5 tecnologias de manutenção preditiva industrial para melhorar as suas máquinas e instalações

As tecnologias de manutenção preditiva industrial melhoram o desempenho das máquinas rotativas e podem ser aplicadas do ponto de vista mecânico, como no caso da..:

• Análise de vibrações.
• Formação.
• Equilibragem de máquinas.
• Análise de lubrificantes.
• Termografia.

Tendo definido estas tecnologias de manutenção preditiva industrial, vamos analisar cada uma delas em pormenor e descobrir como podem ajudá-lo a melhorar as suas máquinas e instalações.

1. Análise de vibrações

A maioria das avarias de máquinas, independentemente de a avaria ser de natureza mecânica ou eléctrica, gera vibração a uma frequência específica. Esta vibração pode corresponder a falhas como desalinhamento, cavitação, defeitos nas correias ou correias soltas, folga na fundação ou base, danos nos rolamentos, danos nas engrenagens e muitos outros defeitos.

Tal como um médico examina os seus pacientes, é assim que o especialista em vibrações se deve apresentar à máquina quando o seu estado se agrava. Os primeiros sintomas manifestam-se em valores característicos de vibração excessivos, que são registados pela monitorização da condição. Com analisadores potentes e os métodos adequados, a causa dos valores característicos elevados pode ser detectada eficazmente e o problema pode ser resolvido a tempo.

Um programa de análise de vibrações permite inspecionar uma máquina e os seus componentes, através do estudo e cálculo das frequências dos espectros de vibração, sem necessidade de a parar ou desmontar. Esta análise ajuda a detetar todos estes problemas antes da ocorrência de falhas.

Tenha em atenção que cada componente vibra de uma forma diferente e gera sinais característicos, deixando um traço típico no espetro sob a forma de um padrão de linhas. Se houver uma deterioração, o padrão mostra-a através da variação dos sinais característicos. Esta tecnologia permite-lhe detetar se se trata, por exemplo, de um desequilíbrio, de uma falha de alinhamento ou de danos nos rolamentos. Para além de um diagnóstico exato, geralmente também é possível especificar se é necessário agir rapidamente ou se é possível esperar até à próxima revisão programada.

2. Alinhamento

A segunda das tecnologias de manutenção preditiva industrial é o alinhamento, que é o processo pelo qual a linha central do eixo de uma peça de máquina, por exemplo, um motor, é combinada com a extensão da linha central do eixo de outra máquina acoplada a ele, por exemplo, uma bomba.

Os veios rotativos devem estar alinhados para se obter um desempenho ótimo da máquina. O desalinhamento ocorre quando os centros de rotação de dois (ou mais) veios não são colineares um com o outro.

O objetivo do alinhamento do eixo é:

• Aumentar a disponibilidade da máquina rotativa, permitindo que os componentes atinjam o fim da sua vida útil: rolamentos, vedantes, acoplamentos, veios.
• Aumentar a disponibilidade da máquina e aumentar o MTBF.
• Reduzir os custos de funcionamento e manutenção a longo prazo. Os as tecnologias de alinhamento de máquinas rotativas reduzem os custos de energia até 10%.
• Proteger os activos, aumentar a qualidade dos produtos e reduzir as vibrações.

O objetivo do alinhamento é posicionar as máquinas de modo a que estes desvios se situem dentro de determinados valores de tolerância.

É possível reconhecer um desalinhamento quando se observa:

• Vibrações radiais e axiais excessivas.
• Falha prematura de rolamentos, vedantes, veios e acoplamentos.
• Fugas de óleo dos vedantes das chumaceiras.
• Altas temperaturas em rolamentos e acoplamentos.
• Eixos rachados ou fracturados.
• Parafusos soltos na base da máquina.
• Aumento do consumo de energia, o que evita a poupança de energia em máquinas rotativas utilizando tecnologias de alinhamento.

¿Como integrar os sistemas de alinhamento de máquinas na cultura técnica da fábrica? Os métodos de medição convencionais têm uma resolução demasiado baixa para o ajustamento das máquinas modernas. Os métodos de alinhamento com régua/medidor dependem da resolução limitada do olho humano. A resolução resultante de 1/10 mm, para a maioria das máquinas, é inadequada.

Os medidores com mostrador são outra forma de alinhamento, tipicamente com uma resolução de 1/100 mm, mas os cálculos tendem a ser complicados, requerem utilizadores experientes e demoram muito tempo a concluir. Estes métodos são propensos a erros humanos quando se lêem os valores dos indicadores ou se calcula o estado do alinhamento.

O método mais preciso para obter um alinhamento perfeito do veio é o que utiliza equipamento de alinhamento por laser para manutenção preditivaEste método apresenta grandes vantagens em relação ao método convencional de alinhamento com relógios comparadores em termos de facilidade, rapidez, exatidão, precisão e flexibilidade, uma vez que a medição pode ser efectuada com o acoplamento instalado e os erros de interpretação ou de leitura que normalmente ocorriam quando as medições eram efectuadas com relógios comparadores são completamente eliminados.

3. Equilíbrio de máquinas

O equilíbrio, a terceira das tecnologias de manutenção preditiva industrial, define a determinação e a compensação de um desequilíbrio, ou seja, a centralização das massas de um corpo rotativo de modo a que o eixo de rotação coincida com o eixo de inércia, obtendo-se assim uma rotação concêntrica.

Todos os dias, as máquinas e os equipamentos são construídos mais rápidos, mais leves e mais potentes; se não estiverem corretamente equilibrados, apresentam forças e momentos centrífugos e provocam vibrações que podem soltar parafusos, porcas e rebites, bem como causar pressão sobre rolamentos, casquilhos e chumaceiras, levando frequentemente à sua rutura devido à fadiga do material. As vibrações também provocam ruídos incómodos e perturbadores no ambiente de trabalho.

Quanto mais rápidas forem as máquinas, mais precisa deve ser a equilibragem, uma vez que as forças centrífugas aumentam em proporção ao quadrado da velocidade; a equilibragem é especialmente necessária para evitar problemas ao passar pela zona de ressonância das peças e elementos que compõem a máquina, tais como a ancoragem da máquina, caixas, protecções, grampos, etc.

Os desequilíbrios são a causa de grande parte dos danos em máquinas rotativas. São frequentemente encontrados em refrigeradores, ventiladores, polias ou acoplamentos. As enormes forças centrífugas da distribuição desigual da massa geram vibrações elevadas durante a rotação que afectam toda a construção da máquina. Como resultado, os rolamentos, vedantes e acoplamentos desgastam-se prematuramente ou até falham completamente.

No espetro de vibração é fácil detetar um desequilíbrio, uma vez que vibra em sincronização com a velocidade do veio. A sua energia está concentrada na primeira linha harmónica do espetro. Isto pode ser remediado através da equilibragem do rotor no estado montado, a chamada equilibragem in-situ, com um instrumento de equilibragem móvel.

Os instrumentos de equilibragem dos fabricantes estão perfeitamente ajustados para detetar um desequilíbrio e eliminá-lo em poucos passos. Se a vibração de desequilíbrio é aceitável ou não, depende basicamente do facto de os seus valores estarem dentro das tolerâncias de qualidade estabelecidas nas normas para as características e velocidades do rotor em questão.

Manter o desequilíbrio dentro das tolerâncias permitir-lhe-á:

• Evitar a falha por fadiga das estruturas e elementos associados ao elemento rotativo.
• Aumentar a vida útil da máquina.
• Poupança de energia.
• Evitar cargas excessivas na chumaceira devido a sobrecarga.

4. Análise de lubrificantes

As técnicas de análise de lubrificantes são a quarta das tecnologias de manutenção preditiva industrial e são essenciais para determinar a deterioração do lubrificante, a entrada de contaminantes e a presença de partículas de desgaste.

Estas são aplicadas numa base ad hoc:

• Análise de rotinaAplicam-se a equipamentos considerados críticos ou de elevada capacidade, em que é definida uma frequência de amostragem, sendo o principal objetivo da análise a determinação do estado do óleo, nível de desgaste e contaminação, entre outros.
• Análise de emergênciaSão efectuados para detetar qualquer anomalia no equipamento e/ou Lubrificante, de acordo com: 1) Contaminação por água, 2) Sólidos (filtros e vedantes defeituosos), 3) Utilização de um lubrificante inadequado.

Atualmente, estão disponíveis equipamentos de oficina para análise de óleos que permitem a instalação de um minilaboratório de análise rápida de óleos nas instalações industriais, o que torna isso possível:

• Obter resultados imediatos na análise.
• Reduzir o custo da análise por amostra.

Esta, entre as tecnologias de manutenção preditiva industrial, garante que teremos:

• Redução máxima dos custos de exploração.
• Vida útil máxima dos componentes com um desgaste mínimo.
• Utilização máxima do lubrificante utilizado.
• Geração mínima de efluentes.

Em cada amostra, podemos obter ou estudar os seguintes factores que afectam as máquinas:

• Elementos de desgaste: Ferro, Crómio, Molibdénio, Alumínio, Cobre, Estanho, Chumbo.
• Contagem de partículas: Determinação da limpeza, ferrografia.
• Contaminantes: Silício, Sódio, Água, Combustível, Fuligem, Oxidação, Nitração, Sulfatos, Nitratos.
• Aditivos e condições dos lubrificantes: Magnésio, Cálcio, Zinco, Fósforo, Boro, Enxofre, Viscosidade.
• Histórico: Para a avaliação das tendências ao longo do tempo.

5. Termógrafos

As câmaras termográficas para inspecções de manutenção preditiva são ferramentas poderosas e não invasivas para monitorizar e diagnosticar o estado de componentes e instalações eléctricas e mecânicas. Com uma câmara termográfica, é possível identificar problemas numa fase inicial, para que possam ser documentados e corrigidos antes de se tornarem mais graves e dispendiosos de reparar.

Esta é a quinta das tecnologias de manutenção preditiva industrial:

• São tão fáceis de utilizar como uma câmara de vídeo ou uma câmara digital.
• Fornecem um quadro completo da situação.
• Permitem a realização de inspecções enquanto os sistemas estão carregados.
• Identificam e encontram o problema.
• Medem as temperaturas.
• Armazenam informação.
• Indicam exatamente o que deve ser corrigido.
• Ajudam a encontrar falhas antes que ocorram problemas reais.
• Poupam tempo e dinheiro valiosos.

A imagem térmica com dados de temperatura precisos fornece ao gestor de manutenção informações importantes sobre o estado do equipamento que está a ser inspeccionado. Estas inspecções podem ser realizadas enquanto o processo de produção está em pleno funcionamento e, em muitos casos, a utilização de uma câmara termográfica pode mesmo ajudar a otimizar o próprio processo de produção.

As câmaras termográficas são uma ferramenta tão valiosa e versátil que é impossível enumerar todas as aplicações possíveis. Todos os dias estão a ser desenvolvidas formas novas e inovadoras de utilizar a tecnologia. Em muitas indústrias, os sistemas mecânicos são a espinha dorsal de todas as operações.

Os dados térmicos recolhidos com uma câmara de imagem térmica podem ser uma fonte muito valiosa de informações complementares para estudos de vibração e monitorização de equipamento mecânico.

Os sistemas mecânicos sobreaquecem se existirem desalinhamentos em determinados pontos do sistema. As correias transportadoras são um bom exemplo. Se um rolo estiver gasto, aparecerá claramente na imagem térmica, indicando que precisa de ser substituído.

Quando os componentes mecânicos se desgastam e se tornam menos eficientes, tendem a dissipar mais calor. Como resultado, os equipamentos ou sistemas avariados aquecem rapidamente antes de se avariarem.

Comparando regularmente as leituras de uma câmara de imagem térmica com o perfil de temperatura de uma máquina em condições normais de funcionamento, é possível detetar um grande número de falhas diferentes.

Outros sistemas mecânicos que são monitorizados com câmaras termográficas são ligações, transmissões, rolamentos, bombas, compressores, correias, turbinas e correias transportadoras.

Exemplos de falhas mecânicas que podem ser detectadas por termografia:

• Problemas de lubrificação.
• Erros de alinhamento.
• Motores sobreaquecidos.
• Rolos suspeitos.
• As bombas estão sobrecarregadas.
• Veios do motor sobreaquecidos.
• Rolamentos quentes.

Estes e outros problemas podem ser detectados numa fase inicial utilizando uma câmara termográfica. Isto ajudará a evitar danos dispendiosos e a garantir a continuidade da produção.

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