PAPER REF: 7337
ESTUDO DO IMPACTO DO DESALINHAMENTO DE MÁQUINAS
ROTATIVAS NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
Renato Couto de Almeida(*), Douglas Cortes de Carvalho Boelho, Victor Rodrigues Cabral
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense, Campos dos Goytacazes, Brasil (*)
Email: rcalmeida@iff.edu.br
RESUMO
O Método de alinhamento a laser é um dos mais eficazes para que se tenha um melhor alinhamento de um equipamento de forma simples e prática. Este recurso se torna muito viável, pois cada vez mais as grandes empresas visam à redução do tempo gasto em paradas de manutenção, entendendo que isso afeta diretamente na sua produção. O trabalho em questão visa o estudo de uma bancada de alinhamento, composta por um motor elétrico, um acoplamento de grade e ranhura e dois mancais de rolamento, em que a mesma possui regulagens móveis fixadas na parte motora que permite a sua movimentação, o que possibilitou a simulação de seu desalinhamento radial e axial. No motor é fixado o acoplamento que é apoiado pelos mancais de rolamentos. Foram feitos estudos práticos com o objetivo de alcançar um melhor alinhamento tendo como parâmetros os valores obtidos utilizando o alinhador a laser, a corrente, tensão elétrica e a potência consumida. Analisando os dados obtidos verificou-se a possibilidade de redução de aproximadamente 4,5% no consumo de energia.
Palavras-chave: Alinhamento a laser, bancada de alinhamento, potência, corrente e tensão
elétrica.
INTRODUÇÃO
Nos últimos 30 anos, a manutenção sofreu mais mudanças do que qualquer outro setor. Essas mudanças ocorreram em virtude do aumento da diversidade de instalações e equipamentos que precisam ser mantidos, ocorreram também pelos projetos mais complexos, novas técnicas de manutenção e a importância da manutenção na competitividade das organizações. Esses novos conceitos exigiram novas atitudes e técnicas das equipes de manutenção [1, 5].
Os equipamentos rotativos têm uma enorme relevância no âmbito industrial. Em vários setores, estão diretamente envolvidos no processo produtivo, como na indústria petroquímica. E em outros segmentos da indústria são aplicados na área de utilidade, como geração de energia [3, 7].
Os equipamentos rotativos são compostos normalmente por duas máquinas, uma motora e outra movida, e estas são unidas por um acoplamento. As máquinas motoras geralmente são motores elétricos, turbinas a vapor ou motores a combustão interna. Já as máquinas movidas são compressores, geradores ou bombas. Existem diversos tipos de acoplamentos, são eles divididos em dois grandes grupos, rígidos e flexíveis. Serão utilizados para fazer a união das máquinas, transmitindo torque e rotação [2, 4].
Track-D: Mechanical Design and Maintenance
Um dos problemas mais críticos que atingem os equipamentos rotativos é o desalinhamento dos eixos, e dependendo do grau de desalinhamento, as máquinas poderão sofrer desgaste precoce dos rolamentos, desgaste do eixo, vibração, aquecimento, podendo causar falhas e parada do sistema de produção [6].
O alinhamento a laser é uma solução para obter, com precisão, o alinhamento entre os eixos das máquinas e que proporciona uma redução do consumo elétrico nos equipamentos, consequentemente gerando redução de custo.
O trabalho visa uma análise na bancada composta por um motor elétrico acoplado a um eixo, que será submetido a uma verificação de alinhamento através do método de alinhamento a laser.
METODOLOGIA
Bancada de Alinhamento e Instrumentos de Medições
Este trabalho foi baseado em estudos feitos em uma bancada de alinhamento (Figura 1) do IFF Campus Campos Centro.
A bancada é composta por: - 01 Motor elétrico trifásico
Marca: WEG Tensão: 220 V
Potênca: 5 HP/ 3,7 kW Rotação: 1730 RPM cos : 0,83
- 01 Acoplamento de grade e ranhura. Modelo: Falk F
Torque: 65Nm
Rotação máxima: 6000 RPM - 02 Mancais de rolamento.
Os instrumentos de alinhamento e medição utilizados foram: - Alicate amperímetro
Modelo: ET-3200A Tensão AC: 200/750V Corrente AC: 20/200/1000A Resolução: 2 Dígitos
- Alinhador a laser (Figura 2 e 3) Tela: 5”
Distância de medição: Até 10m Resolução do detector: 1µm - Paquímetro Universal Série: 125 Resolução: 0,02mm / 0,001” - Micrômetro Série: 102 Resolução: 0,01mm - Escala de aço Dimensões: 300 x 13 x 0,4mm
Fig. 1 - Bancada de alinhamento utilizada como base de estudos.
Fig. 2 - Procedimento de montagem do alinhador a laser.
Fig. 3 - Tela de indicação do desalinhamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O objetivo foi medir a corrente em função das variações dos desalinhamentos radiais e axiais, ocorridos entre o eixo do motor elétrico e o eixo movido da bancada.
Track-D: Mechanical Design and Maintenance
A Tabela 1 apresenta todos os valores que foram coletados durante pesquisa em laboratório. O estudo consiste na execução de medições enquanto o equipamento estava sendo submetido a variações de alinhamento e desalinhamento. No total foram realizadas quatorze medições e os parâmetros analisados foram: desalinhamento radial vertical e horizontal, desalinhamento axial vertical e horizontal, tensão e corrente elétrica.
A corrente foi verificada em cada uma das três fases do motor e calculada a média com desvio padrão. A tensão apresentou-se bastante estável, sem grande variação durante o ensaio na bancada.
Tabela 1 - Valores coletados durante pesquisa.
M 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª 11ª 12ª 13ª 14ª RV (mm) 0,00 0,00 -0,03 -0,01 -0,02 0,00 -0,01 -0,01 0,01 0,00 -0,01 -0,01 -0,01 -0,02 RH (mm) -0,03 0,03 0,04 -0,05 0,02 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 AV (mm) -0,03 -0,03 -0,13 -0,29 0,26 0,06 -0,03 -0,10 -0,14 0,19 0,03 0,05 0,04 0,04 AH (mm) -0,03 0,05 0,03 -0,13 0,05 -0,01 0,00 0,01 -0,04 0,08 0,01 -0,05 -0,13 -0,14 T (V) 221 221 221 221 221 224 221 220 221 221 220 221 221 221 C (A) 6,90 ±0,02 6,66 ±0,12 6,70 ±0,06 6,69 ±0,05 6,82 ±0,16 6,87 ±0,06 6,86 ±0,24 6,70 ±0,01 6,71 ±0,09 6,64 ±0,04 6,68 ±0,23 6,71 ±0,10 6,84 ±0,18 6,77 ±0,06 RV - Desalinhamento Radial Vertical RH - Desalinhamento Radial Horizontal
AV - Desalinhamento Axial Vertical AH - Desalinhamento Axial Horizontal M- Medidas. T - Tensão; C- Corrente.
Os procedimentos de quatorze medições foram feitos em duas etapas, de acordo com alinhamentos e desalinhamentos executados, sendo a primeira etapa da 1ª a 5ª, e a segunda etapa de 6ª a 14ª, na seguinte ordem:
1ª - Primeira Medição (início etapa 1, alinhado);
2ª - Segunda Medição (retirando 0,05 mm de todos os pés do motor); 3ª - Terceira Medição (retirando 0,10 mm dos dois pés de trás do motor); 4ª - Quarta Medição (retirando 0,10 mm dos dois pés da frente do motor); 5ª - Quinta Medição (movendo o motor 0,10 mm para a esquerda);
6ª - Primeira Medição (início etapa 2 com novo alinhamento, no qual a medição da corrente foi feita após 20 minutos de funcionamento do motor);
7ª - Segunda Medição (retirando 0,05 mm de todos os pés do motor); 8ª - Terceira Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés de trás do motor); 9ª - Quarta Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés de trás do motor); 10ª - Quinta Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés da frente do motor); 11ª - Sexta Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés da frente do motor); 12ª - Sétima Medição (movendo o motor 0,05 mm para a esquerda); 13ª - Oitava Medição (movendo o motor 0,10 mm para a esquerda); 14ª - Nona Medição (movendo o motor 0,10 mm para a esquerda).
As tolerâncias limites de desalinhamentos dos equipamentos da bancada, que foram utilizadas a partir da referência segundo a rotação máxima da máquina (1730 RPM), são estes: 0,08 mm para desalinhamento axial e 0,10 mm para desalinhamento radial, de acordo com a tolerância sugerida pela FIXTURLASER [2]. As medidas 3ª, 4ª, 5ª, 8ª, 9ª, 10ª, 13ª e 14ª possuem valores acima das tolerâncias aceitáveis nos desalinhamentos. As medidas 1ª, 2ª, 6ª, 7ª, 11ª e 12ª possuem valores abaixo das tolerâncias aceitáveis nos desalinhamentos.
A 1ª medida e 2ª medida das correntes, com tolerâncias aceitáveis no desalinhamento, apresentaram os valores máximo e mínimo, respectivamente, 6,90 A e 6,66 A. A equação 1 apresenta o cálculo de consumo da energia (kW) de motor trifásico [8]. A Tabela 2 mostra as
correntes (I), tensões (U) e potência (P) para as medidas 1ª, 2ª, 6ª, 7ª, 11ª e 12ª. O fator de potência (cos ) aplicado foi 0,83 conforme especificação do motor.
Equação (1)
A Tabela 2 mostra os valores de corrente e tensão obtidos durante os ensaios na bancada de alinhamento. Estes valores foram aplicados na equação (1), e a partir desta fórmula obtivemos os resultados da potência consumida pelo motor utilizado na bancada. Estes dados quando associados aos obtidos pelo alinhador a laser, nos proporciona a possibilidade de uma melhor escolha para o alinhamento ideal do equipamento.
Tabela 2 - Resultados dos valores aplicados à fórmula.
1ª 2ª 6ª 7ª 11ª 12ª
Tensão (V) 221 221 224 221 220 221
Corrente (A) 6,90 6,66 6,87 6,86 6,68 6,71
Energia (kW) 2,192 2,116 2,212 2,179 2,113 2,132
Após a análise da Tabela 2 descrita acima, comparamos a 6ª medição, que apresentou o maior valor de energia consumida (2,212 kWh), e a 11ª, que apresentou o menor valor deste mesmo parâmetro (2,113 kWh), constatou-se que há uma queda de aproximadamente 4,5% de consumo de energia.
O mesmo ocorre quando comparamos os valores de corrente. A 1ª medição, que apresentou o maior valor de corrente (6,90 A), e a 2ª que apresentou o menor valor de corrente (6,66 A), verificamos que houve uma queda referente aproximadamente a 4,35% entre essas medidas. Se levarmos em consideração os valores obtidos de alinhamento, corrente e potência, a medida escolhida seria a 11ª, pois no geral foi a que apesentou os melhores resultados nos testes feitos.
Tendo em vista a aplicação deste método de alinhamento, em que são considerados os valores de corrente, tensão e potência elétrica, seria interessante o uso de um histórico do equipamento. Este histórico poderia ser feito a cada parada de manutenção, em que estes dados seriam coletados e registrados. Desta maneira, futuramente através deste histórico da máquina teríamos acesso aos dados do alinhamento que proporcionou o melhor funcionamento do equipamento, de modo, a criar o procedimento de manutenção preditiva. Esses valores registrados de queda são muito significativos se elevarmos isto a uma realidade industrial, em que existem diversos motores, máquinas e equipamentos que consomem muita energia. É notório que, se adotadas essas medidas como um controle de qualidade, certamente os custos poderiam diminuir.
CONCLUSÕES
Após analisarmos os dados obtidos durante todo o trabalho, podemos afirmar a importância de se ter um bom alinhamento em máquinas rotativas. Vimos que apesar de trabalharmos com valores de desalinhamento dentro da tolerância, verificamos que há a possibilidade de melhoria. Os valores de consumo de energia apresentaram uma redução de aproximadamente 4,5%, quando comparados ao maior valor de energia (2,212 kW) e menor valor de consumo de energia (2,113 kW), verificou-se então que existe uma relevante redução de gastos. Dessa
= ∗ ∗ cos ∗ √3 1000
Track-D: Mechanical Design and Maintenance
forma conclui-se a importância da implementação do método de alinhamento a laser em conjunto a verificação do consumo da corrente elétrica.
O uso do alinhador a laser nos proporcionou grande facilidade e praticidade, nos fornecendo dados precisos e rápidos, da mesma forma com os demais instrumentos de medição utilizados. Confirmando dessa forma a superioridade deste método, para a análise de desalinhamento, em relação a outros métodos já existentes.
O trabalho indica adotar os procedimentos de criação de históricos de alinhamentos a laser de máquinas rotativas com medição das correntes, de modo preditivo. A cada parada de manutenção, os dados de alinhamento e corrente coletados seriam registrados, desta maneira, futuramente, e através deste histórico da máquina, teríamos acesso aos dados do alinhamento que proporcionou o melhor funcionamento do equipamento. Este procedimento possibilita minimizar o consumo de energia dos equipamentos.
Nos trabalhos futuros sugere-se a utilização de valores de desalinhamento superiores à tolerância, e também, o estudo de acordo com os diversos tipos de acoplamentos industriais. Para que se possa verificar em maior escala a influência nos custos de uma empresa, que as máquinas desalinhadas podem proporcionar. Sugerimos também a análise termográfica dos acoplamentos e rolamentos de acordo com os desalinhamentos.
Este projeto agrega conhecimentos na área de alinhamento em geral e se dedica ao estudo do processo de alinhamento a laser. Espera-se que este trabalho propicie maiores conhecimentos ao corpo acadêmico e incentive a novos estudos sobre o assunto.
AGRADECIMENTOS
Agradecimentos ao apoio do IFF (Instituto Federal Fluminense, Campus Campos-Centro, Campos dos Goytacazes, RJ, Brasil).
REFERÊNCIAS
[1]-Abreman. Disponível em http://www.abraman.org.br/Arquivos/187/187.ppt. Acesso em Dezembro de 2017.
[2]-Fixturlaser. Disponível em http://www.fixturlaser.com/Shaft-Alignment/Fixturlaser-EVO/. Acesso em fevereiro de 2017.
[3]-A. Kardec, J. Nascif, Manutenção: Função Estratégica, Qualitmark, 4ª Edição, Rio de Janeiro, 2012. 440p.
[4]-S. Melconian, Elementos de máquinas, Ed. Érica Ltda, 9ª edição, São Paulo, 2009. 376p. [5]-F. Monchy, A Função da Manutenção: Formação para a Gerência da Manutenção Industrial, Editora Durban Ltda, São Paulo, 1989. 422 p.
[6]-M. Pacholok, Uso da Termografia para Avaliação do Desalinhamento de Eixos de Máquinas Rotativas: Uma ferramenta Auxiliar à Análise de Vibrações, 2004.
[7]-V.A. Santos, Manual Prático da Manutenção Industrial, Icone, 3ª Edição, 2010. 301 p. [8]-WEG. Disponível em www.weg.net/br. Acesso em julho de 2017.
