CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
EMMANUEL DA FONSECA PAES
ESTUDO DE CASO: MANUTENÇÃO DO CONJUNTO EIXO E MANCAIS DE ROLAMENTO DO DEPURADOR MODUSCREEN FT5
SÃO MATEUS-ES 2022
ESTUDO DE CASO: MANUTENÇÃO DO CONJUNTO EIXO E MANCAIS DE ROLAMENTO DO DEPURADOR MODUSCREEN FT5
Monografia apresentada à Coordenadoria do Curso de Engenharia Mecânica do Instituto Federal do Espírito Santo, Campus São Mateus, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Me. Rafael Stange.
SÃO MATEUS-ES 2022
Dados internacionais de catalogação na publicação (CIP)
P126e Paes, Emmanuel da Fonseca, 1991-
Estudo de caso: manutenção do conjunto eixo e mancais de rolamento do depurador moduscreen FT5 / Emmanuel da Fonseca Paes.-- 2022.
80 f. : il. ; 30 cm.
Orientador : Rafael Stange.
Monografia (graduação) - Instituto Federal do Espírito Santo, Campus São Mateus, Coordenadoria de Curso Superior de Engenharia Mecânica, 2022.
1. Industria de celulose. 2. Celulose. 3. Processos de fabricação. I Stange, Rafael. II. Instituto Federal do Espírito Santo. Campus São Mateus. III. Título.
CDD 22 – 629.8 Bibliotecária responsável Sheila Guimarães Martins CRB6/ES 671
CAMPUS SÃO MATEUS
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COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
EMMANUEL DA FONSECA PAES
ESTUDO DE CASO: MANUTENÇÃO DO CONJUNTO EIXO E MANCAIS DE ROLAMENTO DO DEPURADOR MODUSCREEN FT5
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria do Curso de Engenharia Mecânica do Instituto Federal do Espírito Santo, Campus São Mateus, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.
Aprovado em 21 de dezembro de 2022.
COMISSÃO EXAMINADORA
______________________________________________________
Prof. M.Sc. Rafael Stange Instituto Federal do Espírito Santo
Orientador
_______________________________________________________
Prof. M.Sc. Abraão Lemos Caldas Frossard Instituto Federal do Espírito Santo
_______________________________________________________
Prof. M.Sc. Paulo Victor Toso Helker Instituto Federal do Espírito Santo
Emitido em 21/12/2022
FOLHA DE APROVAÇÃO-TCC Nº Ata de aprovação - TCC/2022 - SMT-CCEM (11.02.31.01.05.07) (Nº do Documento: 13)
NÃO PROTOCOLADO) (Nº do Protocolo:
(Assinado digitalmente em 22/12/2022 09:37 ) ABRAAO LEMOS CALDAS FROSSARD
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO SMT-CCTM (11.02.31.01.05.02.04)
Matrícula: 2308102
(Assinado digitalmente em 21/12/2022 18:32 ) PAULO VICTOR TOSO HELKER
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO SMT-CCEM (11.02.31.01.05.07)
Matrícula: 3217344
(Assinado digitalmente em 21/12/2022 17:10 ) RAFAEL STANGE
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO- SUBSTITUTO
SMT-CCEM (11.02.31.01.05.07) Matrícula: 3250850
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verificação: f5e532fd19
Gostaria de agradecer primeiramente a Deus, por me amparar durante toda a construção desse projeto e por me manter firme nos meus objetivos.
À minha família, particularmente aos meus pais, Antônio e Mônica, pelo amor incondicional, por todos os incentivos, por sempre acreditar em mim e por todo esforço para que eu chegasse até esse momento.
Sou grato a Luiza, por estar presente em minha vida durantes todos esses anos, pelo companheirismo e amor, obrigado por me amparar em momentos difíceis, você me inspira a ser uma pessoa melhor.
Ao meu orientador Rafael Stange, por toda ajuda durante o desenvolvimento desse projeto, pela paciência e por toda orientação.
Gostaria de agradecer a todos da oficina central GEMAN, principalmente ao Roney, Marcos, Felipe, Nilton e Moacir, sem a ajuda dessa equipe o trabalho não teria acontecido, obrigado por partilhar diversas informações que foram fundamentais para esse projeto.
Enfim, agradeço a todas as pessoas que contribuíram para a conclusão dessa etapa.
O processo de depuração de fibras é uma etapa primordial para que o papel ou celulose tenha a qualidade esperada ao final do processo. A depuração consiste em separar fibras de celulose que são consideradas boas e reutilizáveis para o processo, separando das impurezas conhecidas como debris. O funcionamento do depurador consiste em fornecer movimento de rotação para o rotor, tendo esse a função de criar circulação e turbulência na solução, assim a mistura é forçada contra as extremidades do equipamento onde se encontram barreiras físicas que irá separar o aceite do rejeito. Este projeto, tem o objetivo de acompanhar o processo de manutenção do conjunto eixo, caixas de rolamentos e elementos rolantes do depurador MODUScreen FT5, estudando os motivos que levaram a manutenção e propor ações que aprimorem a confiabilidade do sistema. Para atingir os objetivos, foi necessário acompanhar o processo de manutenção, aferição dos componentes que compõem o conjunto eixo, caixas de rolamentos, elementos rolantes e avaliação dos sinais de frequências características de defeitos dos rolamentos. Os resultados alcançados contribuem para a identificação de falhas no componente, além de propor ações que podem influenciar nos índices de disponibilidade do equipamento.
Palavras-chave: Depuração. Manutenção. Eixo. Mancais de rolamento.
The quality screening process is an essential step for the paper or pulp to have a screening quality at the end of the process. Purification consists of separating the fibers for the separation process and the reuse of visible fibers as waste. The scrubber works by providing rotational movement to the rotor, which has the function of creating circulation and turbulence in the solution, so the mixture is forced against the ends of the equipment where there are physical barriers that will separate the oil from the tailings. This project aims to monitor the maintenance process of the axle assembly, bearing housings and rolling elements of the MODUScreen FT5 scrubber, studying the reasons that led to maintenance and proposing actions that improve the reliability of the system. To achieve the objectives, it was necessary to monitor the maintenance process, gauging the components that make up the axle assembly, bearing housings, rolling elements and evaluating the signals of characteristic frequencies of bearing defects. The results achieved contribute to the identification of failures in the component, in addition to proposing actions that can influence the availability rates of the equipment.
Keywords: Depuration. Maintenance. Axle. Rolling bearings.
Figura 1 - Razão de produção Celulose/Papel no Brasil. ... 15
Figura 2 - Dimensões das impurezas. ... 16
Figura 3 - Depurador MODUScreen FT5, a figura (a) mostra a vista lateral, já a imagem (b) apresenta a vista superior. ... 17
Figura 4 – Esboço do depurador MODUScreen FT5. ... 17
Figura 5 - Diagrama de corpo livre apresentando a orientação das tensões de cisalhamento em um eixo, além de mostrar o comportamento dúctil e frágil de materiais submetidos a esforços de tração, torção e compressão. ... 21
Figura 6 - Desbalanceamento estático. ... 23
Figura 7 - Desbalanceamento dinâmico. ... 23
Figura 8 - Frequência dos elementos do rolamento. ... 26
Figura 9 - Sinais típicos e sinais de envelope de falhas em rolamentos. ... 30
Figura 10 - Etapas do processo de ensaio de líquido penetrante. ... 33
Figura 11 - Içamento da parte superior do conjunto. ... 37
Figura 12 - Parte interna do mecanismo apresentando o ponto de lubrificação e sensor de vibração. ... 38
Figura 13 - Remoção dos parafusos que unem o conjunto rotor e rolamentos da moldura de rolamentos. ... 38
Figura 14 - Processo de içamento do conjunto de eixo e mancais de rolamentos. ... 39
Figura 15 - Processo de movimentação dos defletores que compõem o sistema de mancais superior, mostrado na figura (A) e inferior exibido na figura (B). ... 40
Figura 16 - Processo de remoção da caixa de rolamento, a figura (A) apresenta a caixa sem a tampa inferior, já a figura (B) exibe o rolamento. ... 40
Figura 17 - Etapa final do processo de desmontagem do conjunto eixo e rolamentos. ... 41
Figura 18 - Eixo do equipamento sem os mancais de rolamento. ... 42
Figura 19 - Seção do eixo danificada no último processo de manutenção. ... 42
Figura 20 - Seções do eixo onde é realizado o ensaio de líquido penetrante. ... 43
Figura 21 - Controle de qualidade que a nova peça é submetida. ... 44
Figura 22 - Tolerância do diâmetro interno das caixas de rolamentos. ... 45
Figura 23 - Avaliação do diâmetro interno das caixas de rolamentos. ... 46
Figura 26 - Especificação do rolamento SKF 23228 CC/W33. ... 48
Figura 27 - Sensor de vibração SKF CMSS2200. ... 48
Figura 28 - Gráfico de cascata para análise de vibração do mancal superior. ... 49
Figura 29 - Gráfico para análise de vibração do mancal superior - 08/12/2021. ... 49
Figura 30 - Gráfico para análise de vibração do mancal superior - 03/03/2022. ... 50
Figura 31 - Gráfico para análise de vibração do mancal superior - 04/06/2022. ... 50
Figura 32 - Gráfico para análise de vibração do mancal inferior - 08/12/2021. ... 51
Figura 33 - Gráfico para análise de vibração do mancal inferior - 03/03/2022. ... 51
Figura 34 - Gráfico para análise de vibração do mancal inferior - 04/06/2022. ... 52
Figura 35 - Seção do eixo com ranhuras superficiais. ... 53
Figura 36 - Estrutura interna da caixa de rolamentos superior. ... 55
Figura 37 - Sinal de envelope do mancal superior. ... 57
Figura 38 - Sinal de envelope do mancal inferior. ... 58
Figura 39 - Processo de aquecimentos dos rolamentos. ... 59
Figura 40 - Montagem dos mancais superior e inferior. ... 60
Tabela 1 - Frequências características de defeito nos elementos dos rolamentos. .. 30 Tabela 2 - Frequências características de falhas. ... 56 Tabela 3 - Quantidade de graxa para pós-lubrificação das caixas de rolamentos. ... 59
PIB Produto Interno Bruto
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas SAE Society of Automotive Engineers
AISI American Iron and Steel Institute
ASTM American Society for Testing and Materials FMEA Failure Modes and Effects Analysis
1 INTRODUÇÃO ... 13
2 OBJETIVOS ... 13
2.1 Objetivo Geral ... 13
2.2 Objetivos Específicos... 13
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14
3.1 Panorama industrial ... 14
3.2 Depuração ... 15
3.3 Definição de eixo ... 19
3.4 Classificação de falhas ... 19
3.5 Prevenção de falhas ... 20
3.6 Identificação de falhas em eixos ... 21
3.7 Falhas comuns em elementos rotativos ... 22
3.7.1 Desbalanceamento ... 22
3.7.2 Desalinhamento ... 24
3.7.3 Falha em rolamentos ... 24
3.7.4 Folga mecânica ... 31
3.7.5 Falhas por falta de lubrificação ... 31
3.8 Ensaios não destrutivos ... 32
3.8.1 Ensaio visual ... 32
3.8.2 Líquido penetrante ... 33
3.9 Tipos de manutenção ... 34
3.9.1 Manutenção corretiva ... 34
3.9.2 Manutenção preventiva ... 35
3.9.3 Manutenção preditiva ... 35
4 METODOLOGIA ... 37
4.1 Desmontagem do equipamento ... 37
4.2 Avaliação do eixo ... 42
4.3 Avaliação das caixas de rolamentos e elementos rolantes ... 44
4.3.1 Avaliação das caixas de rolamentos ... 44
4.3.2 Avaliação dos rolamentos ... 46
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 53
5.3 Montagem do equipamento ... 58
6 CONCLUSÕES ... 61
REFERÊNCIAS ... 63
ANEXO A – ESPECIFICAÇÕES TECNICAS DO EIXO ... 67
ANEXO B – TOLERÂNCIAS DA CAIXA DE MANCAL E AJUSTES RESULTANTES... 69
ANEXO C – GRÁFICO DE CASCATA PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL SUPERIOR ... 70
ANEXO D – GRÁFICO PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL SUPERIOR – 08/12/2021 ... 71
ANEXO E – GRÁFICO PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL SUPERIOR – 03/03/2022 ... 72
ANEXO F – GRÁFICO PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL SUPERIOR – 04/06/2022 ... 73
ANEXO G – SINAL DE ENVELOPE DO MANCAL SUPERIOR ... 74
ANEXO H – GRÁFICO PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL INFERIOR – 08/12/2021 ... 75
ANEXO I – GRÁFICO PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL INFERIOR – 03/03/2022 76 ANEXO J – GRÁFICO PARA ANÁLISE DE VIBRAÇÃO DO MANCAL INFERIOR – 04/06/2022 ... 77
ANEXO K – SINAL DE ENVELOPE DO MANCAL INFERIOR ... 78
1 INTRODUÇÃO
Em diversos segmentos da indústria é fundamental que se mantenha uma alta disponibilidade e confiabilidade de equipamentos, para assim, garantir um bom posicionamento de mercado. Nesse contexto, é necessário que a atividade de manutenção seja conectada com o processo produtivo de maneira eficaz, colaborando para que a companhia siga rumo a excelência (KARDEC, 2004).
A formulação do plano de manutenção permite mitigar os números de paradas inesperadas e não programadas, reduzir os gastos no processo produtivo, aumentar a produtividade e melhorar a qualidade dos produtos (XENOS, 1998).
Existem diversos métodos para o gerenciamento da manutenção, tais parâmetros possuem diversos aspectos, filosofias e custos próprios. A escolha correta da estratégia de manutenção deve levar em consideração parâmetros como a importância do equipamento dentro da linha de produção, custos da manutenção, tempo de reparo, ações de segurança, meio-ambiente, dentre outros (TAVARES, 2005).
Existem basicamente três tipos de manutenção, a corretiva, preventiva e preditiva, para cada metodologia exposta, existem diversas definições, havendo diferenças entre elas. Na área industrial, essas metodologias devem ser utilizadas em conjunto, com a finalidade de otimizar o tempo de manutenção, reduzir os custos da parada e de mão-de-obra (MOUBRAY, 1996).
A manutenção preditiva tem sido o método mais utilizado por indústrias de diversos setores. Essa metodologia objetiva a eliminação de falhas por meio do monitoramento das condições que o equipamento opera, identificando assim as possíveis falhas com antecedência. Essa avaliação permite melhorar a programação das manutenções, evitando falhas inesperadas (OTANI & MACHADO, 2008).
O acompanhamento de parâmetros como vibração, desgaste, performance do equipamento, ruído, consumo de energia, condição do lubrificante, temperatura e outros, podem ser analisados na manutenção preditiva (TANDON; PAREY, 2006).
A análise dos sinais de vibração dos mancais de rolamento é utilizada para fornecer aos inspetores de manutenção informações sobre o estado do mancal e suas possíveis falhas, consequentemente, permitindo prever o momento exato da manutenção. Porém, os sinais de vibração captados pelo sensor de vibração tem que
passar por algumas técnicas que permitam realçar as possíveis falhas e sua posterior identificação (BOTO, 1971).
Inúmeras técnicas para análise de vibração estão disponíveis na literatura para diagnosticar as falhas em mancais de rolamentos. Essas técnicas são desenvolvidas com o objetivo de separar o sinal do mancal do de outros componentes, minimizando o ruído que pode mascarar as características de falhas e identificar o estado do mancal, distinguindo entre mancais bons e defeituosos (MONK, 1972).
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do presente trabalho é acompanhar a manutenção do conjunto eixo e mancais de rolamentos que compõem o equipamento de depuração MODUScreen FT5.
2.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos que sustentam a realização do objetivo geral são:
• Avaliar os motivos que levaram a manutenção desse componente.
• Identificar as frequências de falhas dos mancais e distinguir seus possíveis defeitos.
• Analisar o processo de manutenção do eixo do depurador.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo aborda-se a revisão de literatura para o desenvolvimento do projeto. Nos itens seguintes estão descritos conceitos e informações sobre o material e o processo de manutenção utilizados nesse trabalho.
3.1 Panorama industrial
Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (2020), a indústria de papel e celulose vem aumentando a sua relevância, o seu consumo energético passou de 5%
em 1970, para 16% do consumo final industrial em 2020, representando em média, um aumento de 5,4% ao ano. O setor pode ser dividido em plantas que produzem apenas celulose, papel ou com produção integrada.
Em 2010 o Brasil exportou cerca de 5,3 milhões de toneladas de celulose, acima do registrado em 2000, o que levou o país a se tornar o segundo maior exportador de celulose no mundo, ficando atrás apenas do Canadá. Cerca de 62% da celulose produzida no Brasil em 2013 foi exportado, com destino para os mercados da Europa, China e América do Norte, onde é realizado novos processos que agregarão valor ao produto. Já a produção de papel, é a principal responsável pelo abastecimento do mercado interno, sendo exportado um valor equivalente a 18% do total produzido para a América Latina e Europa (BRACELPA, 2013).
A produção de papel foi afetada pela concorrência com os meios digitais como tablets, smartphones e leitores digitais, essa redução de consumo foi mais intensa em mercados mais maduros, onde a inserção de meios digitais é maior, o que explica a menor demanda desse produto em mercados mais prósperos (JUVENAL & MATTOS, 2002).
Na década de 2000, houve um aumento na produção de celulose se comparada a produção de papel, aumentando assim a razão entre a produção de papel e de celulose, a figura 1 apresenta a expansão da produção de celulose se comparada a produção de papel (EPE, 2020).
Figura 1 - Razão de produção Celulose/Papel no Brasil.
Fonte: EPE (2020).
Para que o produto esteja no mercado consumidor, algumas etapas da cadeia produtiva devem ocorrer. A madeira, matéria prima na produção de celulose e papel, passa por vários processos químicos e mecânicos até se tornar a polpa de celulose ou a pasta mecânica (LAGE, 1998).
Independente do processo, a produção de celulose contém impurezas prejudiciais a fabricação do papel, visto que as fibras de celulose por si só não resultam em um produto de boa qualidade. Com o objetivo de prover certas características as fibras da polpa, torna-se necessário que esta seja submetida a processos como refinação, depuração, adição de aditivos e diluição, antes que siga para as próximas etapas do processo (MANFRED, 2011).
3.2 Depuração
O processo de depuração de fibras é uma etapa fundamental na qualidade final do produto, essa etapa consiste em basicamente separar as fibras celulósicas que são consideradas boas e reutilizáveis para o processo, separando das sujidades ou impurezas (materiais não fibrosos), que ao longo do ciclo produtivo acabam se adicionando ao material e comprometendo a qualidade do produto (MOKFIENSKI, 2011).
As impurezas, conhecidas como debris, são partículas de diversos tipos e origens, esses contaminantes são maiores que as fibras de celulose em pelo menos uma de suas dimensões. Os debris variam de forma física, peso especifico e tamanho, dentre os principais tipos de impurezas, existem os de forma cubica grande, que são
maiores que as fibras nas três dimensões, tipo placa, onde duas de suas dimensões são maiores que as das fibras, formato de palitos, o qual apresenta apenas uma dimensão maior que as fibras e o tipo cúbica pequena, nesta, nenhuma dimensão é maior que as fibras de celulose, na figura 2, é apresentado o desenho esquemático dos tipos de impurezas mencionados (MANFRED, 2011).
Figura 2 - Dimensões das impurezas.
Fonte: Adaptado de MANFRED (2011).
O objetivo do depurador é receber a matéria prima em sua forma bruta, com a finalidade de assemelhar e desagregar as fibras em solução aquosa, transformando toda a mistura em matéria prima para a fabricação de papel. Outra função desse mecanismo é o de separar os principais contaminantes das fibras, essa desagregação é realizada por tubulações localizadas na bacia do tanque e controladas por válvulas que são acionadas com frequência, realizando assim a descarga (ARAUJO, 2012).
O princípio de funcionamento do depurador é fornecer movimento rotativo para o rotor, esse tem a função de criar circulação e turbulência na solução, dessa forma a mistura é forçada para as extremidades onde se encontram as barreiras físicas ou chapa peneiras, responsáveis pela separação do aceite e rejeito (ARAUJO, 2012).
O objeto de estudo deste trabalho, é o depurador MODUScreen FT5, esse equipamento requer pouca atenção em condições normais de funcionamento, com instrumentação dotada de comandos a distância, fazendo com que os ajustes
necessários possam ser feitos de forma remota, a partir da sala de controle, a capacidade de produção desse equipamento gira em torno de 900 a 1.100 toneladas de celulose seca ao ar por dia, a figura 3 apresenta o depurador em questão (ANDRITZ, 2006).
Figura 3 - Depurador MODUScreen FT5, a figura (a) mostra a vista lateral, já a imagem (b) apresenta a vista superior.
Fonte: Andritz (2006).
Já a figura 4 apresenta um esboço do depurador MODUScreen FT5, nele é possível identificar as partes internas do equipamento.
Figura 4 – Esboço do depurador MODUScreen FT5.
Fonte: Andritz (2006).
Os pontos mais críticos no controle da operação, são a avaliação da diferença de pressão, que indica a maior parte das condições de trabalho do depurador, a medição deve estar equipada com um alarme de diferença de pressão, essa discrepância de pressão varia conforme a perfuração da peneira cilíndrica, caudais, consistência e percentagem de rejeitos, o limite normal para a diferença de pressão é de 10 a 40 KPa (DA SILVA CAMPOS, 2009)
Outro ponto de atenção na operação desse equipamento é a quantidade de rejeitos que é regulada pela válvula reguladora do caudal de rejeitos, se o funcionamento dessa válvula reguladora for instável, abrindo com frequência e assim permitindo a passagem de rejeitos acumulados, o valor de ajuste do caudal de passagem deve ser aumentado. A pressão e o caudal de água de selagem devem ser monitorados uma vez por turno. Para evitar entupimento, o filtro de tubo da água de selagem deve ser limpo com certa regularidade (ANDRITZ, 2006).
Este equipamento foi dividido em grupos funcionais de componentes intercambiáveis, minimizando assim o tempo necessário para a substituição de componentes provenientes de avarias ou alterações de processos, afetando desta forma o tempo de manutenção. Os principais grupos são a estrutura e as placas de base, peneira cilíndrica rotativa, vedante mecânico, motor elétrico, polias, luvas e correias, conjunto de veio e mancais, mangueiras da água de selagem e de lubrificação (BIERMANN, 1996).
As orientações de manutenção e inspeção feito pelo fabricante para o depurador, foram preparadas para assegurar que os trabalhos normais de manutenção e reparo sejam realizados sem problemas (ANDRITZ, 2006).
Dentre as principais instruções de manutenção e inspeção feitas pelo fabricante, salienta a limpeza de manutenção, inspeção e manutenção do rotor, inspeção e manutenção do vedante mecânico de ação dupla, troca dos rolamentos inferiores e superiores e avaliação do eixo principal (DA SILVA CAMPOS, 2009).
O eixo principal é o componente feito de aço ABNT 1045 sendo responsável por fornecer movimento ao rotor, esse por sua vez tem como função eliminar a manta fibrosa acumulada na superfície do cesto e promover força centrífuga/centrípeta para transpor a polpa através dos orifícios do cesto peneira. Também faz parte de suas atribuições, promover turbulência interna através de pulsos negativos na superfície do cesto, esse efeito é responsável por manter a suspensão fibrosa fluidizada (CONN WELD, 2010).
3.3 Definição de eixo
Segundo BUDYNAS (2011), eixo é um elemento mecânico rotativo ou estacionário, comumente de seção transversal circular, utilizado para transmissão de potência ou de movimento, onde podem ser montados outros elementos mecânicos de transmissão como, engrenagens, mancais, polias, entre outros.
Eixos são elementos projetados para suportar esforços de flexão, tração/compressão ou torção, esses esforços podem atuar de forma isolada ou combinada, desta forma, o dimensionamento desse componente é fundamental para a segurança do sistema. Este dimensionamento leva em consideração a resistência do metal escolhido para a confecção do elemento, compara-se as tensões que atuam no mesmo, com os limites de resistência do material, estático (Sy ou Su), ou dinâmico (Se – fadiga) (NIEMANN, 1971).
3.4 Classificação de falhas
Segundo Scutti (2002) existem diversas maneiras de categorizar falhas e danos aos materiais, de acordo com o seu mecanismo, dano ou causas. Nenhum desses é, necessariamente completo e consistente com as várias possibilidades.
Para apontar as causas das falhas do equipamento, leva-se em conta a presença de um estressor ativo, que consiste na influência externa, que pode ser a causa direta ou indireta da falha. Entender esses tipos de influência é fundamental para uma análise real e para a determinação da causa raiz. A atenuação dos estressores é a solução mais lógica para diminuir as possibilidades de falha (MITCHELL, 1993).
Scutti (2002), define estressores em seis diferentes tipos, estes podem ser mecânicos (esforços estáticos aplicados, tensões residuais, cargas dinâmicas ou cíclicas, impactos e pressão), estressores químicos (contato com agentes agressivos e problemas com compatibilidade química dos materiais), eletroquímicos (material suscetível a falha em ambientes químicos), estressores térmicos (contato com elevada carga térmica), proveniente de radiação (raio ultravioleta e radiação oriunda de outras fontes) e estressor elétrico (interferência por presença de campo eletromagnético), entender esses tipos de estressores é essencial para prevenir e compreender as causas de falhas em equipamentos.
3.5 Prevenção de falhas
O controle e prevenção de falhas passou a fazer parte do dia a dia das equipes de manutenção, trazendo assim aumento nos indicadores de produtividade, aumento de confiabilidade e disponibilidade de equipamentos, redução dos riscos de acidentes e melhora na saúde dos trabalhadores (SCUTTI, 2002).
Apesar disso, interrupções e elevados custos gerados pela manutenção preventiva geram repercussões negativas na produtividade, interferindo assim nos custos dos produtos (SOUZA & LIMA, 2003).
Associado a este cenário, o avanço tecnológico e aumento no uso dos computadores a partir da década de 60, trouxe melhora no controle, análise de falhas e de dados, resultando na melhora dos indicadores de disponibilidade dos equipamentos (FILHO, 2008).
A partir desse cenário a prevenção começa com a idealização do projeto, produção, instalação do equipamento, operação e manutenção de acordo com as suas especificações, desta forma, determina-se o grau de confiabilidade dos componentes (SCUTTI, 2002).
A forma mais eficiente de atingir níveis de confiabilidade aceitáveis é projetar o equipamento desde o início, bem como desenvolver especificações de desempenho que estejam dentro dos parâmetros aceitáveis de operação. A partir deste cenário surge a ferramenta de análise dos modos de falha e efeitos (Failure Modes and Effects Analysis), também conhecido como FMEA, essa ferramenta consiste em uma abordagem multidisciplinar que contribui para o projeto resistente a falhas (FOGLIATTO & RIBEIRO, 2011).
A metodologia FMEA consiste em analisar cada componente, considerando como ele pode falhar e determinando como a falha do componente pode interferir no sistema. Esse procedimento auxilia a análise e desenvolvimento de uma compreensão mais profunda das relações entre as diferentes componentes do conjunto, sendo possível assim, realizar alterações que podem acabar ou mitigar possíveis defeitos (SOUZA & LIMA, 2003).
3.6 Identificação de falhas em eixos
Fraturas em eixos, ocorrem principalmente em regiões mais vulneráveis, denominados concentradores de tensão, estes podem ser classificados em mecânicos, metalúrgicos ou ambos. Concentradores de tensão mecânicos são furos, rasgos de chaveta, rebaixos ou demais características geométricas do componente, onde proporciona acúmulos de tensões. Já os concentradores de tensão metalúrgicos, podem ser pontos de corrosão localizados, conhecidos como “Pits”, inclusões não metálicas no grão e outros (Wulpi, 2002).
A figura 5 apresenta o diagrama de corpo livre, a partir dele é possível analisar as tensões atuantes no corpo, essas podem ser de natureza de tração, torção ou compressão.
Figura 5 - Diagrama de corpo livre apresentando a orientação das tensões de cisalhamento em um eixo, além de mostrar o comportamento dúctil e frágil de
materiais submetidos a esforços de tração, torção e compressão.
Fonte: Wulpi (2002).
A figura 5 (a) mostra o corpo de prova submetido a tração pura, a tensão de tração (σ1) é aplicada de forma longitudinal, enquanto a tensão de compressão (σ3)
é radial. A tensão máxima de cisalhamento (ꞇmax) é aplicada a 45° em relação a direção longitudinal do eixo (Wulpi, 2002).
Em condições de torção, figura 5 (b), o sistema de tensão gira em 45°, em relação ao sistema de tensão apresentado na figura 4 (a), assim, a tensão máxima de cisalhamento tem uma componente radial e uma longitudinal (Wulpi, 2002).
Já na figura 5 (c), o sistema de tensão gira 90°, em comparação ao sistema da figura 5 (a), nesse diagrama, a tensão de tração (σ1) é radial, normalmente não ocorre ruptura se aplicado esse diagrama a materiais dúcteis (Wulpi, 2002).
3.7 Falhas comuns em elementos rotativos
Elementos rotativos apresentam uma grande gama de mecanismos de falhas, essas inconformidades podem ocorrer por operação inadequada, manutenção insuficiente ou falha, sobrecarga, falha elétrica, má conservação, falha mecânica etc.
As falhas essencialmente mecânicas, representam uma pequena parcela das possíveis falhas de um equipamento. A identificação desses mecanismos de falha, traz resultados imediatos para a máquina em operação e reflete nos custos. Para que o plano de manutenção ocorra da forma certa, é fundamental que ele contenha estratégias que visem evitar ou reduzir a possibilidade de falhas (Mitchell, 1993).
3.7.1 Desbalanceamento
Segundo Eisenmann (1997), o desbalanceamento é constituído por um problema de excitação síncrona. O desbalanceamento ocorre em todas as máquinas e equipamentos rotativos, num certo grau, sendo caracterizado por uma vibração senoidal na frequência da rotação (uma vez por revolução), na direção radial, podendo haver uma alta amplitude também na direção axial.
Existe basicamente dois tipos de desbalanceamento, o estático e o dinâmico.
O estático acontece quando o centro de massa do conjunto rotativo não coincide com o centro de rotação, esse tipo de desbalanceamento é provocado por um ponto com maior massa no eixo, o que acarreta uma força centrifuga. Em eixos longos, o desbalanceamento estático pode ser ocasionado por dois ou mais pontos, a figura 6 exemplifica esse tipo de desbalanceamento. (Rades, 1995)
Figura 6 - Desbalanceamento estático.
Fonte: Rades (1995).
O desbalanceamento dinâmico acontece quando a linha de centro de massa não está coincidindo com a linha geométrica de rotação, podendo o centro de massa do eixo permanecer no seu centro geométrico, apresentado na figura 7. Esse tipo de desbalanceamento pode não ser determinado por oscilação pendular, tendo em vista que o rotor não apresenta uma posição definida quando em repouso (SCHEFFER E GIRDHAR, 2004).
Figura 7 - Desbalanceamento dinâmico.
Fonte: Rades (1995).
Em movimento, os eixos com desbalanceamento dinâmico executam um movimento de giro sob seu eixo virtual, em relação ao eixo de rotação, tendo em vista que os pontos de desbalanceamento exercem forças sobre o eixo (Rades, 1995).
3.7.2 Desalinhamento
Assim como o desbalanceamento, o desalinhamento também é considerado como uma fonte de vibração bastante comum em elementos rotativos. O desalinhamento é caracterizado por uma vibração com componente de duas vezes a frequência de rotação, acompanhado de grande vibração axial. Analisar a fase do sinal ao longo do equipamento e do acoplamento, constituem uma ferramenta para diferenciar o desalinhamento do desbalanceamento (Nepomuceno, 1989).
Segundo Patel e Darpe (2009), há basicamente dois tipos de desalinhamento, paralelo e angular. O desalinhamento paralelo ocorre quando as linhas de centro do eixo das máquinas não coincidem, ou não estão alinhadas, embora possam estar paralelas. O desalinhamento angular acontece quando as linhas de centro do eixo das máquinas se interceptam e formam um ângulo entre si. É comum encontrar a ocorrência dos dois tipos de desalinhamento no mesmo equipamento (Eisenmann, 1997).
Para Jalan e Mohanty (2009), a influência das condições térmicas, tolerâncias de fabricação, folgas de montagem, diferentes condições de operação, imperfeições geométricas e outros, influenciam no comportamento vibratório do eixo e acoplamento quando estão em funcionamento.
3.7.3 Falha em rolamentos
As falhas em rolamentos constituem uma das mais comuns que podem acontecer em equipamentos rotativos. A falha nesse componente provoca vibração em altas frequências e as alterações de vibração em estágios iniciais de desgaste, são quase imperceptíveis. Todavia as falhas características de rolamentos, apresentam frequências especificas, permitindo assim uma análise bastante eficaz (Kabaodlu, 2001).
Dentre as principais causas de vibração em rolamentos, destaca-se os desgastes, lubrificação deficiente, vibrações de origem externa, folgas internas e defeitos de fabricação. Essas causas são responsáveis por defeitos como, elementos rolantes com diâmetros desiguais, imperfeições ou rugosidade na pista interna e/ou externa, defeitos ou irregularidades na gaiola, ajuste ou assentamento inadequado do
rolamento e defeitos ou irregularidades nos elementos rolantes (CERRADA et al., 2018).
Falhas em rolamentos são ocasionadas por motivos como carga excessiva, vedações ineficientes, lubrificação deficiente, ajustes inadequados, montagem incorreta e outras. Cada um desses motivos pode acarretar uma falha específica.
Apenas um terço dos rolamentos falham por fadiga natural, um terço por falha no processo de lubrificação e o restante por contaminação que penetra no rolamento (SKF, 1997).
No processo de desgaste natural, o tempo até o surgimento dos primeiros sinais de fadiga de um rolamento, é uma função da sua rotação, significância da carga, do tipo de lubrificante e limpeza. A fadiga é o resultado das tensões de cisalhamento cíclicas, essas aparecem logo abaixo da superfície que está em carregamento. Com o passar do tempo de uso, essas tensões geram microtrincas que evoluem aos poucos até atingir a superfície (SKF, 1997).
Sabe-se que defeitos em rolamentos geram choques que se repetem de maneira características a cada tipo de elemento, desta forma, é possível calcular a frequência característica de cada defeito. Todavia, a frequência de cada defeito é função da rotação, números de elementos girantes do rolamento e geometria (CERRADA et al., 2018).
A identificação de falhas nos rolamentos, nos estágios iniciais é uma tarefa difícil, já que as amplitudes de vibração geradas são muito baixas, podendo ser mascaradas pelo ruído ou problemas de lubrificação da máquina (SKF, 1997).
3.7.3.1 Frequências características de defeitos nos rolamentos
De acordo com a localização do defeito no rolamento, são ocasionadas vibrações de diferentes frequências, desta forma quando uma parte defeituosa entra em contato com uma outra superfície, geram-se pulsos periódicos de curta duração.
Tais pulsos são gerados em função da geometria do rolamento, velocidade de rotação e localização do defeito (HARRIS, 1991).
Os defeitos em rolamentos podem ser diagnosticados através da medição de vibração, além do monitoramento de presença de frequências de defeitos e os seus respectivos múltiplos. As frequências de defeitos são calculadas levando em consideração as características construtivas dos rolamentos (BEZERRA, 2004). A
figura 8 mostra o esquema de um rolamento de contato angular, com pistas internas e externas rotativas.
Figura 8 - Frequência dos elementos do rolamento.
Fonte: Bezerra (2004).
De acordo com a geometria e assumindo um ângulo de contato operacional sempre constante α, o diâmetro primitivo do rolamento é dado por:
𝐷 = 𝐷𝑖 + 𝐷𝑜
2 (2.1)
Considerando que o rolamento tem ângulo de contato constante, assim os diâmetros da pista podem ser expressos em função do diâmetro do círculo primitivo.
𝐷𝑖 = 𝐷 − 𝑑 cos (𝛼) (2.2)
𝐷𝑜= 𝐷 + 𝑑 cos (𝛼) (2.3)
As velocidades da circunferência dos elementos de apoio podem ser expressas em termos da velocidade angular, assim:
𝑉𝑖 = 𝑤𝑖𝑑𝑖
2 (2.4)
𝑉𝑜= 𝑤𝑜𝑑𝑜
2 (2.5)
Já a velocidade da gaiola, que é considerada a velocidade média, é dada pela expressão:
𝑉𝑐 = 𝑉𝑖 + 𝑉𝑜
2 (2.6)
Substituindo as equações (2.2), (2.3), (2.4) e (2.5), obtemos:
𝑉𝑐 = 𝑤𝑖(𝐷 − 𝑑𝑐𝑜𝑠(𝛼))
4 +𝑤𝑜(𝐷 + 𝑑𝑐𝑜𝑠(𝛼))
4 (2.7)
Convertendo as velocidades da circunferência de m/s para revoluções de frequência angular por segundo (Hz), dividindo por πD e reorganizando para obter a frequência da gaiola, temos:
𝑓𝑐 = 𝑓𝑖(1 −𝑑
𝐷 𝑐𝑜𝑠(𝛼))
2 +𝑓𝑜(1 +𝑑
𝐷 𝑐𝑜𝑠(𝛼)) 2
(2.8)
A equação (2.8) apresenta a frequência fundamental teórica da gaiola do elemento rolante, muitas vezes uma das pistas será estacionaria, sendo mais comum a pista externa. Nessas situações, a equação (2.8) pode ser simplificada, assim:
𝑓𝑐 =𝑓𝑖(1 −𝑑
𝐷 𝑐𝑜𝑠(𝛼)) 2
(2.9)
A frequência de rotação dos elementos rolantes, em relação as pistas internas podem ser encontradas por:
𝑓𝑟𝑖 = Z|𝑓𝑐 − 𝑓𝑖| (2.10)
Substituindo a equação (2.8) na equação (2.10), encontramos:
𝑓𝑟𝑖 = Z |𝑓𝑖(1 +𝑑
𝐷 cos(𝛼))
2 −𝑓𝑜(1 +𝑑
𝐷 cos(𝛼))
2 | (2.11)
Com Z elementos rolantes, a equação para a frequência de passagem da esfera na pista interna é encontrada utilizando a equação (2.11), assim:
𝑓𝑏𝑝𝑓𝑖 = 𝑍(𝑓𝑖− 𝑓𝑜)(1 +𝑑
𝐷 cos(𝛼)) 2
(2.12)
Quando a pista externa está estacionaria, obtém-se a expressão da frequência de passagem da esfera na pista interna, definida como:
𝑓𝑏𝑝𝑓𝑖 = 𝑍𝑓𝑖(1 +𝑑
𝐷 cos(𝛼)) 2
(2.13)
A frequência de rotação dos elementos rolantes, em relação a pista externa pode ser derivada de acordo com a seguinte equação:
𝑓𝑟𝑜 = Z|𝑓𝑐 − 𝑓𝑜|
(2.14)
Substituindo (2.8) em (2.14), temos:
𝑓𝑟𝑜 = Z |𝑓𝑖(1 −𝑑
𝐷 𝑐𝑜𝑠(𝛼))
2 −𝑓𝑜(1 −𝑑
𝐷 𝑐𝑜𝑠(𝛼))
2 | (2.15)
Com Z elementos rolantes a equação da frequência de passagem da esfera na pista externa é dada por:
𝑓𝑏𝑝𝑓𝑜 =𝑍(𝑓𝑖 − 𝑓𝑜)(1 −𝑑
𝐷 cos(𝛼)) 2
(2.16)
Considerando que a pista externa está estacionaria, tem-se a equação de frequência de passagem da esfera na pista externa, dada por:
𝑓𝑏𝑝𝑓𝑜 =𝑍𝑓𝑖(1 −𝑑
𝐷 cos(𝛼)) 2
(2.17)
A frequência de rotação dos corpos rolantes, em torno dos seus próprios eixos de rotação podem ser derivadas, assim a frequência de rotação, assumindo-se nenhum deslizamento, é dada pela frequência de rotação da gaiola em relação a pista interna do rolamento e multiplicando pela razão de diâmetro da pista interna para o diâmetro da esfera.
𝑓𝑏𝑠𝑓 = 𝑓𝑟𝑖𝐷𝑖
𝑑 (2.18)
A equação (2.18) pode ser reescrita usando as equações (2.2) e (2.11):
𝑓𝑏𝑠𝑓=𝑓𝑖− 𝑓𝑜 2
𝐷
𝑑(1 − (𝑑
𝐷cos(𝛼))
2
) (2.19)
Assumindo que a pista externa esteja estacionária, a equação (2.19) pode ser simplificada em:
𝑓𝑏𝑠𝑓=𝐷𝑓𝑖
2𝑑 (1 − (𝑑
𝐷cos(𝛼))
2
) (2.20)
Sendo (2.20) a forma geral de frequência de rotação da esfera. As equações (2.9), (2.13), (2.17) e (2.20) são as formas gerais das equações de frequência de defeitos em mancais, essas expressões admitem que não existe nenhum deslizamento e com pistas externa estacionária, o que acontece na maioria dos casos, a tabela 3 apresenta as equações de frequência de defeitos (RANDALL, 2011).
Tabela 1 - Frequências características de defeito nos elementos dos rolamentos.
Elemento do rolamento Equações de frequência Frequência de Defeito na Pista Interna 𝑓𝑏𝑝𝑓𝑖 = 𝑍𝑓𝑖(1 +𝑑
𝐷 cos(𝛼)) 2
Frequência de Defeito na Pista Externa 𝑓𝑏𝑝𝑓𝑜 =𝑍𝑓𝑖(1 −𝑑
𝐷 cos(𝛼)) 2
Frequência da Gaiola 𝑓𝑐 =𝑓𝑖(1 −𝑑
𝐷 𝑐𝑜𝑠(𝛼)) 2
Frequência de Defeito na Esfera 𝑓𝑏𝑠𝑓 =𝐷𝑓𝑖
2𝑑 (1 − (𝑑
𝐷cos(𝛼))2) Fonte: RANDALL (2011).
A frequência do defeito na esfera é a frequência com que a falha atinge as pistas interna e externa, assim existem dois choques por período, fazendo com que os harmônicos de defeito na esfera seja muitas vezes o mais dominante, a figura 9 apresenta sinais típicos e sinais de envelope de falhas locais.
Figura 9 - Sinais típicos e sinais de envelope de falhas em rolamentos.
Fonte: Randall (2011).
3.7.4 Folga mecânica
A folga mecânica consiste em basicamente dois tipos, estrutural e rotacional. A folga estrutural é provocada pelo afrouxamento de elementos estacionários, como pé e a base, já a folga rotacional é decorrente do excesso de espaço livre entre elementos rotacionais do equipamento (Goldman, 1999).
A folga rotacional, ocorre devido ao desgaste provocado no suporte dos mancais onde o eixo está apoiado. Em mancais de rolamento, a folga entre a extremidade do eixo e o suporte do mancal, tende a produzir harmônicos. Com o aumento dessas folgas, a quantidade de harmônicos e suas amplitudes tendem a aumentar. Pode-se nesse contexto, acarretar o aparecimento de alguns picos, que serão maiores que outros devido a coincidência com alguma ressonância estrutural ou mesmo por coincidir com outra fonte de vibração. Quando as folgas se tornam excessivas, podem surgir harmônicos de meia ordem ou sub-harmônicos, esses tendem a ser produzidos por atrito ou ocorrência de impacto (Goldman, 1999).
3.7.5 Falhas por falta de lubrificação
Problemas relacionados a lubrificação, são mais comuns em máquinas que possuem mancais de deslizamento e em eixos sustentados por mancais de deslizamento, esses problemas estão relacionados a instabilidade do filme lubrificante, tal instabilidade pode ser produzida por diversos mecanismos, tais como histerese e fluido aprisionado (Norton, 1994).
As causas mais comuns para que ocorra a instabilidade do filme lubrificante em mancais de deslizamento, são projeto inadequado do mancal, aumento da pressão, desgaste excessivo ou variação da viscosidade do lubrificante (Fuchs, 1996).
Os métodos de lubrificação de rolamentos são divididos em duas categorias, lubrificação a graxa e lubrificação a óleo. O método empregado varia com as condições de aplicação e do propósito da aplicação, buscando atingir o melhor desempenho do componente (NSK, 2001).
3.8 Ensaios não destrutivos
Segundo a ABENDI (2016), os ensaios não destrutivos são técnicas utilizadas no processo de inspeção de materiais e equipamentos sem comprometer a sua estrutura, essa avaliação pode ocorrer nas etapas de fabricação, montagem e manutenção.
A utilização dos ensaios não destrutivos tem a finalidade de avaliar falhas nos materiais, essas descontinuidades podem ser trincas ou variação das propriedades do material. Esses defeitos podem ocasionar perda de resistência mecânica da peça que será submetida ao ensaio, por esse motivo é essencial a averiguação de existência dessas descontinuidades (ZOLIN, 2011).
As técnicas de ensaios não destrutivos permitem que uma peça ou equipamento seja avaliado antes de ser utilizado, ou ainda ao longo de sua vida, indicando assim o melhor momento para que a peça seja substituída antes que se rompa em serviço. Os ensaios não destrutivos são difundidos em setores como o petroquímico, químico, aeroespacial, siderúrgico, papel e celulose e outros (ABENDI, 2016).
Os principais métodos de ensaios não destrutivos são, ensaio visual, líquido penetrante, partículas magnéticas, ultrassom, radiografia (raio x e gama), correntes parasitas e termografia (GARCIA, 2012).
3.8.1 Ensaio visual
O ensaio visual é uma técnica simples para avaliação de falhas na superfície, distorção na estrutura, grau de acabamento e formato da peça. O resultado dessa técnica depende das condições de acesso ao local, luminosidade do ambiente e principalmente da capacidade e experiencia do profissional responsável (ZOLIN, 2011).
Para o auxílio desse ensaio, podem ser utilizadas lupas, microscópios, gabaritos e comparadores, em algumas ocasiões é necessário a inspeção visual remota, para esse tipo de avaliação, é utilizada microcâmeras e um sistema de iluminação, permitindo que o profissional tenha acesso a partes do equipamento de difícil acesso, tem-se como principal vantagem desse ensaio a sua simplicidade de avaliação e baixo custo operacional (ABENDI, 2016).
3.8.2 Líquido penetrante
O ensaio de líquido penetrante é utilizado para mostrar descontinuidades superficiais, esse teste baseia-se no princípio de capilaridade, que é a ação de penetração de um líquido em locais extremamente pequenos. A capacidade de penetração é uma característica muito importante, já que a sensibilidade do ensaio é dependente disso (GARCIA, 2012).
O objetivo do ensaio de líquido penetrante é garantir a confiabilidade do equipamento, por meio de obtenção de uma imagem visual, que irá revelar as descontinuidades na superfície da peça, sem danificá-la. Assim, a garantia desse ensaio consiste na visualização das indicações ao término do processo (ANDREUCCI, 2013).
Os procedimentos para o ensaio de líquido penetrante variam de acordo com as diretrizes ou regras de ouro de cada companhia, mas no geral o ensaio consiste na limpeza e desengraxamento da peça, secagem, aplicação do líquido penetrante por imersão ou aspersão, limpeza superficial, com retirada do excesso de líquido penetrante, nessa etapa deve-se ter cuidado para não retirar o líquido que penetrou nas eventuais descontinuidades, aplicação de um pó revelador, esse será responsável por absorver o líquido penetrante, revelando o local das trincas e rachaduras, observação das trincas e por fim, limpeza e secagem final da peça, para que possa ser removido todos os resíduos dos líquidos utilizados no ensaio, a figura 10 mostra as etapas do processo (GARCIA, 2012).
Figura 10 - Etapas do processo de ensaio de líquido penetrante.
Fonte: Adaptado de Garcia (2012).
3.9 Tipos de manutenção
As categorias de manutenção são definidas de acordo com a maneira como é realizada a intervenção no equipamento, nessa seção será abordado três tipos de manutenção, são elas a manutenção corretiva, preventiva e preditiva.
3.9.1 Manutenção corretiva
A manutenção corretiva é a forma de manutenção mais simples e mais primitiva, para SLACK et al. (2002, p. 625), “significa deixar os equipamentos continuarem a operar até quebrar. O trabalho da manutenção é realizado somente após a quebra do equipamento ter ocorrido [...]”. Ainda que esta definição indique para uma manutenção que simplesmente ocorre após a quebra do equipamento, essa abordagem se divide em duas categorias, a manutenção corretiva não planejada e planejada.
A manutenção corretiva não planejada é realizada ao ser constatado falha ou baixo desempenho do equipamento, essa intervenção acontece sem acompanhamento ou planejamento prévio. Esse tipo de manutenção acarreta altos custos, baixa confiabilidade, e redução da produtividade (OTANI & MACHADO, 2008).
Já a manutenção corretiva planejada consiste quando a manutenção é preparada, nessa situação, pode-se haver a decisão de operar o equipamento até ele falhar ou mesmo em função de um acompanhamento preditivo. Para OTANI &
MACHADO (2008), esse tipo de manutenção tende a ficar mais barato, seguro e rápido, se comparado a manutenção corretiva não planejada.
A manutenção corretiva, apesar de ser simples, pode necessitar de altos custos, que estão associados a estoques de peças sobressalentes, custo de ociosidade de máquina, trabalho extra e baixa disponibilidade de produção. Esses custos tendem a aumentar caso o tempo de reação se estenda, seja por indisponibilidade da equipe da manutenção ou por falta de peça de reposição (ALMEIDA, 2000).
3.9.2 Manutenção preventiva
A manutenção preventiva representa um trabalho de prevenção de falhas e defeitos que podem ocorrer no equipamento, dando origem a paradas inesperadas ou reduzindo o rendimento da máquina. O processo de prevenção é baseado no estudo estatístico ou na condição do equipamento. (SLACK et al., 2002).
Esse tipo de manutenção tem o objetivo de eliminar ou reduzir as possibilidades de falhas por falta de manutenção dos equipamentos. Ela segue um padrão prévio, onde é estabelecido paradas periódicas, com a finalidade de permitir a substituição de componentes gastos por novos, garantindo desta forma o pleno funcionamento da máquina (ALMEIDA, 2000).
A manutenção preventiva tem a finalidade de acontecer antes da quebra da máquina, sua função é que não ocorra uma parada não programada na produção devido a indisponibilidade do equipamento. Para Guimarães, Nogueira e Silva (2012), existem dois tipos de parada do equipamento, a primeira consiste na parada do maquinário antes do necessário para fazer a manutenção, já no segundo cenário, o período de reparo é feito de maneira incorreta, podendo gerar falha do equipamento.
As ocorrências de manutenção preventiva, são baseadas por programações orientadas pelo tempo, todos os programas de gestão de manutenção preventiva admitem que as máquinas e equipamentos serão degradados com o passar do tempo.
A utilização desse tipo de manutenção varia muito, tornando os sistemas onde é aplicado muito limitado, consistindo apenas em agendar reparos, lubrificação e ajustes nas máquinas (MOBLEY, 2004).
3.9.3 Manutenção preditiva
A manutenção preditiva é uma estratégia de manutenção planejada, onde é realizado um acompanhamento de variáveis operacionais como temperatura, desgaste, vibração e outros parâmetros do equipamento. Quando esses indicadores estão próximos dos limites preestabelecidos, é realizada uma intervenção no equipamento, procurando corrigir falhas que acarretam desvios operacionais. Esse tipo de manutenção leva em consideração os parâmetros operacionais e de funcionamento do equipamento (SLACK et al., 2002).
Manutenção preditiva é mais bem descrita como a manutenção praticada quando surge a necessidade, isso é feito pelo monitoramento do estado de funcionamento da máquina ou equipamento, esse acompanhamento é realizado periodicamente, dependendo da necessidade ou disponibilidade da máquina (ALMEIDA, 2000).
A principal função do monitoramento do equipamento, é fornecer conhecimento sobre a real condição de funcionamento do componente ou máquina, não sendo necessário parar a linha de produção para que isso ocorra, evitando assim redução de índices de produtividade, aumentando a disponibilidade e a segurança da máquina (TANDON; PAREY, 2006).
Para Otani e Machado (2008), a manutenção preditiva possibilita alterações e intervenções, permitindo assim menor interferência no processo produtivo, já que a coleta de dados é feita com o equipamento em funcionamento, permitindo ainda uma análise de tendências.
4 METODOLOGIA
O equipamento foco desse estudo é o conjunto eixo e mancais de rolamentos que compõem o depurador MODUScreen FT5, esse conjunto é responsável por fornecer movimento de rotação ao rotor que posteriormente irá separar as fibras de celulose, garantindo ao produto acabado a qualidade necessária.
4.1 Desmontagem do equipamento
O processo de desmontagem do equipamento é iniciado com a retirada dos parafusos da tampa de moldura da unidade de eixo e rolamentos, está parte é responsável por selar o mecanismo, impedindo a passagem de impurezas para o interior do eixo e dos rolamentos superior e inferior.
Com o término do processo de desparafusar, inicia-se o processo de içamento da tampa, expondo assim a parte interna do equipamento, a figura 11 apresenta o processo de remoção da parte superior.
Figura 11 - Içamento da parte superior do conjunto.
Fonte: Autor (2022).
Com a etapa anterior finalizada, é possível avaliar a parte interna do conjunto, tendo acesso ao ponto de lubrificação automático e ao sensor de vibração que posteriormente serão desacoplados, a figura 12 (A) mostra o sensor de vibração, já a figura 12 (B) o ponto de lubrificação.
Figura 12 - Parte interna do mecanismo apresentando o ponto de lubrificação e sensor de vibração.
Fonte: Autor (2022).
Após finalizar a desmontagem do ponto de lubrificação e sensor de vibração, é iniciada a etapa de desparafusar as caixas de rolamentos da moldura da unidade de rolamentos, a figura 13 apresenta essa operação.
Figura 13 - Remoção dos parafusos que unem o conjunto rotor e rolamentos da moldura de rolamentos.
Fonte: Autor (2022).
Tendo finalizado a etapa de desparafusar todos os 8 pontos de fixação das caixas de rolamento, iniciasse a etapa de içamento do conjunto de eixo e mancais superior e inferior, a figura 14 exibe essa etapa de desacoplamento.
Figura 14 - Processo de içamento do conjunto de eixo e mancais de rolamentos.
Fonte: Autor (2022).
Com o conjunto apoiado em uma superfície vertical, foi realizado a etapa de movimentação dos defletores que compõem os mancais. Os defletores dos mancais são responsáveis por inibir a entrada de contaminantes no interior dos elementos rolantes, a figura 15 (A) mostra o processo de movimentação do defletor que protege o mancal superior, já a figura 15 (B) apresenta o deslocamento do defletor que preserva o mancal inferior.
Figura 15 - Processo de movimentação dos defletores que compõem o sistema de mancais superior, mostrado na figura (A) e inferior exibido na figura (B).
Fonte: Autor (2022).
Com o deslocamento dos defletores encerrado, deve-se retirar os parafusos da parte inferior dos mancais, puxar a tampa da caixa de rolamentos e o anel de vedação para fora do eixo, arrastar a caixa de rolamentos e o anel de vedação para trás, deixando o mais próximo possível dos defletores, finalizado esse processo, os rolamentos ficarão expostos, a figura 16 (A) exibe a remoção da tampa inferior, já a figura 16 (B) mostra os rolamentos expostos.
Figura 16 - Processo de remoção da caixa de rolamento, a figura (A) apresenta a caixa sem a tampa inferior, já a figura (B) exibe o rolamento.
Fonte: Autor (2022).
A parte final do processo de desmontagem do sistema é a remoção dos rolamentos que estão nas extremidades do eixo, para que essa etapa seja concluída, foi necessário a utilização de uma ponte rolante para içar o conjunto, colocando-os posteriormente no interior de uma prensa hidráulica, a figura 17 apresenta o conjunto eixo e rolamentos desmontados.
Figura 17 - Etapa final do processo de desmontagem do conjunto eixo e rolamentos.
Fonte: Autor (2022).
4.2 Avaliação do eixo
A aferição do eixo antigo começa com o término do processo de retirada dos mancais de rolamento, nessa etapa é realizado o ensaio visual em toda a extensão da peça, com a finalidade de identificar trincas superficiais ou defeitos aparentes, caso o material não passe nessa avaliação, ele é descartado e dá-se início a compra de um novo componente, a figura 18 mostra o eixo sem os elementos rolantes.
Figura 18 - Eixo do equipamento sem os mancais de rolamento.
Fonte: Autor (2022).
De acordo com a figura 19, é possível identificar nesse componente, marcas na seção que está em contato com os rolamentos do lado oposto ao acionamento.
Tendo ciência da última ação realizada no equipamento, já era previsto que houvesse a troca do eixo, nesse caso não foi necessário a realização do ensaio de líquido penetrante e avaliação do desalinhamento da peça extraída, a figura 19 apresenta a seção danificada.
Figura 19 - Seção do eixo danificada no último processo de manutenção.
Fonte: Autor (2022).
Caso não fosse identificado nenhuma desconformidade no ensaio visual, o eixo seria submetido ao ensaio de líquido penetrante. De acordo com as normas internas da empresa, a realização desse ensaio é fundamental apenas nas regiões destacadas na figura 20.
Figura 20 - Seções do eixo onde é realizado o ensaio de líquido penetrante.
Fonte: Autor (2022).
As partes que devem ser submetidas ao ensaio são, a seção da extremidade onde se encontra o rasgo de chaveta, a região onde existe contato direto do eixo com o selo mecânico e a outra extremidade do eixo, que tem contato com o rotor, são regiões onde ocorrem os maiores acúmulos de tensão e estão sujeitas a trincas e inconformidades detectadas no ensaio de líquido penetrante.
Sendo aprovado no ensaio de líquido penetrante, o eixo é submetido ao teste de alinhamento (empeno), para que a peça seja aprovada nessa avaliação, é necessário que ela esteja dentro das tolerâncias de 0 a 0,05 milímetros, caso os valores constatados sejam maiores, o eixo é substituído.
Como o eixo retirado do equipamento foi reprovado no ensaio visual, foi realizada a solicitação de um eixo novo, o Anexo A apresenta o desenho técnico do eixo. Para que a nova peça seja aprovada e montada no equipamento, ela deve atender as especificações do projeto.
Com o recebimento do novo eixo, é iniciado o processo de medição de todas as suas dimensões, como o eixo é novo, não é necessário a avaliação de alinhamento e ensaio de líquido penetrante, a figura 21 (A) apresenta a aferição do comprimento das seções, já a figura 21 (B) mostra a avaliação dos diâmetros, esse controle de qualidade é necessário para que o eixo possa ser instalado no equipamento.
Figura 21 - Controle de qualidade que a nova peça é submetida.
Fonte: Autor (2022).
4.3 Avaliação das caixas de rolamentos e elementos rolantes
O processo de avaliação dos mancais e caixas de rolamentos começa com a consulta ao manual do fabricante, essa averiguação é necessária para que possamos saber o diâmetro interno das caixas quando novas e as especificações dos rolamentos.
4.3.1 Avaliação das caixas de rolamentos
Em posse dessas medidas, deve-se consultar a tabela de tolerância de encaixes, de acordo com a norma ISO 286-1, utiliza-se a classe da zona de tolerância de encaixe H, sendo essa avaliada da posição 0 até o limite superior de tolerância, a figura 22 apresenta a representação esquemática do intervalo de tolerância.
Figura 22 - Tolerância do diâmetro interno das caixas de rolamentos.
Fonte: ISO 286-1 (2010).
Após consulta no manual do fabricante, constata-se que a caixa de rolamentos do lado oposto ao acionamento e a do lado do acionamento apresentam respectivamente 320 e 250 milímetros de diâmetro interno.
Consultando as tolerâncias da caixa de mancal, apresentada no Anexo B, constata-se que o mancal do lado oposto ao acionamento tem tolerância de até +57 µm, já a caixa do lado do acionamento permite tolerância de até +52 µm.
Para a avaliação das caixas de rolamentos, utiliza-se um relógio comparador MITUTOYO 511-805, sendo esse responsável por mostrar a variação do diâmetro interno, a figura 23 apresenta o processo de avaliação da parte interna da caixa de rolamentos.
Figura 23 - Avaliação do diâmetro interno das caixas de rolamentos.
Fonte: Autor (2022).
Após avaliação de ambas as caixas de rolamentos, constata-se que as medidas aferidas estão dentro dos parâmetros exigidos pela norma ISO 286-1, assim os equipamentos estão aptos para retornar para a máquina.
4.3.2 Avaliação dos rolamentos
Para que o equipamento funcione dentro dos parâmetros definidos pelo fabricante, algumas recomendações devem ser seguidas, assim é determinado que o conjunto de rolamentos do mancal situado no lado oposto ao acionamento seja, um SKF 7230 BCBM, e dois rolamentos SKF 7330 BCBM, esse conjunto de rolamentos são de esferas de contato angular de uma carreira, a figura 24 apresenta as especificações do rolamento SKF 7230 BCBM.
Figura 24 - Especificação do rolamento SKF 7230 BCBM.
Fonte: SKF (2022).
Já a figura 25 mostra as especificações dos rolamentos SKF 7330 BCBM.
Figura 25 - Especificação do rolamento SKF 7330 BCBM.
Fonte: SKF (2022).
Já o rolamento localizado no lado do acionamento é um SKF 23228 CC/W33, esse elemento é um autocompensador de rolos, capaz de resistir a maiores quantidades de cargas, se comparado com os rolamentos de esferas, a figura 26 mostra as especificações desse rolamento.
Figura 26 - Especificação do rolamento SKF 23228 CC/W33.
Fonte: SKF (2022).
Para a avaliação dos parâmetros operacionais dos mancais, é utilizado um sensor de vibração SKF CMSS2200, que fica acoplado nas caixas de rolamentos, esse acelerômetro industrial é utilizado para máquinas com folga limitada, apresenta sensibilidade de 100 mVg, range de frequência de 1,0 a 5.000 Hz e resiste a temperaturas de -50 a 120°C, a figura 27 apresenta o sensor em questão.
Figura 27 - Sensor de vibração SKF CMSS2200.
Fonte: SKF (2022).
