Integração de técnicas de manutenção preditiva

Já sabemos que a manutenção preditiva é uma excelente estratégia para redução de custos e ganho de produtividade.

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12 MAY 2022 ALS Global

Um estudo feito pelo Wall Street Journal e pela fabricante de tecnologia para automação, Emerson, concluiu que o tempo de inatividade não planejado custa aos fabricantes industriais cerca de US$ 50 bilhões por ano. Além disso, apontaram que as falhas de equipamento são a principal causa e também geram perda de produtividade, interrupções não planejadas e, por consequência, custos excessivos de manutenção, reparo e substituição.  

Hoje você vai conhecer melhor as técnicas preditivas e perceber como a combinação delas gera um modo muito assertivo de coletar e gerar dados que indiquem possíveis problemas no futuro. 

A manutenção preditiva envolve vários processos, como análise de vibrações de equipamentos e termografia de sistemas elétricos e mecânicos. Vamos falar sobre elas:

Análise de fluidos  

Como o fluido é um dos componentes mais importantes de uma máquina industrial, não pode ficar de fora na estratégia de manutenção preditiva. Com um programa de análise regular, é possível estar um passo à frente das quebras e paradas desnecessárias, já que o procedimento pode detectar a qualidade, condição e a vida útil dos fluidos, desgastes das peças e contaminações como a presença de substâncias variadas desde água a metais, e muito mais.  

As principais técnicas de análises de fluidos são:  

InfravermelhoNo óleo lubrificante, essa técnica tem como objetivo principal identificar as substâncias presentes, tais como:

Fuligem: em motores a combustão, os resíduos resultantes da queima incompleta do combustível da máquina podem contaminar o óleo lubrificante alterando suas propriedades.  

Oxidação: em qualquer tipo de máquina, quando misturado com oxigênio, o óleo lubrificante começa a produzir borras que ocasionam a perda de desempenho. Quando isso acontece, pode significar um problema de alteração na temperatura de operação, deplexão dos aditivos ou até contaminações. 

Nitração : também importante em motores a combustão, em alguns casos, os compostos nitretados (NOx) podem escapar em algum momento da combustão, entrando em contato com o óleo do motor e contaminando-o.  

Sulfatação: novamente no caso de motores a combustão, a presença de enxofre no combustível pode produzir compostos sulfatados (SOx) durante a queima. Se entram em contato com o óleo lubrificante, eles podem reagir com seus aditivos, essenciais para a boa performance de lubrificação e, em casos mais sérios, produzir ácidos que corroerão o motor. 

Glicol: um dos componentes do líquido de arrefecimento. Se ele contamina o óleo lubrificante, pode causar graves problemas no funcionamento da máquina. 

Análise da Aparência

A análise de aparência de lubrificantes é a avaliação baseada nas propriedades organolépticas do produto. Isto é, que podem ser averiguadas com base nos sentidos físicos do ser humano. 
As alterações visuais podem ser quantificadas por ensaios que exigem instrumental. Por exemplo, a coloração possui métodos instrumentados para a determinação da cor. Normas como a NBR 14483 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) ou a ASTM D1500 empregam um colorímetro e reportam os resultados de acordo com padrões. Assim, na avaliação instrumentada da cor, no lugar de dizermos “amarelo-claro” pela aparência da coloração visual, um colorímetro poderá reportar o grau desde 0,5 até 1,5, por exemplo. 

Contagem de partículas 

A contagem de partículas é utilizada para determinar a quantidade de sólidos no fluido em acordo com seu tamanho. Caso haja concentração muito grande de partículas no óleo, as partes internas da máquina podem sofrer desgaste prematuro. 

 Análise de viscosidade 

A viscosidade é uma das características físicas mais importantes de um óleo lubrificante e se trata da resistência que o fluido oferece ao escoamento. A viscosidade inicial aplicada varia de acordo com a necessidade da máquina em questão. À medida que um óleo é utilizado, moléculas de hidrocarbonetos podem tanto se quebrar (craqueamento ou cisalhamento) ou se juntar (polimerização) ou reagir com outros compostos, formando borras, por exemplo. O calor e o atrito constantes da própria operação podem então aumentar ou diminuir a viscosidade, comprometendo a lubrificação. 

Se for muito baixa para aquele tipo de equipamento, a viscosidade diminui a eficiência do óleo, aumentando o contato entre os metais da máquina. Já se for detectada alta viscosidade, o líquido terá dificuldades em escoar e resultará no mesmo problema. 

Monitorar essa propriedade é importante. Caso seja observada uma viscosidade alterada antes do tempo determinado pelo fabricante do óleo, é possível que haja alterações de temperatura na máquina ou contaminantes. 

Diluição por diesel 

A análise de Diluição de combustível por Cromatografia Gasosa é feita por meio de cromatógrafo gasoso com detector de ionização por chama. 
É um método quantitativo que fornece resultados reais da contaminação por combustível nas amostras, identificando percentual de contaminação de 0 a 10% de diesel no óleo. Esse método possui uma precisão maior nos resultados do que o método qualitativo anterior de Diluição por combustível.   

Análise de vibração 

Técnica comumente utilizada em equipamentos rotativos e estruturais, ela detecta falhas a de forma preventiva, garantindo um programa de acompanhamento, análise e diagnóstico organizado. 

As máquinas tem um padrão de vibração conforme seu uso, e qualquer alteração nesse padrão pode revelar problemas como falhas de projeto, de fabricação, de montagem e de manutenção, e ocasionadas pela operação. Ela pode ser feita em todo equipamento, em determinados pontos de medição ou através de pulsos de choque, que medem pontos chaves do equipamento. Qualquer máquina que possui um elemento rotativo pode ser monitorada. Os principais equipamentos colocados sob sensoriamento são:  

- Ventiladores  
- Bombas  
- Engrenagens  
- Turbinas  
- Conveyors  
- Compressores 

Falhas 

O elemento rotativo das máquinas tem vida útil e esse parâmetro é acompanhado de acordo fadiga do material e desgaste nas superfícies de rolamento. 
Mas existem casos em que esses itens podem se desgastar antes do esperado por causa de deformações, corrosão, lubrificação deficiente, instalação incorreta ou até projeto incorreto.  Algumas falhas do tipo detectadas pela análise de vibração, são:  

- Desgaste em rolamentos  
- Afrouxamento mecânico  
- Cavitação  
- Eixo empenado  
- Rotor com falhas elétricas  
- Ressonância  
- Lubrificação deficiente  
- Folga de buchas  
- Falta de alinhamento  
- Desgaste em engrenagens 

Termografia 

Calor excessivo afeta muito as propriedades de metais, compósitos e eletrônicos. Para monitorar essa condição e evitar grandes problemas, existe a termografia. Enquanto a luz infravermelha é invisível ao olho humano, as câmeras termográficas têm como função capturar essa luz e identificar o calor da superfície de um objeto, mostrando ao usuário as temperaturas através de cores visíveis, e permitindo que qualquer anormalidade se torne rapidamente aparente. 

A termografia não exige a interrupção do processo de produção nem desmonta nenhuma máquina. Por conta disso, é uma das alternativas mais utilizadas no ramo industrial, além de cortar custos, identificar e reparar avarias elétricas precoces auxilia a economizar um tempo valioso para as empresas e indústrias. 

Benefícios: 

- Elimina a necessidade de interromper o processo de produção para a realização das análises 
- Minimiza a necessidade de realizar a manutenção corretiva - Maximiza a vida útil do equipamento - Aumenta a produtividade da indústria - Não exige contato direto com o maquinário - Aumenta a eficiência dos programas de manutenção preditiva - Redução no estoque de peças sobressalentes - Reduz os riscos de incêndio É possível monitorar a temperatura de maneira simples, como leituras móveis usando um dispositivo portátil. Porém, essa forma não garante monitoramento constante. 

Análise de fluidos, termografia e vibração: pontos que se conectam 

Um dos itens avaliados pela análise de vibração é o mau funcionamento ou desgaste do equipamento devido a problemas com o lubrificante. 

Mas a falta do fluido não é o único problema que pode existir sobre esse item, por isso, uma vez que a análise de vibração pode apresentar a necessidade de atenção sobre o lubrificante, é possível unir as técnicas, através da análise de fluido, e detalhar ou confirmar diagnósticos de contaminação, desgastes e afins, garantindo assertividade e rápida ação.  

O monitoramento da temperatura também permite a percepção de falta de lubrificação ou desgaste em excesso, podendo também ser uma técnica que introduz a necessidade de uma análise de fluidos. 

Ferrografia

 A ferrografia analítica é o estudo do desgaste mais aprofundado existente no momento. O diagnóstico é feito pela observação com microscopia óptica das várias partículas de uma amostra.  

A ferrografia diagnostica a severidade, o tipo e o modo de desgaste por meio da análise das partículas suspensas no lubrificante. Por meio dela, é feita a caracterização em termos de morfologia, cor, tamanho, distribuição e concentração no corpo de prova chamado “ferrograma”. O ferrograma é o estudo por meio de um microscópio especial que tem o nome de “ferroscópio”. Ele é a combinação de microscópio metalográfico com o microscópio de uso na biologia. Tais recursos são necessários em decorrência de uma variedade muito grande de partículas, não apenas metálicas 

A análise ferrográfica também auxilia na avaliação de desempenho de lubrificantes, bem como na análise de falhas. Por esse motivo, preenche todos os parâmetros requeridos pela manutenção preditiva. Além das partículas ferrosas a análise também detecta: 

- Partículas metálicas não ferrosas (ligas de cobre, de alumínio, metal patente e várias outras) 
- Inorgânicas não metálicas (areias, fibra de vidro) 
- Óxidos ferrosos e corrosão 
- Orgânicas (fibras, borra, gel, papel, carbono) 

Análise de Ligas

A análise química de ligas metálicas permite determinar a composição química de materiais, seja em laboratórios ou em instalações. 

A análise química de ligas metálicas pode utilizar em seus processos de análise técnicas, como: 

- Espectrometria de emissão óptica: Determina a composição química de materiais metálicos, podendo ser utilizada nas fases de recepção de materiais, processamento da matéria-prima, controle de qualidade e avaliação da matéria-prima, entre outras.  
- Absorção de infravermelho:  Permite a determinação dos teores de carbono e de enxofre em materiais metálicos, cerâmicos e inorgânicos.  
- Fluorescência de Raios X: Através de um equipamento de ensaio não destrutivo, determina os teores dos elementos compreendidos entre o titânio e o tungsténio, na tabela periódica. Utilizado na separação, identificação e controle de materiais. 
- Espectrometria de emissão óptica: permite determinar simultaneamente a profundidade e composição química de revestimentos de aços galvanizados, assim como de camadas superficiais.  

A análise de ligas pode ser realizada em ligas de titânio, magnésio, alumínio, aço inox e zinco. 

Ensaios não destrutivos (END) 

Os ensaios são técnicas de inspeção de materiais e equipamentos que não danificam o equipamento e, inclusive, podem ser realizadas como mesmo funcionando, sendo executadas nas etapas de fabricação, construção, montagem e manutenção. 

São ferramentas do controle da qualidade e monitoramento de materiais e componentes eficazes e frequentes em setores diversos como indústrias petroquímicas, siderúrgicas, navais, alimentício, entre outros setores. Possuem técnicas que ajudam a coletar informações sobre defeitos de um determinado produto, e também ajudam a monitorar a degradação de componentes, sistemas e equipamentos. As principais técnicas de Ensaios Não Destrutivos são: 

- Ultrassom: a vibração ou onda ultrassônica reflete ao incidir numa descontinuidade ou falha interna de um meio considerado. É possível, por meio de aparelhos especiais, a detecção das reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades. 
- Partículas Magnéticas: baseado na geração de um campo magnético que percorre toda a superfície do material ferromagnético. As linhas magnéticas do fluxo induzido no material desviam-se de sua trajetória ao encontrar uma descontinuidade, criando assim uma polaridade magnética altamente atrativa a partículas magnéticas. No momento em que se provoca esta magnetização na peça, as partículas magnéticas são aplicadas sobre a peça. Esta será atraída à localidade da superfície que contiver uma descontinuidade, formando assim uma indicação de defeito. 
- Emissão Acústica: o princípio físico do método é que o crescimento de uma descontinuidade provocado por um campo de tensão irá emitir um sinal sonoro. Este sinal é similar àquele introduzido pela inspeção ultrassônica. O sinal emitido viaja pela estrutura e é capturado por transdutores posicionados na superfície do equipamento inspecionado. A emissão acústica é capaz de detectar a propagação de descontinuidades internas ou que aflorem à superfície. Através da Emissão Acústica é possível identificar vazamentos de ar-comprimido, vazamentos de vapor, descargas elétricas, falhas em Isoladores, entre outros. 
- Inspeção Visual: usado separadamente ou em conjunto com outras técnicas, é normalmente utilizado em avaliação de vazamentos, a analises de uma condição geral do equipamento e problemas de soldagem, por exemplo, que podem apresentar sobrespessura dos cordões, estrias de solidificação, defeitos superficiais, falta de penetração, etc. 
- Líquido Penetrante: faz possível a detecção de descontinuidades na superfície de materiais, através de uma solução química base óleo com corante, seja visível ou fluorescente, capaz de migrar para as descontinuidades abertas à superfície pela ação capilar e utilizada para localizar descontinuidades em materiais ferrosos e não ferrosos, assim como em algumas cerâmicas e plásticos. 
- Radiografia: técnica de inspeção de peças por “transparência”, baseado na absorção desigual das radiações ionizantes. É usada para examinar diversos produtos, geralmente em processos de soldagem e peças de fundição. 
- Estanqueidade: Técnica para localizar o vazamento de um fluido, como também medir a quantidade de material vazando, tanto em sistemas que operam com pressão positiva ou que trabalham com vácuo, como juntas soldadas, coladas, rosqueadas, encaixadas, assim também como em flanges, tampas, radiadores, trocadores de calor, válvulas, selos de vedação, etc. 

Relação entre as técnicas de manutenção preditiva 

Conhecendo melhor sobre as técnicas e que métodos elas usam, é possível perceber que elas se complementam e podem ser combinadas para gerar dados mais completos e confiáveis sobre determinada falha ou desgaste, e podem ser aplicadas em diferentes ordens e momentos do monitoramento. 

É possível, por exemplo, iniciar uma inspeção através de técnicas não destrutivas como um ensaio visual e ao notar algum problema nessa fase, como um lubrificante de cor alterada, acionar uma análise de fluidos. Ou, através da mesma técnica, verificar a necessidade da análise de ligas ao perceber alterações visuais na espessura de uma solda. 

A manutenção do presente e do futuro 

Além da detecção de falhas, o monitoramento preditivo pode alcançar o status de prognóstico estimando, assim, os componentes sujeitos a falha e quando é provável que falhem.  A detecção de falhas é um desafio maior, devido ao comportamento não linear das falhas e das incertezas no sistema de predição futura, consequência da falta de medições diretamente relacionada.   

É necessário existir, primordialmente, um planejamento de manutenção preditiva adequado à necessidade de cada grupo de equipamentos, o monitoramento e acionamento correto dessa manutenção e um alto nível de integração de dados com escalabilidade integrada para coletar, processar e compartilhar muitos dados mantendo o alto nível de desempenho e confiabilidade. 

Mas as indústrias e operações que valorizam e aplicam os processos de manutenção preditiva podem elevar sua fábrica e/ou sua produção a um novo nível de eficiência, e como resultado, obter maior vantagem econômica.