O IV PCIC BR foi realizado no Windsor Atlântica Hotel, Copacabana, Rio de Janeiro - RJ, de 27 a 29 de agosto de 2012.

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1 PCIC é a sigla que representa o Comitê do IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers dos Estados Unidos, responsável pela organização da conferência técnica realizada anualmente desde 1954 e dedicada exclusivamente à disseminação das tecnologias e soluções de engenharia elétrica aplicadas aos segmentos industriais de petróleo, química e gás. Tendo em vista serem estes segmentos os que mais contribuem para o nosso desenvolvimento e geração de empregos, o IEEE Conselho Brasil entendeu ser muito importante organizar a quarta edição do PCIC Brasil para promover nossa capacitação técnica, hoje plenamente equiparada aos principais centros de excelência. Registramos nosso agradecimento aos patrocinadores, citados em ordem alfabética: ABB, Centro de Tecnologia da UFRJ, Cooper Crouse-Hinds do Brasil, Eaton, Editora Atitude Editorial, Editora Lumière, Editora Valete, Fluke do Brasil, FM Approvals, Hubbell, Liderroll, Nortel, Nutsteel, Revista Eletricidade Moderna, Roxtec, Sabic Innovative Plastics, Schneider Electric do Brasil, Schweitzer Engineering Laboratories e WEG. Também cabe agradecer ao apoio recebido da Universidade Petrobras, da Barreto Engenharia e da Engepower. O IV PCIC BR foi realizado no Windsor Atlântica Hotel, Copacabana, Rio de Janeiro - RJ, de 27 a 29 de agosto de Agradecemos a todos pela participação e contamos revê-los no V PCIC BR! Estellito Rangel Junior Coordenador-geral do IV PCIC BR

2 Os trabalhos apresentados no IV PCIC BR estão disponibilizados neste CD para uso pessoal. Alertamos que como o IEEE é detentor dos direitos de cópia deste material, seu uso para fins comerciais, promocionais, redistribuição, revenda ou cópia para uso em outros trabalhos, necessita de autorização do IEEE. Os títulos dos trabalhos são hiperlinks para os respectivos arquivos pdf. Para a abertura destes arquivos, recomenda-se o Adobe Reader 9.0 ou superior. Sessão Manutenção I 28/08/12 - Salão Angra A PCIC BR A aplicação da análise de assinatura elétrica no setor de óleo e gás - Procedimento de coleta e análise, resultados e metodologia para redução do custo com paradas não-programadas em refinarias brasileiras. PCIC BR Avaliação do efeito do óleo lubrificante sobre a vida útil da isolação de turbogeradores de média tensão. PCIC BR Predição e detecção de falhas em atuadores elétricos através de um sistema embarcado. Erik L. Bonaldi, Levy E. de Oliveira, Jonas G. da Silva, Germano L. Torres (P.S. Soluções), Luiz E. Silva (UNIFEI), Alessandro B. Marques e Geraldo Bieler (Petrobras) - Brasil Fernando R. Spézia (WEG), Ricardo de A. Carvalho e Giovanni de C. Ribeiro (Petrobras) - Brasil. Leonardo B. Piccoli, Eduardo L. Schneider, Renato V. Henriques e Carlos E. Pereira (UFRGS) - Brasil.

3 A APLICAÇÃO DA ANÁLISE DA ASSINATURA ELÉTRICA NO SETOR DE ÓLEO E GÁS PROCEDIMENTO DE COLETA E ANÁLISE, RESULTADOS E METODOLOGIA PARA REDUÇÃO DO CUSTO COM PARADAS NÃO- PROGRAMADAS EM REFINARIAS BRASILEIRAS Copyright IEEE Trabalho PCIC BR Erik Leandro Bonaldi Alessandro Bulhões Marques Levy Ely de L. de Oliveira Doutor Doutor Doutor PS Soluções Petrobras PS Soluções Rua Cel. Francisco Braz, 185 Av. Chile Rua Cel. Francisco Braz, 185 Itajubá - MG Rio de Janeiro - RJ Itajubá - MG Brasil Brasil Brasil erik@pssolucoes.com.br abulhoes@petrobras.com.br levy@pssolucoes.com.br Germano L Torres Geraldo Bieler Jonas G. B. da Silva Luiz E. B. da Silva Doutor Especialista Mestre Doutor PS Soluções Petrobras PS Soluções Univ. Federal de Itajubá R. Cel. F. Braz 185 Av. Chile R. Cel. F. Braz 185 Av. Pinheirinho, 1303 Itajubá - MG Rio de Janeiro - RJ Itajubá MG Itajubá - MG Brasil Brasil Brasil Brasil germano@pssolucoes.com.br abulhoes@petrobras.com.br jonas@pssolucoes.com.br leborges@unifei.edu.br Resumo O artigo tem como objetivo apresentar a viabilidade técnica, os conceitos teóricos e práticos e os resultados da implantação da técnica de manutenção preditiva pela Análise da Assinatura Elétrica como ferramenta de diagnóstico para monitoramento e identificação de falhas em motores de indução estratégicos para a indústria de óleo e gás. Inicialmente será feita uma revisão da técnica de Análise da Assinatura Elétrica e seus padrões de falha. Em seguida, será apresentado um procedimento de coleta e análise para servir de base às equipes que vierem a implantar a metodologia proposta. Por fim, na persecução dos objetivos abordados pelo artigo, será apresentada a metodologia da empresa para a redução do custo com paradas não-programadas de produção e os resultados obtidos com a implantação dessa metodologia. Casos reais serão apresentados de modo a mostrar como as empresas do setor de óleo de gás podem, com um sistema remoto de medição, análise e monitoramento, gerenciar seus motores em estoque ou em stand-by em diferentes unidades industriais visando à redução dos custos com paradas nãoprogramadas. Palavras-chave Manutenção Preditiva, Assinatura Elétrica, Motor de Indução, Procedimento de Coleta e Análise, Gerenciamento de Ativos. I. INTRODUÇÃO A Análise da Assinatura Elétrica combinada com outras técnicas de manutenção preditiva e com a metodologia de gerenciamento de motores a ser apresentada no decorrer desse artigo constituem uma importante ferramenta de inferência e gestão de ativos de modo a ser reduzir o custo com paradas não-programadas de produção em empresa do setor de óleo e gás. Foi dada ênfase a motores de indução trifásicos uma vez que esses representam a grande maioria da frota de motores instalada nesse seguimento. O artigo está estruturado de forma a atender aqueles leitores que ainda não tiveram contato com a técnica de Análise de Assinatura elétrica através da apresentação de uma breve revisão do assunto com a reapresentação dos padrões de falha, bem como servem aos que já se utilizam da mesma ao apresentar os procedimentos básicos de utilização da ferramenta e a metodologia de gerenciamento de motores. II. ANÁLISE DA ASSINATURA ELÉTRICA Análise da Assinatura Elétrica (ESA Electrical Signature Analysis) é a denominação geral para um conjunto de técnicas de monitoramento da condição de máquinas elétricas pela análise de sinais elétricos. São técnicas de monitoramento por ESA: CSA (Current Signature Analysis), VSA (Voltage Signature Analysis), EPVA (Extended Park s Vector Approach), IPSA (Instantaneous Power Signature Analysis), dentre outras [1]. O motor (ou gerador) do conjunto rotativo sob análise é utilizado para o diagnóstico de falhas, atuando como um transdutor nesse processo. Variações nos sinais de tensões e correntes são analisadas com o intuito de se relacionar certas características da assinatura às condições elétrica e mecânica do sistema. O uso industrial da técnica de ESA visa a melhorar a confiabilidade dos equipamentos uma vez que propicia uma maior robustez ao diagnóstico. Com isto, espera-se como resultado um aumento da disponibilidade de máquina pela redução do down time, redução das horas de manutenção, melhor gerenciamento e planejamento da manutenção, redução dos custos de manutenção e aumento da segurança. Dentre as diversas técnicas empregadas para análise da assinatura elétrica, duas serão abordadas nesse trabalho: MCSA e EPVA. A técnica de MCSA utiliza o motor de indução como um transdutor, permitindo que o usuário avalie a condição elétrica e mecânica a partir do painel de alimentação e 1

4 consiste, basicamente, na monitoração de uma das três fases da corrente de alimentação. O sinal de corrente de uma das fases do motor é analisado para produzir o espectro de corrente, normalmente referenciado como Assinatura da Corrente do Motor. O objetivo de se obter tal assinatura é identificar a magnitude e freqüência de cada componente individual que constitui o sinal de corrente. Isto permite que padrões na assinatura da corrente sejam identificados para diferenciar motores saudáveis de motores em falta e ainda detectar em que parte da máquina a falha deve ocorrer. EPVA é a técnica de análise espectral do módulo do vetor de Park. Os sinais de corrente são coletados e passam pela transformação de Park, logo após é calculado o módulo do vetor de Park e por fim seu espectro. Essa técnica é bastante útil no cálculo do desequilíbrio elétrico de motores sem controle de torque. O resultado é um espectro demodulado que leva em consideração as variações nas três fases de corrente. um desalinhamento. Na excentricidade dinâmica o entreferro mínimo gira com o rotor. As principais causas são: diâmetro externo do rotor não-concêntrico, empeno térmico do rotor, defeito no rolamento, desbalanceamento do rotor ou da carga. Sejam os respectivos padrões de falha: A. Padrões de Falha Por uma questão de organização para apresentação das falhas [2], dividiu-se a localização das avarias em quatro partes: rotor, estator, transmissão e carga acoplada. 1) Rotor: dentre os principais problemas associados ao rotor estão: quebra de barras, desalinhamento rotórico e desbalanceamento mecânico no rotor. Fig. 2 Padrão de Excentricidade Estática a) Barras Quebradas: os problemas rotóricos mais comum são a presença de anel de curto quebrado ou barras quebradas, trincadas ou pontos de alta resistência nas barras rotóricas. Seja o padrão correspondente a falha: Fig. 3 Padrão de Excentricidade Dinâmica Onde f r é a freqüência de rotação do motor. Fig. 1 Padrão de Barras Quebradas c) Freqüência de Rotação: Problemas mecânicos, como desbalanceamento e desalinhamento rotórico, também são visíveis no início do espectro, com bandas laterais da freqüência de rotação modulando a freqüência fundamental da alimentação. Seja o padrão de falha correspondente: Onde: f 1 é a freqüência fundamental da alimentação; s é o escorregamento do motor. b) Excentricidade do entreferro: é a condição na qual o entreferro não apresenta uma distância uniforme entre o rotor e a superfície interna do estator, resultando em uma região de entreferro mínimo e outra de entreferro máximo. As causas mais comuns são: imperfeição do processo de manufatura, rotor e eixo não concêntricos, núcleo do estator oval, empeno térmico do rotor. Existem dois tipos de excentricidade. Na excentricidade estática a posição do entreferro radial mínimo é fixa no espaço, o núcleo do estator é oval ou há um posicionamento incorreto do rotor ou estator, gerado por 2

5 Fig. 5 (b) Padrão de Falha do Desequilíbrio Elétrico Estatórico na Assinatura de EPVA 3) Sistema de Transmissão: Fig. 4 Padrão de Desvio Mecânico 2) Estator: a maior parte das avarias estatóricas em motores de indução encontra-se associada aos respectivos enrolamentos. A ocorrência de avarias localizadas no núcleo ferromagnético estatórico é um acontecimento bem menos freqüente. Contudo, apesar de pouco freqüentes, essas últimas podem causar danos consideráveis nas máquinas por elas afetadas [3]. As avarias associadas aos enrolamentos do estator apresentam um conjunto diversificado de manifestações possíveis, conforme ilustra a figura 5 (a), podendo ainda verificar-se a ocorrência simultânea de diversas combinações [2]. a) Polias: através da análise da freqüência de rotação, é possível se detectar problemas relacionados à polia do motor. Quando não há transformação de velocidade, não é possível distinguir a polia danificada da polia saudável, uma vez que elas possuem a mesma freqüência de rotação. Contudo, quando há transformação de velocidade, é possível monitorar a polia da carga e a carga acoplada através do padrão apresentado na figura 6: Apesar de existirem padrões para identificação dessas falhas em MCSA, a melhor técnica para análise de desequilíbrio elétrico estatórico para motores sem controle de torque é EPVA. No espectro de EPVA, o padrão de falha é constituído pela componente espectral em duas vezes a freqüência de alimentação conforme apresentado pela figura 5 (b). Curto entre fases Fig. 6 Padrão de Falha na Polia Movida Curto entre bobinas a) Correias: para se monitorar as componentes espectrais características das correias, calcula-se a freqüência da correia (f c) como apresentado na figura 7. Obtido este valor, basta seguir o padrão apresentado e acompanhar a curva de tendência da falha em questão: Curto entre espiras Circuito aberto Curto para terra Fig. 5 (a) Avarias Associadas aos Enrolamentos do Estator Fig. 7 Padrão de Falha na Correia 3

6 b) Engrenamento: têm-se duas regiões para monitoramento espectral. A primeira, em freqüências mais baixas, traz informações relativas às falhas localizadas nas engrenagens. Estas freqüências estão relacionadas com as freqüências de rotação do conjunto antes ou depois da transformação de velocidade. Já a segunda região de interesse no espectro traz informações relativas às falhas distribuídas nas engrenagens, sendo conhecidas como freqüências do engrenamento e calculadas pela multiplicação da velocidade de rotação do eixo pelo número de dentes da engrenagem. O padrão apresentado a seguir explicita as duas regiões espectrais abordadas: da assinatura da corrente do motor de forma bastante satisfatória. O motor e o engrenamento podem ser analisados segundo os padrões apresentados anteriormente. Já a análise do compressor leva em consideração três freqüências características desta carga: a freqüência de rotação do parafuso macho, a freqüência de rotação da fêmea e a freqüência de rotação. A figura 10 apresenta as partes constituintes de um compressor a parafuso, as fórmulas para cálculo das freqüências características e o padrão espectral das partes do compressor. Fig. 10 Padrão de Falha em Compressores a Parafuso c) Ventiladores: Como a análise em bombas, a análise de falhas em ventiladores é feita considerando-se a freqüência de rotação do ventilador e a freqüência de passagem das pás que é dada pela multiplicação do número de pás do ventilador pela freqüência de rotação do mesmo. A figura 11 apresenta as freqüências características de falhas em ventiladores: Fig. 8 Padrão de Falha no Engrenamento 4) Carga Acoplada: O surgimento e o agravamento das avarias na carga podem ser sentidos pelo próprio motor através de oscilações de torque. O motor passa a funcionar como um transdutor para a identificação de avarias na carga acoplada. a) Bombas: A análise de falhas em bombas de palhetas é feita considerando-se a freqüência de rotação da bomba e a freqüência de passagem das palhetas. Além dessas freqüências, deve-se monitorar também o aumento de saliências próximas da freqüência da rede que são características da assinatura de bombas. A análise da freqüência de rotação da bomba indica problemas relacionados a desalinhamento ou desbalanceamento da bomba. Já o aumento das amplitudes das freqüências de passagem das palhetas indica defeitos no interior da bomba como deterioração das pás. A figura 9 apresenta as freqüências características de falhas em bomba: B. Estudo de Caso Fig. 11 Padrão de Falha em Ventiladores Em maio de 2010 foi iniciado o monitoramento do motor MB por iniciativa do pessoal da planta de uma Refinaria de Petróleo. Havia sido detectado um desequilíbrio dos valores eficazes das correntes deste motor e havia a preocupação de se monitorar como este desequilíbrio evoluiria até a data da parada para intervenção. Durante o monitoramento, a amplitude da componente de seqüência negativa se manteve alta, mas sem tendência de subida, o que permitiu aguardar a oportunidade de intervenção. Observou-se que havia dois patamares de desequilíbrio, um em torno de 9% e outro em torno de 12,5%, conforme a figura abaixo. O patamar de 9% se devia a uma condição de carga em torno de 131A (fase A) e o patamar de 12,5%, a uma condição de carga em torno de 98A (fase A). Fig. 9 Padrão de Falha em Bombas b) Compressor a Parafuso: O conjunto completo motorengrenamento-compressor pode ser monitorado através 4

7 Fig. 12 Curva de Tendência do Desequilíbrio Elétrico do motor MB A partir de agosto de 2010, a intervenção na unidade já havia sido realizada e a condição de equilíbrio elétrico estatórico voltou ao normal. A figura 13 apresenta a curva de tendência abrangendo o período monitorado antes e após a intervenção. Fig. 15 Círculos de Park para sinais antes (cinza claro) e depois da intervenção (cinza escuro). III. PROCEDIMENTO DE COLETA E ANÁLISE Cada equipe de manutenção possui ou virá a possuir um procedimento para disciplinar a aplicação de cada uma das técnicas preditivas de manutenção adotada pela empresa. Julga-se importante que o procedimento aborde desde os critérios para adoção da técnica como instrumento de predição, até a apresentação de seus resultados, passando pela aplicabilidade da técnica, condições de coleta, metodologia da análise, falhas detectáveis pela técnica empregada e restrições de uso. A. Critérios para Adoção da Metodologia Fig. 13 Curva de Tendência do Desequilíbrio Elétrico do motor MB antes e após a intervenção A figura 14 apresenta as assinaturas do módulo do vetor de Park para sinais antes (cinza claro) e depois da intervenção (cinza escuro). Fig. 14 Assinaturas do módulo do vetor de Park para sinais antes (cinza claro) e depois da intervenção (cinza escuro). A figura 15 apresenta os círculos de Park para os mesmos sinais anteriores. Ao se decidir pela implantação de uma técnica preditiva, no caso do artigo em questão, a Análise da Assinatura Elétrica, a equipe de manutenção deve considerar as seguintes questões [4]: 1) A manutenção preditiva pela análise da assinatura elétrica depende de condições de velocidade e carga similares durante a aquisição de modo a se obter melhores resultados. Isso não significa que não se podem medir os sinais da máquina em diferentes condições, mas sim que se recomenda fortemente realizar a análise comparativa dos sinais do histórico em condições de velocidade e carga similares (veja caso real no Item I, letra B). 2) Levantar os dados cadastrais do conjunto a ser monitorado (motor, transmissão e carga) com exatidão para serem carregados nos softwares de análise ou para uso do analista. 3) Obter informações junto ao pessoal de operação sobre o ciclo de trabalho do motor, histórico de falhas e outras informações que podem aprimorar o diagnóstico. 4) O monitoramento da condição apresenta melhor custo benefício em uma análise de longo prazo. À medida que o histórico de assinaturas das máquinas vai sendo formado, mais fácil a tarefa de se identificar os desvios e mais confiável é o diagnóstico. 5) Com um histórico de dados confiável, os níveis de alarmes das falhas podem ser definidos mais precisamente, os relatórios de análise tornam-se mais concisos e confiáveis. 6) O estabelecimento de um procedimento de coleta e análise é fundamental para sistematizar a aplicação 5

8 B. Definições da técnica e garantir os bons resultados do programa de manutenção preditiva. Por se tratar do tipo de motor mais comum em utilização nas indústrias, os pontos abordados nesse artigo referem-se à adoção de critérios para orientar a implantação e o emprego da Análise da Condição em motores de indução trifásicos pela Análise da Assinatura Elétrica. São apresentadas a seguir as definições dos principais termos empregados: 1) MCSA: Motor Current Signature Analysis. É uma das técnicas não-invasivas para diagnosticar falhas no conjunto rotativo através da análise do sinal de corrente de uma das fases do motor. 2) Transdutor de Corrente: termo genérico a ser empregado para se referir a transdutores de efeito hall, Rogowsky e transformador de corrente. 3) Carga Acoplada: termo genérico para se referir a qualquer tipo de carga mecânica (bomba, ventilador, compressor, etc.) acoplada ao motor diretamente ou através de um sistema de transmissão (polia e correias, redutor, etc.) 4) Excitações Dinâmicas: termo genérico para se referir a falhas mecânicas como desalinhamento, desbalanceamento mecânico, folgas, oscilações de torque causadas por avaria no sistema de transmissão ou na carga acoplada. 5) Baseline: sinal de referência adquirido do motor que será comparado com os sinais adquiridos futuramente com o propósito de se identificar alterações na condição de operação. C. Aplicabilidade Um pequeno passo a passo para a aplicação da técnica é proposto a seguir: 1) Antes de se iniciar o monitoramento de um motor de indução pela técnica de ESA, verificar em qual tipo de configuração o mesmo se encaixa: Tipo I: Motores com pequenas variações de carga. Neste caso, encaixam-se os motores acoplados a cargas que apresentam pequenas variações durante a aquisição dos sinais elétricos. Tipo II: Motores com grandes variações de carga. Neste caso, encaixam-se os motores acoplados a cargas que apresentam grandes variações durante a aquisição dos sinais elétricos. Tipo III: Casos especiais: motores com aceleração e desaceleração decorrente do processo de produção ao qual estão inseridos, motores com sinais extremamente ruidosos ou com peculiaridades que prejudicam a análise, etc. 2) Uma vez identificada o tipo de configuração do motor, uma das seguintes estratégias pode ser adotada: Estratégia I: recomendada para motores do tipo I, sendo suficiente executar os seguintes passos: a) Inserir, de forma precisa, todos os dados construtivos do cadastro do conjunto no software de análise; b) Identificar os padrões presentes na assinatura de corrente; c) Definir o período entre aquisições de modo a se formar um histórico confiável para efeitos de diagnóstico; d) Estabelecer os níveis de alarme e acompanhar os desvios nas curvas de tendência. Estratégia II: recomendada para motores do tipo II. Primeiramente, é importante se investigar se há uma condição de operação menos susceptível à variação de carga. Se encontrado esse ponto de operação, seguir a Estratégia I. Se não for possível se estabelecer uma condição de operação, o analista deverá analisar se é possível se utilizar configurações de janelamento do sinal ou adotar outros critérios que garantam a confiabilidade do diagnóstico. Estratégia III: Recomendada para motores do tipo III. Deve-se verificar a origem da peculiaridade do sinal, seja ela ruído exacerbado, efeitos randômicos, variações de carga e condições de operação do processo produtivo. Identificada a causa, verificar a possibilidade de contornar o problema com janelamento, médias do sinal, filtragem, tratamento estatístico do sinal, etc. D. Falhas Monitoradas O maior potencial de detecção de falhas em motores de indução trifásicos pela análise da assinatura de corrente estão relacionadas a: a) Avarias rotóricas como barras trincadas ou quebradas, anel de curto quebrado e pontos quentes ou de alta resistência no rotor; b) Avarias estatóricas causadas por desequilíbrio elétrico entre as fases (curto-circuito entre espiras, por exemplo), estator oval e cunhas frouxas. c) Excitações dinâmicas no motor, no sistema de transmissão e carga acoplada. São exemplos mais comuns as excentricidades do entreferro causadas por desalinhamento e desbalanceamento rotórico, folga, desalinhamento e desbalanceamento mecânico no sistema de transmissão ou na carga acoplada. IV. PADRÕES DE MANUTENÇÃO DA EMPRESA Dentre outras orientações, os padrões de manutenção da empresa para motores até 2.3kV [5] e motores de 4,0 a 13.8kV [6], especificamente em relação à Análise da Assinatura Elétrica estabelecem que: Para motores até 2,3kV, o padrão de manutenção PE- 2AT-00147, especificamente com relação aos serviços de manutenção preditiva determina que: As atividades dos serviços de manutenção de preditiva em motores classificados como críticos são realizadas com o motor operando e continuamente pela técnica de assinatura de corrente. O sistema de monitoração deve ser ajustado de modo a prover alarmes adequados ao motor monitorado. Os motores classificados como não críticos devem ser monitorados sob demanda, conforme resultados da 6

9 monitoração de vibração pela manutenção mecânica, a qual deve informar à manutenção elétrica os resultados de medição de vibração do motor com características de duas vezes a freqüência fundamental exata para investigação dos sintomas de origem elétrica. Nestes casos, os seguintes passos devem ser seguidos: - Programar a liberação do motor para instalação provisória de equipamento de monitoração de assinatura de corrente nos terminais da gaveta do motor. - Para que as medições de assinatura de corrente sejam válidas, o motor deve ser colocado em regime de carga mínima de 70% da carga nominal. - As medições somente devem ser tomadas após a estabilização da temperatura do motor. - Devem ser observadas a partida e a operação do motor. - Para a retirada do motor para reparo, devem ser avaliados os sintomas e diagnósticos apontados pelo sistema de monitoração referentes a: a) Corrente de partida; b) Desbalanço de tensão, desequilíbrio da rede; c) Desbalanço de corrente, curto entre espiras, curto entre bobinas (padrão da figura 5); d) Excentricidade (padrões das figuras 2, 3 e 4). Estes padrões não se aplicam às atividades de inspeção mecânica, as quais devem ser realizadas conforme padrões da manutenção mecânica. Como pode ser observado da leitura desses fragmentos dos padrões de manutenção de motores da empresa, os padrões atualmente utilizados são os das figuras 1, 2, 3, 4 e 5, apresentados no item I do presente artigo. A. Estudo de Caso V. GESTÃO DE ATIVOS Em 2006, um motor de 4 pólos,1700 kw, 13.8V, 500mm de altura de eixo, área de risco livre, acoplado a uma bomba de descoqueamento de uma refinaria de petróleo apresentou barras quebradas [7]. As figuras 16 e 17 apresentam o rotor com as barras quebradas e o estator danificado pelas barras que se levantaram: Também devem ser observadas bandas laterais em 2 vezes a freqüência de escorregamento, as quais podem ser sintomas de: anéis de curto quebrado ou trincado; ponto de aquecimento na barra; barras quebradas; e outras condições do rotor (padrão da figura 1). Já o padrão de manutenção para motores de 4,0 a 13.8kV, PE-2AT-00165, especificamente com relação aos serviços de manutenção preditiva voltados para Análise de Assinatura Elétrica determina que: A monitoração da assinatura de corrente se aplica a todos os motores assíncronos, independente da tensão de operação. É adequada à monitoração e detecção de anomalias no rotor e de determinadas anomalias estatóricas. O sistema de monitoração deve ser ajustado de modo a prover alarmes adequados ao motor monitorado. As seguintes precauções devem ser tomadas para que as medições de assinatura de corrente sejam válidas: - O motor deve ser colocado em regime de carga mínima de 70% da carga nominal. - As medições somente devem ser tomadas após a estabilização da temperatura do motor. - Devem ser observadas a partida e a operação do motor. Para a retirada do motor para reparo devem ser avaliados os sintomas e diagnósticos apontados pelo sistema de monitoração referentes a: - Bandas laterais em 2 vezes a freqüência de escorregamento, as quais podem ser sintomas de (padrão da figura 1): - Anéis de curto quebrado ou trincado; - Ponto de aquecimento na barra - Barras quebradas; - Outras anomalias no rotor; - Raias do espectro demodulado de duas vezes a freqüência fundamental exata, as quais podem ser sintomas de: - Corrente de partida; - Desbalanço de tensão, desequilíbrio da rede; - Desbalanço de corrente, curto entre espiras, curto entre bobinas (padrão da figura 5). Fig. 16 Rotor com barras quebradas Fig. 17 Estator danificado pelas barras quebradas do rotor. Não havia motor reserva. O motor danificado foi enviado para reparo com prazo de retorno em 70 dias. Para não comprometer ainda mais o plano de produção da unidade, buscou-se identificar um motor similar que pudesse ser colocado no lugar do motor danificado (a entrega de um motor novo levaria 6 meses). Foi encontrado um motor similar com as seguintes características: 4 pólos, 1656 kw, 4.16kV, 450mm de altura de eixo, área de risco livre. 7

10 Considerando que o processo de refino está baseado em bombas e compressores, os engenheiros da empresa observaram que o único parâmetro que deveria ser exatamente o mesmo para viabilizar a substituição do motor por outro similar era o número de pólos. Como o motor original não operava na potência nominal era possível usar o motor similar encontrado. O motor similar em estoque era de 4.16/13.8 kv, podendo ser usado na tensão nominal do motor original. O eixo do motor original era mais alto, mas isso era facilmente resolvido ajustando-se o calço do motor. Complementando o fato de que a bomba de descoqueamento não estava instalada em uma área de risco, o motor similar foi considerado apto para substituir o original. Os ajustes necessários foram realizados e o motor similar foi instalado, enquanto o original era reparado, recolocando a bomba em operação. B. Gerenciamento de Motores Em função do aprendizado com o caso apresentado anteriormente, a empresa montou um banco de dados de motores de indução de 14 refinarias com tensão acima de 1kV. Os motores mapeados escolhidos foram os acima de 1kV por serem estes os mais críticos para o processo do refino. Todos os dados enviados pelas refinarias foram reunidos em uma planilha. Atualmente, em um caso de falha em um motor, uma demanda é feita à planilha. Os parâmetros do motor requerido são ajustados de acordo com a Tabela I. Se um motor for encontrado em uma das refinarias da empresa é feito o pedido de empréstimo da máquina para suprir a refinaria em dificuldade. TABELA I PARÂMETROS PARA IDENTIFICAÇÃO DE MOTOR SIMILAR Parâmetro Critério Pólos = Potência Tensão Altura do Eixo Grau de Proteção Área de Risco Como pode ser observado, o gerenciamento de motores pode ser implementado como uma ação independente. Contudo em conjunto com a análise da assinatura elétrica prevista nos padrões de manutenção da empresa, e em implantação desde 2009, pode-se predizer a falha e iniciar o processo de busca de motor similar com a falha ainda em desenvolvimento, ou seja, antes da quebra, evitando-se a parada não-programada. C. Custos Em termos de custo e baseado na experiência da quebra do motor da bomba de descoqueamento, fica fácil de demonstrar os benefícios da implantação de um programa de monitoramento da condição de motores elétricos pela Análise da Assinatura Elétrica e os resultados da metodologia de gerenciamento de motores. Um dia sem produção em função do problema como o motor da bomba de descoqueamento implica em US$ ,00 de perda. 70 dias aguardando o motor ser retificado implicaria em US$ ,00 em perdas. Com o gerenciamento de motores, foram seis dias de perdas que representam US$ ,00. Com o monitoramento da condição pela Análise da Assinatura elétrica, haveria a predição da falha e a identificação do motor similar resultando em apenas um dia de parada ou US$ ,00 de perda. IV. CONCLUSÕES O artigo apresentou uma revisão dos padrões de falha em motores de indução pela análise da assinatura de corrente. Foi apresentado um conjunto de informações para elaboração de procedimentos de coleta e análise para servir de base às equipes que vierem a implantar a metodologia proposta. A metodologia de gerenciamento de motores também foi apresentada e vem sendo utilizada pela empresa. Casos reais foram apresentados para ilustrar a viabilidade técnica e econômica de implantar o monitoramento da condição de motores elétricos pela Análise de Assinatura Elétrica e a metodologia de gerenciamento de motores. V. REFERÊNCIAS [1] Bonaldi, E. L., Oliveira, L. E. L e Borges da Silva, J. G., Análise e Identificação de Falhas em Motores de Indução Trifásicos Através da Técnica de Análise da Assinatura Elétrica ESA, no 26º Congresso Brasileiro de Manutenção, [2] Bonaldi, E. L. Diagnóstico Preditivo de Avarias em Motores de Indução Trifásicos com MCSA e Teoria de Conjuntos Aproximados, tese de doutorado, Universidade Federal de Itajubá, [3] Cardoso, A. J. M.: Diagnóstico de Avarias em Motores de Indução Trifásicos. Coimbra Editora, Coimbra, 1991 [4] Bonaldi, E. L., Oliveira, L. E. L, Torres, G. L. and Borges da Silva, L. E., Proposing a Procedure for the Application of Motor Current Signature Analysis on Predictive Maintenance of Induction Motors, Comaden Portugal. [5] PE-2AT-00147, Manutenção de Motores Elétricos de Indução com Rotor em Gaiola de Esquilo Até 2,3 kv. Petrobras. [6] PE-2AT-00165, Manutenção De Máquinas Elétricas Girantes Com Tensão a Partir De 4,0 kv Até 13,8 kv. Petrobras. [7] Marques, A. B., Bonaldi, E. L., Oliveira, L. E. L, Torres, G. L., Borges da Silva, J. G. and Borges da Silva, L. E., Reducing the Downtime Cost in the Brazilian Refineries through the Remote Induction Motor Health Monitoring and Induction Motor Management NPRA Reliability & Maintenance Conference and Exhibition. Texas USA. VIII. CURRÍCULOS Erik Leandro Bonaldi possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (1999), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (2002) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (2006). Atualmente é sóciogerente - PS Soluções Indústria, Comércio, Representações e Consultoria LTDA. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Automação Eletrônica de Processos 8

11 Elétricos e Industriais, atuando principalmente nos seguintes temas: manutenção preditiva, análise da assinatura elétrica, inteligência artificial e rough sets classifier. Alessandro Bulhões Marques é engenheiro elétrico formado pelo CEFET-RJ, com Mestrado e Doutorado em engenharia elétrica pela COPPE/UFRJ, tendo como área de atuação controle em sistemas de potência. Atualmente trabalha na área de Tecnologia de Automação e Elétrica do Refino da PETROBRAS. Levy Ely de Lacerda de Oliveira possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (1999), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (2002) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (2006). Atualmente é diretor de P&D da PS Soluções Ind., Com., Rep. e Consultoria Ltda. Possui experiência de doze anos no desenvolvimento de sistemas eletrônicos (hardware, firmware e software) para monitoramento de máquinas elétricas por Análise da Assinatura Elétrica. Suas áreas de interesse são: monitoramento de máquinas elétricas, máquinas elétricas, sistemas de aquisição de dados, processamento digital de sinais, eletrônica e microcontroladores. Geraldo Bieler possui graduação em Engenharia Elétrica ênfase em Sistemas de Potencia pela Universidade Federal Fluminense (1987). Trabalhou na Refinaria Henrique Lage da Petrobras até É membro Comitê de Normalização Técnica da Petrobras desde É Consultor Técnico do Abastecimento no Petróleo Brasileiro S/A desde 2005 e Engenheiro de Equipamentos Senior desde Desenvolve trabalhos na gestão, acompanhamento operacional, implantação de novas tecnologias, assistência técnica, capacitação e difusão do conhecimento interno, apoio técnico a empreendimentos, ampliações e projetos na área de equipamentos elétricos nas Unidades de Operações no Refino na Petrobras Jonas Guedes Borges da Silva possui graduação em Engenharia de Computação (2005) e mestrado em Engenharia Elétrica (2008) pela Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), sendo que atualmente é aluno do curso de doutorado em Engenharia Elétrica da mesma instituição. Tem experiência na área de Engenharia da Computação atuando principalmente nos seguintes temas: desenvolvimento de softwares, processamento digital de sinais e manutenção preditiva de motores elétricos. Atualmente é pesquisador da PS Soluções. Engenharia Elétrica pela École Polytechnique de Montreal, Canadá, em Bacharel em Ciências Econômicas pela Faculdade de Ciências Econômicas do Sul de Minas, em Licenciatura Plena em Matemática pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Itajubá, em Consultor de diversas concessionárias de energia elétrica no país e no exterior. Diversos cursos ministrados nas áreas de Sistemas Elétricos de Potência, Métodos Numéricos e Inteligência Artificial para Companhias de Eletricidade e Indústrias Brasileiras e Canadenses. Professor-Visitante da University of Waterloo Canadá, Ministrou cursos a nível de Pós-Graduação na École Polytechnique de Montréal e na Concordia University, no Canadá. Diversas palestras proferidas em Congressos e Universidades no Brasil, Estados Unidos, Canadá, Europa e Ásia. Revisor e Presidente de Sessão em diversos congressos internacionais como IEEE-PES, IEEE-Fuzzy Systems, IEEE- Neural Networks, IEEE-SMC, IEE, IFAC e CIGRÉ. Pró- Diretor de Pesquisa e Pós-Graduação da UNIFEI, Professor-Tutor do Programa Especial de Treinamento (PET/IEE/EFEI-CAPES), Pesquisador 1B do CNPq. Membro do CA-EE do CNPq, Membro da Comissão do Exame Nacional do Curso de Engenharia Elétrica (Provão), Membro do ISAP International Board. Vice-Presidente do Congress of Logic Applied to Technology (LAPTEC), 2003 e Presidente do The International Conference on Intelligent System Application to Power Systems (ISAP), 1999 e Presidente do 1 Congresso Brasileiro de Redes Neurais, Orientou mais de 70 teses de doutorado e dissertações de mestrado. Publicou mais de 450 artigos técnicos em revistas e conferências. Luiz Eduardo Borges da Silva possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (1977), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá (1982) e doutorado em Engenharia Elétrica - Ecole Polytechnique de Montreal (1988). Atualmente é professor titular da Universidade Federal de Itajubá. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos, atuando principalmente nos seguintes temas: controle inteligente, eletrônica de potência, operação de sistemas, controle adaptativo e manutenção preditiva. Germano Lambert Torres é Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico da PS Soluções. Professor Titular da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). Engenheiro Eletricista, formado pela Escola Federal de Engenharia de Itajubá (EFEI), em Mestre em Engenharia Elétrica pela EFEI, em Doutor (Ph.D.) em 9