UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
UTILIZAÇÃO DA ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE
COMO PARTE DO PROGRAMA DE MANUTENÇÃO
PREDITIVA DE MÁQUINAS DE TRAÇÃO
ENGRENADAS
CLARA MAIA DE CARVALHO
NATAL- RN, 2021
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
UTILIZAÇÃO DA ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE
COMO PARTE DO PROGRAMA DE MANUTENÇÃO
PREDITIVA DE MÁQUINAS DE TRAÇÃO
ENGRENADAS
CLARA MAIA DE CARVALHO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico, orientado pela Profa. Dra. Salete Martins Alves.
NATAL - RN
2021
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
UTILIZAÇÃO DA ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE
COMO PARTE DO PROGRAMA DE MANUTENÇÃO
PREDITIVA DE MÁQUINAS DE TRAÇÃO
ENGRENADAS
CLARA MAIA DE CARVALHO
Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão de Curso
Profa. Dra. Salete Martins Alves ___________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Orientador
Prof. Dr. João Wanderley Rodrigues Pereira ___________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Norte – Avaliador Interno
Priscila Medeiros Santandrea ___________________________ Avaliador Externo
Agradecimentos
Agradeço, primeiramente, a Deus, pela força e coragem durante toda essa longa caminhada. Aos meus pais, Hélio e Magna, pelo apoio e motivação diária, e a minha irmã, Nayanne, pela inspiração para seguir o caminho da engenharia.
Aos meus colegas de curso, que se tornaram minha família ao longo desses anos, Gabriela, Priscila, Thaís, Djalma, Átila, Andressa, Daniel, João Paulo e Jonathan. Obrigada pelo ciclo de motivação, tardes de estudo e momentos de descontração entre as aulas.
A Equipe Car-Kará Baja SAE, por me ensinar tanto, não somente de engenharia, mas de união, companheirismo e reciprocidade. Agradeço especialmente aos membros Dayse, Sarah, Pablo, Matheus Gabriel, Henrique, Gustavo, Rodrigo, Guilherme, Victor Vanelli e João Neto. Voa Car-Kará!
Aos meus colegas de estágio e trabalho: Flávia, Laura, Rafaell, Gabriel, Fabiana, Patrício Bruno, Paulo Alexandre e Eduardo Biazetto. A equipe de reparo: Edson, Manoel, Wilkerson e Wandson. Obrigada por contribuírem com meu crescimento profissional e por me ensinarem tanto!
A minhas amigas Eugenia, Joice, Daiane, Lays, e suas miniaturas, Davi e Isabel, por toda compreensão, apoio e suporte ao longo dos anos. Saber que, apesar da distância física, a amizade não mudou e que meu porto seguro se manteve, é um grande presente. Gratidão por tanto!
Por fim, a Universidade Federal do Rio Grande do Norte e, em especial, ao corpo docente dos cursos de Ciências e Tecnologia e Engenharia Mecânica. À professora Salete, pelo suporte e empenho dedicado à elaboração desse trabalho.
Carvalho, C. M. UTILIZAÇÃO DA ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE COMO
PARTE DO PROGRAMA DE MANUTENÇÃO PREDITIVA DE MÁQUINAS DE TRAÇÃO ENGRENADAS. 2020. 36 p. Trabalho de Conclusão de Curso
(Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2020.
Resumo
A indisponibilidade de um equipamento como o elevador causa ao seu usuário grandes contratempos e insatisfação, sendo esse o maior desafio das empresas prestadoras de serviço de manutenção, que devem assegurar a disponibilidade do equipamento, com segurança, continuamente. O presente trabalho trata da elaboração de um plano de manutenção preditiva, através da análise de óleo lubrificante de máquinas de tração engrenadas. Com o objetivo de assegurar maior criticidade e respaldo nas ações envolvendo o óleo lubrificante, proporcionando também maior disponibilidade do equipamento, o trabalho apresenta o procedimento e material necessário para a realização da coleta das amostras de óleo, seguindo pela apresentação dos ensaios que deverão ser realizados. As possíveis causas e efeitos das variações das características físico-químicas analisadas também são apresentadas. A utilização do banco de dados e de ferramentas de gestão à vista apresentados proporcionarão a equipe técnica o fácil acesso as informações necessárias para as tomadas de decisão. Por fim, é apresentado o plano de manutenção preditiva elaborado, contendo etapas claras, bem definidas e de fácil implementação.
Carvalho, C. M. USE OF LUBRICATING OIL ANALYSIS AS PART OF THE
PREDICTIVE MAINTENANCE PROGRAM FOR GEAR TRACTION MACHINES.
2020. 36 p. Conclusion work project (Graduate in Mechanical Engineering) - Federal University of Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2020.
Abstract
The unavailability of equipment such as the elevator causes its user great discomfort and dissatisfaction, which is the biggest challenge for companies providing maintenance services, which must ensure the availability of the equipment, safely, continuously. The present work deals with the elaboration of a predictive maintenance plan, through the analysis of lubricating oil of geared traction machines. In order to ensure greater criticality and support in actions involving lubricating oil, also providing greater availability of the equipment, the work presents the procedure and material necessary to carry out the collection of oil samples, following the presentation of the tests that must be performed. The possible causes and effects of the variations in the physical-chemical characteristics analyzed are also presented. The use of the database and tools of sight management presented will provide the technical team with easy access to the information necessary for decision making. Finally, the prepared predictive maintenance plan is presented, containing clear, well-defined and easy to implement steps.
Lista de Ilustrações
Figura 1 – Exemplos de transmissão por engrenagens. ______________________ 6 Figura 2 – Exemplo de montagem de pares de engrenagens cônicas. ___________ 7 Figura 3 – Redutor de velocidade com o conjunto coroa e eixo sem fim. _________ 8 Figura 4 – Estrutura básica de um elevador. _______________________________ 9 Figura 5 – Máquina de tração engrenada thyssenkrupp, modelo TW 130. _______ 10 Figura 6 – Etiqueta de identificação de amostra coletada. ____________________ 12 Figura 7 – Principais tipos de viscosímetros capilares. ______________________ 13 Figura 8 – Colorímetro Lovibond. _______________________________________ 14 Figura 9 – Esquema de bancada para obtenção de temperatura de ponto de fluidez. _________________________________________________________________ 15 Figura 10 – Aparelho utilizado para ensaio de ponto de fulgor com vaso aberto. __ 15 Figura 11 – Aparelho utilizado para ensaio de ponto de fulgor com vaso fechado. _ 16 Figura 12 – Gabarito de corrosão de lâminas de cobre. _____________________ 16 Figura 13 – Gráfico “Curva da Asa”. _____________________________________ 17 Figura 14 – Tela inicial Oil Control. _____________________________________ 18 Figura 15 – Tela “Incluir Dados” Oil Control. ______________________________ 19 Figura 16 – Tela “Verificar Histórico” Oil Control. ___________________________ 20 Figura 17 – Relatório consolidado Oil Control. _____________________________ 20 Figura 18 – Visão Geral do Plano de Manutenção Preditiva __________________ 21 Figura 19 – Procedimento de coleta de amostra de óleo lubrificante. ___________ 22 Figura 20 – Gestão à vista: Acompanhamento de recolhimento de amostras. ____ 23 Figura 21 – Gestão à vista: Acompanhamento da evolução das características. __ 24
Lista de Tabelas
Tabela 1 – Custo US$/HP/ano por tipo de manutenção ... 4 Tabela 2 – Propriedades físico-químicas Omala S2 G 680 ... 25 Tabela 3 – Condições limítrofes das propriedades físico-químicas Omala S2 G 680 ... 25
Sumário
Agradecimentos ... i Resumo ... ii Abstract ... iii Lista de Ilustrações ... iv Lista de Tabelas ... v Sumário ... vi 1 Introdução ... 1 2 Revisão Bibliográfica ... 3 2.1 Manutenção ... 3 2.2 Lubrificantes ... 42.3 Análise de óleo lubrificante ... 5
2.4 Redutores mecânicos ... 6
2.5 Equipamentos de transporte vertical ... 8
3 Metodologia ... 12
3.1 Procedimento para coleta de óleo ... 12
3.2 Ensaios ... 13
3.3 Banco de dados ... 18
4 Resultados e Discussões ... 21
4.1 Programa de manutenção preditiva ... 21
5 Conclusões ... 27
1 Introdução
A utilização de elevadores, sejam eles residenciais ou comerciais, já está inserida na rotina das pessoas. De acordo com a thyssenkrupp ®, no mundo mais de 12 milhões de elevadores fazem 7 bilhões de viagens e movem mais de 1 bilhão de pessoas todos os dias. Todo o ano, necessárias intervenções de manutenção deixam elevadores indisponíveis, de modo cumulativo, por um total de 190 milhões de horas. Devido ao impacto que a indisponibilidade de um elevador gera, a capacidade de antecipar a identificação de falhas e programar uma parada para correção, se torna o grande diferencial para uma empresa prestadora de serviço de manutenção.
Segundo a Norma NBR-5462, a manutenção preditiva é aquela que permite garantir uma qualidade de serviço desejada, com base na aplicação sistemática de técnicas de análise, utilizando-se de meios de supervisão centralizados ou de amostragem, para reduzir ao mínimo a manutenção preventiva e diminuir a manutenção corretiva.
Na realização desse tipo de manutenção, é realizado registro e acompanhamento de características, como:
- Alteração nos níveis de temperatura;
- Alteração no nível de vibração de equipamentos rotativos; - Contaminação de óleos lubrificantes;
- Alteração no estado de superfície; - Alteração nos níveis de pressão.
Atualmente, o procedimento para análise de óleo lubrificante de máquinas de tração engrenadas, das empresas prestadoras de manutenção de elevadores, consiste apenas em análises visuais da sua coloração, presença de impurezas e nível no visor de óleo da máquina, assim como a detecção de vazamentos, pelo eixo sem-fim ou visor de óleo, e o tempo de troca do lubrificante.
Analisando o procedimento descrito anteriormente, foi proposto a reestruturação da forma como é realizada a análise do óleo, somando aos
procedimentos visuais e estatísticos, o uso de ensaios laboratoriais, a fim de se respaldar e assegurar a necessidade de substituição de óleo e condição de operação de componentes.
No presente estudo, será abordada a análise de óleo lubrificante como parte do plano de manutenção preditiva, aplicado em máquinas de tração engrenadas. A avaliação dos dados resultantes dos ensaios deve indicar e comprovar se há necessidade de substituição de óleo, assim como problemas de desgaste acentuado ou uso de lubrificante inapropriado.
A metodologia do trabalho consiste no desenvolvimento de um programa de análise periódica do óleo lubrificante, com a especificação dos ensaios básicos do programa, bem como as propostas de acompanhamento e ações de acordo com os resultados obtidos.
Através da utilização do programa de análise desenvolvido, com a realização de ensaios laboratoriais das amostras do óleo lubrificante, espera-se identificar e acompanhar a evolução de características como viscosidade e acidez, presença de água e contaminantes, desgaste do conjunto coroa e eixo sem-fim, e nível de concentração de aditivos, que viabilizarão a tomada de decisões para correções de possíveis falhas, aumentando a disponibilidade do equipamento e a redução de custo com ações corretivas não planejadas.
2 Revisão Bibliográfica
A revisão bibliográfica deste trabalho contém uma breve discussão sobre os principais tipos de manutenção, óleos lubrificantes e viabilidade da análise de óleo, seguido da abordagem sobre redutores mecânicos. Por fim, são apresentadas questões referentes aos equipamentos de transporte vertical, os elevadores, e suas máquinas de tração engrenadas.
2.1 Manutenção
Todo equipamento está sujeito a falhar em algum momento durante a sua operação, seja devido ao ciclo de vida de uma peça, a condição de uso ou a um erro técnico associado. O principal desafio da indústria e dos prestadores de serviço é conseguir identificar previamente essa falha e antecipar a sua correção. Para tal ação, são empregados diferentes tipos de planos de manutenção. Comumente distingue-se as formas de manutenção em três tipos: preventiva, corretiva e preditiva.
Segundo a Norma NBR-5462, a manutenção preventiva é a manutenção efetuada em intervalos predeterminados, ou de acordo com critérios prescritos, destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um item. A manutenção preventiva baseia-se, principalmente, no tempo estipulado pelo fabricante ou dados estatísticos para substituição de determinados componentes. Devido a sua simplicidade e baixo custo esse é o tipo de manutenção mais empregado na indústria.
Por sua vez, a manutenção corretiva é empregada quando a falha já ocorreu e, geralmente, envolve elevados custos, indisponibilidade do equipamento em um período não programado e redução de produtividade. Tem-se a ação corretiva como consequência de uma manutenção preventiva deficiente.
A manutenção preditiva faz uso dos dados obtidos ao longo do tempo para analisar a forma do comportamento de determinadas características e, dessa forma, tomar decisões para correção prévia de falhas. Técnicas de sensoriamento e ensaios laboratoriais fazem parte desse programa e, por isso, demandam um considerável investimento inicial. No entanto, os benefícios obtidos com a previsão de falhas se sobressaem, garantindo maior confiabilidade e disponibilidade do equipamento, que culminam com a satisfação do cliente.
Abaixo, na Tabela 1, podemos verificar o custo por HP (horse power), que é a potência instalada, por ano, em cada um dos principais tipos de manutenção.
Tabela 1 – Custo US$/HP/ano por tipo de manutenção
Tipo de Manutenção Custo US$/HP/Ano
Corretiva 17 a 18
Preventiva 11 a 13
Preditiva 7 a 9
Fonte: NMW Chicago (1998)
2.2 Lubrificantes
“Quando ocorre um movimento relativo entre superfícies é normalmente desejável minimizar a fricção e o desgaste. Qualquer substância interposta que reduz a fricção e desgaste é um lubrificante” (CUNHA, 2005).
Os óleos lubrificantes são classificados de acordo com a sua origem, podendo ser essa vegetal, animal, mineral ou sintético.
Segundo Stachowiak (1993), a formulação dos lubrificantes é um processo mais complexo pelas solicitações impostas nas atividades atuais. Os lubrificantes feitos a partir de óleo natural ou mineral são parcialmente refinados e impuros, pois esses possuem componentes que podem prejudicar a atividade de lubrificação, assim como substâncias essenciais nesse processo. O equilibro dessas características é alcançado de acordo com a aplicação desejada.
Os óleos vegetais são obtidos através de processos de extração, mecânica ou química, de sementes de milho, girassol, soja, entre outros. Seja o processo mecânico ou químico, as sementes passam por algumas etapas iniciais em comum: limpeza, separação das cascas, trituração, laminação e cozimento.
Os óleos animais possuem como matéria-prima os tecidos adiposos presentes nas carnes, peles e ossos de animais. Esse insumo passa por uma etapa de trituração, seguido por uma mistura com água em uma autoclave. Durante a exposição a altas temperatura e pressão as células com material graxo são destruídos e a gordura animal fica no estado líquido. Ocorre o recolhimento desse material, seguido por processo de filtragem, refino e purificação.
Segundo Petrobrás (1999) os óleos sintéticos são lubrificantes criados em laboratório, com características específicas para aplicações especiais na indústria.
Devido ao seu elevado custo, esses são utilizados apenas em casos que não possam ser empregados o óleo mineral.
Comparados aos óleos minerais, os óleos sintéticos apresentam desvantagens em relação ao custo, mas vantagens em relação ao tempo de vida útil. Subdividem-se em hidrocarbonetos sintéticos, poliolésteres, diésteres, óleos de silicone e poliésteres perfluorados.
Os óleos minerais são obtidos pela destilação do petróleo e, segundo Petrobrás (1999), as suas características dependem da natureza do óleo. Esses são os mais utilizados e importantes nas atividades de lubrificação.
2.3 Análise de óleo lubrificante
Segundo Carreteiro (2006), a comprovação da qualidade de um lubrificante só pode ser atestada após a aplicação e avaliação do seu desempenho em serviço. Através da sua composição e formulação, serão definidas as propriedades físicas e químicas, que serão os parâmetros para medição e controle de qualidade.
A análise de óleo lubrificante é uma das principais técnicas de manutenção preditiva utilizadas, principalmente por permitir a avaliação simultânea do estado do óleo e do sistema mecânico, identificando a presença de contaminantes, perda de aditivos ou desgaste anormal dos componentes.
Na utilização da análise de óleo para verificação da degradação de óleo em motores alimentados com biodiesel B100, segundo Pereira (2015), viu-se que o conhecimento da concentração dos elementos produzidos pelo desgaste, nos permite inferir as possíveis causas dessa degradação e apontar as medidas corretivas corretas. Porém, deve-se considerar os limites de concentração dos elementos identificados, para que seja possível separar casos de desgaste normal devido ao uso e casos críticos, de acentuação do desgaste com o tempo.
Segundo Lago (2007), a análise de óleo também apresenta bons resultados quando a velocidade de rotação é baixa e a análise de vibrações é dificultada. Rolamentos também podem ser monitorados por esta técnica.
No entanto, apesar dos pontos positivos citados, é necessário considerar o investimento requerido para a execução dos ensaios, pois, conforme apontado por Kimura (2010), as desvantagens encontradas na manutenção preditiva estão nas
inspeções periódicas, através de instrumentos específicos de monitoração, o que também requer pessoal qualificado para a realização do serviço.
A utilização de laboratório próprio requer aquisição de instrumental, calibração e manutenção de aparelhos, capacitação dos técnicos responsáveis pelo laboratório e a própria estrutura física.
Caso opte-se pela execução dos ensaios junto a empresas que prestam os serviços de análise, deve-se verificar os pacotes disponíveis, considerando o tipo de aplicação do equipamento assistido e o intervalo entre as análises.
2.4 Redutores mecânicos
A função de um redutor de velocidades é de transmitir movimento rotativo de uma fonte de potência para um eixo acionador, independente da aplicação (JELASKA, 2012).
Segundo Mazzo (2013), as engrenagens oferecem a mais prática e confiável maneira de se transmitir movimento angular uniforme, mesmo com a potência sendo transmitida “em etapas”, ou seja, em intervalos discretos entre um dente e outro. A seguir, Figura 7, alguns exemplos de transmissão por engrenagens.
Figura 1 – Exemplos de transmissão por engrenagens.
Fonte: Jelaska (2012)
Cada tipo de par de engrenagens possui características específicas e aplicações recomendadas. As engrenagens cilíndricas de dentes retos são as mais
simples e, por isso, possuem uma maior empregabilidade. Segundo Budynas (2008), essas engrenagens possuem os dentes paralelos ao eixo de rotação e são utilizadas para transmitir movimento de um eixo a outro eixo, paralelo ao primeiro.
As engrenagens helicoidais possuem dentes inclinados, em relação ao eixo de rotação, que lhe garantem um engrenamento com menor ruído, se comparado ao gerado pelo engrenamento dos dentes retos. Devido a essa forma de dente, são gerados esforços combinados que criam a necessidade de utilização de rolamentos como os de rolos cônicos ou contato angular.
Para o emprego de engrenagem em eixos que se interceptam utiliza-se a engrenagem cônica, como ilustradas na Figura 8.
Figura 2 – Exemplo de montagem de pares de engrenagens cônicas.
Fonte: Budynas (2008)
Outro tipo de sistema de transmissão com engrenagens bastante utilizado é o conjunto coroa e eixo sem fim. Nessa estrutura é possível realizar grandes reduções de rotação e economia de espaço, uma vez que se reduz a quantidade de elementos necessários.
Figura 3 – Redutor de velocidade com o conjunto coroa e eixo sem fim.
Fonte: Fresadora Sant’Ana
Nesse sistema opta-se, normalmente, por utilizar materiais como bronze para fabricação da coroa e do aço, temperado, para o eixo do sem fim. Essa combinação apresenta características como longa durabilidade, resistência razoável e boa compatibilidade.
2.5 Equipamentos de transporte vertical
O elevador é um equipamento de transporte utilizado para mover, verticalmente, pessoas e bens ao longo de um determinado percurso. A Associação Brasileira de Normais Técnicas (ABNT), adotou a Norma Mercosul NM 207/99 referente aos requisitos de segurança para construção e instalação de elevadores elétricos de passageiros. A estrutura básica de um elevador está mostrada na Figura 4.
Figura 4 – Estrutura básica de um elevador.
Fonte: Thyssenkrupp
De forma simplificada, o elevador é composto por cabina - parte que transporta o passageiro -, contrapeso – massa que assegura que ocorra a tração dos cabos de aço -, caixa de corrida – espaço por onde a cabina irá se deslocar -, poço – espaço abaixo do último pavimento que abriga os amortecedores e polia tensora -, e a casa de máquinas – local onde ficam a máquina de tração, limitador de velocidade, quadro de comando e quadro de força-.
Figura 5 – Máquina de tração engrenada thyssenkrupp, modelo TW 130.
Fonte: Thyssenkrupp
No momento em que um passageiro entra na cabina e seleciona um pavimento, através do painel de operação, essa informação é passada para o quadro de comando que irá fazer o fechamento da porta (somente após a confirmação, pela régua de segurança, de que não há pessoas ou objetos entre as portas) e, em seguida, com a confirmação de fechamento pelo contato elétrico, proporcionar o início do deslocamento.
Para que a cabina e contrapeso, suspensos por cabos de aço, deslizem através da caixa de corrida pelas guias, é passado ao motor da máquina de tração uma corrente elétrica, que irá acionar o motor elétrico acoplado ao eixo do sem fim, responsável, pela transmissão e redução junto a coroa, proporcionando uma determinada rotação ao eixo de saída onde está acoplada a polia de tração, que, por sua vez, irá fazer os cabos de tração se movimentarem.
Ao se aproximar do pavimento solicitado, o sistema inicializará a desaceleração do equipamento. Com a confirmação de nivelamento, através de imãs e sensores, e
a parada total do motor, o freio é acionado, as portas de cabina e pavimento são abertas e o passageiro pode sair da cabina.
Para garantir uma experiência agradável ao cliente, a manutenção preventiva dos elevadores ocorre mensalmente e tem como objetivo manter as condições de conservação e pleno funcionamento do equipamento, diminuindo o índice de falhas. Normalmente são relacionadas atividades de ajuste, limpeza, verificação e lubrificação.
3 Metodologia
Este capítulo aborda as etapas de execução do plano de manutenção, iniciando pelo procedimento para coleta de óleo, seguindo com a realização dos ensaios laboratoriais definidos previamente e finalizando com a alimentação do banco de dados, para posterior análise e acompanhamento.
3.1 Procedimento para coleta de óleo
A etapa inicial para a realização da análise de óleo consiste na coleta da amostra. Esse procedimento deve ocorrer de forma a garantir que a amostra não sofra interferências externas, evitando-se o comprometimento da qualidade dos dados.
Para a coleta, serão necessários os seguintes itens: - Bomba manual de sucção;
- Mangueira;
- Frasco com identificação, contendo tampa e batoque.
A coleta de amostras deverá ocorrer a cada 06 meses, a contar da data da última troca de óleo das máquinas de tração. O óleo deverá ser retirado através da tampa superior da máquina, após a realização dos procedimentos de segurança para parada do equipamento, garantindo que as partículas aderidas ao dreno não desqualifiquem os ensaios. Será necessário a identificação da amostra, através do preenchimento da etiqueta, Figura 6, que será colada ao frasco que contem a amostra.
Figura 6 – Etiqueta de identificação de amostra coletada.
3.2 Ensaios
Para atestar a qualidade de um óleo, ensaios laboratoriais são realizados, conforme métodos normalizados. Para este plano de manutenção, teremos os seguintes ensaios: viscosidade, cor, ponto de fluidez, ponto de fulgor, corrosão em lâmina de cobre e teor de água.
A viscosidade de um fluido é a propriedade que indica a sua capacidade de resistir ao escoamento. Um óleo com alta viscosidade apresenta uma maior resistência para fluir, já um com baixa viscosidade escorre facilmente. No método de análise ASTM D445, é realizada a medição do tempo em que um determinado volume do fluido escoa, por gravidade, através de um viscosímetro capilar de vidro calibrado.
Figura 7 – Principais tipos de viscosímetros capilares.
Fonte: Special Glass
O aumento da viscosidade pode ocorrer pela presença de produtos oxidados, insolúveis, água e reposição com um óleo mais viscoso. A reposição com um óleo menos viscoso pode levar a redução da viscosidade, tornando-o menos resistente a força de cisalhamento, reduzindo sua capacidade na criação da película protetora entre as superfícies que possuem contato durante o movimento.
A cor do óleo lubrificante é outra importante característica, que pode indicar se há alguma inconformidade no sistema onde o fluido é aplicado. Além de uma
análise visual, menos precisa, há aparelhos específicos para determinação dessa característica como, por exemplo, colorímetros Union, Lovibond, Tag-Robinson e Saybolt. No método de análise de cor de produtos oriundos do petróleo, fundamentado pela norma ASTM D1500, ocorre a comparação da amostra com uma escala de filtros óticos, que variam de um tom amarelo a um tom vermelho, de valores entre 0,5 e 8,0, com incrementos de 0,5.
Figura 8 – Colorímetro Lovibond.
Fonte: Lovibond.
O ponto de fluidez é a temperatura mínima na qual o óleo ainda flui, podendo ser determinado por ensaios como o Ensaio Padrão ASTM D-97-05, onde ocorrem resfriamentos sucessivos, com a redução de 3 em 3°C, para verificar até qual temperatura a fluidez ocorre.
Figura 9 – Esquema de bancada para obtenção de temperatura de ponto de fluidez.
Fonte: Dapieve (2015)
O conhecimento do ponto de fulgor permite avaliar as temperaturas de serviço que um óleo lubrificante pode suportar com absoluta segurança. Óleos com ponto de fulgor inferior a 150°C não devem ser empregados para fins de lubrificação. (CARDOSO, 2006)
O ponto de fulgor, por definição, que indica qual a menor temperatura na qual o líquido irá formar um vapor perto da superfície, capaz de inflamar-se momentaneamente ao entrar em contato com uma chama. Conforme a Norma ABNT NBR 11341, pode-se definir essa temperatura através do ensaio onde ocorre o aquecimento do líquido, com controle da temperatura e outras condições experimentais, para utilização de uma chama. O ensaio pode ser realizado em um aparelho de vaso aberto ou fechado, conforme Figura 10 e Figura 11.
Figura 10 – Aparelho utilizado para ensaio de ponto de fulgor com vaso aberto.
Figura 11 – Aparelho utilizado para ensaio de ponto de fulgor com vaso fechado.
Fonte: Biolub Química
O ensaio de corrosão, realizado utilizando uma lâmina de cobre, tem a capacidade de identificar se há umidade presente no óleo que possa oxidar os componentes do sistema. De acordo com a Norma ASTM D130, essa lâmina, após polimento, deverá ser imersa em uma amostra do óleo, por um período de 03 horas a uma temperatura de 120°C, e, após esse período, lavada e comparada com lâminas padrão, Figura 12, para realizar a classificação, variando de levemente corroída até corroída.
Figura 12 – Gabarito de corrosão de lâminas de cobre.
Outro importante ensaio, responsável por indicar se há presença de água no lubrificante é o ensaio de teor de água. De acordo com Carreteiro (2006), o limite máximo de porcentagem de água é de 0,2%. A presença de água, em um percentual superior aceitável, pode indicar uma falha no sistema de vedação da máquina, além de promover a oxidação dos elementos internos, ocasionando um desgaste anormal dos componentes.
Por fim, a fim de se identificar o nível de desgaste daquele sistema, temos a ferrografia. Essa técnica de análise pode ser aplicada para avaliação em duas formas: analítica ou quantitativa. Na análise analítica, através da identificação de características como tipo, forma e natureza da partícula presente no óleo, é possível se identificar o tipo e a origem do desgaste. Na análise quantitativa, as partículas identificadas na amostra de óleo são classificadas pelo seu tamanho e quantidade. Com esses dados é possível a criação de uma linha de tendência, permitindo-se acompanhar as condições de deteriorização do sistema. A análise da evolução do desgaste do sistema pode ser acompanhada através do gráfico “curva da asa” apresentado na Figura 13.
Figura 13 – Gráfico “Curva da Asa”.
3.3 Banco de dados
A implementação do banco de dados, deve permitir armazenar e acompanhar a evolução das características apontadas nos ensaios, bem como informações do período de troca de óleo, data de coleta, tipo de máquina de tração e responsável pela coleta. Para isso, utilizaremos uma planilha, implementada no excel, com auxílio do
Visual Basic for Applications (VBA) da Microsoft ®, que será disponibilizada em pasta
de rede para os consultores técnicos e de qualidade que irão ser assistidos por esse programa.
Nomeado de Oil Control, o banco de dados apresenta na sua tela inicial, Figura 14, as opções de inclusão de dados ou verificação de histórico.
Figura 14 – Tela inicial Oil Control.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Ao escolher a opção “Incluir Dados”, o sistema irá gerar uma nova tela, onde deverão ser inseridas as informações de identificação do elevador e dados técnicos obtidos através das análises laboratoriais.
Figura 15 – Tela “Incluir Dados” Oil Control.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Nessa tela, após digitar todos os dados, o usuário poderá clicar em “Cancelar” para cancelar a operação e retornar a tela inicial ou em “Ok” para gravar os dados informados e retornar ao início.
Os dados inseridos serão armazenados em um banco de dados, que poderá ser consultado através da tela “Verificar Histórico”, segunda opção do menu inicial. Nessa tela, Figura 16, o usuário deverá clicar em “Pesquisar” e inserir o número do elevador que ele deseja verificar. Dessa forma, apresentado uma visualização prévia dos dados na própria tela. Caso seja necessário, o usuário poderá clicar em “Gerar Relatório” e obter a planilha com todos os dados arquivados para o elevador escolhido, na estrutura apresentada na Figura 16, em formato Portable Documento Format (PDF).
Figura 16 – Tela “Verificar Histórico” Oil Control.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 17 – Relatório consolidado Oil Control.
4 Resultados e Discussões
Este capítulo aborda os resultados obtidos a partir da metodologia utilizada no item anterior. Portanto, o mapeamento do processo, ferramentas de gestão à vista e acompanhamento serão apresentados.
4.1 Programa de manutenção preditiva
A execução do plano de manutenção elaborado se dará da seguinte forma:
Figura 18 – Visão Geral do Plano de Manutenção Preditiva
Considerando o período estabelecido de 06 meses após a última troca de óleo ou a última coleta de amostras, o técnico, aproveitando o momento da realização da manutenção preventiva, deverá realizar a coleta do óleo que será analisado. O procedimento de coleta, com os materiais já especificados anteriormente, pode ser verificado na Figura 19.
Figura 19 – Procedimento de coleta de amostra de óleo lubrificante.
Realizada a coleta, a amostra deverá ser enviada ao laboratório, próprio ou contratado, para a realização dos ensaios. Os procedimentos de execução dos ensaios devem seguir o estabelecido em suas respectivas normalizações.
Com os retorno dos resultados, as informações deverão ser incluídas no banco de dados, já apresentado anteriormente. Como o banco de dados ficará disponível apenas virtualmente, é recomendado a utilização de quadros informativos, Figura 20 e Figura 21, como ferramenta de gestão à vista.
Essas ferramentas permitirão ao técnico verificar, na própria casa de máquinas, o histórico de coletas realizadas e a evolução das características analisadas. Dessa forma, o técnico conseguirá trabalhar diretamente na identificação das causas das variações identificadas, podendo aplicar medidas corretivas de modo a prolongar a vida útil do óleo.
Figura 20 – Gestão à vista: Acompanhamento de recolhimento de amostras.
Figura 21 – Gestão à vista: Acompanhamento da evolução das características.
Fonte: Elaborada pelo autor.
No momento de análise dos dados, deve-se observar a variação das características analisadas, definindo se há necessidade ou não de ação corretiva. Caso o óleo esteja em condições aceitáveis, o processo se encerra e volta a ocorrer após 06 meses. No entanto, caso apresente desconformidade com a condição admissível, deve-se seguir com a realização do reparo que poderá ser a substituição do óleo lubrificante, correção dos vazamentos ou substituição do conjunto coroa e sem-fim.
No caso do óleo mineral Shell® Omala S2 G 680, que possui as propriedades físico-químicas conforme a Tabela 2, pode-se considerar como condições limítrofes para realização da substituição do óleo os valores expostos na Tabela 3.
Tabela 2 – Propriedades físico-químicas Omala S2 G 680
Propriedades Valor de Referência
Cor Castanho
Viscosidade Categoria ISO 680
Viscosidade Cinemática 40°C (mm²/s) 680
Viscosidade Cinemática 100°C (mm²/s) 38
Ponto de Fulgor (°C) 272
Ponto de Fluidez (°C) -9
Fonte: Lubcenter
Tabela 3 – Condições limítrofes das propriedades físico-químicas Omala S2 G 680
Propriedades Condição limítrofe
Cor Variação de coloração para tom avermelhado
Viscosidade Cinemática 40°C (mm²/s)
A variação pode ser de ± 10%, ou seja, de 612 a 748 mm²/s
Viscosidade Cinemática 100°C (mm²/s)
A variação pode ser de ± 10%, ou seja, de 34,2 a 41,8 mm²/s
Ponto de Fulgor (°C)
Não deve ser próximo da temperatura máxima de operação do equipamento. Por questões de segurança, reduções superiores a 10% podem
ser utilizadas como indicadores críticos
Ponto de Fluidez (°C)
Deve ter um valor de 10°C abaixo da temperatura mínima ao qual o equipamento
pode trabalhar
Corrosividade ao cobre
Resultados na faixa 3a e 3b já servem de indicativo para contenção. A condição crítica é
estabelecida a partir da faixa 4a Teor de água Valor igual ou superior a 0,5% em volume
Ferrografia Quantitativa
A presença de partículas maiores que 10 µm praticamente garante a falha indesejável do
componente. Necessário acompanhar evolução e realizar comparativo ao gráfico
“curva da asa”
Fonte: Elaborado pelo autor
Na aplicação do plano, a identificação de uma característica limítrofe, como as apresentadas na tabela anterior, já indicam a necessidade de substituição do óleo lubrificante. A realização de outras atividades corretivas, como correção do sistema de vedação ou substituição do conjunto coroa e eixo sem-fim, devem ser também analisadas, de acordo com o fator gerador da condição crítica identificada.
5 Conclusões
O plano de manutenção preditiva elaborado, focado na utilização da análise do óleo lubrificante, atende ao objetivo especificado, uma vez que contempla os ensaios necessários para o acompanhamento da condição de operação do óleo, fomentando criteriosamente a decisão de substituição do lubrificante e de componentes.
Por ter etapas claras e bem definidas, esse plano é de fácil aplicação. Considerando a diversidade de laboratórios que realizam os ensaios selecionados, a empresa pode também optar pela terceirização na execução dos ensaios, evitando o alto investimento em equipamentos e treinamentos.
A elaboração do plano de manutenção preditiva permitiu recordar assuntos já tratados em áreas fundamentais da Engenharia Mecânica como tribologia e manutenção, além de provocar o interesse pelas técnicas de gestão.
Como proposta para trabalhos futuros, recomenda-se realizar a validação do plano proposto, através da execução das etapas estruturadas, e a implentenção da segunda etapa do plano de manutenção preditiva, voltada para a análise de vibração. Nessa, pode-se alinhar as técnicas existentes aos recursos de telemetria, coleta e armazenamento de dados em nuvem, já existentes e utilizados por algumas empresas da área.
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JOÃO WANDERLEY RODRIGUES PEREIRA PROFESSOR DO MAGISTERIO SUPERIOR
MEC/CT (14.20) Matrícula: 346780
(Assinado digitalmente em 09/03/2021 10:00 )
SALETE MARTINS ALVES PROFESSOR DO MAGISTERIO SUPERIOR
ECT (11.25) Matrícula: 1481705
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Carvalho, Clara Maia de.
Utilização da análise de óleo lubrificante como parte do programa de manutenção preditiva de máquinas de tração engrenadas / Clara Maia de Carvalho. - 2021.
40 f.: il.
Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Mecânica, Natal, RN, 2021.
Orientadora: Profa. Dra. Salete Martins Alves.
1. Manutenção preditiva Monografia. 2. Elevador
-Monografia. 3. Óleo lubrificante - -Monografia. 4. Máquinas de tração engrenadas - Monografia. I. Alves, Salete Martins. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 621.867 Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
