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ANÁLISE DE VIBRAÇÕES EM COMPRESSORES DE
PARAFUSOS
TRABALHO DE DIPLOMA
**Márcio Tadeu de Almeida * Fabiano Ribeiro do Vale Almeida ****
- Professor e ** Aluno da Escola Federal de Engenharia de Itajubá. email: [email protected]
INTRODUÇÃO
A Manutenção, como os demais setores da indústria, tem exigido constante aprimoramento na qualidade de seus produtos, em face de disputa do mercado. Nas últimas décadas, esta prática tem obrigado as indústrias cada vez mais reduzirem seus custos operacionais. Estes custos são afetados pela eficiência de um sistema de manutenção. As Empresas, através do departamento de manutenção, vem dando todo apoio necessário ao desenvolvimento, aprimoramento e implantação de tecnologias aplicadas à Manutenção. Atualmente vem trabalhando em três frentes distintas de seus compressores :
! Análise de Vibração Mecânica; ! Análise de Corrente Elétrica; ! Análise de Temperatura.
DESENVOLVIMENTO
1-Manutenção Preditiva
A idéia de parar uma máquina para abri-la, inspecioná-la ou esperar que venha a falhar pode ser um grande risco para a produção. Baseado neste conceito e considerando-se os aspectos de segurança, confiabilidade, desempenho e disponibilidade,
conclui-se que o ideal é que a manutenção intervenha na máquina apenas quando e onde se fizer necessário. A Manutenção Preditiva se propõe, através de técnicas de diagnose, estabelecer parâmetros confiáveis para avaliação do estado real dos componentes e, com isto, prever uma falha, ao invés de apenas presumi-la. A Manutenção Preditiva baseia-se no monitoramento da condição, que é feita com a coleta de dados periódicos, interpretação dos mesmos, avaliando a sua severidade e traçando sua tendência ao longo do tempo, visando uma intervenção coerente tanto técnica como econômica, auferindo os seguintes benefícios:
! Evitar paradas de emergência; ! Reduzir as paradas e aberturas de máquinas para inspeção; ! Orientar as Manutenções Preventivas; ! Aumentar a disponibilidade dos equipamentos para produção; ! Reduzir a extensão dos danos; ! Otimizar os métodos operacionais das máquinas; ! Recomendar sobressalentes; ! Reduzir o número de sobressalentes estocados; ! Usar ao máximo a vida útil das peças; ! Propor melhorias (Manutenção Proativa).
2-Manutenção Preditiva nas Empresas.
A Manutenção Preditiva está centralizada na divisão de Projetos e Engenharia de Manutenção, responsável pela coordenação e aplicação de novas tecnologias à manutenção. Esta centralização facilita o envolvimento de especialistas das diversas áreas da engenharia na elaboração de recomendações decorrentes de uma das técnicas de diagnose em andamento e está baseada nos seguintes itens : ! Menor investimento; ! Racionalização dos recursos; ! Domínio da tecnologia de uma forma integrada e mais rápida; ! Suporte à divulgação da tecnologia a outras manutenções;
3-Implantação da Manutenção Preditiva usando Análise de Vibração Mecânica
Em linhas gerais, o planejamento da implantação desta técnica de diagnose pode ser dividido em duas fases : A primeira inclui o domínio da tecnologia e acompanhamento das máquinas consideradas críticas para o processo produtivo. O sistema de gerenciamento é geralmente constituído de 1 coletor de dados,e o respectivo Software.
! Importância no processo produtivo; ! Tempo de parada para reparo em emergência; ! Disponibilidade de sobressalente; ! Disponibilidade de reserva; ! Valor do investimento; ! Condição de operação da máquina.
Figura 2 – Foto de um dos compressores incluídos no programa.
4.2- Preparação dos Dados
Viabilidade das medições
Após a definição da relação das máquinas, o grupo inicia a análise, que consiste em:
! Condições de segurança (pessoal e instrumental); ! Condições técnicas de medição; ! Levantamento de dados de projeto da máquina.
Rotas
São constituídas de compressores com a mesma periodicidade de leitura, pertencentes a uma área física. O número de compressores por rota é limitado em função da capacidade do coletor. A cada rota é atribuído um nome. E dentre desta, as máquinas e pontos de medição são nominalmente identificados e racionalmente dispostos. As figuras 3 e 4 mostram os esquemas de uma rota de medidas.
Figura 3 – Rota do conjunto motor-compressor
Figura 4 – Pontos de medição
Periodicidade de coleta de uma leitura
A definição da periodicidade ideal de leitura de vibração de uma máquina, deve ter como base, a princípio, o intervalo de tempo entre duas manutenções preventivas. Tomamos este intervalo e dividimo-los em 6 ou 8 partes, sendo esta fração tomada como ponto de partida para definição da periodicidade de leitura. A razão em se fazer deste modo é que teremos um número de leituras para traçar uma “ Curva de Tendência” confiável. Após esta fase, sempre algum ajustamento será feito para atender à jornada de trabalho, otimização nas periodicidades das
Rota
Pontos de medições
Com o acúmulo de experiência em análise de vibração, no conhecimento do comportamento do conjunto, com o tempo pode-se eliminar algumas leituras. Os níveis de vibração costumam variar em função das condições de operação do equipamento tais como carga, temperatura ambiente ou influência de equipamentos próximos. Sendo assim, ao monitorar o compressor de parafuso é fundamental que no ato da medição sejam tomados alguns “dados adicionais” que indiquem um valor comparativo para orientar quanto às variações de vibração. Esses dados se relacionam diretamente com a carga no compressor, dessa forma influindo consideravelmente nos valores da vibração. Os dados operacionais são importantes para a análise :
Horas trabalhadas;
Horas em carga;
Pressão de óleo;
Pressão de descarga do ar;
Pressão do ar no intercooler;
Indicação do estado do filtro de ar;
Temperatura de entrada da água;
Temperatura de saída da água;
Temperatura de saída do ar.
Determinação dos Limites de Vibração
A definição dos limites é importante no gerenciamento desta máquina, pois, em função destes é que as decisões são tomadas. Na realidade, estes limites são faixas válidas e dentro destas faixas o motor-compressor são qualificados quanto à sua condição de estado. A tabela abaixo será usada como uma norma, baseado no monitoramento e histórico dos conjuntos motor-compressor. A fim de orientar as manutenções de áreas, as máquinas conterão etiquetas especiais nas quais estarão gravados os valores dos limites acima mencionados.
Tabela 1. Níveis de vibração (alarme) do compressor
TABELA COM NÍVEIS DE SEVERIDADE DE VIBRAÇÃO VALOR RMS DE VIBRAÇÃO (OVERALL) mm/s até 3200 Hz Tipo de máquina Bom Aceitável Alarme 1(alerta)
Alarme 2
Compressor de fusos rotativos (lóbulos)
Até 6 6 a 8 8 13
4.3- Programação dos Dados
Tudo que foi exposto até aqui se aplica a um sistema, de acompanhamento e gerenciamento computadorizados. A seguir, mostramos os dados necessários a cada fase de programação do microcomputador:
! Programar rota: Nome da rota; Localização; Ciclo padrão. ! Programar máquina : Nome da máquina; Número de pontos; Identificação dos pontos; ! Programar pontos de leitura; Ponto de leitura; Direção; Parâmetros; Alarme global; ! Programar parâmetros espectrais : Rotação nominal da máquina; Freqüência máxima; Resolução do espectro; Número de médias; Número de espectros armazenados;
A figura 6 abaixo, mostra um exemplo de programa do setup de um ponto de medida.
Figura 6 – Programação de dados - Setup
4.4- Registros Iniciais – Linhas de Base.
Os primeiros sinais ou espectros registrados de uma máquina merecem uma análise mais apurada quando esta se encontra operando por um bom tempo e não se tem registro do início de sua operação.
podemos também utilizar os sinais no tempo. Desta maneira, conhecemos as frequências com suas respectivas amplitudes. A conclusão da análise consiste em associar cada amplitude com sua freqüência correspondente e também a um elemento da máquina, e identificando o tipo de defeito. Após esta análise estaremos em condição de fazer as recomendações que se fizerem necessárias. A figura 7 indica um defeito no par de engrenagens do elemento compressor, e a figura 8 mostra o sinal no tempo diagnosticando que a freqüência de engrenamento está modulando com a rotação da coroa.
Figura 7 e 8 – Espectro e sinal no tempo
Frequência
4.6- Comunicação entre as Manutenção Preditiva e áreas
Os setores de manutenção das áreas envolvidas no programa receberão periodicamente relatórios, informando as condições das suas máquinas sob controle.
4.7- Análise de Temperatura
A verificação contínua da temperatura de um compressor é um dado importantíssimo na manutenção preditiva. Como é natural, uma alteração qualquer na temperatura de funcionamento de um compressor é indicativo de modificação no comportamento do compressor. Por tais motivos, a temperatura é um parâmetro que deve ser levado em consideração em todo e qualquer programa de manutenção, em qualquer nível. A operação ou funcionamento dos compressores são estabelecidos por uma temperatura determinada, quando atingido o equilíbrio térmico, sem o que as dilatações de alguns componentes poderão trazer como conseqüência prejuízos aos demais componentes. A figura 9 mostra a curva de tendência da temperatura medida em um dos mancais do compressor de parafusos.
Figura 9 – Tendência dos níveis de temperatura
4.8-Análise de Corrente
O diagnóstico de problemas em estator ou rotor do motor elétrico pode ser feito pela medição da corrente que alimenta o motor. Entendemos que a monitoração da corrente elétrica, permite uma avaliação com maior definição e clareza, uma vez que analisa a condição magnética diretamente na fonte geradora de eventual problema. É uma boa ferramenta para determinar as condições do motor, em relação a sua parte elétrica. A figura 10 mostra o sinais harmônicos da freqüência da rede elétrica em
