Plano de manutenção de uma bomba centrífuga

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
VIBRAÇÕES MECÂNICAS, LABORATÓRIO DE VIBRAÇÕES MECÂNICAS E
GERÊNCIA DE MANUTENÇÃO
CEZZAR CASTRO PAES
GABRIEL SOARES QUIXABA
GERARDO ALVES NOGUEIRA BRAGA NETO
HELDER MONTEIRO SANTANA
LUÍZ CLÁUDIO ESPÍNDULA AMORAS JÚNIOR
PLANO DE MANUTENÇÃO E ANÁLISE DE VIBRAÇÕES EM UMA
BOMBA CENTRÍFUGA NORMALIZADA DO TIPO MANCAL
BELÉM
2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 Manutenção mecânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Tipos de manutenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Planejamento, programação e controle . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3 Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Bombas centrífugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Construção mecânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 PLANO DE MANUTENÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1 Apresentação do objeto de estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.1 Alterações no conjunto original . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Manutenção recomendada pelo fabricante . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Manutenção recomendada pela equipe . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4 Criação de um FMEA para o case . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.1 Análise de falhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Resultado das Análises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 Dimensionamento de Isoladores de Vibração . . . . . . . . . . . . 18
CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
APÊNDICE A – Tabela FMEA para o conjunto motobomba 21
ANEXO A – Vistas em corte e explodida e lista de peças . . 23
ANEXO B – Curvas Características de Desempenho . . . . . 27
ANEXO C – Modelo de relatório de consertos . . . . . . . . . 30
2
INTRODUÇÃO
Em meados do século XVIII, marca-se como o inicio da I Revolução Industrial,
atrelado a isto, o surgimento dos instrumentos de produção. No qual traz a necessidade de
manter equipamentos em condições de pleno funcionamento e garantir a produção normal
dos produtos, com isto tem-se o surgimento da manutenção industrial.
Durante a II Guerra Mundial desenvolveu-se técnicas de organização, controle e
planejamento da manutenção, devido a demanda de garantir constante nível de operação
de materiais e homens.
Anos depois, através da qualidade e hegemonia no setor produtivo, empresas
japonesas aprimoraram conceitos e métodos de gestão de fábricas e processos de principais
países da Europa e América, assim reconquistando competitividade mundial neste setor.
No decorrer da década de 60, várias técnicas foram agregadas como manutenção
pós-quebra, manutenção para melhoria, prevenção da manutenção.
Atualmente, com a globalização da economia, a busca da qualidade total em serviços,
produtos e gerenciamento ambiental passou a ser a meta de todas as empresas. Atender
a este objetivo significa diminuição ou ininterrupção da produção, atender demandas e
evitando atrasos nas entregas, redução de riscos de perdas financeiras e aumento de custos
planejados, evitar insatisfação do cliente e perda de participação no mercado. Por isso
tem-se grande motivação das empresas em geral em se prevenir de falhas de equipamentos
na sua produção.
A manutenção, independentemente do tipo, tem como objetivo manter um fun-
cionamento adequado dos equipamentos, afim de atender os objetivos descritos. Assim,
faz-se necessário um plano de manutenção para os equipamentos de uma planta industrial,
devendo-se aplicar as técnicas de manutenção que melhor se adequam a cada equipamento.
No caso das bombas centrifugas, segundo Morais (2016), a manutenção toma uma
acrescida importância quando diz respeito à distribuição de água potável para a população,
onde mais importante do que reduzir custos de manutenção é garantir que não falte água
a nenhuma habitação. Seu plano de manutenção deve combinar as manutenções técnicas
corretivas (quando necessário), preventivas (de acordo com o fabricante) e preditivas,
sendo a análise de vibrações amplamente utilizada para detecção de defeitos mecânicos
em equipamentos rotativos.
Este trabalho tem como objetivos introduzir a aplicação de um plano de manutenção
preventiva para uma bomba centrífuga e aprofundar o conhecimento sobre a constituição
de uma bomba centrífuga.
3
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1 Manutenção mecânica
1.1.1 Tipos de manutenção
A manutenção pode ser realizada com diferentes enfoques: manutenção preventiva
ou preditiva, situações em que se planeja e organiza a intervenção, tomando providências
sem que a máquina tenha falha ou pane; e manutenção corretiva, na qual a intervenção é
emergencial feita após uma falha ou pane no equipamento.
A manutenção corretiva é definida de acordo com a Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT) de 1994 como “manutenção efetuada após a ocorrência de uma pane,
destinada a colocar um item em condições de executar a função requerida”.
Em contrapartida a manutenção preventiva efetua serviços em intervalos pré-
determinados destinados a reduzir a probabilidade de o equipamento falhar e assim obter
um maior controle sobre o mesmo (VIANA, 2002).
E a manutenção preditiva visa acompanhar o equipamento por meio de técnicas de
monitoramento, a fim de predizer a proximidade da ocorrência da falha. (VIANA, 2002)
destaca que o objetivo deste tipo de manutenção é o de determinar o tempo correto para
intervenção, utilizando-se o componente até o máximo de sua vida útil.
As técnicas de monitoramento mais utilizadas nas indústrias são: análise de
vibrações mecânicas; termografia; ensaio de ultra-som; e análise de óleo lubrificante.
1.1.2 Planejamento, programação e controle
Nas instalações industriais, as paradas para manutenção constituem uma preocupa-
ção constante para a programação da produção. Se as paradas não forem previstas, ocorrem
vários problemas, tais como: atrasos no cronograma de fabricação, indisponibilidade da
máquina, elevação dos custos etc.
Para evitar esses problemas, as empresas introduziram, em termos administrativos,
o planejamento e a programação da manutenção.
A função planejar significa conhecer os trabalhos, os recursos para executá-los e
tomar decisões. A função programar significa determinar pessoal, dia e hora para execução
dos trabalhos. Onde em geral um plano de manutenção deve responder perguntas tais
quais: como? O quê? Em quanto tempo? Quem? Quando? Quanto?. As três primeiras
perguntas são essenciais para o planejamento e as três últimas, imprescindíveis para a
programação.
O plano de execução deve ser controlado para se obter informações que orientem a
tomada de decisões quanto a equipamentos e equipes de manutenção. O controle é feito
4
por meio de coleta e tabulação de dados, seguidos de interpretação. É desta forma que
são estabelecidos os padrões ou normas de trabalho.
1.1.3 Failure Mode and Effect Analysis (FMEA)
A manutenção corretiva, onde prontamente após a falha são executadas correções
ou melhorias em um determinado produto e/ou processo para que este volte a executar a
sua finalidade operacional, é cada vez menos desejada. Mesmo com os baixos investimentos
necessários para implantação, mão-de-obra, e outros fatores.
Com isto aumenta-se a busca da qualidade total, onde a confiabilidade é um dos
fatores mais importantes no qual busca-se otimizar.
Atualmente, existem diversas técnicas e metodologias para estes fins, tais como,
FMEA, Diagrama de Ishikawa,Ciclo PDCA, e etc. Especificamente para produtos e
processos, o FMEA é uma das principais ferramentas aplicadas. Onde seu principal
objetivo é diminuir as chances de um produto ou processo falhar durante a sua operação.
A Análise FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) é uma metodologia que
objetiva avaliar e minimizar riscos por meio da análise das possíveis falhas (determinação
da causa, efeito e risco de cada tipo de falha) e implantação de ações para aumentar a
confiabilidade.
Esta técnica pode ser desenvolvida tanto para processos como produtos. A meto-
dologia para a análise segue as mesmas etapas e maneira de realização, diferenciando-se
apenas pelo objetivo final. Assim a análise FMEA divide-se em dois tipos:
• FMEA de produto: o objetivo desta análise é evitar falhas no produto ou no projeto.
É comumente denominada de FMEA de projeto.
• FMEA de processo: o objetivo desta análise é evitar falhas no planejamento ou exe-
cução do processo, ou seja, evitar falhas no processo com base nas não conformidades
e relatos de falhas de produtos.
A análise é aplicada através de grupos de pessoas, com conhecimentos técnicos
sobre o produto/processo, onde são identificados para o objeto de análise em questão os
tipos de falhas que podem ocorrer, os efeitos e as possíveis causas desta falha. Em seguida
são avaliados riscos de cada falha relacionada através de índices, que posteriormente são
classificados e utilizados como base para tomadas de decisão sobre as ações e medidas
necessárias para diminuição do risco de falhas, aumentando a confiabilidade do produto
e/ou processo.
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1.2 Bombas centrífugas
1.2.1 Construção mecânica
Dentre as variadas formas construtivas das bombas centrífugas, destacam-se as ho-
rizontais normalizadas de acordo com a ISO 2858 (INTERNATIONAL ORGANIZATION
FOR STANDARDIZATION, 1975). Conhecidas popularmente como bombas “mancaliza-
das”, este tipo de equipamento é comumente adquirido de fábrica com base, acoplamento
e motor, formando o conjunto motobomba apresentado na Figura 1. Dado o propósito
deste trabalho, o detalhamento da forma construtiva da motobomba será focado nas peças
de maior desgaste. Todas as afirmações, dimensões e especificações aplicam-se somente à
bomba centrífuga horizontal do tipo mancal.
Figura 1 – Partes de um Conjunto Motobomba
Fonte: Modificado de KSB aktiengesellschaft (website oficial)
Externamente à bomba, realizando a conexão entre o eixo da bomba e o eixo do
motor, há o acoplamento. Dezenas de marcas, modelos e construções permitem a escolha
do acoplamento ideal para resistir aos esforços torcionais da transmissão de potência,
ao desgaste natural e para atender praticamente todo tipo de aplicação. Um dos tipos
mais utilizados é o acoplamento de cubos metálicos com elemento elástico polimérico
(MANCUSO, 2004), similar ao mostrado na Figura 2.
Dentro do mancal exposto na Figura 1 e detalhado internamente com a vistas em
corte e explodida no Anexo A é possível verificar a presença de rolamentos radiais de
esferas (pos. 321) e do eixo na posição 210. Entre os rolamentos anterior e posterior está
o reservatório de óleo para lubrificação dos rolamentos.
Nas posições 502.1 e 503.1 encontram-se os anéis de desgaste que atuam como
vedações adicionais além de sofrerem o desgaste preservando partes mais importantes do
6
Figura 2 – Acoplamento Elástico da marca Acionac.
Fonte: Acionac Indústria e Comércio (website oficial)
equipamento como o rotor (pos. 230) e o corpo espiral/voluta (pos. 102). Normalmente
os anéis são fabricados do mesmo material da bomba, mas com algum tratamento térmico
para redução da dureza do material, como o recozimento.
Na posição 461, estão as gaxetas. Esses elementos são semelhantes à cordas com
seção quadrada e servem para vedar o espaço da tampa tampa de pressão (pos. 163) por
onde passa o eixo. São instaladas comprimidas pelo aperta gaxetas (pos. 452).
Ainda refente ao Anexo A, é possível verificar na posição 230 o rotor ou impelidor.
Este elemento tem contato direto e constante com o fluido bombeado podendo estar sujeito
a um funcionamento em condições severas que podem reduzir drasticamente sua vida
útil, como acidez incompatível com o material construtivo, água com dureza elevada e
cavitação.
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1.2.2 Funcionamento
Uma bomba centrífuga é uma máquina rotativa na qual fluxo e pressão são gerados
dinamicamente. A entrada do fluido não é isolada em relação saída, como é o caso das
bombas de deslocamento positivo. Em vez disso, uma bomba centrífuga fornece energia
útil para o fluido em grande parte através de mudanças de velocidade que ocorrem à
medida que esse fluido escoa através do rotor e das passagens fixas associadas da bomba;
isto é, é uma bomba “rotodinâmica” (KARASSIK, 2008).
Segundo Macintyre (1997), o funcionamento de uma bomba centrífuga acontece da
seguinte forma:
Logo que se inicia o movimento do rotor e do líquido contido
nos canais formados pelas pás, a força centrífuga decorrente deste
movimento cria uma zona e maior pressão na periferia do rotor e,
consequentemente, uma baixa pressão na sua entrada, produzindo
o deslocamento do líquido em direção à saída dos canais do rotor e à
boca de recalque da bomba. Estabelece-se um gradiente hidráulico
entre a entrada e a saída da bomba em virtude das pressões nela
reinantes (MACINTYRE, 1997, p. 54).
8
2 PLANO DE MANUTENÇÃO
2.1 Apresentação do objeto de estudo
O objeto de estudo deste trabalho é um conjunto motobomba horizontal padrão
do fabricante KSB Brasil. A motobomba está instalada no Laboratório de Hidráulica do
curso de Engenharia Sanitária e Ambiental, localizado na Universidade Federal do Pará
(UFPA) campus Belém.
O conjunto motobomba estudado (Fig. 3) é formado atualmente pelos seguintes
elementos:
Figura 3 – Conjunto disponibilizado para estudo.
Fonte: Autoria própria.
• Bomba: marca KSB, modelo Meganorm, tamanho 25-150. Tag B-2A-004, Número
de série 970494, fabricada em 2007. Definida como centrífuga horizontal normalizada,
vedação por gaxetas, bipartida radialmente, monoestágio e back pull-out;
• Motor: marca Siemens, modelo 1LA7075-2EA90, potência 0, 75 kW (1 CV) a 3500
rpm, trifásico (220/380/440 V), rotor tipo gaiola de esquilo;
• Acoplamento: marca Vulkan, modelo Flexomax G, tamanho 50, com elemento
elástico, sem espaçador;
• Base: tipo soldada, em aço carbono, suporta bomba e motor.
2.1.1 Alterações no conjunto original
É válido salientar que durante uma visita inicial ao laboratório, constatou-se que
o equipamento disponibilizado para o estudo possuía alterações em alguns elementos do
conjunto, eles são:
9
• Base: não é a utilizada por padrão do fabricante. Esta alteração não compromete o
funcionamento do conjunto;
• Protetor de acoplamento: por padrão de segurança, o fabricante fornece os
conjuntos motobomba com protetor de acoplamento instalado (Fig. 1), no conjunto
estudado não havia proteção de acoplamento. Esta alteração não compromete o
funcionamento do conjunto, mas aumenta o risco de acidentes em sua operação;
• Motor: o motor original do conjunto operava em 1750 rpm. Esta alteração não
compromete o funcionamento do conjunto, visto que a mecânica destes modelo e
tamanho permite rotações entre 1500 a 3600 rpm. Entretanto, deve-se observar três
alterações importantes: a nova curva de desempenho, a nova potência consumida no
eixo e a lubrificação do mancal.
Ao alterar a rotação nominal do bombeador, altera-se sua curva padrão (ver Anexo
B com as curvas de desempenho em 1750 e 3500 rpm). É necessário verificar se a
nova curva da bomba atenderá a curva do sistema na nova rotação;
A potência consumida no eixo da bomba também será alterada (ver Anexo B com
as curvas de potência consumida em 1750 e 3500 rpm). Em 1750 rpm a potência
máxima consumida é ≤ 0, 5 CV no rotor com diâmetro máximo. Em 3500 rpm a
potência máxima consumida é ≥ 3, 0 CV norotor com diâmetro máximo. A não
observância desta diferença poderá ocasionar a queima do motor elétrico ou danos
na instalação elétrica, se não dimensionada para a alteração;
O fabricante recomenda utilizar óleo de menor viscosidade cinemática acima de 3000
rpm (ver Figura 4 para mais detalhes). Utilizar óleo com viscosidade não indicada na
lubrificação dos mancais poderá comprometer a vida útil dos rolamentos (CHANG,
et al. 2017).
2.2 Manutenção recomendada pelo fabricante
No site do fabricante do conjunto é possível encontrar os manuais técnico, de serviço
e de operação do equipamento. Esta seção deste trabalho foi baseada nestes manuais.
No manual de serviços, o fabricante sugere uma série de inspeções a serem realizadas
semanalmente, mensalmente, semestralmente e anualmente para, se necessário, a execução
de manutenção preventiva. Estas sugestões foram organizadas na Tabela 1.
Para a substituição do óleo contido no mancal de rolamentos, o fabricante recomenda
os tipos e marcas mostrados na Figura 4.
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Tabela 1 – Sugestões de supervisão para manutenção preventiva.
Inspeção Semanal Mensal Semestral Anual
Ponto de operação da bomba •
Corrente elétrica e tensão •
Pressão de sucção •
Vibrações e ruídos anormais •
Nível de óleo •
Vazamento nas gaxetas •
Intervalo de troca de óleo •
Temperatura dos mancais •
Parafusos de fixação •
Alinhamento do acoplamento •
Elementos internos de desgaste •
Fonte: Adaptado de KSB Brasil.
Figura 4 – Tipos e marcas de óleos recomendados.
Fonte: Extraído de KSB Brasil, manual de serviços.
2.3 Manutenção recomendada pela equipe
O equipamento estudado não possui registros de manutenção ou qualquer outro
histórico que possa auxiliar no levantamento de um backlog. Logo, assume-se que nenhuma
manutenção preventiva foi realizada no equipamento desde sua fabricação em 2007. Ao
assumir esta situação, considerou-se que o equipamento já atingiu todos os prazos de
manutenção recomendados na Tabela 1.
Uma análise externa não indicou necessidade de manutenção corretiva por falha em
alguma parte constituinte do conjunto, entretanto a ausência da proteção de acoplamento
está em desacordo com a NR-12 do Ministério do Trabalho (BRASIL, 2018), o que exige
sua aquisição e instalação.
Como medidas preventivas, e baseando-se nas recomendações do fabricante, determinou-
se a manutenção preventiva descrita na Tabela 2.
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Tabela 2 – Manutenção preventiva sugerida pela equipe
Ação Critério para Manutenção
Trocar o óleo do mancal Viscosidade errada e prazo excedido
Reapertar os parafusos de fixação Prazo de verificação excedido
Substituir jogo de juntas Abertura da bomba
Substituir gaxetas Provavelmente ressecadas
Trocar anéis de desgaste, se preciso Muitas horas de operação (1)
Rebaixar rotor para �100 mm Diminuir a potência requerida (2)
Fonte: Autoria própria.
Duas ressalvas são feitas para a Tabela 2, sendo:
(1) Há necessidade de verificação dos anéis de desgaste, sendo a troca prescrita
somente se as folgas entre o anel e o rotor e entre o anel e a tampa de pressão for ≥ 0, 9 mm.
(2) O rebaixamento do rotor reduz a potência consumida pela bomba. Em
�100 mm a potência consumida máxima será de 1 CV, porém esta alteração implica em
uma nova curva característica. É fundamental a verificação da curva do sistema e se a
bomba atenderá o ponto de operação. Se no novo diâmetro do rotor o sistema não for
atendido é necessário um motor de maior potência ou a alteração do sistema.
Os dados das análises deverão ser organizados em um relatório de conserto seme-
lhante ao visto no Anexo C, cedido para demonstração pela KSB Brasil ltda.
2.4 Criação de um FMEA para o case
Esta seção baseia-se e é uma adaptação do trabalho de Jardim, Riffel e Costa (2016)
que fizeram uma análise semelhante. A análise de falhas foi adequada para a realidade do
conjunto disponibilizado para estudo.
2.4.1 Análise de falhas
• Rotor
Função: fornecer energia para elevação de pressão do fluido.
Modo de falha: fornecimento de energia insuficiente.
Causa 1: cavitação.
Efeitos: diminuição do rendimento; vibração excessiva.
Detecção: ruídos estranhos; oscilação no manômetro de sucção; alteração no material
cavitado.
Ações corretivas: preencher os espaços cavitados com solda; substituição do rotor.
12
Ações preventivas: manter o NPSH disponível maior que o NPSH requerido.
Causa 2: desgaste por recirculação.
Efeitos: mesmos da cavitação.
Detecção: verificar se a vazão da bomba está abaixo do mínimo.
Ações corretivas: rever o projeto do sistema ou a instalação da bomba.
Ações preventivas: selecionar o bomba adequada para o sistema; alterar a rotação ou
instalar bypass para superar a vazão mínima indicada.
• Corpo espiral:
Função: transformar a energia cinética fornecida pelo rotor em pressão.
Modo de falha: baixo rendimento; vazamentos.
Causa: corrosão e/ou erosão.
Efeitos: diminuição do rendimento; vazamentos.
Detecção: a superfície interior da voluta fica com aparência lisa; há fluido nas proximida-
des do bombeador.
Ações corretivas: preencher os espaços erodidos com solda; substituição da voluta.
Ações preventivas: aplicação interna de primer ou revestimento cerâmico.
• Mancal de rolamento:
Função: dar suporte ao eixo.
Modo de falha: não dá suporte adequado.
Causa 1: desgaste ou quebra de rolamento.
Efeitos: desalinhamento do acoplamento; danos às gaxetas.
Detecção: sobreaquecimento do mancal; ruídos característicos; visualização de desgastes.
Ações corretivas: substituição dos rolamentos.
Ações preventivas: verificar o nível, a qualidade e a viscosidade do óleo; manter o
alinhamento do conjunto dentro dos limites adequados.
Os índices de severidade, detecção e ocorrência foram utilizados da literatura, sendo
a principal fonte a versão adaptada do autor Lafraia (2001, p. 112 apud Jardim et al.,
2016, p. 9). Foi gerado um relatório FMEA que pode ser visto no Apêndice A
13
3 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES
Para a análise de vibração do conjunto motobomba foi considerado os principais
fenômenos que ocorrem para esse tipo de sistema.
• Vibração da passagem das pás do impelidor: geralmente não é sinal de gravi-
dade se atuarem isoladamente, pois trata-se da normal vibração de um elemento,
apesar de gerar ruído. Pode, no entanto, significar problemas nos rolamentos ou
desgaste dos componentes. A frequência de passagem das pás, BPF (blade pass
frequency), é determinada multiplicando o número de pás do rotor pela velocidade
de rotação.
• Cavitação: ocorre quando gases sobre pressão se dissolvem no fluido. Quando essa
alta pressão é reduzida drasticamente, para valores próximos dos valores de pressão de
vapor do fluido, surgem então bolhas causadas pela vaporização do fluido. À medida
que essas bolhas passam pelo impulsor, aumenta novamente a pressão, provocando a
implosão entre elas, que têm potencial energético suficiente, na forma de impactos,
para perturbar o funcionamento da bomba e causar danos aos componentes internos,
principalmente erosão gradual do impulsor. Cada implosão gera um impacto, o
que resulta num espectro com zonas aleatórias a altas frequências. A detecção da
cavitação é feita medindo diretamente no corpo da bomba ou ainda na tubagem de
sucção (entrada), e não na zona dos rolamentos, como se faz para a detecção dos
outros problemas.
• Elementos mecânicos soltos:
Folgas internas: pode ocorrer entre o impelidor e o eixo da bomba, ou entre os
rolamentos e o eixo, quando há ajustes incorretos, produzindo um espectro irregular
preenchido com harmônicas majoritariamente na direção radial. Pode também gerar
múltiplas sub harmônicas;
Entre a máquina e a fundação: associado a apertos defeituosos dos parafusos
que fixam a máquina à sua fundação, causando problemas na estrutura ou nos
rolamentos. É gerado um espectro com múltiplas harmônicas com amplitudes
elevadasdevido ao impacto dos parafusos;
A nível estrutural: relacionado com folgas estruturais ou enfraquecimento
da fundação, consequência dos apertos dos parafusos ou da qualidade do concreto,
causando a sua deformação, fenômeno denominado por soft foot. Medições feitas em
cada apoio da fundação mostrará um espectro em 1 rpm.
Para o conjunto estudado, as vibrações foram medidas em seis posições por meio de
acelerômetro. As posições estão indicadas nas Figura 5
14
Figura 5 – Posições do acelerômetro.
Fonte: Modificado de KSB Brasil, manual de serviços.
3.1 Resultado das Análises
As medições foram efetuadas com a orientação do Prof. Sérgio de Souza Custódio
Filho, e plotadas nas Figuras 6, 7, 8, 9, 10 e 11, mostradas abaixo.
Figura 6 – Ponto 1, vertical.
Fonte: Autoria própria
15
Figura 7 – Ponto 2, horizontal.
Fonte: Autoria própria
Figura 8 – Ponto 3 vertical.
Fonte: Autoria própria
Figura 9 – Ponto 4, horizontal.
Fonte: Autoria própria
16
Figura 10 – Ponto 5, axial.
Fonte: Autoria própria
Figura 11 – Ponto 5, horizontal.
Fonte: Autoria própria
17
Para a análise de vibração do mancal da bomba é necessário ter conhecimento das
frequências relacionada aos rolamentos. As frequências de rolamento foram obtidas no
aplicativo SKF bearing calculator e são apresentadas na Tabela 3
Tabela 3 – Frequências relacionadas aos rolamentos.
Frequência Hz
F de rotação 58,3
Fi de rotaçao da pista interna 0
Fg de rotaçao da gaiola 22,3
Fr de rotaçao da esfera 116,4
Fip de rolagem de um ponto no anel interno 288,5
Fep de rolagem de um ponto no anel externo 178,1
Fp de passagem das pás 350
Fonte: Extraído de SKF bearing calculator.
A Figura 12 mostra a aceleração medida no mancal da bomba, nota-se que as
maiores amplitudes estão próximas as frequências de possíveis defeitos dos elementos do
rolamento.
Figura 12 – Aceleração medida no mancal da bomba.
Fonte: Autoria própria
18
3.2 Dimensionamento de Isoladores de Vibração
Segundo o manual de serviço disponibilizado pelo fabricante, a forma correta de
instalação do conjunto motobomba é a mostrada na Figura 13.
Figura 13 – Instalação recomendada pelo fabricante.
Fonte: Extraído de KSB Brasil, manual de serviços.
No entanto, a base do conjunto dever ser isolada do restante da edificação na qual
ela se encontra. Para isso propõe-se um sistema construtivo para evitar a transmissão de
excitação. Um sistema construtivo possível para essa finalidade e mostrado na Figura 14.
Figura 14 – Instalação proposta para isolamento.
Fonte: Modificado de KSB Brasil, manual de serviços.
19
CONCLUSÃO
O entendimento de vibrações mecânicas e os danos que podem ocorrer a equipamen-
tos e a elaboração de um plano de manutenção são de grande importância para o profissional
da engenharia mecânica. Sendo seu aprendizado um critério de profissionalismo.
Conclui-se que os objetivos propostos foram alcançados. Determinou-se um plano
de manutenção preventiva e um FMEA para o equipamento estudado, estudou-se as
vibrações geradas no seu funcionamento. Também houve a demonstração das partes
fundamentais, externas e internas de um conjunto motobomba.
20
REFERÊNCIAS
[1] BRASIL. Ministério do Trabalho e Emprego. NR-12 – Segurança no tra-
balho em máquinas e equipamentos. Brasília, DF, 2018. Disponível em:
<http://www.trabalho.gov.br/images/Documentos/SST/NR/NR12/NR-12.pdf>.
Acessado em: 10 julho 2018.
[2] CHANG, Z. et al. Main failure mode of oil-air lubricated rolling bearing installed in
high speed machining. Tribology International, v. 112, p. 68-74, 2017.
[3] INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 2858: End-
suction centrifugal pumps (rating 16 bar). Designation, nominal duty point and
dimensions. Genebra, Suíça. 1975
[4] JARDIM, J; RIFFEL, D; DE MORAES C. Análise de falhas de uma bomba centrífuga.
in: congresso nacional de engenharia mecânica, IX, 2016, Fortaleza. Anais... Research
Gate, 2017.
[5] KARASSIK, I. J. et al. Pump handbook. New York: McGraw-Hill, 2001.
[6] MACINTYRE, A. J. Bombas e Instalações de Bombeamento. 2a edição. Rio de
Janeiro: Editora Guanabara Dois SA, 1987.
[7] MANCUSO, J. And you thought all flexible pump couplings were the same. World
Pumps, v. 2004, n. 451, p. 25-29, 2004.
[8] MORAIS, B. Análise de vibrações a grupos de eletrobombas de uma estação elevatória.
Universidade Nova de Lisboa. Dissertação de Mestrado. 2016.
[9] VIANA, H. PCM - Planejamento e Controle da Manutenção. 1aed. Rio De Janeiro:
Qualitymark, 2002.
21
APÊNDICE A – Tabela FMEA para o conjunto motobomba
Tabela de Análise de Modos de Falhas e Efeitos para o conjunto motobomba Meganorm
25-150 instalado no laboratório de hidráulica do curso de Engenharia Sanitária e
Ambiental da UFPA.
Cod_peça: B-2A-004
Nome peça: Conjunto motobomba
Data 10/07/2018
Idíces Ações de melhoria Indices Esperados
Descrição do Produto Funç(ões) do Produto Tipo de Falha Potencial Efeito de Falha Potencial Causa da falha em potencial Controles atuais S O D R Ações recomendadas Responsável/ Prazo Medidas implementadas S O D R
1 Cavitação
Ruídos estranhos; oscilação no 
manômetro de sucção; alteração no 
material cavitado.
3 4 2 24
A1: Preenchimento com solda; A2: Substituição do rotor; A3: 
N/A;
A1: Cezzar; A2: Luiz; 
A3: N/A;
A1: N; A2: N; A3: N/A; 3 4 2 24
2 Recirculação
Verificar a vazão da bomba, rever o 
projeto do sistema ou a instalação 
3 4 1 12
A1: alterar a rotação ou instalar bypass ; A2: selecionar o 
bomba adequada para o sistema; A3: N/A;
A1: Cezzar; A2: Luiz; 
A3: N/A;
A1: N; A2: N; A3: N/A; 3 4 1 12
3 Corpo espiral
Transformar a energia cinética 
fornecida pelo rotor em pressão
Baixo rendimento; 
vazamentos
Diminuição do rendimento; 
vazamentos
Corrosão e/ou erosão.
Superfície interna com aparência lisa; há 
fluido proximo ao bombeador
3 3 2 18
A1: Preencher os espaços erodidos com solda; A2: 
Substituição da voluta; A3: aplicação interna de primer ou 
revestimento cerâmico;
A1: Cezzar; A2: Luiz; 
A3: Gabriel;
A1: N; A2: N; A3: S; 3 3 2 18
4 Mancal de rolamento Dar suporte ao eixo
Desalinhamento do 
acoplamento; danos às 
gaxetas
Não dá suporte adequado
Desgaste ou quebra de 
rolamento
Sobreaquecimento do mancal; ruídos 
característicos; visualização de 
desgastes
4 2 1 8
A1: Substituição dos rolamentos; A2: Verificar o nível, a 
qualidade e a viscosidade do óleo; A3: Alinhamento do 
conjunto dentro dos limites adequados;
A1: Cezzar; A2: Luiz; 
A3: Gabriel;
A1: N; A2: S; A3: S; 4 2 1 8
15
Rotor
Fornecer energia para elevação 
de pressão do fluido
Diminuição do 
rendimento; vibração 
excessiva
Fornecimento de energia 
insuficiente
23
ANEXO A – Vistas em corte e explodida e lista de peças
Vista em corte axial, vista explodida e lista de peças. Retirados dos manuais técnico e de
serviços fornecidos pelo fabricante.
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27
ANEXO B – Curvas Características de Desempenho
Curvas características de desempenho para a bomba KSB Meganorm tamanho 25-150
com rotações em 3500 rpm e 1750 rpm.
30
ANEXO C – Modelo de relatório de consertos
Modelo de relatório de consertos de bombas centrífugas, gentilmente cedido pela KSB
Brasil ltda.
	SUMÁRIO
	INTRODUÇÃO
	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
	Manutenção mecânica
	Tipos de manutenção
	Planejamento, programação e controle
	Failure Mode and Effect Analysis (FMEA)
	Bombas centrífugas
	Construção mecânica
	Funcionamento
	PLANO DE MANUTENÇÃO
	Apresentação do objeto de estudo
	Alterações no conjunto original
	Manutenção recomendada pelo fabricante
	Manutenção recomendada pela equipe
	Criação de um FMEA para o case
	Análise de falhas
	ANÁLISE DE VIBRAÇÕES
	Resultado das Análises
	Dimensionamento de Isoladores de VibraçãoCONCLUSÃO
	REFERÊNCIAS
	Tabela FMEA para o conjunto motobomba
	Vistas em corte e explodida e lista de peças
	Curvas Características de Desempenho
	Modelo de relatório de consertos