FACULDADE DE JAGUARIÚNA

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1 Estudo da Manutenção Preditiva em Rolamentos Através da Análise de Vibração Luciano Eduardo Nogueira Luis Alexandre Paula Lima Valmir Serain Luiz Vicente Neto Resumo A Manutenção é um dos setores da indústria que exige aprimoramento contínuo em seus serviços. Visa reduzir custos com quebras inesperadas, garantir bom funcionamento e rendimento satisfatório de processos, especialmente em equipamentos que utilizam rolamentos. Este artigo tem como objetivo estudar os métodos de manutenção e análise de vibração relatando a importância da manutenção preditiva. Para tanto, utilizou-se como metodologia a pesquisa qualitativa, sendo que dentre os métodos qualitativos optou-se pelo estudo bibliográfico. Através desta metodologia foi possível compreender que para a manutenção preditiva utilizar análise de vibração, é de grande importância nos métodos que quando adotadas criteriosamente garantem a disponibilidade dos equipamentos fundamentais para a manufatura. Palavras chaves: Manutenção Preditiva, Análise de Vibração, Serviços e Rolamentos. Abstract Maintenance it s one of the company s sectors that requires continuous up grade in its services. Look for costs reduce with unexpected breaks; ensure a good operation and a satisfactory process yield, especially in equipment that use bearing. The article s goal it s to study the maintenance process and vibration analysis as report the predictive maintenance. For this, it s used as a methodology the qualitative researching and into there was chosen the bibliographical study. Through it was possible to understand that, to predictive maintenance, use the vibration analysis, it s

2 so important when used as a critical measures, ensuring the key equipment availability manufacturing. Keywords: Predictive Maintenance, Vibration Analysis, Services and Bearings. 1 Introdução A manutenção é uma prática com o objetivo de garantir um sistema de produção que se desenvolva de maneira eficiente onde se possa prever ou detectar falhas em máquinas. Formalmente Ranganath et. al. (2004), apud Almeida (2008), define-se manutenção como o gerenciamento, execução e qualidade das atividades que garantem níveis satisfatórios de disponibilidade e desempenho total do sistema para atingir plenamente os objetivos comerciais. Com relação à redução nos custos de manutenção, Nepomuceno (2005), apresenta alguns princípios fundamentais através dos quais é possível conquistar resultados positivos nesta questão. Tais princípios são representados de maneira objetiva no diagrama, conforme figura 1. Fonte: NEPOMUCENO (2005) Figura 1: Princípios Fundamentais de Manutenção

3 Almeida (2008), define manutenção como sendo um conjunto de atividades empregadas em um sistema com vistas a preservar ou manter o desenvolvimento do serviço de uma maneira eficiente. Lima et. al. (2008), basicamente preve os conceitos de manutenção, de acordo com as diferentes técnicas possíveis na corretiva e preventiva. Dentre essas técnicas podemos concluir que a corretiva é a maneira de troca de um componente quando identificado o defeito, monitorando as falhas de modo a evitar a pane inesperada. Melo (2008), destaca a manutenção caracterizando-se como um apoio indispensável à atividade de operação, pois ela potencializa o estado de conservação das máquinas, otimizando a produção, fazendo com que as empresas venham a investir no setor, implantando novas tecnologias e preocupando se em garantir a formação de profissionais responsáveis pelo setor ou área. Siqueira (2009), a manutenção é um aspecto estratégico para gerenciar os custos da indústria. Através da sua implantação é possível prever falhas, tornando as menores possíveis. No entanto, é necessário avaliar criteriosamente o tipo de manutenção que melhor atenda às necessidades no setor de produção da empresa. Mendel et. al. (2009), destaca a importância da manutenção na prevenção e detecção de falhas em máquinas complexas, como uma maneira de trazer para a organização benefícios econômicos e de segurança. Segundo Costa et. al (2011), o homem constitui-se no elemento de maior valor na relação que se estabelece em um sistema produtivo. É ele quem domina o conhecimento inerente à produção e quem direciona a manutenção dos processos, de modo que, cabe ao responsável pela manutenção industrial a busca de respostas rápidas e eficazes visando atender às demandas de mercado. Segundo os autores referenciados no artigo, citamos as contribuições do desenvolvimento tecnológico na precisão do diagnóstico precoce de possíveis falhas, como uma maneira de se evitar prejuízos, onde podemos identificar os métodos de manutenção corretiva e preventiva onde cada autor expressa o seu ponto de vista, conforme tabela 1.

4 Tabela 1: Definição de Métodos de Manutenção Corretiva Preventiva Nepomuceno (2005) A ação ocorre somente após a falha, o tempo excessivo para sanar problemas que ocorrem nos momentos menos adequados, contribuindo assim para um aumento apreciavelmente dos lucros. A restauração da manutenção não programada de um equipamento. Visa corrigir defeitos ou falhas potenciais detectadas por uma atividade programada ou outro meio, antes que evolua para uma falha funcional. Siqueira (2009) Baseia-se exclusivamente no tempo transcorrido. Comumente as peças e componentes ainda tem uma vida útil residual. É a reposição programada de um equipamento em operação, em determinada idade limite, para prevenir sua falha funcional. É aplicada principalmente em equipamentos com vida útil pré-definida. Conclusão Optar em ter na política de manutenção da empresa a corretiva pode ser uma decisão onerosa, visto que trocar uma peça somente quando ocorre a falha pode comprometer outros itens, aumentando o tempo indisponível do equipamento. Baseia-se na vida útil dos equipamentos com peças sobressalentes prevenindo sua falha em cronogramas pré-definidos. A manutenção preventiva tem como objetivo utilizar cronogramas pré-definidos, conforme vida útil do equipamento, vale ainda destacar que, a escolha da manutenção está vinculada à atitude do usuário com relação às falhas diagnosticadas. 1.1 Manutenção Preditiva De acordo com Nepomuceno (2005), a manutenção preditiva baseia-se em medições, como vibrações, análise dos lubrificantes e termografia, que permitem definir as condições reais dos equipamentos. As medições podem ser executadas de maneira contínua ou levantadas em intervalos periódicos, dependendo da

5 criticalidade do equipamento e da probabilidade de impacto do problema. Quando um problema é detectado, a manutenção é executada, preferivelmente antes que a falha ou ruptura ocorra. Lima e Sales (2008), ressaltam que através da manutenção preditiva é possível elaborar um histórico do equipamento de acordo com a criticalidade do mesmo, de modo que, a partir dos dados gerados torna-se possível fazer o planejamento preventivo, evitando se a ação corretiva. Siqueira (2009), compartilha desta idéia destacando que a ação preditiva permite à gestão de manutenção planejar melhor as intervenções nos equipamentos, pois a preocupação com a performance da máquina e a monitoração de suas condições mecânicas, bem como instalações e rendimentos operativos, tornam-se constantes. 1.2 Análise de Vibração É considerada vibração a oscilação que ocorre em um corpo em torno de uma posição de referência, trata-se de um processo destrutivo por ocasionar falhas nos elementos que compõem a máquina como resultado de fadiga. O movimento vibratório é a resposta do equipamento às forças dinâmicas que a exercitam, de modo que, a maior ênfase de acompanhamento está concentrada nos equipamentos rotativos, para os quais, tanto a metodologia de análise quanto os instrumentos, aparelhos, softwares de apoio e sistemas especialistas, se encontram em um estágio consideravelmente avançado. (KARDEC, 2002). Siqueira (2009), colabora com esta discussão salientando que a análise de vibração busca a previsão ou a antecipação da falha, medindo parâmetros que indiquem a evolução de uma falha a tempo de ser corrigida. A análise de vibração ao lado da análise do óleo são os dois métodos de diagnóstico mais utilizados no monitoramento da condição de máquinas rotativas. Esta análise é necessária na medida em que permite estimar a vida dos componentes que determinam o tempo de funcionamento da máquina. (Almeida, 2008, p. 79).

6 Assim, o primeiro passo é compreender e identificar o porque da vibração. Para isso, Almeida (2008), destaca os seguintes métodos de análise de vibração. A tabela 2 apresenta os resultados de uma medição de análise de vibração em uma bomba de alimentação, juntamente com a nomenclatura para identificação dos pontos de medição, conforme indicada na figura 2. Tabela 2: Bomba de Alimentação - Níveis de Vibração e Envelope Ponto Velocidade (mm/s rms) Envelope (g rms) Envelope (g pico) Fator de Crista do Envelope 1H 1,91 0,369 1,62 4,39 1V 1,94 0,302 1,36 4,5 2H 2,81 0,438 1,72 3,93 2.A 3, ,95 4,03 3H 5,54 1,48 9,56 6,46 3.A 3,45 0,276 1,65 5,98 4H 3,52 0,639 2,87 4,14 4V 2,04 0,351 1,43 4,07 Nomenclatura: 1 a 4 Mancais numerados no sentido do Motor para a Bomba H direção Horizontal V direção Vertical A direção Axial Fonte: Previsão de Falha de Rolamento por Análise Espectral e de Envelope Figura 2: Bomba de Alimentação Pontos de Medição Apartir dos dados da tabela verificou-se o seguinte: Que os níveis de vibração no ponto 3H do mancal do lado acoplado da bomba, na direção horizontal, são sensivelmente superiores aos valores dos demais pontos. Neste caso outro ponto pode dar pico, mostrando defeito no rolamento. O fator de crista do ponto 3A também é elevado.

7 Espectro de Vibração: é utilizado quando a monitoração do valor global de vibração é insuficiente para detectar falhas conforme mostrado nas figuras 3 e 4. a) Nível global de vibração: método simples e muito utilizado para acompanhar e/ou controlar a vibração. Sua aplicação se dá monitorando um valor global medidos em pontos críticos da máquina, conforme figura 3. Fonte: Previsão de Falha de Rolamento por Análise Espectral e de Envelope Figura 3: Nível Global de Vibração Linhas Verticais Verdes Representam as harmônicas BPFO onde são visíveis apenas a freqüência de rotação do motor de acionamento, com bandas laterais espaçadas demonstrando a capacidade do circuito demodulador de detectar defeitos nos rolamentos. b) Espectro de frequência de vibração: é utilizado quando a monitoração do valor global de vibração é insuficiente para detectar falhas, trata-se do mapeamento, e posterior interpretação dos dados da frequência de vibração da máquina. A análise deste mapeamento se dá comparando os resultados obtidos na figura 4. Fonte: Previsão de Falha de Rolamento por Análise Espectral e de Envelope Figura 4: Espectro de Frequência de Vibração No ponto 3H mostrado na tabela 2 descrito na figura 4, representa um série de frequência de rotação caracteristica de folga excessiva nos rolamentos.

8 c) Diagrama de órbita: utilizado para análise de máquinas de grande porte, visando detectar o aparecimento de novas frequências no espectro conforme figura 5. Fonte: Previsão de Falha de Rolamento por Análise Espectral e de Envelope Figura 5: Processo de Obtenção do Envelope (Demodulação) O processo de demodulação é detectado por um circuito analógico denominado filtro passa-alta cuja função é a remoção dos componentes de grandes amplitudes e um de filtro passa-baixa onde são extraídos a envoltória das vibrações livres de curta duração presente nas altas frequências de defeitos dos rolamentos. Onde a onda demodulada do envelope demonstra uma severidade dos impactos ou danos causados pelo defeito. 2. Objetivos O objetivo geral deste artigo é apresentar o estudo de métodos de manutenção e a utilização da técnica de análise de vibração em rolamentos como método preditivo sobre a frequência de falhas nos rolamentos. 2.1 Objetivos Específicos a) Entender os conceitos dos principais tipos de manutenção utilizadas pelo setor de produção, dando especial enfase à manutenção preditiva; b) Compreender a análise de vibração como técnica de manutenção preditiva; c) Revisar a literatura a fim de conhecer pesquisas realizadas sobre a temática estudada.

9 3. Justificativa Atualmente, o setor indústrial tem se dedicado a potencializar sua competitividade no mercado. Desta forma, os gestores de manutenção tem adotado o conceito de manutenção preditiva para garantir a confiabilidade em virtude dos resultados positivos que vem sendo alcançados e relatados em estudos e pesquisas de diversos autores. Com o recurso da análise de vibração é possível colher e interpretar dados com vistas a um diagnóstico preciso na avaliação da vida útil dos rolamentos. Certos de que automia para atuar pressupõe que o conhecimento e este não está dissociado da pesquisa, o presente tema é relevante pela oportunidade de estudar sobre conceitos inerentes ao setor de manutenção. 4. Metodologia Optou-se por uma metodologia de pesquisa qualitativa sendo que dentre os métodos qualitativos optou-se pelo estudo bibliográfico por compreender que se trata de um tema complexo que requer um tratamento metodológico que permita compreender com mais propriedade o que é análise de vibração e como ela pode ser empregada na manutenção preditiva. De acordo com Gil (1996), a pesquisa bibliográfica permite uma melhor visão do objeto de estudo possibilitando ao pesquisador construir hipóteses, estudá-las ou refutá-las. Desta forma, realizou-se uma investigação com base em publicações de livros, artigos e redes eletrônicas dos conceitos inerentes à gestão de manutenção. 5. Análise dos Resultados Através das obras dos autores consultados, foi possível verificar que as idéias convergem no mesmo sentido de interpretação, tanto no que se refere à manutenção preditiva à técnicas de análise de vibração. As sinteses dessas idéias podem ser analisadas na tabela 2.

10 Tabela 2 Definição dos Autores Preditiva Análise de Vibração Kardec (2002) Ações de manutenção que visam acompanhar a máquina ou as peças por monitoramento, por medições ou por controle estatístico visando predizer a proximidade da ocorrência de falha. Método indispensável na identificação prematura de falhas de operação em virtude de problemas em máquinas e motores realizados através de medições elétricas das vibrações. Nepomuceno (2005) É a execução no momento adequado, antes que o equipamento pare de funcionar, cujo objetivo maior é estabelecer quais são os parâmetros que devem ser escolhidos em cada tipo de equipamento em função das informações sobre o estado mecânico de um determinado componente. É o acompanhamento das vibrações de uma determinada máquina com o objetivo de se obter graus de severidade e comportamento ao longo de um tempo dos diversos constituintes da mesma. Almeida (2008) É a manutenção efetiva em função do estado do equipamento. Seu objetivo, no entanto, não é eliminar os níveis de manutenção preventiva e corretiva e sim minimizá-las por meio do seu constante acompanhamento. O princípio da análise de vibração baseiase na concepção de que as estruturas dos equipamentos e máquinas dão sinais vibratórios em virtude do esforço, de modo que, a freqüência é idêntica à freqüência gerada pelo esforço que os tenham provocado. Podendo-se assim, através de captadores acoplados no equipamento, identificarem a origem dos esforços a que a máquina esta submetida. Siqueira (2009) Inspeção programada com a finalidade de detectar uma condição de falha potencial através da medição de um parâmetro correlacionado à falha, definindo o planejamento, a hora de executar, checar a eficiência de intervenção e a medida a ser tomada como medida de solução para o problema. Refere-se ao acompanhamento dos sinais de vibração e interpretação dos espectros de vibração, determinando as freqüências envolvidas e sua amplitude, sendo possível com isso, determinar as origens e a gravidade da problemática. Conclusão Verifica-se que as idéias dos autores convergem para a compreensão de que a Manutenção Preditiva é a manutenção que se realiza com base no equipamento visando predizer o estado de seus componentes, informando quando o mesmo apresentará falhas e quando programar a intervenção. A preditiva é uma ação significativa na medida em que permite uma manutenção pontual, no momento adequado, motivo pelo qual os autores pesquisados destacam-na como a ideal para solucionar falhas e defeitos nos equipamentos. O monitoramento da seqüência vibratória tornou-se um dos mais significativos métodos de predição por permitir conhecer melhor a origem e a dimensão do problema vibratório, sendo importante para determinar o estado mecânico da máquina e o seu reparo, evitando, com isso, danos maiores. O uso de tecnologias na coleta e gerenciamento dos dados possibilita detectar alterações imperceptíveis aos nossos ouvidos evitando, com isso, a análise subjetiva do técnico.

11 As teorias dos autores para a manutenção preditiva e análise de vibração tem objetivos variados porem suas conclusões chegam ao mesmo conceito. Na visão geral a preditiva define-se como manutenção pontual sendo ideal no planejamento. Já a análise de vibração utilizam-se a tecnologia para detectar falhas imperceptíveis a condições humanas, porém de grande importância para indústrias. No entanto, a pesquisa também mostrou que o trabalho de Siqueira (2009), traz concepções sobre estas questões de maneira mais completa. 6. Considerações Finais Buscou-se, através deste artigo, compreender o conceito de manutenção preditiva realizada utilizando a técnica de análise de vibração. Certamente, todo programa a ser implantado necessita que os gestores e demais responsáveis pelo cumprimento da tarefa sejam treinados e formados para se garantir êxito na atividade. A análise de vibração constitui-se em um dos mais importantes métodos de manutenção preditiva. Com o uso desta técnica é possível monitorar o equipamento em operação, identificar defeitos, falhas e avaliar a vida útil das máquinas e equipamentos, afim de evitar a pane e substituição de peças desnecessárias. Com base nesses métodos é possível garantir a confiabilidade nos serviços onde os equipamentos possam desempenhar a sua função requerida por um intervalo de tempo e condições definidas de vida útil. 7. Referências Bibliográficas ALMEIDA, F. C. L. Diagnóstico de falhas em grupos geradores hidroelétricos utilizando técnicas preditivas de manutenção e redes neurais artificiais. Ilha Solteira [s.n.], Disponível em: Acessado em 10 de junho de COSTA, W.V, BROCHADO, M.R., PITHON, A. J. K. Proposta de aplicação de ferramentas de colaboração apoiados por computador na manutenção preditiva. In: VII Congresso Nacional de

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