TCC VIBRAÇÕES acabado

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CLAUDIOREINALDO DA SILVA
ANALISE DE DEFEITOS EM MOTORES ATRAVES DE VIBRAÇÃO MECANICA
Santo André
2018
CLAUDIO REINALDO DA SILVA
ANALISE DE DEFEITOS EM MOTORES ATRAVES DE VIBRAÇÃO MECANICA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhanguera como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica.
Orientador: Professora Grace
Santo André 
2018
CLAUDIO REINALDO DA SILVA
ANALISE DE DEFEITOS EM MOTORES ATRAVES DE VIBRAÇÃO MECANICA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhanguera como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Resumo
 Este trabalho foi elaborado com o intuito de auxiliar o analista de vibrações a diagnosticar defeitos em motores elétricos através da análise de vibrações. Estes defeitos, que na maioria das vezes são analisados através de espectros de vibração, tornam-se cansativos em se diagnosticar e facilmente alvo de falhas, tanto que para isto, foi necessária a criação de um sistema que aperfeiçoasse os diagnósticos de forma mais precisa e de fácil compreensão. Para tanto, foram feitos vários estudos das técnicas de Inteligência Artificial, no qual a técnica de Sistema Baseado em Conhecimento foi a mais apropriada. Esta por sua vez, coloca os Sistemas Especialistas como base principal do sistema em questão. Depois de escolhida a técnica e baseado no conhecimento do especialista, foram definidas as bases do conhecimento do Sistema Especialista. Além do recolhimento dos dados, foram montadas as interfaces de interação com o usuário e, também, foi feita a lapidação do sistema, ou seja, um refinamento até que se chegasse ao sistema ideal. Observou-se um resultado melhorado, ou seja, menos tempo na análise e melhor facilidade em solucionar o problema. Este trabalho irá contribuir para elaboração de novos projetos na área de análises de vibrações com o uso dos Sistemas Especialistas e na ajuda de se diagnosticar as falhas decorrentes das vibrações mecânicas. Além disso, o sistema apresentado ainda é um protótipo que pode ser aprimorado para que se consiga obter resultados cada vez mais satisfatórios.
Para a elaboração desse trabalho, foi usado como forma de consulta dados adquiridos na Universidade do Planalto Catarinense Departamento de Ciências Exatas e Tecnologias.
Palavras-chave: Vibrações; Inteligência Artificial; Sistemas Especialistas; Sistema
Baseado no conhecimento.
Summary
This work was designed to help the vibration analyst to diagnose defects in electric motors through the analysis of vibrations. These defects, which are most often analyzed through vibration spectra, become laborious to diagnose and easily passive of failures, so much so that for this, it was necessary to create a system that perfects the diagnoses more precisely and easy to understand. For this, several studies of Artificial Intelligence techniques were done, in which the Knowledge Based System technique was the most appropriate. This, in turn, places the Expert Systems as the main basis of the system in question. Once the technique was chosen and based on the specialist's knowledge, the knowledge base of the Expert System was defined. In addition to collecting the data, the user interaction interfaces were set up and the system was also lapidated, that is, a refinement until the ideal system was reached. An improved result was observed, ie less time in the analysis and easier to solve the problem. This work will contribute to the elaboration of new projects in the area of ​​vibration analysis with the use of Specialist Systems and to help diagnose the failures due to mechanical vibrations. In addition, the system presented is still a prototype that can be improved to achieve more and more satisfactory results.
For the preparation of this work, data acquired at the University of Planalto Catarinense Department of Exact Sciences and Technologies was used as a form of consultation.
Keywords: Vibrations; Artificial intelligence; Expert Systems; System
Based on knowledge.
Lista de Ilustrações
FIGURA 1 - Exemplo gráfico de um movimento harmônico. ....................................18
FIGURA 2 - Parâmetros de vibração relacionados à frequência...............................21 
FIGURA 3 - Transdutor absoluto montado em um mancal de rolamento. ................23
FIGURA 4 - Transdutor relativo montado em um mancal de rolamento....................24
FIGURA 5 - Manutenção corretiva não planejada. ...................................................28
FIGURA 6 - Manutenção preventiva..........................................................................30
FIGURA 7 - Manutenção preditiva. ...........................................................................33
FIGURA 8 - Inspeção sensitiva através de um estetoscópio eletrônico....................36
FIGURA 9 - Coleta de dados em um motor elétrico com hardware específico.........37
FIGURA 10 - Painel de controle para monitoração contínua de vibração.................39
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Representação matemática dos parâmetros de vibrações......................16
Tabela 2 - Relação entre a frequência e tempo........................................................19
Tabela 3 - Relação entre os tipos de medição..........................................................20
Lista de Abreviaturas
CPM - Ciclos por Minuto
FFT - Fast Fourrier Transformer
HZ - Hertz
IA - Inteligência Artificial
PLC - Program Logic Control
RBM - Reliability Based Maintenance
RCM - Reliability Centered Maintenance
RMS - Root Mean Square
RPM - Rotação por Minuto
SDCD - Sistema Digital de Controle Distribuído
SE - Sistema Especialista
SINTA - Sistemas Inteligentes Aplicados
SKF - Svenska Kullager Fabriken
TCC - Trabalho de Conclusão de Curso
TPM - Total Performance Maintenance
UTI - Unidade de Terapia Intensiva
VCL - Visual Component Library
Sumario
1INTRODUÇÃO.........................................................................................................11
1.1Apresentação........................................................................................................11
1.2 Descrição do problema........................................................................................11 
1.3Justificativa............................................................................................................12
1.4 Objetivo geral.......................................................................................................12
1.5 Objetivos Específicos...........................................................................................12 1.6Metodologia...........................................................................................................13
2 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES MECÂNICAS...............................................................15
2.1 Vibração Mecanica...............................................................................................15
2.2. Sinais de Vibração...............................................................................................17
2.2.1 Movimento Periódico.........................................................................................18 
2.2.2 Movimento Harmonico.......................................................................................18
2.2.3 Movimento Randômico......................................................................................18
2.2.4 Relação Entre Radio e Frequencia...................................................................19
2.2.5 Amplitude de Medição.......................................................................................19
2.3 Medição de Vibração............................................................................................20
2.3.1 Parâmetro de Vibração......................................................................................212.3.2 Escolha dos Parâmetros de Vibração...............................................................21
2.4 Transdutores........................................................................................................22
2.4.1 Transdutor Absoluto..........................................................................................23
2.4.2 Transdutor Relativo...........................................................................................24
2.4.3 Montagem de Transdutores..............................................................................24
2.5 Conclusão............................................................................................................25
3 TIPO DE MANUTENÇÃO........................................................................................26
3.1 Introdução.............................................................................................................26
3.2 Manutenção Corretiva..........................................................................................26
3.3 Manutenção Preventiva........................................................................................29
3.4 Manutenção Preditiva...........................................................................................31
3.5 Manutenção Detectiva..........................................................................................34
3.6 Manutenção Preditivas.........................................................................................35
3.6.1 Monitoração Subjetiva.......................................................................................36
3.6.2 Monitoração Objetiva........................................................................................37
3.6.3 Monitoração Continua.......................................................................................38
3.7 Conclusão............................................................................................................41
CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................42
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS...........................................................................44
 
 
1 Introdução
1.1 Apresentação
Nas grandes indústrias busca-se otimizar os processos de manufatura para obter cada vez mais lucros com a produção. Isto significa que as máquinas operam
24 horas por dia e 365 dias por ano, ou seja, ininterruptamente. Mas, por um motivo ou por outro, as máquinas e equipamentos acabam sendo danificadas, causando uma interrupção na produção. A interrupção no funcionamento de uma máquina pode gerar prejuízos se o tempo de parada for demasiadamente grande.
As máquinas param de operar por diversos motivos, que vão desde o desgaste do material do qual estas são feitas, por fadiga, passando pelo mau uso e, por fim, por erros de operação imprevistos. A não operação de uma máquina implica em manutenção. A manutenção deve observar os motivos que levam à parada. Entretanto, é possível fazer manutenções periódicas de modo a minimizar os problemas gerados pelo tempo de parada de uma máquina. Dificilmente será obtido um tempo de parada igual a zero, mas se as técnicas de diagnósticos de falhas forem pesquisadas, o tempo poderá ser o menor possível.
Uma das técnicas utilizadas para determinar as possíveis falhas em motores elétricos é o estudo das vibrações mecânicas que o mesmo gera na sua operação. Como os motores elétricos são a principal fonte de força mecânica nas indústrias, a determinação dos defeitos que ocorrem na sua operação permite evitar a parada das indústrias. O estudo das vibrações mecânicas em motores elétricos nasceu do conceito de manutenção preditiva, que consiste em prever ou antecipar a falha num motor devido à vibração. Certamente os motivos que levam um motor a ser danificado, que não advém da vibração, são inúmeros. Como exemplo de causa de danos em motores elétricos, pode-se citar um curto-circuito não interrompido por um disjuntor motor (ou fusível), o bloqueio de rotor, entre outros, sendo estes apenas exemplos de problemas causados pela falha de operação do sistema elétrico.
1.2 Descrição do problema
O problema abordado neste trabalho é a identificação antecipada de possíveis falhas em um motor elétrico, através do estudo das vibrações mecânicas ocorridas na operação de motores elétricos.
1.3 Justificativa
Com o intuito de aumentar a rentabilidade das empresas, diminuindo o tempo de parada de máquinas para a manutenção, nasceu o conceito de manutenção preditiva. O objetivo da manutenção preditiva é antecipar as falhas nas máquinas através de acompanhamento de diversos parâmetros (SKF SERVICE, 2001). Neste trabalho busca-se identificar falhas nos motores elétricos com o uso do conceito de manutenção preditiva, porém a técnica empregada para detectar antecipadamente os defeitos em motores é a análise de vibrações.
A análise de vibrações torna-se um dos mais importantes métodos de predição em vários ramos de atividade industrial. Os principais parâmetros analisados nas vibrações de máquinas rotativas, por exemplo, é deslocamento, velocidade e aceleração, conforme KARDEC e NASCIF (2001).
Atualmente no mercado existem, na maioria dos casos, apenas dispositivos para leitura de vibração e exibição das vibrações através de gráficos. Portanto, faz-se necessário armazenar tais dados para determinar diretamente o defeito que uma vibração irá produzir no motor. Caso o motor continue a sofrer tal vibração, isto irá causar um defeito no mesmo após um dado tempo. Este tempo não pode ser determinado diretamente, apenas pode-se estimá-lo através de análise de probabilidade e estatística. Este trabalho, portanto, vem de encontro aos anseios das equipes de manutenção que pretendem agilizar o processo de identificação dos possíveis defeitos que determinadas vibrações irão causar no motor.
1.4 Objetivo geral
Neste trabalho pretende-se desenvolver um sistema especialista para determinar possíveis defeitos que poderão ocorrer em motores elétricos, através da análise das vibrações mecânicas que ocorrem durante a operação do mesmo num ambiente industrial.
1.5 Objetivos específicos
O principal objetivo deste trabalho é implementar um sistema computacional para determinar de forma preventiva os defeitos que podem ocorrer num motor elétrico, através do estudo da análise de vibrações, empregando-se o conceito de sistemas especialistas.
Além disso, busca-se desenvolver uma metodologia de análise de vibrações com o uso do sistema implementado, onde pretende-se verificar a viabilidade de utilizar a ferramenta computacional implementada para treinamento de recursos humanos. Isto significa que será utilizada uma metodologia de identificação de defeitos em motores elétricos de forma antecipada, através do da ferramenta computacional.
1.6 Metodologia
Para elaborar um sistema computacional capaz de determinar antecipadamente possíveis defeitos em motores elétricos através da análise de vibrações foi necessário realizar uma revisão bibliográfica sobre motores elétricos, manutenção, em especial, das técnicas de manutenção empregadas na indústria, das técnicas de análise de vibração em motores elétricos e, também, de sistemas especialistas. Nesta revisão pretendeu-se determinar o conceito de manutenção, por que ela deve ser feita, bem como os tipos de manutenção existentes.
Com relação à análise de vibração foi necessário identificar como ela permite determinar antecipadamente possíveis defeitos em um motor elétrico, qual o procedimento para medir a vibração, quais os defeitos que um motor pode apresentar e quais são possíveis de detectar através deste tipo de análise. Foi feito também, um estudo de como é feita as medições de vibração, uma pesquisa sobre alguns instrumentos de medição disponíveis no mercado e como estas medições são feitas na indústria.
Para programar um sistema computacional para determinar as falhas em motores automaticamente, foi necessário verificar a existência de instrumentosque armazenem as informações medidas (dados de medição) de forma computacional, bem como tais informações são armazenadas (formato de arquivo). Posteriormente, fez-se necessário determinar uma linguagem de programação que permita trabalhar com tais dados e ao mesmo tempo facilite o desenvolvimento de um sistema especialista com base nestes dados. Nesta etapa, foi feito, em paralelo, um estudo sobre sistemas especialistas, para determinar o que eles são, como eles trabalham e o que é necessário para implementar um sistema deste porte.
Conjuntamente com o estudo de sistemas especialistas, o modo de armazenamento das informações das vibrações em motores e do estudo de vibrações e possíveis falhas que um motor elétrico irá apresentar foram desenvolvidos as regras do sistema especialista, observando o conhecimento factual (dados) e o conhecimento heurístico do especialista humano (engenheiro do conhecimento). Neste processo foi preciso determinar como é a integração das informações para obtenção da resposta final, os seja, a integração dos dados adquiridos através da leitura das vibrações e das regras implementadas no sistema especialista.
2 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES MECÂNICAS
	2.1 Vibração Mecanica
Este capítulo trata de algumas das técnicas utilizadas para análise de vibrações em motores elétricos de indução. submetida a uma força. A ação de uma força sobre o ponto obriga-o a executar um movimento vibratório. Um corpo é dito estar vibrando, quando ele descreve um movimento de oscilação em torno de uma posição de referência (PREDITIVA, 1999).
Para corroborar, KARDECK e NASCIF (2001, p. 228) dizem que “vibração é um
fenômeno que está presente em qualquer sistema à medida que este responde a uma excitação”. A vibração envolve desde o desbalanceamento do eixo do rotor de um moto elétrico, até um parafuso mal apertado na base de fixação do motor. A vibração é prejudicial ao motor, pois o mesmo pode vir a queimar em função da mesma, com o passar do tempo. Por exemplo, pode-se citar o caso do desbalanceamento do rotor que a partir de um dado ponto começa a “trancar”, fazendo com que o motor não gire e isto certamente causará sua queima.
A vibração, portanto, é um elemento indesejável ao funcionamento do motor e,
desta forma, a mesma deve ser minimizada, uma vez que não pode ser extinta, mecanicamente falando. A análise da vibração em um motor elétrico permite que uma equipe de manutenção determine antecipadamente os possíveis defeitos que um motor poderá apresentar se a vibração persistir. Isto significa que para poder implementar um sistema especialista para identificação de defeitos em motores elétricos através da análise de vibração é preciso saber o que é vibração, como medi-la e que tipos de defeitos a vibração poderá causar nos motores, se a mesma persistir.
A vibração é um fenômeno repetitivo e, portanto, de tempos em tempos, muitas
vezes com intervalos de tempo constante, a mesma ocorre. Assim, pode-se definir uma grandeza chamada freqüência, ou repetibilidade, como a ocorrência de um evento por intervalo de tempo. O numero de vezes de movimentos completos (ciclos), tomados durante o período de um segundo é chamado de freqüência. A freqüência é medida em hertz, o que corresponde a um ciclo por segundo (SKF SERVICE, 2001). Os fenômenos da vibração podem ser encontrados em muitas situações físicas, como por exemplo, se pressionada uma régua com mais os menos trinta porcento sobre uma mesa e na parte restante aplica-se uma pequena força, a mesma irá vibrar e este movimento repetir-se-á até que a força seja suprimida com o passar do tempo 8 (amortecimento).
	Pode-se dizer que a vibração está presente em qualquer sistema à medida que este responde a uma excitação. Isso é válido para um eixo de um compressor centrífugo, por exemplo, assim como para uma asa de um avião em vôo, as molas de vagão de trem etc. Os parâmetros de vibração relacionados com máquinas rotativas são usualmente expressos em termos de deslocamento, velocidade e aceleração. Todos os três representam “o quanto” o equipamento está vibrando. A freqüência é a outra variável de importância na análise de vibração, que ajuda a identificar a origem da vibração, ou seja, “o que” está causando a vibração. Finalmente, a fase indica “onde o ponto pesado se encontra em relação ao sensor de vibração”.
Velocidade é a medição de quão rápido o objeto se move de zero a pico e isto é normalmente mensurado em milímetros por segundo (mm/s), no sistema métrico. As medições de velocidade são mais precisas devido ao fato de que a velocidade não é uma frequência relacionada (SKF SERVICE, 2001).
Ainda, deslocamento é a medida de quão longe o objeto se move de um pico a outro da onda, em relação a uma referência. Sua unidade é mensurada em microns, no sistema métrico. Deslocamento é relacionado à frequência (SKF SERVICE, 2001).
Aceleração é a razão de mudança de velocidade de zero a pico e é normalmente medida em unidades de força gravitacional (g’s) conforme sistema métrico. Isto significa que altas frequências geram altos níveis de aceleração e aceleração é relacionada à frequência (BROCH, 1980).
	QUADRO 1 - Representação matemática dos parâmetros de vibrações.
Parâmetros Valores
Deslocamento x Α sen ωt
Velocidade v Aω cos ωt = dx/dt
Aceleração a - Aω2 sen ωt = dv/dt
.
Onde:
A = amplitude do vetor de zero a pico em mm.
ω = velocidade angular em rad/segundo
t = tempo em segundos.
Como ω = 2πƒ, onde ƒ = frequência em ciclos/segundos, substituindo nas fórmulas de deslocamento, velocidade e aceleração, verifica-se que:
• A amplitude de deslocamento independe da frequência;
• A amplitude de velocidade crescerá proporcionalmente à frequência;
• A amplitude de velocidade crescerá com o quadrado da frequência.
Para um valor constante da amplitude de deslocamento e se for substituído
ω por 2πƒ, tem-se que:
ν = Α 2πƒ
a = A (2πƒ)2
Essas relações serão úteis para compreender melhor qual variável deve ser
acompanhada.
2.2 Sinais da vibração
Todo movimento físico de um equipamento ou movimento de rotação em uma maquina é normalmente referido a vibrações. Desde o inicio das atividades de manutenção, os inspetores tentam mensurar o “tamanho” da vibração através dos sentidos humanos, porém este não é o melhor caminho.
Com a evolução da eletrônica, foi possível desenvolver equipamentos para acoleta e análise de dados, visto que a conversão dos sinais mecânicos para sinais elétricos é o melhor caminho. O meio de conversão dos sinais mecânicos para sinais
elétricos são os transdutores. Transdutor nada mais é de que um equipamento físico
acoplado a um equipamento que apresenta vibração que é capaz de transformar o movimento mecânico realizado em um sinal elétrico.
O sinal de saída de um transdutor era proporcional a quão rápido (frequência)e a quão grande (amplitude) é o movimento. A frequência fornece qual é a fonte de vibração do equipamento e a amplitude qual é a sua severidade. Os movimentos serão: harmônicos, periódicos e/ou randômicos. Todo movimento harmônico é periódico, porém nem todo movimento periódico é harmônico. Já o movimento randômico acontece quando não podemos predizer a maneira com que a máquina se comporta.
2.2.1 Movimento periódico
O movimento oscilatório pode repetir-se regularmente, como no pêndulo de um relógio, ou apresentar irregularidade considerável, como em eventos da natureza (terremotos). Quando o movimento se repete a intervalos regulares de tempo (T) é denominado movimento periódico.
2.2.2 Movimento harmônico
A forma mais simples de movimento periódico é o movimento harmônico. Para ilustrar este conceito, pode-se considerar o seguinte exemplo: uma massa suspensa por uma mola que seja subitamente deslocada de sua posição de equilíbrio irá oscilar em torno desse “equilíbrio” com um movimento harmônico simples. Se for elaborado um gráfico que relaciona a distância da massa à posição de equilíbrio e o tempo, a curva obtida será uma senóide. O movimento harmônico é muitas vezes representado como projeção numa linha retade um ponto que se move numa circunferência a uma velocidade constante, como mostra a figura 1.
FIGURA 1 - Exemplo gráfico de um movimento harmônico.
(Fonte: LAFRAIA, 2001).
2.2.3 Movimento randômico
O movimento randômico ocorre de uma maneira aleatória e contém todas as freqüências em uma faixa específica de freqüência, podendo ser também chamado de ruído. Movimento randômico é cada movimento que não é repetitivo em intervalos de tempo constates , um caso para exemplificar seria o estourar de pipocas dentro de uma panela.
2.2.4 Relação entre tempo e frequência
Para explicar a relação entre tempo e frequência é utilizado o seguinte exemplo: tomando-se uma linha AC, cuja frequência é de 60 ciclos por segundo, isto significa que a cada período de tempo de um segundo 60 ciclos estão presentes. Por outro lado fica inviável observar durante um período de um segundo e contar o numero de ciclos. Pode-se medir o período de tempo para um ciclo e calcular sua freqüência (quadro 2).
QUADRO 2 - Relação entre a frequência e tempo.
	f = 1/T f = 1/0.0167 f = 60 Hz 
Se 60 ciclos ocorrem em um segundo, então o período de tempo para cada ciclo é de 0.0167 segundos. Perceba que o período para um ciclo de todas as frequências acima de 1 Hz será menor que um segundo.
Para relacionar a frequência com o tempo, deve-se considerar sua definição.
Frequência é o numero de ciclos que ocorrem em um período de tempo. Freqüência é usualmente identificada por “ciclos por segundo” ou Hertz (Hz). A conversão de ciclos por segundo (Hz) para ciclos por minuto (CPM) é bastante simples e apresenta o tempo em função da rotação do equipamento. Matematicamente, tem-se: CPM = Hz * 60.
2.2.5 Amplitude de medição
Existem quatro maneiras diferentes de expressar o nível de amplitude de uma
medição: Pico-a-Pico, Pico, RMS, e Valor-médio. A medição pico-a-pico mostra o nível de vibração do topo do pico de positivo a base do pico negativo. Esta medição se refere à amplitude total de deslocamento do equipamento em relação a uma referência (zero). Indicando o percurso máximo da onda, este valor pode ser útil onde o deslocamento vibratório de uma parte de máquina é crítico para a tensão máxima ou onde a folga mecânica é fator limitante.
A medição de pico mostra o nível de vibração do topo do pico positivo á linha de referencia (zero). Este é um valor particularmente válido para a indicação de choques de curta duração porém, indica somente a ocorrência do pico, não levando em consideração o seu histórico no tempo da onda.
A medição de valor-médio retificado, representa 63,7% do valor de pico da onda senoidal. Este valor calculado é exato somente quando a onda medida é uma senóide pura. Este é um valor que leva em consideração o histórico no tempo da onda, mas na prática é de interesse limitado, por não estar relacionado diretamente com qualquer quantidade física útil.
A medição do valor médio quadrático (RMS – Root Mean Square), também conhecido como valor eficaz, é a verdadeira representante de valor médio da curva. O valor eficaz (RMS) pode ser calculado através da seguinte equação: (cos45º * 0-Pico) = 0.707 * 0-Pico
Uma outra maneira de obter o valor eficaz é através da aquisição do Valor eficaz verdadeiro (calculado pela raiz quadrada da media do somatório dos quadrados de pontos da curva). Portanto, o valor eficaz é a medida de nível mais relevante, porque leva em consideração o histórico no tempo da onda e dá um valor de nível, o qual é diretamente relacionado à energia contida na vibração e, portanto, à capacidade destrutiva da mesma. A seguir, o quadro 3 mostra um resumo das relações matemáticas descritas anteriormente.
QUADRO 3 - Relação entre os tipos de medição
	Descrição Valores
Valor médio 0.637 * Pico
Valor médio 0.90 * Pico
Pico-a-pico 2 * Pico
Pico 1.414 * RMS
Pico 1.57 * Valor médio
RMS 0.707 * Pico
RMS 1.11 * Valor médio
2.3 Medição de vibração
Para a realização da medição de vibração, devem ser observados alguns parâmetros. Estes parâmetros são especificados a seguir. Uma vez identificados tais
parâmetros, ainda é necessária a realização da escolha do parâmetro a ser medido, o que será apresentado.
2.3.1 Parâmetros de vibração
Os parâmetros de medição de vibração são: Deslocamento, Velocidade ou aceleração. Observando a vibração de um componente simples, como uma lâmina fina, consideramos amplitude da onda, como sendo o deslocamento físico da extremidade da lâmina, para ambos os lados da posição de repouso. Pode-se também descrever o movimento da ponta da lâmina em termos de sua velocidade e da sua aceleração.
Qualquer que seja o parâmetro considerado, deslocamento, velocidade ou aceleração, a forma da onda e o período da vibração permanecem similares. A divergência principal é a diferença de fase entre os parâmetros.
2.3.2 Escolha dos parâmetros de vibração
Cada parâmetro tem um comportamento característico em função da
freqüência. Se for montado um gráfico com os parâmetros descritos pode-se ter o nível e vibração em função da freqüência, como mostra a figura 2.
FIGURA 2 - Parâmetros de vibração relacionados à freqüência.
(Fonte: PREDITIVA, 1999).
Deve-se observar que os picos nos espectros de cada parâmetro ocorre na mesma freqüência e cada parâmetro a seu modo informa a localização da vibração. O deslocamento, por exemplo, realça componentes de baixa freqüência, sendo recomendado para medições abaixo de 10 Hz ou seja, 600 rpm. Deslocamento é muitas vezes usado como uma indicação de desbalanceamento em partes de máquinas rotativas, pois amplitudes relativamente grandes acorrem na freqüência de rotação de um eixo com rotor desbalanceado.
Devido a isto, em balanceamento de campo, a medição de deslocamento apresenta boa performance até 20 Hz (ou 1200 rpm) e eventualmente até 30 Hz (ou 1800 rpm), dependendo da rigidez do sistema. Entretanto, normalmente acima de 20
Hz utiliza-se à velocidade eficaz como parâmetro de medição para balanceamento de campo.
Os sistemas mecânicos em geral, apresentam deslocamentos vibratórios significativos somente em baixas freqüências, o que limita o uso do parâmetro deslocamento em uma análise de espectro com faixa ampla de freqüência, ou seja, encontraremos baixos valores de deslocamento em vibrações de alta freqüência com
poder destrutivo significativo, que seriam revelados usando como parâmetro de
medição a velocidade ou aceleração dependendo da faixa de freqüência.
Componentes de alta freqüência são bem representados com o uso de aceleração como parâmetro, recomendando sua aplicação, como por exemplo, na monitoração de rolamentos entre 1000 Hz a 10000 Hz de faixa de freqüência. A velocidade de vibração é o parâmetro menos influenciado por ruídos de baixa ou de
alta freqüência, mostrando-se num espectro a mais aplainada das curvas, sendo por
isso o parâmetro normalmente escolhido para avaliação da severidade da vibração ou a análise da mesma, entre 10 Hz e 1000 Hz.
2.4 Transdutores
Transdutores são componentes eletrônicos usados para leitura de vibrações em máquinas rotativas e são classificados em dois tipos: absoluto e relativo. Estes
conceitos serão abordados nas próximas seções. O transdutor transforma um sinal de vibração mecânica em um sinal elétrico, que é transmitido ao instrumento de medição, através do cabo que liga o transdutor ao instrumento. Todo transdutor tem uma freqüência própria de ressonância, e se o sinal de vibração medido apresenta componentes próximos a estas freqüências de ressonância, então o resultado da leitura é totalmente impreciso. A escolha do ponto de medição de um elemento de maquina é de fundamental importância. A vibração a ser captada pelo transdutor, percorre um caminho desde a fonte de vibração até o ponto de medição onde está fixado o transdutor. Para manter uma boa qualidade de medição, este caminho deve ser o mais direto possível. A medida em que o sinal de vibração precisar percorrer maior distancia e passar por descontinuidades (juntas formadas pelas partes que compõe a maquina), maior será a deformação deste sinal, prejudicandosensivelmente a medição e seu diagnóstico. A forma com que o transdutor é fixado no ponto de medição altera sua frequência de ressonância e consequentemente o alcance da frequência de interesse da medição.
2.4.1 Transdutor absoluto
O transdutor absoluto é o mais comumente usado em medições de vibrações. Ele é preparado para medir um dos três parâmetros: deslocamento, velocidade ou aceleração, e a instrumentação eletrônica pode converter o parâmetro medido nos outros dois quando selecionado pelo usuário. Quando preparado para medir velocidade ou deslocamento, o transdutor absoluto é também conhecido por pick-up, e para aceleração, como acelerômetro piezelétrico, conforme mostrado na figura 3
. 
FIGURA 3 - Transdutor absoluto montado em um mancal de rolamento.
(Fonte: PREDITIVA, 1999)
2.4.2 Transdutor relativo
O transdutor relativo é usado sem contato direto com o eixo do equipamento a ser monitorado (figura 4) e também utilizado em máquinas onde pequenos deslocamentos podem danificar partes girantes (turbinas, por exemplo) e se tais deslocamentos não forem percebidos na carcaça do mancal, então a medição com transdutor sem contato é indicada. Também é valida a recomendação para medição em componentes de massa muito pequena, onde o transdutor absoluto prejudica a medição devido a seu peso.
FIGURA 4 - Transdutor relativo montado em um mancal de rolamento.
(Fonte: PREDITIVA, 1999).
2.4.3 Montagem dos Transdutores
O transdutor absoluto (figura 3) é montado, por exemplo, em mancais de
sustentação de um eixo com seu rotor, onde mede a vibração total existente no mancal. O transdutor relativo (figura 4) é montado no mancal de forma a medir a vibração no eixo somente, ou seja, o deslocamento entre o eixo e seu alojamento no mancal.
2.5 Conclusão
Como foi visto anteriormente, a vibração está presente no dia-dia de várias formas, seja ela excitada dinâmica ou estaticamente. É sabido, também, que todo corpo que recebe excitação produz vibração. Além disso, é importante verificar o quanto esse corpo está vibrando, por isso essa vibração é limitada à sua amplitude. A vibração não é somente representada matematicamente de uma única forma.
Há vários fatores dentro de uma vibração produzida que merecem ser analisados mais detalhadamente, pois a mesma produz vários sinais que modulados ou filtrados resultam em uma única variável. Dentre estes sinais pode-se destacar o deslocamento, velocidade e aceleração. Esses sinais também produzem movimentos característicos de cada um.
Hoje, estes sinais mecânicos produzidos pelas vibrações são transformados em sinais elétricos através de transdutores que, captados e modulados em equipamentos específicos, são melhores estudados e analisados.
No tema no trabalho, era analisado qual o melhor parâmetro a ser usado para aplicação do software do sistema especialista para análise de vibrações em motores elétricos. Todos os assuntos abordados ajudam na boa elaboração do sistema especialista, devido ao grande embasamento de dados relevantes para a conclusão do mesmo.
3 TIPOS DE MANUTENÇÃO
Foi abordado sobre manutenção corretiva, conforme será apresentada, uma abordagem específica sobre técnicas de manutenção preditiva.
3.1 Introdução
Na indústria, uma das atividades importantes para a produção de manufaturados seria a manutenção das máquinas envolvidas no processo de fabricação. A maneira pela qual era feita a intervenção nos equipamentos, sistemas ou instalações caracteriza os vários tipos de manutenção existentes.
Existe uma variedade muito grande de denominações para classificar a atuação da manutenção. Não raramente essa variedade provoca certa confusão na caracterização dos tipos de manutenção. Por isso, é importante uma caracterização mais objetiva dos diversos tipos de manutenção, desde que, independente das denominações, todos se encaixem em um dos cinco tipos, que são: manutenção corretiva não planejada, manutenção corretiva planejada, manutenção preventiva, manutenção preditiva, manutenção detectiva.(KARDECK e NASCIF, 2001).
Os vários tipos de manutenção podem ser também considerados como políticas de manutenção, desde que a sua aplicação seja o resultado de uma definição gerencial
ou política global de instalação, baseada em dados técnico-econômicos. Várias
ferramentas disponíveis e adotadas hoje em dia têm no nome a palavra manutenção, embora não sejam novos tipos de manutenção, mas ferramentas que permitem a aplicação dos tipos principais de manutenção citados anteriormente. Dentre elas, destacam-se: manutenção produtiva total (TPM - Total Performance Maintenance), manutenção centrada na confiabilidade (RCM - Reliability Centered Maintenance), manutenção baseada na confiabilidade (RBM - Reliability Based Maintenance). (KARDECK e NASCIF, 2001).
3.2 Manutenção corretiva
A manutenção mais primitiva utilizada num ambiente industrial é a manutenção corretiva, também conhecida como manutenção reativa. Esta metodologia foi muito utilizada na época em que as manufaturas eram feitas artesanalmente passaram a ser fabricadas com máquinas, que obviamente quebravam após certo tempo de uso. Após a quebra (daí o nome reativa) os responsáveis pela manutenção procuram então corrigir o defeito, colocando os equipamentos novamente na linha de produção.
Evidentemente que os custos deste procedimento são altos, principalmente se somado os custos de reparos, as paradas inesperadas de produção o que praticamente levou à obsolescência da manutenção corretiva. Nos dias de hoje, somente em casos muito especiais se utiliza essa técnica. A manutenção corretiva só tem sentido quando se está trabalhando com equipamentos que possuem reservas e onde os custos de uma modalidade de manutenção mais moderna são superiores à troca do equipamento quebrado.
Manutenção corretiva é a atuação para a correção da falha ou do desempenho menor que o esperado (KARDECK e NASCIF, 2001). Ao atuar em um equipamento que apresenta um defeito ou um desempenho diferente do esperado estamos fazendo manutenção corretiva. Assim, a manutenção corretiva não é, necessariamente, a manutenção de emergência.
Convém observar que existem duas condições específicas que levam à manutenção corretiva:
a) Desempenho deficiente apontado pelo acompanhamento das variáveis operacionais.
b) Ocorrência de falha. Desse modo, a ação principal na manutenção corretiva é corrigir ou restaurar as condições de funcionamento do equipamento ou sistema.
A manutenção corretiva pode ser dividida em duas classes:
• Manutenção Corretiva não Planejada.
• Manutenção Corretiva Planejada.
A manutenção corretiva não planejada é a correção da falha de maneira aleatória (KARDECK e NASCIF, 2001). Caracteriza-se pela atuação da manutenção em fato já ocorrido, seja este falha ou um desempenho menor que o esperado. Não há tempo para preparação do serviço. Infelizmente ainda é mais praticado do que deveria. Normalmente a manutenção corretiva não planejada implica altos custos, pois a quebra inesperada pode acarretar perdas de produção, perda da qualidade do produto e elevados custos indiretos de manutenção. Além disso, quebras aleatórias podem ter conseqüências bastante graves para o equipamento, isto é, a extensão dos danos pode ser bem maior. Em plantas industriais e processo contínuo (petróleo, petroquímico, cimento etc.) estão envolvidas no seu processamento elevadas pressões, temperaturas, vazões, ou seja, a quantidade de energia desenvolvida no processo é considerável. Interromper processamentos desta natureza de forma abrupta para reparar um determinado equipamento compromete a qualidade de outro que vinham operando adequadamente, levando-os a colapsos após a partida ou a uma redução de campanha da planta. Exemplo típico é o surgimento de vibrações em grandes máquinas que apresentavam funcionamento suave antes da ocorrência.
Quando uma empresa tem a maior parte de sua manutenção corretiva na classe não planejada, seu departamento de manutenção é comandado pelos equipamentos e o desempenho empresarial da organização, certamente, não estáadequado às necessidades de competitividade atuais. As análises conjuntas, levando em conta os outros fatores, definirá a melhor política.
A figura 5, mostra a representação da manutenção corretiva não planejada de
um determinado equipamento ou sistema, onde se observa que o tempo até a falha é aleatório e t0 – t1 é diferente de t2 – t3. A figura 5 juntamente com outras figuras que serão representadas, determinam equipamentos que apresentam uma queda de desempenho com o tempo.
FIGURA 5 - Manutenção corretiva não planejada.
(Fonte: KARDEC e NASCIF, 2001)
O aspecto das curvas é apenas didático, não devendo ser considerado que o
equipamento apresenta queda de desempenho logo após ter entrado em operação. O patamar de estabilidade pode ser bastante grande, seguido de uma queda gradual ou abrupta no desempenho. É importante observar, ainda, que existem equipamentos que não tem esse padrão de comportamento, apresentando um desempenho constante ao longo do tempo, seguido de falha instantânea. Um exemplo clássico desse tipo de equipamento é as lâmpadas.
Diferentemente da manutenção corretiva não planejada, conforme KARDEC e
NASCIF (2001, p. 38), “A Manutenção Corretiva Planejada é a correção do desempenho menor que o esperado ou da falha, por decisão gerencial, isto é, pela atuação em função de acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar até a um trabalho planejado é sempre mais econômico, mais rápido e mais seguro do que um trabalho não planejado. Ele será sempre de melhor qualidade.
A característica principal na manutenção corretiva planejada é função da qualidade da informação fornecida pelo acompanhamento do equipamento. Mesmo
que a decisão gerencial seja de deixar o equipamento funcionar até a quebra, essa é
uma decisão conhecida e algum planejamento pode ser feito quando a falha ocorrer.
Por exemplo, substituir o equipamento por outro idêntico, ter um “kit” para reparo rápido, preparar o posto de trabalho com dispositivos e facilidades. A adoção de uma política de manutenção corretiva planejada pode advir de vários fatores:
• Possibilidade de compatibilizar a necessidade da intervenção com os interesses da produção;
• Aspectos relacionados com a segurança – a falha não provoca nenhuma
situação de risco para o pessoal ou para a instalação;
• Melhor planejamento dos serviços;
• Garantia da existência de sobressalentes, equipamentos e ferramental;
• Existência de recursos humanos com a tecnologia necessária para a execução dos serviços e em quantidade suficiente, que podem, inclusive, ser buscados externamente à organização.
Para exemplificar: quanto maiores forem as implicações da falha na segurança pessoal e operacional, nos custos intrínsecos dela, nos compromissos de entrega da produção, maiores serão as condições de adoção da política de manutenção corretiva planejada.
3.3 Manutenção preventiva
Após a manutenção corretiva, uma das técnicas que surgiram para reduzir os custos de manutenção foi a manutenção preventiva. E, conforme KARDECK e NASCIF (2001, p. 39), “A Manutenção Preventiva é a atuação realizada de forma a reduzir ou evitar a falha ou queda no desempenho, obedecendo a um plano previamente elaborado, baseado em intervalos definidos de tempo”.
Inversamente à política de manutenção corretiva, a manutenção preventiva apresentada na figura 6 procura obstinadamente evitar a ocorrência de falhas, ou seja, procura prevenir. Em determinados setores, como na aviação, a adoção de manutenção preventiva é imperativa para determinados sistemas ou componentes, pois o fator segurança se sobrepõe aos demais.
Como nem sempre os fabricantes fornecem dados precisos para adoção dos planos de manutenção preventiva, além das condições operacionais e ambientais influírem de modo significativo na expectativa de degradação dos equipamentos, a
definição de periodicidade e substituição deve ser estipulada para cada instalação ouno máximo plantas similares operando em condições também similares.
Isso leva à existência de duas situações distintas na fase inicial da operação:
a) Ocorrência de falhas antes de completar o período estipulado, pelo mantenedor, para a intervenção.
b)Abertura do equipamento/reposição de componentes prematuramente. Evidentemente, ao longo da vida útil do equipamento não pode ser descartada a falha entre duas intervenções preventivas, o que, obviamente, implicará uma ação corretiva.
FIGURA 6 - Manutenção preventiva
(Fonte: KARDEC e NASCIF, 2001)
Os seguintes fatores devem ser levados em consideração para adoção de uma política de manutenção preventiva:
• Quando não é possível a manutenção preditiva.
• Aspectos relacionados com a segurança pessoal ou da instalação que, tornam, mandatória a intervenção, normalmente para substituição de componentes.
• Por oportunidade em equipamentos críticos de difícil liberação operacional.
• Riscos de agressão ao meio ambiente.
• Em sistemas complexos e/ou de operação contínua. Ex: petroquímica, siderurgia, indústria automobilística etc.
A manutenção preventiva será tanto mais conveniente quanto maior fora simplicidade na reposição; quanto mais altos forem os custos de falhas; quanto mais
falhas prejudicarem a produção e quanto maiores forem as implicações das falhas na segurança pessoal e operacional.Se, por um lado, a manutenção preventiva proporciona um conhecimento prévio das ações, permitindo uma boa condição de gerenciamento das atividades e nivelamento de recursos, além de previsibilidade de consumo de materiais e sobressalentes, por outro promove, via de regra, a retirada do equipamento ou sistema de operação para execução dos serviços programados. Assim, possíveis questionamentos à política de manutenção preventiva sempre serão levantados em equipamentos, sistemas ou plantas onde o conjunto de fatores não seja suficiente mente forte ou claro em prol dessa política.
Outro ponto negativo com relação à manutenção preventiva é a introdução de defeitos não existentes no equipamento devido a:
• Falha humana;
• Falha de sobressalentes;
• Contaminações introduzidas no sistema de óleo;
• Danos durante partidas e paradas;
• Falhas dos procedimentos de manutenção.
3.4 Manutenção preditiva
A manutenção preditiva, também conhecida por manutenção sob condição ou manutenção com base no estado do equipamento é definida da seguinte forma:
“Manutenção preditiva é a atuação realizada com base em modificação de parâmetro de condição ou desempenho, cujo acompanhamento obedece a uma sistemática”.(SKF SERVICE, 2001, p. 228).
A manutenção preditiva é a primeira grande quebra de paradigma na manutenção e tanto mais se intensifica quanto mais o conhecimento tecnológico
desenvolve equipamentos que permitam a avaliação confiável das instalações e
sistemas operacionais em funcionamento.
Seu objetivo é prevenir falhas nos equipamentos ou sistemas através de acompanhamento de parâmetros diversos, permitindo a operação contínua do equipamento pelo maior tempo possível. Na realidade o termo associado à manutenção preditiva é o de predizer as condições dos equipamentos. Ou seja, a manutenção preditiva privilegia a disponibilidade à medida que não promove a intervenção nos equipamentos ou sistemas, pois as medições e verificações são efetuadas com o equipamento produzindo.
Quando o grau de degradação se aproxima ou atinge o limite previamente estabelecido, é tomada a decisão de intervenção. Normalmente este tipo de acompanhamento permite a preparação prévia do serviço, além de outras decisões e alternativas relacionadas com a produção. De forma mais direta, podemos dizer que a manutenção preditiva prediz as condições dos equipamentos, e quando a intervenção é decidida o que se faz, na realidade, é uma manutenção corretiva planejada.
As condições básicas para se adotar a manutenção preditiva são as seguintes:
• O equipamento, sistemas ou instalação devem permitir algum tipo de monitoramento/medição;
• O equipamento, sistema ou instalação devem merecer esse tipo de ação,
em função dos custos envolvidos;
• As falhas devem ser oriundas de causas que possam ser monitoradaster
sua progressão acompanhada;
• Seja estabelecido um programa de acompanhamento, análise e
diagnóstico, sistematizado.
Os fatores indicados para análise da adoção de política de manutenção preditiva são os seguintes:
• Aspectos relacionados com a segurança pessoal e operacional;
• Redução de custos pelo acompanhamento constante das condições dos equipamentos, evitando intervenções desnecessárias;
• Manter os equipamentos operando, de modo seguro, por mais tempo.
A redução de acidentes por falhas “catastróficas” em equipamentos é significativa. Também a ocorrência de falhas não esperadas fica extremamente reduzida, o que proporciona, além do aumento de segurança pessoal e da instalação, redução de paradas inesperadas da produção que, dependendo do tipo de planta, implicam consideráveis prejuízos.
Os custos envolvidos na manutenção preditiva devem ser analisados por dois ângulos:
• O acompanhamento periódico através de instrumentos/aparelhos de medição e análise não é muito elevado e quando maior o progresso na área de microeletrônica, maior a redução dos preços. A mão-de-obra envolvida não apresenta custo significativo, haja vista a possibilidade de acompanhamento, também, pelos operadores.
• A instalação de sistemas de monitoramento contínuo (on line) apresenta um custo inicial relativamente elevado. Em relação aos custos envolvidos, estima-se que o nível inicial de investimento é de 1% do capital total do equipamento a ser monitorado e que um programa de acompanhamento de equipamentos bem gerenciado apresenta uma relação custo/benefício de 1/5.
No tocante à produção, a manutenção preditiva é a que oferece melhores resultados, pois intervém o mínimo possível na planta, conforme mencionado anteriormente.
É fundamental que a mão-de-obra da manutenção responsável pela análise e
diagnóstico seja bem treinada. Não basta medir; é preciso analisar os resultados e
formular diagnósticos. Embora isso possa parecer óbvio é comum encontrar-se, e
algumas empresas, sistemas de coleta e registro de informações de acompanhamento de manutenção preditiva que não produzem ação de intervenção de qualidade equivalente aos dados registrados.
A figura 7 mostra a relação entre tempo e desempenho da manutenção preditiva.
FIGURA 7 - Manutenção preditiva.
(Fonte: KARDEC e NASCIF, 2001)
3.5 Manutenção detectiva
Essa é técnica de manutenção é a mais recente dentre as citadas anteriormente, ela começou a ser mencionada na literatura a partir da década de 90 e atualmente é uma das novas tendências dentro do ramo industrial. Sua denominação detectiva está ligada à palavra detectar – em inglês Detective Maintenance. É definida da seguinte forma: “Manutenção Detectiva é a atuação efetuada em sistemas de proteção buscando detectar falhas ocultas ou não perceptíveis ao pessoal da operação e manutenção”.KARDECK e NASCIF (2001 p.41).
Desse modo, tarefas executadas para verificar se um sistema de proteção ainda está funcionando representam a manutenção detectiva. Um exemplo simples e objetivo é o botão de testes de lâmpadas de sinalização e alarme em painéis.
A identificação de falhas ocultas é primordial para garantir a confiabilidade. Em sistemas complexos essas ações só devem ser levadas a efeito por pessoal da área de manutenção, com treinamento e habilitação para tal, assessorado pelo pessoal de operação.
É cada vez maior a utilização de computadores digitais em instrumentação e controle de processo nos mais diversos tipos de plantas industriais. Enquanto a escolha deste ou daquele sistema ou de determinados tipos de componentes é discutida pelos especialistas com um enfoque centrado basicamente na confiabilidade, é importante que esteja bastante clara as seguintes particularidades:
• Os sistemas de trip ou shut-down são a ultima barreira entre a integridade e a falha. Graças a eles as máquinas, equipamentos, instalações e até mesmo plantas inteiras estão protegidos contra falhas e suas conseqüências menores, maiores ou catastróficas;
• Esses sistemas são projetados para atuar automaticamente na iminência de desvios que possam comprometer as máquinas, a produção, a segurança no seu aspecto global ou o meio ambiente;
• Os componentes dos sistemas de trip ou shut-down, como qualquer componente, também apresentam falhas;
• As falhas desses componentes e, em última análise, do sistema de proteção, podem acarretar dois problemas: não-atuação e atuação indevida.
A não-atuação de um sistema de trip ou shut-down é algo que jamais passa despercebido. É evidente que existes situações onde é possível contornar ou fazer um acompanhamento, mas em outras isso é definitivamente impossível.
O trip por altas vibrações em máquinas rotativas pode deixar de atuar, desde que haja um acompanhamento paralelo e contínuo do equipamento pela equipe de manutenção. Na maior parte dos casos ocorre uma progressão no nível de vibração que permite um acompanhamento. Entretanto, o aumento na temperatura do mancal pode ser muito rápido, ou seja, se o sistema não atuar comandando a parada da máquina, as consequências podem ser desastrosas.
A atuação indevida de um sistema trip ocasiona, obviamente, a parada do equipamento e, consequentemente, a cessação da produção, na maioria dos casos. O que se segue, imediatamente à ocorrência (indevida) do trip é um estado de ansiedade generalizada para entender a ocorrência. Isso normalmente leva algum tempo, pois vários checks devem ser feitos. O ideal seria não colocar uma máquina, um sistema ou uma unidade para operar sem que as razões que levaram à ocorrência do trip sejam descobertas e/ou confirmadas. Em resumo, se a confiabilidade do sistema não é alta, teremos um problema de disponibilidade a ele associado, traduzindo por excessivo número de paradas, não cumprimento da campanha programada e outros.
Finalmente, no caso de plantas de processo contínuo, como as indústrias químicas, petroquímicas, fábricas de cimento e outras, a intervenção na planta ou unidade específica é feira em períodos previamente programados, que são as paradas de manutenção. Fica evidente que a mudança do status quo é ter o domínio da situação. Essa modificação é obtida com a manutenção detectiva. Na manutenção detectiva, especialistas fazem verificações no sistema, sem tirá-lo de operação, são capazes de detectar falhas ocultas, e preferencialmente podem corrigir a situação, mantendo o sistema operando.
3.6 Técnicas preditivas
Conforme apresentado no capítulo 3.4, manutenção preditiva é a primeira grande quebra de paradigma nos tipos de manutenção. Também foi visto que sua prática no Brasil ainda é pequena, chegando a apenas 18% dos recursos aplicados. Mesmo no primeiro mundo, a manutenção preditiva ainda está longe do que seria o modelo ideal. É estratégica, do ponto de vista empresarial, a implantação ou mesmo o incremento desta prática.
Este capítulo aborda as técnicas preditiva conhecidas até o momento e o seu campo de aplicação, com um enfoque eminentemente informativo.
Como já visto anteriormente, a manutenção preditiva é aquela que indica a necessidade de intervenção com base no estado do equipamento. A avaliação do estado do equipamento se dá através da medição, acompanhamento ou monitoração de parâmetros.
Esse acompanhamento pode ser feito de três formas:
• Acompanhamento ou monitoração subjetiva;
• Acompanhamento ou monitoração objetiva;
• Monitoração contínua.
3.6.1 Monitoração subjetiva
Variáveis como temperatura, vibração, ruído e folgas já são acompanhadas há muitos anos pelo pessoal da manutenção, independente da existência de instrumentos. Quem ainda não viu um oficial, supervisor ou engenheiro “auscultar” um equipamento rotativo qualquer via chave de fenda, caneta esferográfica ou através de um estetoscópio? (figura 9). Ou alguém colocar a mão sobre um motor e diagnosticar em seguida: “Está bom!” ou “A temperatura está muito alta”.
A folga entre duas peças, por exemplo, eixo-furo era notada por estar boa ou excessiva pelo tato. Também pelo tato os lubrificantes reconhecem se o óleo estar em uma espessura fina ou grossa Narealidade o seu “viscosímetro de dedos” está comparando aquele óleo com o óleo mais novo. O ruído e o tato podem nos indicar a existência de peças frouxas.
Esses procedimentos fazem parte da monitoração de condição do equipamento, e serão tanto mais confiáveis quanto mais experientes sejam os profissionais de manutenção. Mesmo que a experiência propicie uma identificação razoável nesse tipo de variação, ela não deve ser adotada como base para decisão por ser extremamente subjetiva. Cada pessoa terá uma opinião. A temperatura de um motor elétrico pode estar boa para um e estar muito alta para outro. Apesar disso, o uso dos sentidos pelo pessoal da manutenção deve ser incentivado.
FIGURA 8 - Inspeção sensitiva através de um estetoscópio eletrônico.
3.6.2 Monitoração objetiva
A monitoração ou acompanhamento objetivo é feito com base em medições utilizando equipamentos ou instrumentos especiais (figura 9), objetiva por:
• Fornecer um valor de medição do parâmetro que está sendo acompanhado.
• Ser o valor medido independente do operador do instrumento, desde que utilizado o mesmo procedimento. 
Para utilização de qualquer meio de acompanhamento do estado de equipamentos por meio de instrumentos – medição objetiva – é fundamental que:
• O pessoal que opera os instrumentos seja treinado e habilitado para tal;
• Os instrumentos sejam aferidos e calibrados;
• Haja pessoal capaz de interpretar os dados coletados e emitir diagnostico.
E finalmente, mas tão ou mais importante que os três itens relacionados, é que a média e a alta gerência confiem no diagnóstico de seus técnicos.
Atualmente, estão disponíveis varias técnicas de monitoração para diagnosticar falhas em equipamentos rotativos e estacionários.
FIGURA 9 - Coleta de dados em um motor elétrico com hardware específico.
3.6.3 Monitoração contínua
A monitoração contínua, que é também um acompanhamento subjetivo, foi inicialmente adotada em situações onde o tempo de desenvolvimento do defeito era muito curto e em equipamentos de alta responsabilidade. Isso significava uma excelente desde que, usualmente, a monitoração contínua venha associada a dispositivos que, em um primeiro momento, alarmam e em seguida promove a parada ou desligamento do equipamento uma vez atingido o valor-limite estipulado. Como os sistemas de monitoração contínua tinham um preço muito elevado, somente na situação descrita sua aquisição era justificada.
Com o desenvolvimento da eletrônica e de sistemas digitais, a oferta de sistemas de monitoração teve seu leque de aplicações ampliado e o preço final tem caído. Isso vem permitindo, também, a utilização de sistemas de monitoração à distância. É possível monitorar variáveis típicas de processo como densidade, vazão, pressão, etc. e variáveis relacionadas mais diretamente com os equipamentos, como vibração, temperatura dos rolamentos, temperatura do enrolamento de motores elétricos etc.
Outros aspectos importantes da monitoração contínua:
• Independe de pessoal;
• Efetua monitoração realmente contínua, o que não é razoável de ser conseguido com pessoas operando instrumentos;
• Pode enviar os dados em tempo real para unidades lógicas de processamento ou computadores com programas especialistas;
• Pode ser configurada com as necessidades dos clientes, fornecendo redundância onde se exija alta confiabilidade e saídas para acoplamento de instrumentos e processadores visando análises mais aprofundadas;
• Alguns fenômenos, mais particularmente na área de equipamentos rotativos, somente podem ser detectados através do acompanhamento permanente de determinadas variáveis;
• Alguns dados só pode ser levantados em situação de parada ou partida das máquinas, por serem muito rápidos ou por ocorrerem em horários e condições que inviabilizam o levantamento manual dos dados;
• Sistemas de monitoração contínua são adequados para verificação de transientes, o que ocorre com coletores manuais;
• A existência de sistemas de monitoração é fator de economia em relação
a prêmios e seguros e tempo de campanha.
No local mais apropriado para medição é instalado um sensor ou captor que
pode ser de contato ou não, dependendo do tipo de medição. Esse sensor está ligado a um transdutor que faz a decodificação do sinal para que ele possa ser traduzido em valores no indicador instalado como mostrado na figura 10.
FIGURA 10 - Painel de controle para monitoração contínua de vibração.
São comumente empregados os seguintes tipos de instalação:
• Na área fabril. Todo sistema, desde os sensores até o painel, é instalado no campo, normalmente ao lado das máquinas ou instalações;
• Painel na casa de controle local, quando a indústria utiliza o conceito de casas de controles por unidades operacionais ou conjunto fabril;
• Painel ou dados para casa de controle central, principalmente quando a planta usa sistema centralizado de controle como o SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído;
• Painel na unidade operacional, em uma das três opções acima, e dados nem locais remotos – sede da empresa, centro de controle etc. distantes fisicamente da planta.
Os sinais de condição mecânica, elétrica ou de processo transmitidos pelos sensores são levados até os transmissores, que são capazes de realizar cálculos complexos, detecção de alarme e verificação de erros. Desse modo, entradas de pressão, temperatura, rotação, fase, tensão, corrente elétrica, quando processadas, podem fornecer a potência, carga e eficiência volumétrica, comparar os resultados com dados previamente informados; verificar níveis de alarme e comunicar essas condições para PLC ou SDCD.
3.7 Conclusão
Após o estudo e elaboração para o desenvolvimento deste capítulo, observou-se a grande importância dos tipos de manutenção e as formas de monitoramento aplicadas em qualquer ambiente industrial. O que se espera hoje dentro de uma empresa é a otimização dos equipamentos e, principalmente, a redução de custos. E, dentre as formas de manutenção apresentadas anteriormente, destaca-se a manutenção preditiva ou, sob condição, como é chamada. Essa prática é exclusiva em algumas empresas, pois a mesma acarreta alguns fatores que nem todas as empresas conseguem estabelecer, ou seja, pessoal especializado, equipamentos específicos para monitoramento e elaboração de planos de manutenção (planejamento).
Empresas de médio porte adotam a manutenção preventiva como forma de manutenção, que nada mais é do aplicar a manutenção através da análise de tempo da vida útil dos equipamentos, com paradas planejadas e com disposição de pessoal. Mas nem sempre é como se espera, pois principalmente equipamentos rotativos estão sujeitos à falhas, aí a manutenção preditiva se sobressai. Essa monitoração deve ser muita bem executada, com profissionais especializados e ferramentas específicas.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Esse estudo foi desenvolvido com o objetivo de criar um sistema especialista na determinação de falhas decorrente em motores elétricos através da análise de vibrações.
De inicio foi feito um estudo detalhado sobre vibrações mecânicas pelo Professor Sidney Bruce Shiki da Universidade Estadual do Oeste do Paraná , onde foi analisados os conceitos de vibração, como ela é representada e como este fenômeno ocorre. Visto também como é feita a leitura dessas vibrações, qual a implicação dentro do ramo industrial e quais perdas podia se ter se as mesmas não forem controladas. Nesta etapa, observaram-se os fundamentos essenciais para a construção do sistema proposto, pois é nele que estão as ferramentas e técnicas para que fosse construído um sistema ideal. Além disso, os objetivos almejados durante a elaboração desta etapa foram amplamente alcançados, porque esta área é conhecida pelo especialista.
Foram estudadas as técnicas de manutenção e observado a importância de cada uma dentro do ramo industrial. Observou-se que a técnica de manutenção preditiva é a mais recomendada, pois esta técnica trabalha com monitoração sob condição, ou seja, acompanhar o problema antes que ocorra falha. Pôde-se observar que as monitorações foramimportantes para elaboração do sistema.
Para confirmar a elaboração foram estudados os sistemas especialistas e sistemas baseados nas experiências relatadas em linha de produção. Estas técnicas, porém, fazem parte dos conceitos dentro da Inteligência Artificial. Dentre os modelos existentes no mercado que provêm de sistemas especialistas, optou-se pelo Expert SINTA por se tratar de um software gratuito de fácil entendimento, desenvolvido pela Universidade Federal do Ceará. Esta ferramenta foi essencial para a construção do protótipo proposto, mas ainda não disponibilizava de recursos visuais, ou seja, que pudesse interagir com alguma ferramenta de desenvolvimento que usasse uma interface visual. A ferramenta de programação usada no trabalho foi o Borland Delphi na versão 3. Foi então utilizado a ferramenta visual do Expert SINTA, o SINTA VCL, bem como na linguagem de programação Delphi.
Por fim, foi conseguido apresentar os resultados requeridos no inicio do trabalho, a representação do conhecimento e as solicitações requeridas pelo usuário final. Como futuros estudos e pesquisas são necessária uma lapidação do sistema proposto, por se tratar apenas de um protótipo. Este trabalho pode ser aplicado na área de automação industrial, pois é amplamente usado. Em complemento ao sistema apresentado podem-se coletar os dados de entrada e armazená-los em um banco de dados de grande porte, que o mesmo pudesse armazenar não só os valores numéricos, mais também as telas do espectro de vibração.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BARONE, D, A, C. Sociedades Artificiais: A nova fronteira da inteligência nas máquinas. Porto Alegre: Bookman, 2003. 332 p.
BARRETO, J. M. Inteligência Artificial: No limiar do século XXI. 3. ed. Florianópolis: Duplic Edições, 2001. 379 p.
BITTENCOURT, G. Inteligência Artificial: Ferramentas e teorias. 2. ed. Florianópolis: Editora da UFSC, 2001. 362 p.
BROCH, J. A. Mechanical Vibration and Shock Measurements: 2. ed. Naerum, Denmark: Brüel & Kjaer, 1980. 370 p.
CUNHA, F. S. Um sistema especialista para previdência privada. 1995. Dissertação (Mestrado) – Departamento de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.
DURKIN, J. Expert Systems – Design and Development. New York: Prentice Hall,
1994. 800 p. Expert SINTA VCL. Manual do desenvolvedor. Visual Component Library. Versão 1.1, Laboratório de Inteligência Artificial, Universidade Federal do Ceará, Ceará, 1998.
Expert SINTA. Manual do usuário. Uma ferramenta visual para criação de Sistemas Especialistas. Versão 1.1, Labotatório de Inteligência Artificial Universidade Federal do Ceará, Ceará, 1995
FERNANDES, A. M. R. Inteligência Artificial: Noções gerais. Florianópolis: Visual
Books, 2003. 160 p.
KANDEL, A. Fuzzy Expert System. Florida USA: CRC press, 1992. 253 p.
KARDEC, A.; NASCIF, J. Manutenção: Função estratégica. 2. ed. Rio de Janeiro: Qualitymark, 2001. 368 p.
LAFRAIA, J. R. B. Manual de confiabilidade, mantenabilidade e disponibilidade: Rio de Janeiro: Qualitymark, 2001. 388 p.
LIZ, D. D. Um protótipo para determinação de roteiros turísticos utilizando sistemas baseados em conhecimentos. 2002. 91 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Informática) – Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade do Planalto Catarinense, Lages. CD-ROM.
MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Curso de Física: Volume 2. São Paulo: Scipione, 2000. 414 p.
PREDITIVA Engenharia Sul Ltda. Análise de vibrações: módulo I. Curitiba: Preditiva, 1999. 25 p.
RABUSKE, R. A. Inteligência Artificial. Florianópolis: UFSC, 1995. 240 p.
RUSSEL, S.; NORVIG, P. Inteligência Artificial. Rio de Janeiro: Campus, 2004. 1022 p 
SANTOS, J. R. Corretor inteligente de programas em Pascal. 2004. 66 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Informática) – Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade do Planalto Catarinense, Lages. CD-ROM.
SKF SERVIÇE. Introdução à vibração de máquinas. In: _____. Tecnologia de vibrações: São Paulo: 2001. cap. 3.