados na figura 13 que a economia anual para a 
companhia atingiria aproximadamente o valor de R$ 563.611,67 e as paradas de manutenção 
corretiva nos selos passaram a ser zero, se as manutenções preventivas forem realizadas 
conforme orientações do fabricante (John Crane), sendo executadas periodicamente. 
 
 
 
 
 
 
27 
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Com base nos dados compartilhados acima, pode-se concluir que foram atingidos os 
objetivos propostos, evidenciando as fases e etapas da Análise dos Modos e Efeitos – FMEA 
em processo e produto. 
O artigo teve como objetivo de solucionar os problemas que originam o alto custo, as 
paradas de manutenção e operação, os vazamentos dos fluidos de trabalho que pode vir a 
motivar acidentes. Através da análise realizada percebeu-se que a empresa precisava evitar a 
parada das bombas do sistema de incineração, para evitar a interrupção da produção indústria 
e em consequência dessa parada perder recursos financeiros. Diante desse problema de 
pesquisa, foi aplicado o método FMEA para poder descobrir quais eram os efeitos que as 
sucessivas falhas estavam provocando a parada dessas bombas. 
Após levantamentos de dados, análises, discussões e sugestões de ações, concluiu-se 
que o método proposto tem maior custo x benefício – operacional e financeiro. A substituição 
do sistema de selagem utilizado atualmente fomentou a decisão. Foi realizada uma análise de 
viabilidade econômica, através dessa analise encontrou-se um novo dispositivo que consome 
aproximadamente 10% de água de selagem, o smarflow. 
Houve dificuldades para o levantamento dos dados utilizados na técnica aplicada, 
assim como as pesquisas realizadas no campo de trabalho dos selos mecânicos, pois não 
foram encontrados muitos autores que discorressem sobre o assunto. Em paralelo, também 
foram encontrados obstáculos na compilação dos relatórios, uma vez que os selos ficam sob o 
poder do fabricante, que acompanha o processo e as manutenções. 
Em conclusão, a técnica FMEA aplicada por especialistas e sendo corretamente 
utilizada, desempenha um papel importante nas empresas, potencializando a qualidade da 
operacionalidade dos equipamentos, reduzindo os custos de falhas destinados as manutenções 
corretivas nos processos e produtos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
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