Manutenção Baseada na Condição

Manutenção Baseada na Condição na Tabaqueira, E.I.T Ana Marta Viseu da Conceição Dissertação de Mestrado Orientador na FEUP: Prof. Armando Leitão Orientador na Philip Morris International/ Tabaqueira: Eng.º José Pauleta Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 2013-07-25 Manutenção Baseada na Condição ii Manutenção Baseada na Condição iii Coming together is a beginning; Keeping together is progress; Working together is success. -Henry Ford- Manutenção Baseada na Condição iv Manutenção Baseada na Condição v Resumo No quadro complexo e competitivo atualmente vivido pelas empresas industriais, a inovação e a melhoria contínua têm que fazer parte do dia-a-dia destas organizações, inclusivamente no departamento de Manutenção. A manutenção baseada na condição tem-se revelado uma grande aposta das empresas para diminuir interrupções não programadas de equipamentos, ajustar planos de manutenção preventiva e conhecer a sua condição física. Este tipo de manutenção necessita de aparelhos de monitorização, tais como medidor de vibrações e a câmara termográfica. O elevado custo deste tipo de aparelhos, aliado à exigência de recursos com conhecimentos teóricos e consequente necessidade de aposta na formação, pode levar a que muitas empresas recuem na implementação desta manutenção. Na Tabaqueira,E.I.T, empresa multinacional, era recorrente a contratação de empresas especializadas para monitorizar alguns equipamentos com elevados custos associados. Neste tipo de empresas aposta-se fortemente na redução de desperdício e na redução de custos de modo a torná-la mais competitiva. É precisamente com base nesta situação que o projeto é desenvolvido com o objetivo de estudar, desenvolver e implementar a manutenção baseada na condição em equipamentos industriais. Inicialmente surgiu a necessidade de levar a cabo uma pesquisa e análise dos equipamentos com base em critérios de seleção: criticidade do equipamento em relação ao processo e ao número de avarias (com base no historial do número de intervenções). Partindo de uma análise exaustiva dos critérios de seleção foi possível definir dentro dos equipamentos os componentes aos quais se deve fazer uma monitorização. Desenvolveram-se posteriormente procedimentos de análises de vibrações e termografia. Para tal criaram-se instruções de funcionamento para a correta utilização dos aparelhos de monitorização, uniformizando o processo. Com o objetivo de avaliar e classificar os equipamentos foram analisadas diferentes normas ISO e informações técnicas. Esta classificação é fundamental para compreender e determinar o estado atual do equipamento, verificando-se se tem ou não um funcionamento correto e a eventual necessidade de intervenção. Realizaram-se medições a ventiladores, secadores, máquinas de corte e a quadros elétricos, onde se avaliou a condição de cada equipamento e posteriormente fez-se um relatório para cada análise. Após todas as medições feitas e respetivas avaliações, definiram-se datas para a manutenção condicionada ser realizada em concordância com a manutenção preventiva já existente. Com o projeto verificou-se uma redução aproximadamente de 18% do tempo destinado à manutenção preventiva. Com a implementação deste novo tipo de manutenção, surgem vantagens quer a nível de ocupação dos técnicos, na vida útil dos equipamentos e consequentemente da fiabilidade. Como conclusão de todo o procedimento descrito, construiu-se o processo de manutenção baseada na condição, porém, é necessário relembrar que a indústria, equipamentos e respetivas abordagens estão em constante mudança, sendo que, a melhoria contínua não pode ser esquecida e deve sempre procurar obter os melhores resultados possíveis. Manutenção Baseada na Condição vi Condition Based Maintenance Abstract In the complex and competitive framework experienced by industrial companies nowadays, innovation and continuous improvement have to be part of these organizations’ day-to-day’, including the Maintenance department. The condition based maintenance has proven to be a great choice by companies to reduce non-programmed interruptions of equipments, to adjust plans of preventive maintenance and to know its physical condition. This type of maintenance needs monitoring devices, such as vibration measurer and thermography. The high cost of such devices, combined with the demand of resources with theoretical knowledge and consequent need to increase training, may lead to the retreat of many companies concerning the implementation of this maintenance. In Tabaqueira, E.I.T, a multinational company, specialized companies were frequently hired to monitor some equipments associated with a high cost. These types of companies are strongly committed to reducing waste and expenses, in order to make it more competitive. It is based in this situation precisely that the project is developed, with the goal of studying, developing and implementing condition based maintenance in industrial equipments. Initially it was felt the need to carry out a research and analysis of equipment based on selection criteria: criticism of equipment concerning the process and the number of failures (based on the track record of the number of interventions). Departing from an exhaustive analysis of the selection criteria, it was possible to define which components, within the equipments, should be monitored. Posteriorly, vibration analysis and thermography procedures were developed. To that end, operating instructions were created for a correct use of monitoring devices, standardizing the process. Different ISO standards and technical information were analyzed in order to evaluate and classify the equipments. This classification is fundamental to understand and determine the current state of the equipment, checking how it is working and an eventual need for intervention. Measurements of fans, dryers, cutting machines and electrical panels were conducted, in which each equipment condition was evaluated and later a report was made for each analysis. After all measurements and correspondent evaluations were held, the dates for the conditioned maintenance execution were established in agreement with the already planned preventive maintenance. With the project, there was a reduction of approximately 18% of the time intended for preventive maintenance. With the implementation of this new type of maintenance, there are advantages both concerning technicians occupation, and in the useful life of equipment and their reliability. In conclusion of all the described procedure, a process of condition based maintenance was created, however, it is essential to remind that the industry, equipments and correspondent approaches are constantly changing and that continuous improvement can’t be overlooked and must seek to obtain the best results possible. Manutenção Baseada na Condição vii Agradecimentos O meu primeiro agradecimento dirige-se ao Manuel A.V.G pela oportunidade que me deu para realizar este projeto na empresa. Agradeço também pelo seu apoio e confiança. Agradeço ao meu orientador, José Pauleta, por todo o apoio, simpatia, confiança, pelos desafios que me colocou e por acreditar no meu projeto e nas minhas capacidades de o executar. Ao Rogério, por todo o conhecimento e confiança que me transmitiu, por todo o apoio, simpatia e disponibilidade um enorme obrigado e espero um dia voltar a ter o prazer de trabalhar contigo. Ao Pirralho, Monteiro, Paulo e Lucas pela companhia, carinho, apoio, transmissão de conhecimentos e pelos nossos almoços na cantina que era uma das melhores partes do meu dia. Ao Diogo, Nuno, Manuel Teixeira e Luís Cargaleiro pela simpatia e disponibilidade que sempre demostraram. Um grande agradecimento aos dois supervisores de manutenção, Horta e Simões, pela simpatia, pela transmissão de conhecimentos e por estarem sempre dispostos a ajudar. Não posso deixar de agradecer aos técnicos que sempre se mostraram disponíveis para me ajudar e principalmente por estarem dispostos a aceitar novos desafios. Sem toda a ajuda destas pessoas o meu projeto seria impossível de se realizar, por isso tudo, um muito obrigado. Ao meu orientador da faculdade, Armado Leitão, por todo o apoio, disponibilidade, pela confiança e conhecimentos que me transmitiu, agradeço. Ao Professor Dias Rodrigues por me ajudar e por se demonstrar disponível quando tive dúvidas. Agradeço aos meus pais por todo o apoio, carinho, simpatia, confiança e paciência pelas situações mais difíceis que tive que ultrapassar. À minha irmã que é a minha melhor amiga e que sempre me apoiou e esteve sempre comigo nos momentos altos e baixos, um muito obrigado. À minha avó, padrinhos, tios e primos por todo o carinho e apoio. Dedico este projeto e o meu futuro sucesso à minha família, porque sem vocês nada seria possível. Por último um grande agradecimento a todos os meus amigos por todo o apoio, carinho, amizade e por me ensinarem a ser uma pessoa melhor ao longo de todos estes anos. Em primeiro lugar não posso deixar de agradecer à Rita Costa pela paciência, amizade e dedicação para comigo, um muito obrigado. Em especial agradeço à Helena Falcão, Joana Almeida, Teresa Afonso, Gonçalo Bernardo, Sara França, Inês Machado, Eduardo Barbosa, Clara Ferreira, Luís Macedo, Joana Marrucho, Tomás Alves, João Teles, Joana Teixeira, Tiago Godinho, Catarina Spratley, João Nogueira, Pedro Noronha, Carlos Vieira, Diogo Moura e Eduardo Moreira. Aos meus grandes amigos Jessica Jesus, Pedro Tomás, Daniel Silva por todo o carinho, apoio, paciência e por sempre estarem comigo mesmo eu estando longe, um muito obrigado e sei que os vou levar para a vida. A todos que direta ou indiretamente me ajudaram um muito obrigado. Manutenção Baseada na Condição viii Manutenção Baseada na Condição ix Índice de Conteúdos 1 Introdução ........................................................................................................................................... 1 1.1. Tabaqueira, E.I.T. ................................................................................................................................ 1 1.1.1. Apresentação da empresa ................................................................................................. 1 1.1.2. Secção do Primário ........................................................................................................... 2 1.2. Manutenção baseada na condição na Tabaqueira, E.I.T. .................................................................... 3 1.3. Metodologia .......................................................................................................................................... 3 1.4. Organização da Dissertação ................................................................................................................ 4 2 Manutenção – Enquadramento teórico ............................................................................................... 5 2.1. Manutenção Industrial .......................................................................................................................... 5 2.1.1. Missão da manutenção ...................................................................................................... 5 2.1.2. Contextualização histórica ................................................................................................. 6 2.2. Tipos de manutenção ........................................................................................................................... 6 2.2.1. Manutenção Planeada ....................................................................................................... 7 2.2.2. Manutenção Não Planeada ............................................................................................... 8 2.3. Indicadores de desempenho ................................................................................................................ 8 2.3.1. Taxa de Avarias (λ) ............................................................................................................ 8 2.3.2. MTBF ............................................................................................................................... 10 2.3.3. MTTR ............................................................................................................................... 10 2.3.4. Disponibilidade ................................................................................................................ 10 2.4. Custos da manutenção ...................................................................................................................... 11 3 Manutenção Baseada na Condição .................................................................................................. 13 3.1. Conceito ............................................................................................................................................. 13 3.2. Vantagens e Desvantagens ............................................................................................................... 15 3.3. Técnicas de monitorização ................................................................................................................. 16 3.3.1. Análise de Vibrações ....................................................................................................... 16 3.3.2. Análise Termográfica ....................................................................................................... 24 4 Enquadramento do projeto ................................................................................................................ 29 4.1. Caracterização da secção .................................................................................................................. 29 4.2. Manutenção na secção ...................................................................................................................... 29 4.2.1. Aplicação da manutenção baseada na condição ............................................................. 31 5 Desenvolvimento do projeto .............................................................................................................. 33 5.1. Definição dos critérios de seleção ...................................................................................................... 33 5.2. Procedimentos ................................................................................................................................... 34 5.2.1. Procedimento de análise de vibrações ............................................................................ 34 5.2.2. Procedimento de termografia ........................................................................................... 38 5.3. Utilização dos equipamentos de monitorização da condição ............................................................. 41 5.3.1. Instrução de funcionamento para os equipamentos de medição ..................................... 42 5.4. Análise de dados ................................................................................................................................ 42 5.4.1. Análise de Vibrações ....................................................................................................... 42 5.4.2. Análise Termográfica ....................................................................................................... 46 5.5. Base de Dados ................................................................................................................................... 50 5.6. Planeamento da manutenção condicionada ...................................................................................... 51 5.7. Melhoria dos tempos de preventiva ................................................................................................... 52 6 Conclusões ........................................................................................................................................ 55 6.1. Considerações finais .......................................................................................................................... 55 Manutenção Baseada na Condição 2 Operations Operations Planning Supply Chain Manufacturing Primary CI & Training Project Engineering Secondary EHS & Security Quality Assurance 1.1.2. Secção do Primário O projeto desenvolveu-se na estrutura organizacional das Operações, na secção do Primário, no departamento da Manutenção. A secção em questão tem como missão “produzir tabaco para fornecimento ao Secundário com a qualidade e quantidade requerida dentro dos prazos estabelecidos”. Nesta secção ocorre a primeira fase do processo, a preparação de diferentes blends de tabaco que resultam em diferentes marcas, em que o tabaco e os restantes ingredientes são combinados nas condições e proporções específicas para cada produto. O processo inicia-se com a receção dos vários tipos de folhas de tabaco (Burley, Virginia e Oriental), tabaco expandido e nervura. Uma zona de armazenamento inicial junto da instalação produtiva, infeed, fornece a linha de forma contínua. O tabaco é processado na área de condicionamento de modo a aumentar a humidade, provocando a abertura das folhas inicialmente secas e comprimidas. Posteriormente de forma a obter uma melhor mistura dos diferentes tipos de tabaco, este é descarregado em silos de pré-mistura. Em seguida passa-se à separação das partículas pesadas, removendo a nervura e outros materiais. Alguns ingredientes, como os humidificantes, ajudam a manter a humidade e a maleabilidade da folha de tabaco. O processo continua na área de corte, onde a mistura é cortada em dimensões standard para o fabrico do cigarro e posteriormente passa pelo processo de secagem até a humidade especificada para cada brand ser obtida. Relativamente ao tabaco expandido passa pelo mesmo processo até ao separador de partículas, sendo depois cortado, expandido e humidificado. A nervura é processada de modo diferente, sendo humidificada, laminada, cortada e seca, originando nervura processada. Deste processo resulta o cutfiller 1 , ou seja, o tabaco em rama, tabaco expandido e nervura, podendo ainda ter tabaco reconstituído em função da marca que se está a produzir. Para além da alimentação do Secundário 2 , o setor do Primário produz para exportação. 1 Cutfiller é composto por tabaco em rama, tabaco expandido e nervura, podendo ainda conter tabaco reconstituído de acordo com a marca. 2 A secção do Secundário refere-se à zona do fabrico do cigarro, o qual inclui também o empacotamento desde o maço à caixa. Figura 2 Organigrama da empresa Tabaqueira, E.I.T. Manutenção Baseada na Condição 3 1.2. Manutenção baseada na condição na Tabaqueira, E.I.T. A manutenção era já uma preocupação da empresa em análise, no entanto considerou-se que poderia obter-se melhorias significativas caso se fizesse a introdução de manutenção condicionada, ou seja por monitorização de equipamentos. Relativamente à manutenção, já existiam planos de manutenção preventiva (prevenção de avarias) que haviam sido melhorados de modo a reduzir a manutenção corretiva (reparação após avaria). Após um estudo exaustivo na área da manutenção verificou-se que a implementação de um sistema de monitorização dos equipamentos traria vantagens nomeadamente ao nível da ocupação dos técnicos e da vida útil dos equipamentos. É precisamente neste sentido que o projeto se desenvolve, ou seja, na criação de procedimentos para uma implementação eficaz. Para tal procedeu-se a uma análise inicial dos equipamentos existentes na área do Primário, classificando-os de acordo com dois critérios: criticidade relativamente ao processo e número de avarias (com base no histórico de intervenções). Tal permitiu restringir um grupo de equipamentos que deveriam ser sujeitos a uma monitorização de dois parâmetros físicos, análise de vibrações e termografia (não sendo obrigatoriamente sujeitos a ambos). Repare-se que cada equipamento é um conjunto de máquinas, referindo o exemplo de um ventilador que é constituído por um ventilador, correia de transmissão, motor e um veio de ligação. Partindo de um estudo das normas, tabelas, manual do equipamento e dados recolhidos no próprio equipamento criaram-se procedimentos para uma monitorização eficaz. Em simultâneo surgiu a necessidade de elaborar instruções de funcionamento mais visuais e intuitivas dos aparelhos de medição para uniformizar as medições, evitando um diagnóstico errado condicionado por uma má avaliação. A introdução deste procedimento envolve não só melhorias para os equipamentos, mas sobretudo envolve os colaboradores, consciencializando-os para a necessidade de acompanhar regularmente a máquina, fazer uma melhor análise, evitando até desperdício a nível do tempo ocupado com manutenção desnecessária dos equipamentos. 1.3. Metodologia Definiu-se inicialmente uma metodologia (Figura 3) na qual se destacaram etapas para a realização do projeto. Figura 3 Esquema de metodologia aplicada Manutenção Baseada na Condição 4 Numa fase inicial procedeu-se a um levantamento dos equipamentos da área do Primário, com recurso ao sistema de gestão SAP 3 , criando-se uma base de dados com nomenclatura do equipamento e respetivos constituintes, assim como informação relativa à linha de produção na qual está inserido. Passou-se de seguida à definição dos critérios de seleção, de modo a definir o grupo de equipamentos críticos. Em seguida surgiu a necessidade de fazer um estudo da análise de vibrações e de termografia, para cada equipamento considerado crítico. Tal permitiu determinar o tipo de análise a executar, podendo haver necessidade de fazer as duas análises a um só equipamento. Assim, mais uma vez foi possível restringir o número de equipamentos a ser analisado. Para análise de vibrações (indicada pelas setas a verde) foi necessário a recolha de características mecânicas e nominais das máquinas ao contrário da análise termográfica para a qual não existe essa necessidade (indicada pela seta a vermelho). Para ambas as análises criaram-se procedimentos, para posterior execução de testes de modo a possibilitar uma análise dos resultados e consequentemente criação de relatórios. Partindo desta metodologia foi possível atingir o objetivo principal de definir um plano de manutenção condicionada para monitorização dos equipamentos da referida área. 1.4. Organização da Dissertação A presente dissertação organiza-se em seis capítulos. O primeiro capítulo é constituído por uma breve Introdução à empresa e descrição da respetiva área produtiva na qual o projeto foi desenvolvido. Em simultâneo descreve-se o projeto realizado, objetivos e metodologia utilizada. O segundo capítulo refere-se a um Enquadramento teórico no qual se desenvolve o tema da manutenção, focando tipos de manutenção, contextualização histórica, vantagens e desvantagens. No terceiro capítulo faz-se uma abordagem mais detalhada da manutenção condicionada, referindo-se o conceito, técnicas de monitorização, vantagens e desvantagens. Relativamente ao quarto capítulo, Enquadramento do projeto, procede-se à caracterização da linha referindo equipamentos e organização, manutenção da linha focando os planos de manutenção e problemas associados. O capítulo cinco, trata-se do Desenvolvimento do projeto, no qual são definidos critérios de seleção e grupo de equipamentos críticos, passando-se para a elaboração de procedimentos de forma a monitorizar os equipamentos permitindo a obtenção de relatórios para posterior análise. Finalmente, no sexto capítulo é possível retirar conclusões relativas ao desenvolvimento do projeto. No mesmo capítulo surgem algumas sugestões de trabalhos futuros que possam ser implementados na empresa. 3 SAP, sistema de gestão criado por uma empresa alemã que permite gerir todos os dados da organização Manutenção Baseada na Condição 5 2 Manutenção – Enquadramento teórico 2.1. Manutenção Industrial Segundo a norma EN 13306:2001, versão portuguesa, manutenção é definida como a “Combinação de todas as ações técnicas, administrativas e de gestão, durante o ciclo de vida de um bem, destinadas a mantê-lo ou repô-lo num estado em que ele pode desempenhar a função requerida.” Refira-se que a manutenção pode ser entendida como o conjunto de procedimentos que visa o perfeito funcionamento de um equipamento maximizando o seu tempo de vida útil, corrigindo e se possível antecipando eventuais falhas. É ainda necessário referir a diferença entre a vida útil e vida económica de um equipamento. A vida útil de um equipamento refere-se ao período de tempo entre a aquisição do equipamento até o seu fim de vida. A vida económica é o período de tempo, desde a entrada de um equipamento novo, até ao momento onde se obtém a minimização dos custos despendidos na utilização desse equipamento. A manutenção deve começar numa fase de projeto ou conceção e na instalação industrial do equipamento. É nesta fase que a capacidade de um equipamento (sistema reparável) ser mantido, a capacidade de estar operacional e a duração de vida vão ser prédeterminados. A disponibilidade, a qualidade e eficiência das máquinas/equipamentos produtivos têm um papel determinante na competitividade da empresa. Isto significa que a área da Manutenção desempenha um papel muito importante e fundamental ao qual é necessário cada vez mais atenção. Quando se comprova o impacto da Manutenção nos custos de fabrico, na qualidade do produto, na flexibilidade e rapidez de resposta a encomendas e na diminuição de prazos de entrega, compreende-se quanto é importante implementar uma política de Manutenção. Assim, um dos principais objetivos da manutenção passa por maximizar a disponibilidade e longevidade dos equipamentos, reduzindo as paragens de produção devidas a avarias, bem como assegurar os níveis de qualidade do trabalho prestado pelos mesmos. 2.1.1. Missão da manutenção Mobley (2002) refere que contrariamente à opinião popular, o papel da manutenção não é somente “reparar” uma avaria, mas sim evitar todos os prejuízos que são causados por equipamentos ou problemas relacionados com o sistema. A missão da manutenção é de obter e sustentar os seguintes objetivos:  Ótimas condições de funcionamento;  Máxima utilização de recursos de manutenção;  Prolongar a vida útil do equipamento;  Minimizar o inventário de peças;  Agilizar a capacidade de reação.3 Manutenção Baseada na Condição 6 1º Geração Manutenção Corretiva (reparação após avaria) 2ª Geração Crescente automatização Valorização da preservação dos equipamentos Manutenção Preventiva 3ª Geração Novos desafios de gestão de recursos Gestão integrada da Manutenção e nível organizativo Manutenção Planeada Corretiva Preventiva Sistemática Condicionada Não planeada Corretiva (curativa) 2.1.2. Contextualização histórica Nos últimos 20 anos a manutenção tem passado por bastantes alterações, sendo estas consequência de um aumento do número e diversidade dos itens físicos a ser mantidos, dos projetos atingirem níveis de complexidade elevados, das novas técnicas de manutenção e das novas focagens sobre a organização da manutenção e as suas responsabilidades. Desde os anos 30, a evolução da manutenção pode ser dividida em três gerações, Figura 4. 2.2. Tipos de manutenção Antes de abordar a manutenção baseada na condição é necessário compreender a existência de outros tipos de manutenção. São várias as opiniões relativamente aos diferentes tipos de manutenção existentes, mas a forma mais correta de classificar a manutenção será dividi-la em dois tipos, Manutenção Planeada e Manutenção Não Planeada, como recomenda Cabral (2004). Como é de conhecimento geral, em qualquer política de manutenção aplicada num contexto industrial será sempre mais viável planear uma ação do que não planear. É ainda necessário ter em atenção que nem sempre uma manutenção planeada traz benefícios económicos ao nível dos equipamentos, é pois necessário fazer um trade-off (custo/benefício) para perceber se deve ou não realizar-se este tipo de manutenção. Em determinados casos nos quais não se verifique vantajosa a utilização da manutenção planeada, deve então optar-se pela realização então de uma manutenção não planeada. De modo a permitir uma melhor compreensão, a Figura 5 demonstra a manutenção de equipamentos de forma esquematizada. Figura 4 Evolução da Manutenção Figura 5 Tipos de manutenção Manutenção Baseada na Condição 7 Com o objetivo de facilitar a compreensão dos diferentes sistemas e tipos de manutenção proceder-se-á a uma análise mais detalhada do esquema. Desta forma expõem-se os tipos de manutenção dividindo-os em dois grupos principais: manutenção planeada e manutenção não planeada. 2.2.1. Manutenção Planeada A manutenção planeada é um tipo de manutenção em que se prepara, devidamente as intervenções a serem realizadas, em termos de peças de reserva, tempos de entrega de peças e disponibilidade do equipamento. Com isto, é uma manutenção que pode trazer mais benefícios em termos económicos e em que a vida útil do equipamento prolonga-se, uma vez que ao fazer planeamento da intervenção existe um maior controlo dos equipamentos. Como descrito pelo esquema na manutenção planeada distingue-se a preventiva e a corretiva. Assim a manutenção preventiva tem a função de prevenir paragens não planeadas e danos prematuros nos equipamentos, que caso não fossem reparados resultariam em atividades de carácter corretivo. Esta manutenção é baseada no estado do equipamento, local de instalação, dados fornecidos pelo fabricante, entre outros. Os objetivos da manutenção preventiva são a máxima redução do número de avarias em serviço (aumentando a disponibilidade dos equipamentos); diminuição do número total de intervenções corretivas (diminuindo o custo da manutenção corretiva); grande diminuição do número de intervenções corretivas. É de notar diversas vantagens deste tipo de manutenção, a título de exemplo a redução do número de avarias e por consequência o decréscimo do número de paragens na produção. A redução nos custos de reparação; a maior durabilidade dos equipamentos e maior segurança nos equipamentos e no processo são igualmente vantagens apontadas. Através da visualização da Figura 5 pode ainda notar-se que dentro da manutenção preventiva existem ainda dois ramos, ou seja, dois sistemas: a manutenção sistemática e a manutenção condicionada (manutenção baseada na condição). Relativamente à manutenção sistemática é efetuada de forma periódica, em intervalos de tempo estabelecidos, tendo por objetivo manter o sistema num estado de funcionamento equivalente ao inicial. Este tipo de manutenção traz algumas vantagens e desvantagens. Entre as vantagens deste tipo, refira-se a possibilidade de se poder obter o custo à priori de cada operação de manutenção, em simultâneo as operações e paragens são programadas de acordo com a produção. Em relação às desvantagens, existe uma maior possibilidade de erro humano, dada a frequência de intervenções; as paragens sistemáticas, ainda que planeadas, têm um custo elevado, sendo também elevado o próprio custo de cada operação, devido à periodicidade. Quanto à manutenção condicionada analisa a condição de funcionamento de um ou vários equipamentos/máquinas e destina-se à redução da probabilidade de falha e/ou avaria. É uma manutenção que se rege por um acompanhamento constante dos parâmetros que avaliam o desempenho dos equipamentos e que indicam a necessidade, ou não de uma intervenção. Esta manutenção é usada em conformidade com a manutenção corretiva planeada, permitindo que os equipamentos trabalhem durante mais tempo e que as intervenções necessárias sejam baseadas em dados concretos e não apenas em suposições, como refere Lima, Lima, & Salles (2008). Repare-se que este tema, sendo o principal objeto de estudo da dissertação, será analisado com maior detalhe no Capítulo 3. Em relação à manutenção corretiva planeada, como o nome indica, é uma manutenção na qual a intervenção é feita de forma planeada. A corretiva planeada é utilizada em duas Manutenção Baseada na Condição 8 situações distintas: quando existe uma falha no equipamento ou máquina e a sua manutenção não é urgente; por outro lado é indicada em casos em que a avaria não afeta o funcionamento da máquina e é planeada uma vez que o equipamento não se encontra disponível. Este tipo de manutenção também é a economicamente mais favorável. A aplicabilidade da segunda situação justifica-se caso não origine problemas de segurança e não afete a produção. 2.2.2. Manutenção Não Planeada Como é percetível pela sua designação trata-se de uma ação que não envolve qualquer tipo de planeamento. De modo a tornar mais prática a sua definição, pode-se dar como exemplo a situação em que uma máquina para sem qualquer aviso prévio e há necessidade de corrigir o erro, assim recorre-se a uma manutenção de emergência (corretiva não planeada). Repare-se que nesta situação não está envolvido qualquer tipo de análise, plano ou preparação. No seguimento da Figura 5, refere-se o sistema de manutenção corretiva não planeada. A manutenção corretiva (curativa) tem como principal função corrigir as condições de funcionamento de determinado equipamento. Este tipo de manutenção acarreta custos elevados, apesar de não se verificar gastos em manutenção até que ocorra uma avaria. As desvantagens da corretiva, são diversas como a título de exemplo, baixa utilização de equipamentos; perdas de produção devido às falhas que ocorrem de modo inesperado; elevado número de peças de reserva. Este tipo de manutenção deve ser reservada aos equipamentos cuja indisponibilidade tenha pouca importância sobre a produção e cujo custo anual suposto de reparação, bem como as avarias imprevisíveis sejam aceitáveis. 2.3. Indicadores de desempenho É de referir que para a evolução de uma empresa revela-se necessária a avaliação da situação real na qual se encontra. Para que isso aconteça são precisos métodos para medir o desempenho que permitam uma avaliação, não só da situação atual, mas também da situação após alterações futuras, permitindo uma comparação entre os diferentes momentos. Neste ponto será abordada a importância dos indicadores de desempenho na manutenção. Um indicador de desempenho permite dar uma indicação sobre uma determinada característica ou acontecimento. Estes possibilitam a medição da eficácia das ações e das diferenças entre as previsões e os resultados operacionais. Cabral (2004) refere que é boa política procurar indicadores mais simples de calcular, utilizar poucos indicadores e manter a possibilidade de ir ao pormenor para investigar desvios e variações anómalas. Os indicadores mais importantes na manutenção são: Taxa de Avarias (λ); MTBF (Mean Time Between Failures); MTTR (Mean Time to Repair) e Disponibilidade. Este conceitos serão desenvolvidos em seguida. 2.3.1. Taxa de Avarias (λ) A taxa de avarias (λ) de sistemas reparáveis pode ser definida como sendo a derivada do número esperado de avarias (Equação 1), ou seja, que será uma função constante no período de vida útil, uma função decrescente no período de avarias precoces e uma função crescente no período de degradação. Manutenção Baseada na Condição 9 ( ) { ( )} Equação 1 Derivada do número esperado de avarias Em relação à taxa de avarias (quando esta é constante), esta exprime o número de avarias por unidade de utilização, sendo calculada pela divisão entre o número total de avarias ocorridas num determinado período pelo total de unidades de período. A fórmula do cálculo do estimador da taxa de avarias constante apresenta-se como indica a Equação 2: Equação 2 Fórmula de cálculo da taxa de avarias É ainda de referir que a representação da distribuição de avarias de uma larga gama de equipamentos ao longo do tempo é apresentada através da “Curva da banheira”, representada na Figura 6. Trata-se de uma representação gráfica simples, na qual se divide a vida de um produto em três partes: período de avarias/falhas precoces; vida útil (incidência de falhas é relativamente estável no tempo) e período de degradação (produto começa a apresentar desgaste acentuado, falham passam a ocorrer com maior frequência). Assim de modo mais detalhado referem-se as três partes do gráfico acima representado. Na primeira zona, a taxa de avarias é mais elevada devido ao facto dos produtos serem novos, aliado ao facto dos operadores das linhas de produção estarem ainda em fase de adaptação e existirem problemas de transporte ou instalação. Relativamente à segunda fase (vida útil) corresponde à maturidade, neste estágio a distribuição de avarias é mais uniforme ao longo do tempo e é por isso o período de maior rendimento do equipamento. As falhas nesta fase são causadas por acontecimentos aleatórios, não havendo, geralmente, degradação prévia visível. Finalmente refira-se a última fase, designada de período de degradação, na qual se assinala o aproximar do fim de vida do equipamento. O aumento da taxa de avarias revela uma degradação acelerada, sendo que o equipamento já não cumpre a função para a qual foi desenvolvido. Figura 6 Curva da banheira Manutenção Baseada na Condição 10 2.3.2. MTBF Antes de mais refira-se MTBF, cuja sigla se refere a Mean Time Between Failures. Este indicador refere-se ao tempo médio entre falhas e exprime o período de tempo entre duas avarias consecutivas, ou seja, o tempo recolhido entre o fim da última falha e o início da próxima, dentro do tempo em que o equipamento deveria estar em funcionamento. Este parâmetro é obtido através do inverso da estimativa da taxa de avarias, como mostra a Equação 3. Este parâmetro é de mais fácil interpretação quando comparado com o estimador da taxa de avarias. Equação 3 Fórmula de cálculo do indicador MTBF 2.3.3. MTTR O MTTR, Mean Time To Repair, exprime o tempo médio necessário para a reparação de uma avaria e é estimado através da divisão do somatório dos tempos de reparação num dado período (TRi) pelo número de avarias ocorridas nesse mesmo período. De modo a permitir uma melhor compreensão do cálculo, a fórmula apresenta-se de seguida: ∑ Equação 4 Fórmula de cálculo do indicador MTTR 2.3.4. Disponibilidade Relativamente a este indicador, utiliza-se maioritariamente para identificação do tempo durante o qual determinado equipamento está disponível para operar. A disponibilidade está dependente de vários fatores, como refere (Ferreira, 1998):  Número de avarias;  Rapidez com que as avarias são reparadas;  Tipo de manutenção;  Quantidade e qualidade dos meios à disposição;  Correlação entre avarias. Como refere, (Martins & Leitão) “D(t), traduz a proporção de tempo em que o sistema se encontra em condições para ser usado e assim poder realizar as suas funções especificas. Na manutenção a disponibilidade intrínseca de um equipamento representa-se por: Equação 5 Fórmula de cálculo da disponibilidade Relativamente à Equação 5, TUP indica é o período de tempo em que o equipamento está em condições de ser utilizado e TDOWN é o período de tempo em que o equipamento não está em condições de ser utilizado”. É necessário mencionar que o TDOWN divide-se em duas partes essenciais, uma delas referente à taxa de avarias e ao tempo de reparação e a outra refere-se ao tempo de espera. O tempo de espera inclui a mão-de-obra, peças de reserva e o tempo de entrega dos fornecedores. Manutenção Baseada na Condição 11 2.4. Custos da manutenção Os custos da manutenção têm de ser considerados no custo final de produção dos bens fabricados ou dos serviços fornecidos. Como refere Cabral (2004) “numa cultura onde ainda não se descobriu uma unidade de medida diversa de uma quantificação numérica dos custos, convém reter a imagem gráfica do iceberg (na Figura 7), dos custos verdadeiros da manutenção, em que a ponta visível representa os custos contabilísticos e a parte imersa – quatro vezes maior – representa todos que não são facilmente quantificáveis”. É de referir que existe uma divisão entre os custos de manutenção: custos diretos e indiretos. Os custos diretos são referentes a custos de mão-de-obra, despesas globais do serviço de manutenção, consumo de matérias-primas e bens para a manutenção, consumo de peças de substituição, entre outros. Em relação aos custos indiretos, respeitam os custos de perda de produção: perdas de produtos não fabricados, perdas de qualidade, perda das matérias-primas, custo de mão-de- obra parada, entre outros (Leitão, 2012). Figura 7 Iceberg de custos Manutenção Baseada na Condição 18 deslocamento; para a gama de valores entre os 10 e 1000 Hz o mais apropriado é utilizar velocidade de vibração, sendo por fim para frequências acima dos 1000 Hz utilizada em aceleração. É, contudo de referir que a velocidade de vibração é o parâmetro mais utilizado para a amplitude neste tipo de análises (Scheffer & Girdhar, 2004). Analisando agora as técnicas referidas RMS, Pico e Pico a Pico, refira-se que em relação ao RMS, acima indicado, trata-se de uma medida estatística da magnitude de uma quantidade variável. Este é o mais utilizado uma vez que fornece informações sobre a média de energia contida na onda vibratória, constituindo por isso um indicador do potencial destrutivo de uma vibração. Repare-se que a velocidade RMS é expressa normalmente em milímetros por segundo. Assim, o espaço referente a Pico a Pico trata-se da amplitude medida desde um extremo da onda até ao seu outro extremo, normalmente em micrómetros. Relativamente ao pico de velocidade, indicado na figura por Pico (em mm/s-pk, pk é a sigla em inglês para Pico) é o máximo valor de velocidade, sendo que o pico de aceleração (expressa em g) é o inverso da velocidade, pois apresenta a aceleração máxima no momento em que a velocidade é zero (uma vez que a aceleração máxima trata-se do ponto no qual se verifica que a derivada da aceleração tem valor nulo). Após a compreensão das técnicas a utilizar para a avaliação do estado global de vibração é essencial proceder a uma correta seleção do medidor de vibrações, uma vez que é um elemento de que influencia diretamente a rapidez e fiabilidade na deteção de falhas existentes. Para tal, existem medidores que com a técnica nível global de vibração apresentam grande capacidade de deteção de comportamentos anómalos, no entanto são limitados quando é necessário identificar as causas que levam a esses comportamentos. Deste modo, os melhores medidores são os que utilizam a técnica de espetros de frequência, pois é possível identificar as causas que levam aos problemas. Do mesmo modo, para perceber a condição de funcionamento dos equipamentos é necessário fazer uma comparação da medida de vibração dos equipamentos e portanto dos resultados gráficos e valores obtidos com normas, equipamentos similares nas mesmas condições e históricos de medição do mesmo equipamento. Repare-se que a comparação com medições anteriores é o método mais utilizado, mas apenas funciona se na empresa existir um histórico de monitorização de equipamentos, em caso contrário pode partir-se da comparação com normas internacionais. 3.3.1.1. Normas A análise de vibrações mostra se a condição do equipamento se modificou e para que nível e em quanto tempo se alterou. Os limites definidos pelas normas servem como base na classificação do nível de falha em que se encontra o equipamento (Pruftechnick, 2002). Relativamente às normas a utilizar, refira-se a norma ISO 10816 (Figura 11) consultada para comparação dos níveis de vibração obtidos, indicada para equipamento com potência inferior a 15 KW, designados Small Machines (máquinas pequenas). Manutenção Baseada na Condição 19 Esta norma estabelece uma classificação para os equipamentos analisados, que assenta nos requisitos funcionais do equipamento e também na sua potência, existindo quatro classes de equipamento. Como é percetível na figura, após especificar em que classe o aparelho se encontra, determina-se em que zona da norma se situa. Note-se que nesta norma distinguemse quatro estados: Good (equipamento está em correto funcionamento); Acceptable (equipamento funciona de modo aceitável, apresentando alguns problemas não relevantes); Still Permissible (equipamento apresenta falhas mas ainda funciona) e finalmente Dangerous (funcionamento do equipamento é perigoso). Uma vez que existem diferentes classes de máquinas, cada grupo de equipamentos terá valores de transição entre os diferentes estados necessariamente diferentes. Quanto aos rolamentos, os limites estão estabelecidos no Gráfico 1, apresentado em seguida. Assim, os limites para os rolamentos estão definidos de acordo com a aceleração, no eixo das ordenadas, em g. Com este gráfico é possível detetar precocemente falhas no estágio inicial. Figura 11 Norma ISO 10816, Small Machines (ISO 10816, 1998) Gráfico 1 Condição dos rolamentos, na unidade 'g' RMS (obtido através do programa SpectraPro) Manutenção Baseada na Condição 20 Tal como na Figura 11, também este gráfico apresenta uma divisão relativamente ao estado do elemento: Good (elemento em bom funcionamento), Acceptable (aceitável), Fair (fase inicial de falha), Failing (elemento falha) e Replace (substituir o elemento). Com este gráfico é possível detetar precocemente falhas no seu estágio inicial. A norma ISO 10816 indica ainda que é necessário selecionar pontos de medição. Os pontos de medição em equipamentos são fundamentais para a obtenção de dados corretos. Deste modo, onde se faz a medição depende do equipamento e/ou do elemento em análise. Repare-se na execução de análise de vibrações num equipamento mais específico, como máquinas rotativas a título de exemplo (tipo de equipamento a ser analisado ao longo do projeto). Assim, devem referir-se os pontos de medição nestes equipamentos: no motor e nas chumaceiras do veio. A Figura 12 mostra em que pontos se devem fazer a medição para obtenção de dados fiáveis. Como indica a Figura 12, os quatro pontos de medição A, B, C e D surgem com indicação das direções nas quais se processa a medição. Sendo A, relativo ao eixo axial, V refere-se ao eixo vertical e finalmente H indica que é feita a medição no eixo horizontal. Refira-se portanto, a título de exemplo, que no ponto D se fazem medições nas três direções e que por outro lado no ponto A apenas se faz a medição relativamente à direção horizontal e vertical. Note-se que sempre que possível a medição da vibração deve ser efetuada nas três direções, vertical, horizontal e axial, podendo assim ser possível retirar maior informação acerca do estado do equipamento e das potenciais causas que influenciam a sua condição. 3.3.1.2. Diagnóstico de avarias Cada componente de um sistema mecânico produz, consoante as suas características, um sinal vibratório próprio. A conjugação de todos esses sinais gera um movimento vibratório extremamente complexo de um sistema mecânico real. O diagnóstico de avarias através da análise de vibrações, consiste em conseguir extrair do sinal emitido pelo sistema, as frequências predominantes no espetro, de forma a identificar a fonte dos problemas e intervir de uma forma mais assertiva. Assim definem-se alguns tipos de avarias mais comuns em equipamentos rotativos: desequilíbrio; desalinhamento; empeno; folgas e desapertos e defeitos em rolamentos. Em seguida são explicados todos os tipos de avarias referidos, com o auxílio de exemplos de espetros de frequências para uma melhor compreensão.  Desequilíbrio É um dos fatores mais comuns relacionados com vibrações nas máquinas rotativas. Na maioria dos casos deteta-se uma alta amplitude no espetro exatamente na frequência de rotação do equipamento, sendo que nas direções radiais (vertical e horizontal) a sensibilidade é maior. O desequilíbrio numa máquina rotativa (caso do ventilador) pode ser resultado da constituição dos seus elementos. As pás do ventilador podem provocar desequilíbrio devido ao desgaste das mesmas com o tempo, sujidade do processo, efeito balanço térmico entre a entrada e saída Figura 12 Pontos de medição no conjunto ventilador motor com correia de transmissão Manutenção Baseada na Condição 21 de fluxo e fixação das pás no rotor, sendo outro fator importante a sua base de fixação ou apoio. O Gráfico 2 apresenta um exemplo prático de desequilíbrio, no qual se pode verificar uma alta amplitude de vibração exatamente na frequência de rotação do equipamento.  Desalinhamento Em relação a desalinhamento, acontece nos pontos de ligação entre os equipamentos e pode ser de três tipos: angular; paralelo e angular e paralelo. Angular: Quando a linha central de dois veios fazem um ângulo. Apresenta alta vibração radial no eixo, podendo também apresentar altas vibrações nas frequências múltiplas (1X, 2X, 3X, etc.). A Figura 13 mostra um esquema de desalinhamento angular, sendo que o Gráfico 3 apresenta um exemplo de um espetro no ponto axial de um motor elétrico, dando-se atenção aos picos de frequência da rotação do motor. Gráfico 2 Espetro com evidência de desequilíbrio no rotor (Spamer, 2009) Gráfico 3 Espetro com indicação de desalinhamento angular (Spamer, 2009) Figura 13 Esquema desalinhamento angular (Spamer, 2009) Manutenção Baseada na Condição 22 Paralelo: Apesar de os veios estarem alinhados existe um deslocamento entre eles. A vibração dominante aparece na direção radial a 2X frequência de rotação do eixo, sendo que na direção axial poderá também apresentar alta vibração exatamente na frequência de rotação. A Figura 14 mostra um esquema de desalinhamento paralelo e o Gráfico 4 fornece um exemplo de um espetro. No entanto a forma de desalinhamento mais comum é o desalinhamento combinado (Angular e Paralelo). Este tipo de desalinhamento configura uma sobreposição de efeitos dos dois tipos de desalinhamento anteriores.  Empenos Um eixo empenado comporta-se como um eixo desalinhado, por essa razão a sintomatologia aplicável é a mesma que foi indicada para o desalinhamento.  Folgas e Desapertos As folgas mecânicas causam vibrações geralmente em frequências múltiplas e pares da rotação do eixo e também de altas ordens (vibrações 1×RPM, 2×RPM, 3×RPM, etc), como é possível ver no Gráfico 5. A característica mais importante é o aumento de vibração na direção de fixação, quase sempre na vertical. Assim podem referir-se 3 tipos de folgas: Tipo I – Referem-se a folgas estruturais relacionadas com falta de rigidez na fundação ou nos apoios do equipamento. Neste grupo também se incluem deformações na base de apoio do equipamento. Figura 14 Esquema de desalinhamento paralelo (Spamer, 2009) Gráfico 4 Espetro com evidência de desalinhamento paralelo (Spamer, 2009) Gráfico 5 Espetro esquemático de vibrações devido a folgas na placa de base (Spamer, 2009) Manutenção Baseada na Condição 23 As vibrações amplificadas por este tipo de defeitos são geralmente predominantes na direção vertical e são mais evidentes na base de apoio do equipamento. Tipo II - Neste grupo enquadram-se as folgas na fixação dos apoios do veio em rotação. A força devido ao desequilíbrio quando dirigida para cima e para baixo gera a frequência de 2x RPM do eixo num sensor colocado na vertical do apoio. Do mesmo modo quando a folga for lateral, também ocorre a frequência de 2x RPM do eixo num sensor disposto na horizontal. No Gráfico 6 é possível verificar um exemplo de um espetro esquemático do tipo de folga II. Tipo III - São folgas geradas por fixação inadequada entre as peças da máquina. Deve-se referir que este tipo de defeitos causa um elevado ruído de chão. É ainda importante referir que as componentes radiais são muito diferentes, sendo nesta direção têm uma amplitude maior que na direção axial. No Gráfico 7 é possível verificar um exemplo de um espetro esquemático dos tipos de folga III. Repare-se que as principais causas para a existência de folgas mecânicas são: montagem incorreta; desgaste excessivo; problema na fundação e componentes fraturados.  Defeitos em rolamentos Quando existe uma falha num rolamento, esta tende a manifestar-se em 4 frequências características, sendo essas frequências: BPI – Frequência de falha na pista interior; BPO – Frequência de falha na pista exterior; BS – Frequência de falha no elemento rolante; FT – Frequência de falha na gaiola. O Gráfico 8 mostra um espetro típico que indica falha nos rolamentos. Gráfico 6 Espetro esquemático de vibrações devido a folgas do tipo II (Spamer, 2009) Gráfico 7 Espetro esquemático de vibrações devido a folgas do tipo III (Spamer, 2009) Manutenção Baseada na Condição 24 3.3.2. Análise Termográfica A termografia é um ensaio não destrutivo que tem como princípio a medição de temperatura pelo método da radiação infravermelha. O objetivo principal é detetar e diagnosticar elevadas temperaturas e acréscimos de temperatura, tanto em sistemas mecânicos como em elétricos. William Herschel (1738-1822) descobriu a energia infravermelha. Este por volta do ano 1800 testou qual a capacidade da luz decomposta, a partir de um prisma, pode ter no aquecimento de uma superfície. Herschel descobriu que o aquecimento máximo ocorre para lá da luz vermelha (FLIR, 2009) Fisicamente a luz visível, radiação infravermelha e radiação ultravioleta podem ser caracterizados como ondas eletromagnéticas. Estas ondas são perturbações periódicas que mantêm a sua forma enquanto vão progredindo no espaço e no tempo. A periodicidade espacial é chamada de comprimento de onda, (medido em metros, micrómetros, nanómetros, etc), a periodicidade transiente é chamada de período de oscilação, T (em segundos), em que a frequência é, (em s-1 ou Hertz). Estes parâmetros estão relacionados diretamente com a velocidade de propagação de onda, dada pela Equação 6. Esta velocidade depende do tipo de onda (sonora, eletromagnética, etc) (Möllmann & Vollmer, 2010). Equação 6 Velocidade de propagação da onda O espetro eletromagnético é dividido arbitrariamente em diversas regiões de comprimento de onda, designada por bandas, distinguidas pelos métodos utilizados para produzir e detetar a radiação. Não existem diferenças fundamentais entre a radiação nas diferentes bandas do espetro eletromagnético, pois geram-se todas pelas mesmas leis e as únicas diferenças devemse às diferenças no comprimento de onda. A Figura 15 apresenta um espetro eletromagnético com os diferentes comprimentos de onda. Gráfico 8 Espetro característico de Falha de Rolamento (Spamer, 2009) Manutenção Baseada na Condição 25 A termografia utiliza a banda espectral de infravermelhos. Verifica-se que na extremidade de onda curta a fronteira situa-se no limite da perceção visual, na área a vermelho, na outra extremidade (onda longa), funde-se com os comprimentos de onda das microondas e radioelétricas, em termos de milímetros (FLIR, 2009). A termografia utiliza a radiação térmica para quantificar a temperatura emitida pelas superfícies, como foi referido anteriormente. Qualquer superfície à temperatura de zero absoluto (T= 0K ou T= -273,15 ºC) não emite radiação eletromagnética. A quantidade de radiação depende da temperatura (quanto mais quente a superfície mais energia emite) e propriedades do material (Möllmann & Vollmer, 2010). O processo de radiação de uma superfície é chamado de radiosidade. A radiosidade pode acontecer sobre três formas: emitida a partir da superfície; ou transmitida através da superfície. A radiosidade total é igual à soma da componente emitida, da componente refletida e da componente de transmissão. A temperatura da superfície está relacionada com a energia emitida. Assim para determinar a temperatura de uma superfície é necessário subtrair, à energia emitida, as energias refletida e transmitida (EPRI, 2002). É de referir as duas leis mais importantes que definem o comportamento radiante: a lei de Stephan-Boltzmann e a lei de Wien. A lei de Stephan-Boltzmann determina que a energia emissiva total de um corpo negro é proporcional à quarta energia da sua temperatura absoluta. A fórmula que define esta lei é apresentada na Equação 7: Equação 7 Lei de Stephan-Boltzmann Em que W representa o fluxo radiante emitido por unidade de área (watts/cm2); ξ representa a emissividade (consiste na medição da gama de radiação emitida pelo objeto, comparativamente à que é obtida por um corpo negro perfeito com a mesma temperatura); δ é a constante de Stephan-Boltzmann ( watts/cm2) e T é a temperatura absoluta do alvo (K). Em relação à lei de Wien (expressa pela Equação 8) esta define qual o comprimento de onda máximo para a máxima energia emitida pela superfície. Esta lei é importante para a escolha do equipamento de medição a utilizar dentro da gama de comprimento de ondas a ser analisadas (FLIR, 2009). Figura 15 Espetro eletromagnético. [1] Raio X; [2] Ultravioleta; [3] Visível; [4] Infravermelhos; [5] Microondas; [6] Ondas radioelétricas Manutenção Baseada na Condição 26 Equação 8 Equação da Lei de Wien Note-se que λm representa o comprimento de onda da radiação máxima (em mm) e b é a constante de deslocamento de Wien (2897 μm-K). É necessário referir que as superfícies podem ser classificadas em três categorias: corpo negro, corpo cinzento e corpo não cinzento. Corpo negro é aquele que absorve toda a radiação eletromagnética que nele incide e nenhuma luz o atravessa (somente em casos específicos) nem é refletida. O corpo negro tem a maior emissividade e radiosidade em todos os comprimentos de onda, em comparação com qualquer outro corpo e absorve toda a energia disponível na superfície. Um corpo cinzento possui emissividade constante menor que o corpo negro 𝜀<1 e a transmissão é nula. Num corpo não cinzento possui emissividade que varia ao longo de diferentes comprimentos de onda, existindo também a reflexão e transmissão da radiação infravermelha. A técnica termográfica mais usada na indústria é a comparação termográfica, sendo que esta pode ser quantitativa ou qualitativa. A análise qualitativa deve ser utilizada sempre que se pretende uma abordagem superficial do problema onde apenas pela observação e sem grandes detalhes de medição, se pode avaliar termicamente o objeto em estudo. As imagens termográficas podem ser obtidas com emissividade constante, uma vez que se pretende visualizar as diferenças de temperatura superficiais. A interpretação pode ser feita no local do ensaio termográfico. Na análise quantitativa, são calculadas as temperaturas superficiais através de uma imagem termográfica e parâmetros analíticos. O ensaio termográfico requer mais detalhe e condições de ensaio mais rígidas, demorando mais tempo, mas é mais eficaz que a análise qualitativa, uma vez que permite medir temperaturas. Os resultados da análise quantitativa são gravados e anotam-se todos os parâmetros que se considerem essenciais para análise posterior. Toda a informação recolhida durante o ensaio é processada no software de análise, por exemplo o FLIR TOOLS, e posteriormente interpretada, realizando-se um relatório completo (Specman, 2010). A aplicação da monitorização de equipamentos através da análise termográfica implica a definição de critérios para avaliação desta análise. Um dos critérios possíveis para a avaliação do equipamento é o uso da diferença de temperaturas (indicado por ∆T). O critério que irá ser utilizado nas análises termográficas define a rapidez da intervenção a efetuar de acordo com o valor obtido através da subtração do maior valor de temperatura em relação a uma temperatura de referência, que normalmente é a temperatura do ar ambiente, um componente semelhante nas mesmas condições ou temperatura máxima admissível do componente (Hitchcock, 2003). A Tabela 2 apresenta os valores de ∆T para avaliar o estado da condição do equipamento. Manutenção Baseada na Condição 27 Tabela 2 Ações recomendadas em função da diferença de temperaturas (NETA, 1999) Prioridade ∆T entre componentes similares sobre a mesma carga ∆T sobre a temperatura do ar ambiente Ação Recomendada 1 1 a 3 ºC 1 a 10 ºC Possível deficiência, garantir investigação. 2 4 a 15 ºC 11 a 20 ºC Indica provável deficiência, reparar quando for possível. 3 --- 21 a 40 ºC Monitorizar até medidas corretivas serem implementadas. 4 > 15 ºC > 40 ºC Maior discrepância, reparar de imediato. Também é possível juntar a este método o histórico do equipamento como forma de identificar variações na temperatura medida ao longo do tempo, assim é possível retirar todas as capacidades das análises termográficas. Como foi referido anteriormente a análise termográfica pode ser aplicada em sistemas mecânicos e a sistemas elétricos. Os sistemas mecânicos estão associados a equipamentos rotativos e a análise termográfica utiliza o calor gerado pela fricção e desgaste para verificar o estado dos equipamentos. Algumas razões comuns para falhas mecânicas são aumento da carga sobre o rolamento, levando a um desgaste prematuro; aumento das tensões do equipamento e aumento das forças que são aplicadas ao equipamento, tais como componentes soltos. As formas mais comuns de deterioração mecânica de um sistema são desequilíbrio, desalinhamento, folgas, componentes danificados, tais como rolamentos, engrenagens, palhetas, entre outros. Em relação aos sistemas elétricos o problema mais comum é o aumento da resistência elétrica. A partir da lei de Ohm, que indica que a potência (em watts) é igual à corrente (em Amperes) ao quadrado multiplicada pela resistência elétrica (em ohm’s)) é possível verificar que com o aumento da resistência existe um aumento da energia. Em consequência esse aumento traduzse num aumento da temperatura nesse local, devendo-se ao facto das conexões elétricas estarem soltas, oxidadas ou corroídas. Com a termografia também é possível identificar circuitos abertos, ou seja, quando existe uma falha de um componente os pontos na imagem térmica são identificados como zonas frias. Por fim é de referir que uma combinação da termografia com a análise de vibrações aumenta a capacidade de deteção de problemas nos equipamentos/máquinas, ou seja, estes dois tipos de análises complementam-se. Manutenção Baseada na Condição 34 por um sistema - um motor que faz a transmissão por uma correia a um veio (com duas chumaceiras, com rolamentos) ligado ao ventilador. É de notar que ao medir as vibrações nas chumaceiras capta-se as vibrações com origem no veio, como em todo o rotor, incluindo turbina, e também no motor e correias. A sua análise baseia-se também no facto de serem equipamentos com maior risco de avaria (segundo o histórico), custo de componentes de substituição mais elevados e mais altos custos de paragem. Outra das razões que levaram à análise aos quadros elétricos, foi o facto de antes a Tabaqueira, E.I.T contratar todos os anos uma empresa externa para fazer uma análise termográfica aos quadros, o que implicava um grande investimento anual. É portanto essencial fazer a análise a estes equipamentos para mais tarde já não ser necessário a contratação de uma empresa externa, estando a empresa em estudo apta para fazer este tipo de análise. Repare-se ainda que para proceder a uma análise de vibrações e termografia foi necessário realizar procedimentos e instruções de trabalho que serão descritos em seguida. 5.2. Procedimentos Antes de mais é necessário referir que os procedimentos são uma ferramenta que ajudam a standardizar os trabalhos a serem realizados. Coimbra (2009) refere que “a criação de trabalho standard significa atingir um estado de fluidez nos movimentos dos operadores de forma que o trabalho será elaborado no menor espaço de tempo e com qualidade perfeita – criando trabalho com valor acrescentado”. De facto para além de um suporte técnico os procedimentos criados, com base em normas internacionais permitem criar um standard para todos os técnicos, de forma que não exista desperdício a nível de tempo (com procura de informação, aparelhos ou dúvidas) e criando uma maior qualidade no trabalho desempenhado, uma vez que houve um estudo prévio de modo a definir o procedimento adequado para a realização do trabalho. Os procedimentos de análise de vibrações e de termografia, em ANEXO A (devido ao seu tamanho terão que ser consultados enquanto se especificam no presente texto a sua utilização e a própria criação), permitem visualizar as especificações necessárias e as etapas para monitorização dos equipamentos. 5.2.1. Procedimento de análise de vibrações Inicialmente foi necessário elaborar uma pesquisa exaustiva em análise de vibrações. Como este tipo de análise é um processo difícil foi necessário fazer um procedimento e uma instrução de trabalho direcionado maioritariamente aos técnicos para facilitar a compreensão. Definiram-se de forma teórica todas as etapas necessárias para esta análise, descrevendo depois o procedimento. Antes de mais é de referir que esta análise é feita partindo da utilização de um equipamento portátil e para análise dos dados foi utilizado um software específico (SpectraPro 5 ), associado a esse equipamento. 5 SpectraPro é um software que pertence ao medidor de vibrações e que permite obter os resultados das medições realizadas nos equipamentos. Manutenção Baseada na Condição 35 5.2.1.1. Definição de Inputs Primeiramente foi necessário fazer um estudo ao software existente, no qual se concluiu que seria necessária a introdução de inputs. Após este estudo verificou-se a necessidade de uma recolha de características mecânicas e nominais dos equipamentos. Deste modo, definiu-se que seriam utilizadas as seguintes características: potência e velocidade de rotação do motor (em KW e rpm, respetivamente); frequência do motor (em Hz); rolamento dos motores (designação); comprimento das correias (em mm); diâmetro das polias (em mm) e rolamento das chumaceiras (designação). Para obter estas informações foi fundamental fazer uma pesquisa exaustiva em catálogos, no sistema de gestão SAP e em campo, ou seja, nos próprios equipamentos. Após a recolha destes inputs é apenas necessária a introdução dos mesmos no software. Como foi referido anteriormente, procedeu-se a um estudo da norma ISO 10816 (existente no próprio programa), uma vez que é essencial definir alarmes de vibração, ou seja, o valor máximo de vibração admissível para cada máquina. Assim é definido de acordo com as dimensões do equipamento, em potência, para máquinas pequenas a potência típica pode atingir 15 KW, para máquinas médias pertence ao intervalo de 15 a 75 KW e é por fim, nos equipamentos de maior dimensão superior a 75 KW. No que refere à vibração dos rolamentos, foi necessário consultar gráficos normalizados para melhor compreensão dos resultados obtidos (normas descritas em 3.3.1.1). É necessário referir ainda que o software apresenta-se na forma de “árvore” (Figura 17), sendo esta constituída pelos equipamentos a analisar e os eixos em que as medições são realizadas (horizontal, vertical ou axial), o que facilita o trabalho do técnico. Refira-se ainda que os inputs já foram introduzidos no software, ou seja, o técnico já não precisa de inserir qualquer tipo de informação adicional para as análises, apenas terá que fazer introdução de inputs caso pretenda acrescentar algum equipamento ou máquina. Para facilitar o trabalho dos técnicos, no procedimento também foram incluídos os tipos de avarias que são possíveis encontrar em ventiladores (equipamentos selecionados para executar Figura 17 "Árvore" do software Manutenção Baseada na Condição 36 a análise, como referido no capítulo 5.1), tais como: eixo torcido; pás do ventilador desgastadas; acoplamentos desalinhados; defeitos nos mancais 6 ; problemas de rigidez pelo mau contacto da superfície de apoio; estrutura do conjunto e desalinhamento/desgaste de correias. Note-se que esta análise foi necessária para perceber que tipo de avarias nos ventiladores e motores são possíveis encontrar através da análise de vibrações, tais como: rolamentos danificados; engrenagens defeituosas; acoplamentos desalinhados; rotores desequilibrados; eixos deformados; lubrificação deficiente; folgas excessivas; falta de rigidez, entre outros. 5.2.1.2. Execução do teste Relativamente à execução do teste, é neste ponto que há uma ação mais prática de monitorização do equipamento. Assim sendo, após a inserção dos dados é necessário criar uma route 7 para introdução da “árvore” dos equipamentos já com todos os inputs necessários e transferir o ficheiro do computador para o medidor de vibrações através de um cabo USB. De seguida os técnicos apenas têm de seguir essa route e fazer as análises aos equipamentos. Assim que se realizam todas as medições é necessário voltar a passar a informação recolhida para o computador e fazer a avaliação e diagnóstico dos equipamentos. É de referir que não houve necessidade de se desenvolver qualquer tipo de ferramenta auxiliar (por exemplo uma base de dados em Excel) para a análise dos dados, devido ao facto de o próprio software já executar a transformação desses dados em gráficos de tendência (isto é, gráficos que mostram a evolução do estado do equipamento) e espetros. Após todos os passos mencionados será feita uma análise detalhada de cada medição realizada. 5.2.1.3. Leitura de resultados Como referido anteriormente, o software transforma os dados obtidos em gráficos de tendência e espetros. Estes são portanto os outputs do sistema, sendo por isso os resultados a analisar. Com o objetivo de compreender este estudo, apresenta-se o gráfico de tendência (Gráfico 10) e respetivo espetro obtido (Gráfico 11). 6 Mancal é o conjunto rolamento e chumaceira. 7 Lista para inclusão da árvore Gráfico 10 Tendência de vibração do equipamento (A- zona verde; B – zona amarela; C- zona vermelha) C B A Manutenção Baseada na Condição 37 Neste exemplo é possível verificar que a tendência global de vibração do equipamento está a aumentar e já se encontra na zona vermelha (de danger, ou seja perigo), indicando que é necessário fazer uma inspeção e possivelmente a manutenção ao equipamento. Quanto ao espetro verificam-se indícios de desequilíbrio, indicando portanto a necessidade de acompanhar a situação. Como foi possível ver neste exemplo é necessário fazer um controlo do nível vibratório e da velocidade de rotação do equipamento, uma vez que estes parâmetros podem indicar ou sinalizar eventuais problemas. É ainda de referir a necessidade de se verificar a existência de frequências críticas, uma vez que permitem demonstrar possíveis desequilíbrios, desalinhamentos, problemas em rolamentos, entre outros, no domínio do funcionamento do equipamento. Tal significa que é fundamental analisar o espetro de frequências, verificando a existência dessas frequências críticas ou anormal, podendo indicar uma anomalia. Para melhor compreensão deste procedimento e para auxiliar o trabalho dos técnicos no diagnóstico de problemas, em anexo incluiu-se exemplos de espetros de frequências críticas, que permitem que se faça uma comparação com os resultados obtidos, simplificando a sua análise. É importante referir que é essencial o acompanhamento da evolução do nível vibratório do equipamento, realizando monitorizações e em casos em que se encontrem problemas mais graves proceder à monitorização mais frequente do equipamento ou máquina em questão. Por fim, após avaliação e diagnóstico do equipamento, pode indicar se existe ou não necessidade de intervir na máquina. Para tal recorre-se a uma tabela com os níveis de severidade (ver Tabela 4), permitindo um melhor diagnóstico e compreensão do estado da máquina. Esta está igualmente incluída no próprio documento, na qual se esclarece que tipo de ação deve ser tomada. Com a definição e utilização desta tabela, a intervenção aos equipamentos será feita por ordem de prioridade, mas nunca pondo de parte equipamentos com problemas menos urgentes ou graves que também necessitem de intervenção. Gráfico 11 Espetro de frequências Manutenção Baseada na Condição 38 Tabela 4 Graus de severidade (www.miit.pt) 1 Condição de funcionamento aceitável. 2 Acompanhar. Anomalia em estado inicial ou requer avaliação. O equipamento pode funcionar por períodos longos, sem restrições. Nenhuma ação necessária ou recomendada, ação básica (inspeção ou lubrificação). 3 Anomalia em desenvolvimento. O equipamento pode funcionar por períodos limitados ou com acompanhamento atento. Acompanhar a evolução e planear uma intervenção a médio prazo. 4 Anomalia severa. Níveis de vibração elevados, capazes de acelerar a degradação do equipamento. Planear uma intervenção na próxima paragem programada do equipamento. 5 Emergência. Níveis de vibração perigosos para o equipamento, capazes de provocar uma falha iminente. É necessária uma intervenção imediata. Relativamente aos relatórios da análises de vibração não foi necessário desenvolver qualquer tipo de ferramenta de análise, uma vez que o software utilizado permite guardar todas as medições realizadas. Para facilitar a consulta dos resultados, a melhor forma proposta foi executar a transferência dos gráficos (manualmente) para o Excel e posteriormente fazer a análise mais detalhada dos mesmos. No ANEXO B é possível visualizar um relatório modelo. 5.2.2. Procedimento de termografia Para a execução do procedimento para análise termográfica partiu-se igualmente de uma pesquisa exaustiva dentro desta temática. Antes de conceber o procedimento foi preciso perceber todas as etapas essenciais para uma correta análise. 5.2.2.1. Definição de equipamentos Antes de mais, tal como efetuado para a realização do procedimento de análise de vibrações foi necessário definir os equipamentos em que esta análise iria incidir. Os equipamentos que foram analisados são maioritariamente quadros elétricos, devido ao facto de serem os mais importantes neste tipo de análise. Também se usou a termografia em motores, rolamentos, correias e polias para fazer o complemento à análise de vibrações, conclui-se então que a termografia foi realizada em sistemas elétricos e sistemas mecânicos. É de referir a necessidade de perceber que tipos de avarias podem ser identificados com a análise termográfica. Em relação a sistemas elétricos, as avarias que podem ser identificadas são: ligações soltas, oxidadas ou corroídas; componente defeituoso; erro de montagem e equipamento mal dimensionado. A termografia em relação ao sistema mecânico utiliza o calor gerado pela fricção e desgaste para verificar o estado dos equipamentos, ou seja, os problemas detetados com mesta análise são: aumento da carga sobre o rolamento (levando a um desgaste prematura); aumento das tensões do equipamento; aumento das forças que são aplicadas ao equipamento, tais como componentes soltos; entre outros. É de notar que as formas mais comuns de deterioração mecânica de um sistema são: desequilíbrio; desalinhamento; folgas; componentes danificados; entre outros. O estudo dos equipamentos onde é feita a termografia e as possíveis avarias irá simplificar a forma de trabalho do técnico, uma vez que não dispõe de tempo para procurar este tipo de informação. Manutenção Baseada na Condição 39 5.2.2.2. Como realizar a análise termográfica É necessário referir que fazer uma análise termográfica é um processo complexo, uma vez que muitas vezes os resultados obtidos das análises conduzem a um diagnóstico errado. Para prevenir esse problema é necessário definir regras para obtenção de melhores resultados, tais como: • O equipamento a ser inspecionado deve estar sobre a carga adequada (carga de funcionamento); • Sempre que possível, os componentes similares com carga semelhantes devem ser comparados (esta é a melhor forma de termografia); • Caso não seja possível a comparação de componentes similares, fazer comparação com o ponto mais frio (temperatura envolvente do equipamento) e o ponto mais quente encontrado na imagem termográfica; • Devem ser usados critérios para definir prioridades de ação nos componentes analisados (Tabela 2, descrita em 3.3.2). É necessário referir que quando se faz uma medição a um componente ou equipamento é preciso ter em conta a emissividade a usar (relação entre o poder emissivo de um corpo qualquer e a de um corpo negro). O aparelho de medição já tem emissividades pré-definidas, deve selecionar-se a desejada e ter em conta que ao usar uma emissividade errada, está-se igualmente a fazer uma errada medição podendo levar a um falso diagnóstico. Para ser mais fácil para o técnico perceber que emissividades deve utilizar, foi definido que, em sistemas mecânicos a emissividade deve ficar entre 0,8 e 0,9; enquanto nos sistemas elétricos e emissividade deve ser de 0,9, mas quando está presente apenas um tipo específico de superfície é necessário adaptar com a tabela pré-definida. 5.2.2.3. Execução dos testes É de notar que para a execução de uma análise deve-se usar como auxílio uma lista com os equipamentos onde serão realizadas. Deve-se definir também se a análise será feita em modo automático, ou seja, a câmara é que vai definindo o intervalo de temperaturas, ou modo manual, no qual o técnico define esse intervalo. Contudo, para facilitar o trabalho a melhor forma de fazer medições é partindo do modo automático. Tendo executado as etapas anteriores e considerando, como referido anteriormente, que o equipamento tem de estar em funcionamento para correta medição. Deve-se registar uma imagem térmica (e ao mesmo tempo a câmara tira uma digital, para comparação) do equipamento completo (para facilitar a localização) e depois aos seus componentes. Todas as medições ficam registadas no aparelho de medição (em cartão SD), sendo no final transferidas para o computador para análise e avaliação dos componentes. 5.2.2.4. Leitura de resultados e relatórios Para a realização da análise de dados usa-se uma ferramenta chamada FLIR TOOLS 8 . Esta ferramenta disponibiliza diversos templates de relatórios, sendo apenas necessário escolher qual usar. Após a escolha do template, faz-se a seleção das imagens a analisar (que estão inseridas no cartão SD), sendo depois necessário inserir num campo do programa a data, identificação da empresa e a pessoa que realizou a análise. Depois destes passos, o relatório é 8 FLIR TOOLS, ferramenta utilizada para fazer os relatórios de termografia. Manutenção Baseada na Condição 40 realizado num programa chamado FLIR TOOLS. A Figura 18 é um exemplo de uma imagem térmica e de uma imagem digital. Os pontos visíveis na imagem térmica (SP1, SP2, SP3 e SP4) foram definidos no processamento do relatório, pois existe uma função a parir do qual se pode escolher qualquer ponto da imagem, indicando-nos de imediato a que temperatura esse ponto se encontra. Esta função é bastante importante, uma vez que em campo nem sempre é possível perceber em que zona é que a temperatura se encontra mais elevada. Com o Flir Tools também é possível definir diferenças de temperaturas para perceber o estado atual do equipamento. Pela Tabela 2, é possível consultar essa diferença definindo o tipo de ação a tomar. A título de exemplo, note-se a diferença de temperaturas na Figura 18, entre o ponto SP2 (mais quente) e SP4 (mais frio), de 42,5 ºC, que indica que deve haver uma intervenção imediata e fazer reparação logo que possível. Tal demostra mais uma vez que a tabela tem um papel fundamental na correta avaliação e diagnóstico dos equipamentos. No relatório existe uma função designada isotérmica, que quando selecionado permite que o programa faça uma seleção de acordo com a temperatura. Deste modo procede-se à seleção de uma temperatura sendo que o programa identifica com determinada cor todas as temperaturas que estejam acima da indicada. Reparase ainda que este programa funciona também para a sinalização de temperaturas abaixo da indicada ou no caso de se introduzir um intervalo de temperaturas. A Figura 19 apresenta portanto um exemplo de uma imagem isotérmica. Como é observável na figura anterior procedeu-se à definição de uma temperatura máxima de 60 ºC surgindo uma cor diferente as zonas onde se ultrapassa a temperatura (por exemplo no ponto SP2). Após o diagnóstico é apenas necessário escrever um comentário sobre o estado do equipamento e recomendar a necessidade de uma ação. Para visualização de relatório completo ver ANEXO C. Figura 18 Conversores sobreaquecidos Figura 19 Imagem isotérmica Manutenção Baseada na Condição 41 5.3. Utilização dos equipamentos de monitorização da condição Como foi referido anteriormente, para implementar a manutenção baseada na condição é necessário adquirir equipamentos de monitorização. Um dos primeiros e maiores passos da empresa relativamente a esta manutenção foi a aquisição destes equipamentos, indicando que já havia consciência relativamente ao custo-benefício que este tipo de manutenção traria para a secção do Primário. Os equipamentos de medição existentes na Tabaqueira, E.I.T são o X-Viber (medidor de vibrações) e o FLIR T440bx (captação de infravermelhos e/ou fotografias digitais). Deste modo, começa-se por descrever cada um dos equipamentos indicados. Relativamente ao equipamento X-Viber (Figura 20, (a)), trata-se de um medidor de vibrações para equipamentos rotativos. A sua principal função é fazer a deteção de problemas de desequilíbrios, desalinhamentos e falhas em rolamentos. Refira-se que o X-Viber fornece três leituras de vibração e uma de temperatura. As leituras de vibração são em relação à vibração global do equipamento medida em velocidade (em milímetros por segundo, mm/s), vibração da condição do rolamento (BC – Bearing Condition) medida em aceleração (em g’s) e por fim à vibração “aceleração de envelope”, que indica igualmente o estado do rolamento (complementa a leitura de vibração anteriormente descrita). Relativamente ao parâmetro temperatura, é obtido por medição através do laser que se encontra já incorporado no equipamento de medição. No que se refere à termografia, o equipamento de medição disponível é o FLIR T440bx (na Figura 20, (b)) e cuja principal função é captar imagens térmicas e digitais para posterior análise. Este equipamento é apropriado para fazer análises tanto a sistemas mecânicos como a elétricos. O FLIR T440bx tem a capacidade de fazer diferentes tipos de análises, a título de exemplo, Thermal Fusion (partindo de uma fusão de imagens digitais com imagens térmicas para obter um melhor resultado) e Picture-in-Picture (cria uma sobreposição de infravermelhos na imagem digital). Este possibilita ainda a medição de grandes intervalos de temperatura e possui a opção de vídeo para facilitar o diagnóstico. Após a determinação dos aparelhos a utilizar procede-se à criação de instruções de utilização dos aparelhos de medição, tornando mais simples o acesso e uso dos mesmos. Através de imagens simples e intuitivas, com indicação de cada passo criando um trabalho normalizado e executando da melhor maneira. No Anexo D é possível verificar as instruções com mais detalhe, como complemento é em seguida descrito, de forma sucinta, o processo de criação das instruções. Figura 20 (a) Medidor de vibrações. (b) câmara termográfica Manutenção Baseada na Condição 42 5.3.1. Instrução de funcionamento para os equipamentos de medição É de notar que houve necessidade de criar instruções de funcionamento para a correta utilização dos aparelhos de monitorização, para uniformização do processo. É fundamental que todas as medições sejam efetuadas de modo uniforme a fim de evitar resultados incorretos e que possam encaminhar a diagnósticos errados. Para evitar estes problemas foram realizadas instruções de trabalho (ver em ANEXO E) para a normalização das medições. Nestas instruções encontram-se todos os passos necessários para o técnico poder realizar uma correta medição, indicando a título de exemplo, a necessidade e o modo de passar a informação do computador para o equipamento de medição; pontos (com fotografias) em que os medidores devem ser colocados nos equipamentos a analisar; como guardar os dados recolhidos; como interpretar os resultados em campo, entre outros. Como as análises são de dois tipos diferentes, é necessário referir que nem todos os pontos referidos anteriormente serão aplicados de igual modo. Outro dos objetivos será a colocação destas instruções junto dos equipamentos de medição para que os técnicos possam aceder facilmente e consultá-los sempre que necessário. 5.4. Análise de dados Neste ponto irá fazer-se a avaliação, evolução e diagnóstico dos equipamentos testados. Como foi referido anteriormente, os dados obtidos são comparados com a norma ISO 10816-3 de modo a entender o estado de vibração do equipamento. Como forma de avaliar a gravidade global de vibração do equipamento, a norma utiliza a amplitude em velocidade (RMS). As medições da amplitude são executadas na unidade mm/s e sempre que possível (o acesso à máquina nem sempre é fácil) executam-se medições nos três eixos (vertical, horizontal e axial). Em relação aos rolamentos, a amplitude das medições respeita a aceleração (g’s) e na forma de envelope (gE’s). Estes valores são comparados com a norma disponível no software. 5.4.1. Análise de Vibrações É de referir inicialmente que os limites de alarme definidos (descrição em 3.3.1) para a análise de vibrações foram obtidos através de normas que foram depois inseridas como inputs no software disponível. Note-se que após execução de todas as medições aos equipamentos e transferência de informação dos dados contidos no medidor para o computador, o software transforma automaticamente os dados em três tipos de gráficos de tendência: velocidade global de vibração do equipamento (medido em RMS); condição dos rolamentos (em aceleração, g’s) e envelope (g’E). Com este programa também se obtêm espetros de frequência, nos quais se analisam de modo mais detalhado os tipos de problemas que o equipamento pode ter. Antes de iniciar a análise de resultados é necessário o número de medições são feitas por equipamento. Assim, por cada eixo em que a medição é feita são obtidos três gráficos (vibração global, condição dos rolamentos e envelope) e um espetro. Portanto por cada equipamento analisado são aproximadamente 30 gráficos, 10 espetros e os gráficos das temperaturas (no motor e nas chumaceiras). Em seguida são apresentados alguns resultados obtidos (os mais críticos) através de tabelas sendo possível consultar os gráficos correspondentes no ANEXO F (devido à dimensão e quantidade não são aqui inseridos). Manutenção Baseada na Condição 43 Devido a questões de confidencialidade, as zonas onde estão localizados os equipamentos são descritas pelas letras de A a J, não mencionando todas, uma vez que não têm equipamentos ou máquinas críticos. Tabela 5 Análise de resultados da zona A Zona A Máquinas Tendência Observações /diagnóstico/ações a tomar A-M1 Em todos os eixos de medição a vibração global encontra-se a aumentar, já estando em situação de alarme. Na aceleração os valores encontram-se estabilizados. A temperatura do motor está demasiado elevada, quase 100ºC). Em 5 meses a temperatura passou dos 58ºC para quase 100ºC. Este motor já se encontra em alarme. Pela análise do espetro pode indicar possível desequilíbrio. Severidade: 4. É necessário planear uma intervenção o mais rápido possível. Temperatura do motor demasiado elevada, já estando em situação de alarme. Usar termografia para complementar análise. As temperaturas das chumaceiras encontram-se normais. A-M2 Aumento de vibração relativamente a todos os eixos. Aceleração encontra-se a decrescer (não existe problemas em rolamentos). Aumento de temperatura no motor, última medição estava com 68ºC, neste momento apresenta 88ºC. Equipamento encontra-se em situação de alarme. Pela análise do espetro este indica possível desequilíbrio. Severidade: 3. Acompanhar evolução e planear uma intervenção a médio prazo. Temperatura do motor demasiado elevada, usar termografia para complementar análise. As temperaturas das chumaceiras encontram-se normais. A-M4 Aumento de vibração no eixo horizontal, v=7,5 mm/s. Em relação aos eixos vertical e axial, estes mantém-se constantes. Aceleração encontra-se em valores normais. Temperatura do motor encontra-se a aumentar ao longo das medições realizadas. Neste momento está com 90ºC. Equipamento encontra-se na zona warning. O espetro mostra que é possível existir um desalinhamento, pois o valor da 2ª harmónica é superior à 1ª. Isto indica um possível desalinhamento das polias, ou até um problema nas correias. Severidade: 3. Acompanhar evolução e planear uma intervenção a médio prazo. Temperatura do motor demasiado elevada. Esta temperatura pode ser derivada do possível desalinhamento das polias. A-M8 Vibração geral do equipamento decresceu mas continua elevada. Aceleração decresceu e encontra-se neste momento com valores normais. Temperatura com tendência crescente. A vibração geral decresceu após a troca do motor, mas o equipamento continua com valores de vibração demasiado elevados. É necessário verificar o estado da turbina o mais rápido possível (severidade: 4). A temperatura do motor encontra-se nos 90ºC, possivelmente devido ao problema na turbina. Temperatura das chumaceiras dentro dos limites. 50 Tabela 14 Dados relativos à Figura 25 É possível verificar a partir da imagem térmica (Figura 25) e da análise da Tabela 14 que a temperatura do motor encontra-se num valor exageradamente elevado, quase nos 100 ºC. Apesar da diferença dos pontos (o ponto Sp3 não é o mais frio) não ser muito grande, é necessário dar prioridade 4 a este motor, devido ao facto de se encontrar a 40 ºC acima das temperaturas normais dos motores. É necessário intervir o mais rápido possível com a possibilidade de ter que haver uma troca de motor. É de referir ainda que este motor nunca sofreu alterações ao longo da sua vida útil. Após a análise dos resultados obtidos foi possível verificar que em relação aos quadros elétricos, estes em geral encontram-se a funcionar corretamente, os únicos problemas são os conversores em que 60 % (aproximadamente) destes encontram-se com temperaturas demasiado elevadas, sendo necessário fazer uma intervenção quanto antes. Relativamente o sistema mecânico, a maioria dos motores analisados encontram-se dentro das temperaturas normais, 55 ºC e 65 ºC. Foi necessário abrir algumas ordens de manutenção para inspeção e caso necessário intervenção nos elementos necessários. 5.5. Base de Dados Foi criada uma base de dados em Excel presente em ANEXO I (ampliada para melhor perceção), para simplificar a consulta de equipamentos existentes na secção do Primário, equipamentos onde cada tipo de análise foi realizada e os respetivos relatórios. Na base de dados existe três check lists, uma para análise de vibrações, outra para termografia e uma para equipamentos críticos em relação ao processo. Ao selecionar, a título de exemplo, a análise de vibrações, esta vai mostrar em que equipamentos a análise é feita (YES indica que é feita a análise, NO o contrário). É de referir que esta base de dados é apenas de consulta. É de notar que os relatórios existentes na base de dados estão interligados a partir de hiperligações a pastas onde esses relatórios se encontram. Deste modo, a consulta dos relatórios fica mais simples e qualquer colaborador consegue realizar essa consulta. Repare-se que os relatórios de cada equipamento estão a cores diferentes: vermelho indica intervir quando possível; amarelo, acompanhar situação e verde, a funcionar normalmente. Também foi realizada uma folha de inspeções urgentes de análise de vibrações em Excel com todos os equipamentos, onde se colocam as observações de cada análise dos resultados obtidos (também através de uma hiperligação). Assim, o técnico que for fazer uma medição a um equipamento, apenas terá que fazer a análise dos dados e na folha de inspeção descrever o estado de funcionamento do equipamento (ANEXO H). Em relação à termografia, o processo de inserção dos relatórios é o mesmo como se pode verificar em ANEXO I Data Hora Emissividade Sp1 Sp2 Sp3 ∆T (S1-Sp3) Prioridade 21-06-2013 10:59:00 0,83 88,4 ºC 97,9 ºC 61,8 ºC 26,6 ºC 4 51 5.6. Planeamento da manutenção condicionada Após todas as análises foi necessário proceder ao planeamento da manutenção baseada na condição. É de referir que na maioria dos equipamentos a preventiva é feita trimestralmente. Para isso, com o auxílio do Asset Engineer (responsável pelo planeamento de manutenções) foi essencial verificar quando as manutenções preventivas eram efetuadas para poder conciliar com a condicionada. Como foi referido em 4.2.1, esta manutenção irá ser realizada três semanas a um mês antes da preventiva. Após essa análise houve necessidade de reajustar algumas datas de preventiva para poder compatibilizar a condicionada. Por fim, foram definidas datas de monitorização de todos os equipamentos analisados. Essas datas irão mais tarde ser inseridas no sistema gestão SAP pelo Asset Engineer. Na Tabela 15 é possível verificar o planeamento que se encontra definido. É de notar que este planeamento é para análise de vibrações. Em relação à termografia, esta será realizada quando houver inspeções aos quadros elétricos, ou seja, sempre que um técnico for realizar uma inspeção terá que levar a câmara termográfica, o que antes não acontecia. Ao fazer a inspeção aos quadros com este aparelho fará com que melhore não só a segurança dos técnicos, mas estes irão apenas intervir caso que seja realmente necessário. É de referir que a inspeção aos quadros elétricos é feita trimestralmente, mas com a realização de uma pesquisa detalhada está em estudo a possibilidade de as inspeções passarem a ser semestrais, uma vez que é o mais aconselhável por empresas especializadas nesta área. Tabela 15 Planeamento da condicionada Manutenção Baseada na Condição 52 5.7. Melhoria dos tempos de preventiva Refira-se que com a implementação da manutenção baseada na condição poderão reduzir-se os tempos de manutenção preventiva. Deste modo, com a realização da monitorização dos equipamentos já não surge a necessidade de realizar inspeção nas máquinas em estudo, sendo apenas necessário proceder à intervenção (caso se verifique algum problema). Esta pesquisa foi baseada apenas na análise de vibração uma vez que é a análise que mais interfere nos tempos de preventiva. Com isto, foi realizado um estudo do tempo de redução da preventiva com a implementação da condicionada tendo como objetivo compreender o tempo que os técnicos iriam poupar com a implementação desta manutenção. Inicialmente foi recolhida informação junto dos técnicos para estimar o tempo que estes demoram a realizar inspeção aos equipamentos e com essa informação fez-se uma comparação com o tempo em que a análise de vibração demora a ser realizada (testes em campo e análise no computador). Estes dados foram manipulados em Excel e resultaram diferentes gráficos para cada equipamento. Por fim fez-se uma média dos tempos de redução de preventiva de todos os gráficos estudados (Gráfico 12). É de referir que estes tempos de preventiva são estimados, sendo referentes aos tempos que os técnicos demoram a fazer as inspeções a cada equipamento. Os tempos de condicionada por outro lado, não são estimados, porque com a introdução deste projeto foi necessário a realização de testes e consequente análise dos dados. Nos equipamentos em estudo, fazendo a condicionada em vez de preventiva tem-se um ganho de quase 60 % de tempo, sendo que esse tempo pode ser utilizado para melhorar e reforçar as inspeções, tendo mais tempo para outros trabalhos de manutenção que tenham uma prioridade mais elevada. Gráfico 12 Comparação manutenção preventiva com condicionada Manutenção Baseada na Condição 53 Para concluir, o Gráfico 13 mostra o tempo de redução total de manutenção preventiva dos equipamentos existentes no Primário com a implementação da manutenção condicionada. Esta redução (perto dos 18%) faz com que diminua a taxa de ocupação dos técnicos, fazendo com que estes tenham mais tempo para ocupar com outras manutenções, formações e outros trabalhos mais importantes. Gráfico 13 Redução de preventiva com implementação da condicionada Manutenção Baseada na Condição 54 Manutenção Baseada na Condição 55 6 Conclusões As filosofias de manutenção têm evoluído ao longo do tempo, tendo progredido de um sistema inicial de corretiva para uma abordagem mais ao nível de preparação e da previsão do comportamento dos equipamentos. Refira-se ainda que a manutenção baseada na condição assenta na avaliação do estado dos equipamentos, avaliação essa que pode ser feita de diversas formas, sendo as duas mais importantes a análise de vibrações e a termografia. 6.1. Considerações finais É necessário efetuar uma análise crítica aos resultados das medições das duas análises, uma vez que estas podem ser afetadas por vários fatores externos. Em relação à análise de vibrações, os principais fatores de influência externos são os apoios dos equipamentos e as vibrações de outras máquinas, enquanto que na termografia esses fatores estão diretamente relacionados com a variação da temperatura ambiente (temperatura envolvente dos elementos). É de referir que foram realizados procedimentos, instruções de trabalho para cada tipo de análise e ainda instruções de funcionamento para cada aparelho de medição. Os procedimentos foram realizados para a standardização do trabalho a ser realizado, facilitando o trabalho dos técnicos. De igual modo procedeu-se à criação de instruções de trabalho para normalização das medições, sendo que nessas instruções se encontram todos os passos necessários para que o técnico possa realizar uma correta mensuração, partindo apenas da consulta das instruções. Para a melhor compreensão e correta utilização dos equipamentos de medição foram criadas instruções de funcionamento, para que as medições sejam efetuadas de modo uniforme e a fim de evitar resultados incorretos que possam conduzir a diagnósticos errados. Deste modo surgiu a necessidade de definir limites de alarmes para a avaliação dos equipamentos (ISO 10816) permitindo uma correta avaliação dos equipamentos, sendo contudo necessário referir que estes valores poderão ser modificados consoante as medições que forem realizadas. Em relação à termografia não foram definidos alarmes específicos, mas a partir da tabela das diferenças de temperaturas e das ações recomendadas é possível fazer um bom diagnóstico aos equipamentos. Relativamente à análise de vibrações estas foram realizadas a 50 equipamentos em que se obteve aproximadamente 1500 gráficos para uma análise mais detalhada. No projeto realizado apenas foram incluídos os equipamentos mais críticos e os respetivos gráficos e espetros. Na termografia realizaram-se medições a todos os quadros elétricos existentes e em alguns casos análises a sistemas mecânicos para complementar a análise de vibrações. Concluindo, após a avaliação dos equipamentos com recursos a estas técnicas foram detetados quatro equipamentos com necessidade máxima de urgência, em que estes são: A-M1; A-M8; B-M7 e C-7. Nos quadros elétricos os problemas encontrados foram os conversores, como foi referido anteriormente. Estes conversores necessitam de ser trocados o quanto antes, uma vez que a maioria destes se encontram com temperaturas demasiado elevadas. Relativamente aos restantes equipamentos analisados é necessário haver uma monitorização mais regular para acompanhar de perto a sua evolução. É de referir que com a análise de vibrações já foi possível obter resultados práticos, uma vez que após a análise detalhada e diagnóstico de dois equipamentos, A-M8 e B-M10, houve Manutenção Baseada na Condição 56 necessidade de uma intervenção rápida para a troca dos dois motores por falha nos rolamentos. Os restantes equipamentos analisados encontram-se dentro dos parâmetros estabelecidos. Com o desenvolvimento do projeto foi possível mostrar que a monitorização dos equipamentos traz vantagens ao departamento de manutenção da empresa. Com a implementação deste novo tipo de manutenção surgem vantagens quer a nível de ocupação dos técnicos e na vida útil dos equipamentos. Uma das grandes vantagens foi o tempo estimado de redução de preventiva em 18%. Esta redução faz com que os técnicos se possam ocupar com manutenções com prioridade mais elevada e fazer inspeções com maior rigor e mais detalhe. As task lists das ordens de manutenção irão também reduzir, uma vez que ao fazer a monitorização dos equipamentos, os técnicos já não terão que fazer respetiva a inspeção. Por fim, foram efetuadas induções sobre como realizar as análises e como fazer o seu diagnóstico. Estas induções foram dadas aos técnicos de mecânica e de eletrónica para estes poderem realizar as análises autonomamente. 6.2. Trabalhos futuros Após a avaliação do estado dos equipamentos é necessário verificar se de facto os equipamentos identificados como sendo críticos se realmente têm algum problema. Este passo é fundamental para perceber se o processo de manutenção condicionada desenvolvido é fiável. Caso não se verifiquem os problemas encontrados será necessário reajustar o processo, principalmente em relação aos limites de alarmes e critérios de avaliação definidos. Contudo, já foram abertas ordens de manutenção para a maioria dos equipamentos críticos detetados, mas até este momento ainda não foram executadas. Relativamente ao agendamento do plano de medições este já se encontra definido, mas ainda necessita de ser colocado no sistema de gestão SAP pelo Asset Engineer para as ordens começarem a ser efetuadas. É de referir que foi realizada uma estimativa de compra de um equipamento de análise de vibrações, uma vez que o medidor existente é antigo e não pertence ao departamento da manutenção do Primário. Por fim, as induções que foram dadas aos técnicos pela autora do projeto devem continuar. Este tipo de manutenção necessita de elevados conhecimentos teóricos para conseguir realizar uma análise mais correta, por isso ter formação nesta área é fundamental. Manutenção Baseada na Condição 57 7 Referências 10816, I. (1998). Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts. International Organization for Standarization. Miit. (1989). Obtido em Março de 2013, de www.miit.pt Cabral, J. P. (2004). Organização e Gestão da Manutenção - Dos conceitos à prática. 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Aferir as características mecânicas e nominais do equipamento a analisar para introduzir como ‘Input’ no software; Nomeadamente:  Potência do Motor (Kw);  Velocidade de rotação (rpm);  Frequência do motor (Hz);  Rolamentos dos motores (ver referências);  Verificar se a transmissão é direta ou por correia;  Se for por correia: o Comprimento da correia; o Diâmetro das polias (do veio do motor e do ventilador).  Rolamentos das chumaceiras (ver referências). 2. Saber quais os tipos de avarias que podem ocorrer em cada equipamento (principalmente em motores e ventiladores) A partir da análise de vibrações pode-se verificar as seguintes avarias:  Rolamentos danificados;  Engrenagens defeituosas;  Acoplamentos desalinhados;  Rotores não balanceados;  Eixos deformados;  Lubrificação deficiente;  Folgas excessivas em buchas;  Falta de rigidez;  Desequilíbrio de rotores de motores elétricos. Ventiladores: Causas de avarias em ventiladores:  Fixação deficiente  Eixo torcido  Pás dos ventiladores desgastados/posicionamento  Acoplamentos desalinhados  Defeitos nos mancais  Problema de rigidez pelo mau contato da superfície de apoio  Estrutura do conjunto  Desalinhamento/desgaste de correias 3. Verificar quais as normas aplicáveis ao tipo de equipamento em análise; Manutenção Baseada na Condição 66 ANEXO B: Relatório Análise de Vibrações O relatório de análise de vibrações é realizado em Excel, sendo que para cada ponto de medição se obtêm três gráficos de tendência e um espetro. A figura anterior mostra a primeira página do relatório, no qual se indica a data da realização da medição, o equipamento e as observações que foram realizadas através das análises de todos os gráficos obtidos. Manutenção Baseada na Condição 67 ANEXO C: Relatório de Termografia Manutenção Baseada na Condição 68 ANEXO D: Instrução de funcionamento dos equipamentos de medição Medidor de vibrações, X-Viber Manutenção Baseada na Condição 69 Manutenção Baseada na Condição 70 Câmara Termográfica, FLIR T440bx Manutenção Baseada na Condição 71 Manutenção Baseada na Condição 72 ANEXO E: Instruções de trabalho para análise de vibrações e termografia Análise de vibrações Manutenção Baseada na Condição 73 Manutenção Baseada na Condição 74 Manutenção Baseada na Condição 75 Análise Termográfica Manutenção Baseada na Condição 82 Manutenção Baseada na Condição 83 ANEXO G: Imagens obtidas com termografia Conversores sobreaquecidos Motor com temperatura muito elevada Manutenção Baseada na Condição 84 Barramento com temperaturas dentro do normal Integral do quadro elétrico com temperaturas elevadas Imagem termográfica indica que apenas os relés que estão a cor mais clara se encontram em funcionamento Manutenção Baseada na Condição 85 ANEXO H: Folha de Inspeções Na página seguinte apresenta-se em tamanho ampliado a folha de inspeções de análise de vibrações aos equipamentos selecionados previamente através da implementação da manutenção condicionada. Manutenção Baseada na Condição 86 ANEXO I: Base de Dados A primeira imagem refere-se à base de dados de consulta criada em Excel para simplificar a verificação dos equipamentos nas quais as análises são realizadas. Manutenção Baseada na Condição 87 Dentro da base de dados existe uma folha que possibilita consultar os relatórios de análise de vibrações para criar um acesso mais simples para o utilizador. Como já referido, as cores permitem que se tenha uma melhor perceção do estado e condição do equipamento e da própria ordem de manutenção. Manutenção Baseada na Condição 88 Em último lugar apresenta-se a imagem relativa à folha da base de dados referente à análise de termografia.