Planeamento, Técnicas e Tendências da Manutenção (Preview)

Planeamento, Técnicas e Tendências da Manutenção FILIPE DIDELET FRANCISCO SENA CLÁUDIA DIAS SEQUEIRA

AUTORES Filipe José Didelet Pereira Francisco Manuel Vicente Sena Cláudia Dias Sequeira TÍTULO Planeamento, Técnicas e Tendências da Manutenção EDIÇÃO Quântica Editora – Conteúdos Especializados, Lda. Tel. 220 939 053 . Praça da Corujeira nº 38 . 4300-144 Porto E-mail: geral@quanticaeditora.pt . www.quanticaeditora.pt CHANCELA Engebook – Conteúdos de Engenharia DISTRIBUIÇÃO Booki – Conteúdos Especializados Tel. 220 104 872 . Fax 220 104 871 . E-mail: info@booki.pt . www.booki.pt PARCEIRO DE COMUNICAÇÃO Manutenção - Revista Técnica . www.revistamanutencao.pt REVISÃO Quântica Editora – Conteúdos Especializados, Lda. DESIGN Delineatura – Design de Comunicação . www.delineatura.pt IMAGEM DE CAPA CRÉDITO: ZAPP2PHOTO IMPRESSÃO novembro, 2019 DEPÓSITO LEGAL 457788/19

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Este livro encontra-se em conformidade com o novo Acordo Ortográfico de 1990, respeitando as suas indicações genéricas e assumindo algumas opções específicas.

CDU 62 Engenharia. Tecnologia em geral.

62-7 Serviço, manutenção, proteção de máquinas.

62-9 Variáveis, condições e características dos processos, instalações e equipamentos de produção.

ISBN Papel: 9789898927644 E-book: 9789898927736 Catalogação da publicação Família: Engenharia Mecânica Subfamília: Manutenção/Tribologia

ÍNDICE

ÍNDICE.......................................................................................................................... V AGRADECIMENTOS.................................................................................................IX PRÓLOGO..................................................................................................................XI 1. a PARTE..................................................................................................................... 13

1.

MANUTENÇÃO CONDICIONADA......................................................................... 15

1.1. Filosofia da Manutenção Condicionada.......................................................................................................17

1.2. Técnicas de Inspeção................................................................................................................................................17

1.2.1. Análise de vibrações......................................................................................................................................17

1.2.2. Termografia........................................................................................................................................................18

1.2.3. Análise de parâmetros de rendimento.............................................................................................18

1.2.4. Inspeção visual.................................................................................................................................................19

1.2.5. Análise ultra-sónica........................................................................................................................................19

1.2.6. Análise de lubrificantes em serviço.....................................................................................................19

1.3. Controlo de Condição............................................................................................................................................. 26 2.

ANÁLISE DE VIBRAÇÕES....................................................................................... 29

2.1. As Vibrações...................................................................................................................................................................31

2.2. Princípios Fundamentais de Vibrações......................................................................................................... 32

2.3. Medição de Sinais Vibratórios............................................................................................................................ 36

2.4. Metodologia na Identificação do Dano....................................................................................................... 45

2.5. Resumo das Principais Causas de Vibração............................................................................................... 55

2.6. A Análise de Vibrações na Manutenção Condicionada..................................................................... 55

2.7. Exemplos Práticos...................................................................................................................................................... 56

2. a PARTE..................................................................................................................... 61

3.

FALHAS E AVARIAS.................................................................................................. 63

3.1. Conceitos de Falha e de Avaria.......................................................................................................................... 65

3.2. Conceitos Associados a Falha e Avaria.......................................................................................................... 66

3.3. Critérios de Classificação das Falhas............................................................................................................... 66

V

3.4. Efeitos das Falhas........................................................................................................................................................ 69

3. a PARTE....................................................................................................................73

4. PLANEAMENTO........................................................................................................75

4.1. Introdução e Definição........................................................................................................................................... 77

4.2. Documentação............................................................................................................................................................ 77

4.3. Dispositivos de Planeamento............................................................................................................................. 78

4.4. Plano de Cargas........................................................................................................................................................... 80

4.5. Planeamento de Trabalhos e Apoio Informático.................................................................................... 81

4.6. Meios de Controlo..................................................................................................................................................... 82

4.7. Informática Operacional de Manutenção................................................................................................... 87

5.

GESTÃO DE EQUIPAMENTOS............................................................................... 95

5.1. Definição.......................................................................................................................................................................... 97

5.2. Relação com a Manutenção................................................................................................................................ 97

5.3. Eficiência da Manutenção..................................................................................................................................... 98

5.3.1. Avaliação dos custos.................................................................................................................................... 98

5.3.2. Índices de produtividade ........................................................................................................................ 99

5.4. Relação com o Planeamento............................................................................................................................100

5.4.1. Redes de atividades....................................................................................................................................101

5.4.2. Periodicidade de inspeções..................................................................................................................101

5.4.3. Periodicidade de reparações gerais.................................................................................................105

5.5. Gestão de Componentes.....................................................................................................................................111

5.5.1. Relação com a fiabilidade........................................................................................................................111

5.5.2. Função renovação....................................................................................................................................... 113

5.5.3. Substituição em bloco............................................................................................................................. 116

5.6. Substituição de Equipamentos....................................................................................................................... 118

5.6.1. Introdução e conceitos gerais.............................................................................................................. 118

5.6.2. Equipamentos com depreciação progressiva...........................................................................120

5.6.3. Equipamentos sujeitos a renovação................................................................................................127

5.7. Equipamentos Redundantes ou em Reserva.........................................................................................129 6.

GESTÃO DE ATIVOS................................................................................................ 135

6.1. Conceitos Associados............................................................................................................................................137

6.2. Ciclo de Vida de um Ativo..................................................................................................................................138

VI

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

6.3. As Normas ISO 55000/1/2...................................................................................................................................140

6.3.1. Estrutura das Normas ISO 55000........................................................................................................142

6.3.2. Influência na manutenção.....................................................................................................................143

6.3.3. Benefícios financeiros da implementação das Normas ISO 55000..............................143

6.4. Requisitos para a Prestação de Serviços de Manutenção..............................................................144

6.4.1. Organização.....................................................................................................................................................144

6.4.2. Oferta de serviços.......................................................................................................................................145

6.4.3. Recursos humanos.....................................................................................................................................146

6.4.4. Recursos materiais.......................................................................................................................................146

6.4.5. Elaboração de propostas........................................................................................................................146

6.4.6. Compras de bens, equipamentos e serviços.............................................................................147

6.4.7. Gestão de contratos de prestação de serviços de manutenção e controlo de gestão..............................................................................................................................................................................147

6.4.8. Programa da qualidade...........................................................................................................................147

6.4.9. Preparação, planeamento e controlo do prestador...............................................................147

6.4.10. Estudos de engenharia..........................................................................................................................147

6.4.11. Gestão de materiais e peças...............................................................................................................148

6.4.12. Segurança, saúde e ambiente...........................................................................................................148

6.4.13. Auditorias........................................................................................................................................................148

6.4.14. Indicadores de Desempenho – Kpi’s De Controlo...............................................................148

6.5. O&M Management..................................................................................................................................................148

6.5.1. Qualidade do programa O&M.............................................................................................................150

6.5.2. O&M para a gestão de topo................................................................................................................. 151

6.5.3. Implementação do programa.............................................................................................................152

6.6. Contratos de Manutenção..................................................................................................................................152

6.7. Exemplo de Aplicação a Reservatórios Sob Pressão..........................................................................153

6.7.1. Válvulas................................................................................................................................................................155

6.7.2. Tubagens...........................................................................................................................................................157

6.7.3. Instalações de válvulas e tubagens..................................................................................................157

6.7.4. Modos de falha..............................................................................................................................................157

6.8. Os Códigos ASME.....................................................................................................................................................158

6.8.1. Inspeção.............................................................................................................................................................158

6.8.2. Certificação.....................................................................................................................................................160

INDICADORES DE DESEMPENHO DE MANUTENÇÃO-KPI'S........................ 161

7.

7.1. Objetivo dos Indicadores de Desempenho............................................................................................163

7.2. Desempenho da Manutenção.........................................................................................................................163

ÍNDICE

VII

7.3. Alertas sobre Indicadores de Manutenção..............................................................................................165

7.4. Sistema de Indicadores.........................................................................................................................................167

7.5. Indicadores Segundo NP EN 15341...............................................................................................................167

7.6. Abordagens Alternativas.....................................................................................................................................172

8.

A MANUTENÇÃO 4.0............................................................................................. 177

8.1. A Indústria do Pensamento – The Thinking Industry...........................................................................177

8.2. Software..........................................................................................................................................................................179

8.3. Estrutura Proposta...................................................................................................................................................181

8.4. Visão Enquadradora................................................................................................................................................185

ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................... CLXXXIX

ÍNDICE DE TABELAS.......................................................................................... CXCI

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................CXCIII

VIII

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

PRÓLOGO

Esta nova obra - Planeamento, Técnicas e Tendências da Manutenção - vem completar o conjunto iniciado pelos autores com a publicação, nesta mesma editora, da obra Fiabilidade e sua aplicação à Manutenção e continuado com a publicação de Manutenção de Instalações Técnicas.

De facto, é intenção dos autores que as três obras possam ser entendidas como um todo, independentemente de poderem ser lidas, consultadas e utilizadas de forma completamente independente. Continua a pretender-se, tal como já acontecia com os trabalhos anteriores, chegar a públicos distintos, ou seja, por um lado os estudantes que, nomeadamente nos diferentes graus do Ensino Superior, em cursos de Engenharia, Gestão ou Tecnologias, têm que se dedicar à problemática da Manutenção e, por outro, a todos os profissionais que, nos mais diversos sectores, têm que gerir esta função e que, de forma continuada, são chamados a resolver os problemas relacionados com a utilização e correspondente degradação de qualquer tipo de ativo material.

Assim, o primeiro livro dedica-se por inteiro à abordagem da Fiabilidade como ferramenta imprescindível para a avaliação do desempenho dos ativos e para a consequente definição das respectivas políticas de Manutenção a eles associadas. É com o segundo trabalho que se inicia a abordagem direta à função Manutenção e à sua gestão, apresentando os principais conceitos, formas de organização, tipos e o sistema de informação associado à gestão e controlo da função Manutenção.

Pretende-se agora aprofundar alguns aspetos relacionados com o planeamento da Manutenção, abordar algumas técnicas específicas de controlo de condição e, numa perspectiva de obra de fecho, apresentar alguns aspetos relacionados com as novas tendências de gestão desta função.

Tal como nas obras anteriores, também não se pretende aqui ser exaustivo nem tal se coadunaria com uma obra que se pretende ser de fácil consulta por diferentes tipos de público. Por outro lado, também não se abordarão alguns temas que, embora de interesse para a Manutenção, por serem transversais a várias funções, têm sido suficientemente abordados na literatura (o caso, por exemplo, da Gestão de Stocks). Por isso, não é intenção dos autores evitar a consulta de outras obras que possam completar, de forma mais particular, o que aqui se aborda em termos mais gerais de Gestão da Manutenção.

Face, então, ao já exposto, neste trabalho começa-se por abordar a problemática da manutenção preventiva condicionada, apresentando, nomeadamente, diferentes técnicas de controlo de condição, no 1º capítulo, e dando destaque especial à Análise de Vibrações (um agraXI

decimento especial é devido à Cláudia Sequeira que, com esta temática específica, se decidiu associar à equipa) para a qual se reservou o 2º capítulo. Na segunda parte trata-se de Análise de Avarias, imprescindível para optimizar o planeamento e a gestão da manutenção, para, de seguida e como terceira parte, se aprofundarem e sistematizarem alguns aspetos relacionados com o Planeamento da Manutenção, passando depois a tratar algumas técnicas gerais de gestão, como o TPM (Total Productive Maintenance) ou o BCM (Business Centred Maintenance), enquadrando-as e relacionando-as entre si e com o RCM (Reliability Centred Maintenance), já apresentado na obra anterior. Finalmente abordam-se, de forma mais sistemática, os indicadores de manutenção, alguns aspetos relacionados com a Gestão de Ativos e as novas tendências de gestão, nomeadamente a Manutenção 4.0.

Esperamos que os objetivos enunciados possam ter sido conseguidos e que todos possam encontrar aqui as respostas pretendidas ou as indicações necessárias para prosseguirem de forma mais aprofundada as suas pesquisas em obras de cariz mais especializado.

Filipe Didelet Francisco Sena Cláudia Dias Sequeira

XII

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

A - EXEMPLO DE ÓLEO EM BOM ESTADO

B - EXEMPLO DE ÓLEO EM ESTADO “ACEITÁVEL”

C - EXEMPLO DE ÓLEO EM ESTADO “ACEITÁVEL”

D - EXEMPLO DE ÓLEO EM “MAU ESTADO “

E - EXEMPLO DE ÓLEO EM “MAU ESTADO “

FIGURA 1.2.

ENSAIO DA MANCHA DE VALOR

>

Resíduos de carbono - Originados pela existência de fuligem de combustível, são um indicador importante dos óleos utilizados em motores diesel e estão sempre presentes. Um teste para medir o teor de carbono num óleo de um motor diesel é importante dado que a maior ou menor presença de carbono indica uma maior ou menor eficácia no sistema de queima dum motor. As análises para determinar presença de carbono e outros contaminantes são feitas utilizando infravermelhos.

>

Oxidação - A oxidação de um óleo de lubrificação resulta na deposição de lacas e da ocorrência de corrosão nas paredes com o consequente aumento de viscosidade do óleo. A maior parte dos lubrificantes contêm inibidores de oxidação. Contudo, quando estes aditivos forem consumidos a oxidação do óleo propriamente dito inicia-se. O grau de oxidação num óleo mede-se por análise de espectrofotometria de infravermelhos (figura 1.3.). Cada lubrificante possui um espectro de infravermelhos próprio que pode ser considerado a sua impressão digital. Alterações em serviço corresponderão a alterações dos picos do espectro.

MAX = 100.00T

OIL 1

OIL 2 MIN = 0.00T 4000 3500

3000

2500

2000

1500

1000

CM-1

500

FIGURA 1.3.

ANÁLISE POR ESPECTROFOTOMETRIA

22

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

>>

Presença de nitratos - Resulta da combustão que se verifica nos motores. Os produtos formados são altamente ácidos e deixam depósitos em zonas de combustão. A presença de nitratos acelera a oxidação do óleo. A sua presença pode detectar-se por análises de infravermelhos ou através de análises de TAN.

>>

TAN - Total Acid Number - O número total de ácido é uma medida da quantidade de ácido ou dos compostos ácidos, essencialmente formados a partir de fenómenos de oxidação do óleo, existentes na amostra de óleo. Dado que os óleos novos contêm aditivos que afectam o TAN, é importante comparar os resultados provenientes de óleos usados com os óleos novos do mesmo tipo. Análises regulares são importantes para este tipo de diagnóstico. A análise de TAN (figura 1.4.) baseia-se na quantidade de hidróxido de potássio, em miligramas, que é necessária para neutralizar um grama de óleo.

>>

TBN - Total Base Number - Número total de base, que indica a capacidade de um óleo para neutralizar a acidez produzida durante a sua utilização. Quanto maior for o TBN maior é a capacidade para neutralizar a incursão de substâncias ácidas. As causas habituais para um baixo TBN são: utilização de um óleo não adequado, demoras excessivas nas mudanças de óleo, sobreaquecimento e uso de combustível de elevado teor em enxofre. A análise de TBN baseia-se na quantidade de ácido clorídrico em miligramas que é necessária para neutralizar um grama de óleo. As análises de TAN e TBN modernamente fazem-se com equipamentos de titulação automática.

- 300

100

1

FIGURA 1.4.

ANÁLISE DE TAN

>>

Contagem de Partículas - Este tipo de teste é importante pois antecipa a previsão de potenciais problemas de funcionamento. É um teste particularmente importante em sistemas hidráulicos. A análise de contagem de partículas faz parte de uma análise habitual em sistemas hidráulicos e é diferente da análise de teor em sólidos. Neste teste, um elevado número de contagem de partículas indica que a máquina está a ter um desgaste anormal ou que poderão ocorrer avarias como resultado de obstrução temporária ou permanente de orifícios, devendo ser tomadas medidas para determinar o tipo e tamanho das partículas e outros factores que identifiquem a origem do modo de avaria.

>>

Análise Espectrométrica - Esta análise, como se exemplifica na figura 1.5., permite uma rápida e precisa medição de grande parte dos elementos presentes no óleo. Estes elementos são classifi-

CAPÍTULO 1. MANUTENÇÃO CONDICIONADA

23

cados geralmente como partículas de desgaste, contaminantes ou aditivos. Alguns elementos podem ser classificados de forma múltipla. Uma análise espetrométrica poderá não permitir, por si só, determinar modos específicos de falha em desenvolvimento; contudo, técnicas adicionais poderão ser utilizadas como parte de um programa de manutenção preventiva condicionada. A análise espetrométrica é uma técnica que permite que em poucos minutos se obtenha uma informação completa dos vários elementos presentes no óleo. Uma análise espetrométrica de partículas de desgaste verifica a contaminação de partículas com granulometrias inferiores a 10 micron. Contaminantes de maiores dimensões não são considerados neste tipo de análise.

Análise Espectrométrica do Óleo (Soap) Princípio

FIGURA 1.5.

ANÁLISE ESPECTROMÉTRICA

Os átomos excitados na amostra emitem radiações que são separadas numa rede de difração e projetados segundo diferentes comprimentos de onda, sendo posteriormente captadas e ampliadas em fotomultiplicadores colocados num círculo de Rowland.

Vamos tratar agora de alguns tipos de análise relacionados com o desgaste.

A análise de partículas de desgaste está relacionada com a análise de óleo pelo facto destas serem obrigatoriamente recolhidas em amostras de óleo de lubrificação. Enquanto a análise do óleo de lubrificação determina o estado da amostra do óleo, a análise das partículas de desgaste providencia uma informação directa sobre o estado de desgaste do equipamento. A existência de partículas no lubrificante de uma máquina pode fornecer informação importante sobre o estado da máquina. Esta informação obtém-se a partir do estado, forma, composição, tamanho e quantidade das partículas. A análise de partículas de desgaste é habitualmente executada em dois níveis. Num primeiro nível de

24

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

Amplitude A amplitude é o indicador da severidade da vibração. As características da vibração, ou seja, o deslocamento, velocidade e aceleração são medidas de forma a determinar a severidade de uma vibração, estas são normalmente referenciadas como a amplitude da vibração.

Estas três grandezas são, portanto, três formas diferentes de caracterizar o valor da amplitude, para uma dada frequência. amplitude

X

180

90

270

360

m é d i o

X R M S

X p i c o

tempo

X p i c o a p i c o

T

FIGURA 2.2.

REPRESENTAÇÃO DAS UNIDADES DE MEDIDA DA AMPLITUDE

Amplitude da Vibração (Pico a Pico) O valor de pico-a-pico, é particularmente importante quando se trata de medir o movimento total (deslocamento) de uma máquina, este valor encontra-se relacionado com tensões dinâmicas ou folgas presentes (tensões ou folgas mecânicas máximas).

A forma da onda é sinusoidal e o valor pico a pico representa o deslocamento máximo observado entre o limite superior e o limite inferior da deslocação. A amplitude da vibração é normalmente medida em µm.

Amplitude da Vibração (Pico) O valor pico é normalmente utilizado quando se trata de choques de curta duração, mas os valores de pico só indicam qual foi o máximo valor da amplitude que ocorreu e não tem em conta a evolução do sinal no tempo (histórico do sinal).

Para um sinal harmónico a medida Pico é a medida Pico a Pico dividida por dois.

Amplitude da Vibração (RMS) O valor RMS (Valor eficaz), é o valor mais relevante para definir a amplitude de vibração, uma vez que tem em conta a evolução do sinal no tempo (histórico) e, por outro lado, encontra-se diretamente relacionado com a energia contida na vibração, e, como tal, consegue exprimir a capacidade destrutiva do sinal vibratório.

ESTE VALOR RMS REPRESENTA A RAIZ QUADRÁTICA MÉDIA DOS VALORES REGISTADOS NA FORMA DE ONDA AO QUADRADO.

CAPÍTULO 2. ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

33

O princípio de funcionamento dos transdutores de aceleração baseia-se numa propriedade que os cristais piezoelétricos exibem depois de sujeitos à compressão, gerando um pequeno sinal elétrico proporcional à velocidade de deformação.

FIGURA 2.4.

TRANSDUTOR DE ACELERAÇÃO “ACELERÓMETRO”

Quando se encontra em funcionamento, o transdutor acompanha a vibração transmitida pelo equipamento em estudo, enquanto a massa sísmica no interior do transdutor tende a manter-se estacionária.

Com esta contradição de movimentos da caixa e da massa, os cristais piezoelétricos são sujeitos a deformações cíclicas, gerando uma carga alternadamente positiva e negativa.

Um material piezoelétrico é aquele que, por definição, desenvolve uma carga elétrica quando submetido a uma pressão (força). É muito linear a relação entre a força aplicada e a carga elétrica desenvolvida, o que resulta numas excelentes características de resposta do acelerómetro piezoelétrico.

Para utilizar os acelerómetros será necessário estabelecer ligação ao coletor de dados, pois é através deste que o acelerómetro é alimentado.

Quando um acelerómetro é ligado à alimentação, necessita de algum tempo para estabilizar o conversor de carga.

Os acelerómetros ICP são amplificados internamente, aceitam a alimentação e a saída do sinal por um cabo de dois condutores que pode ter até cerca de 300 metros.

Enquanto que os acelerómetros de carga, não têm o amplificador interno e servem para aplicações de temperatura intolerável, normalmente, até 260ºC, podendo ser colocados na zona de alta temperatura.

Requerem a utilização de cabos especiais de baixo ruído até ao coletor de dados, contudo, esta solução encarece o sistema de medida.

Existem acelerómetros que medem nas três direções, horizontal, vertical e axial num único ponto de medição.

A utilização de acelerómetros para efetuar recolhas de dados de vibração em máquinas requerem alguns cuidados básicos, tais como, a exposição a temperaturas elevadas, a queda de determinada altura,

CAPÍTULO 2. ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

37

gas de vapor ou outro fluido, que vão influenciar a resposta proveniente dos acelerómetros. Estes, quando constituídos por cristais piezoelétricos, gerarão uma carga quando sujeitos a um gradiente térmico, surgindo o aparecimento de um sinal falso, cuja frequência está relacionada com a taxa de variação da temperatura. Esta carga só desaparece quando o elemento sensível atingir uma temperatura uniforme.

Todos os fatores mencionados anteriormente afetam a qualidade de resposta de um acelerómetro, para manter a fiabilidade nos dados recolhidos será necessário calibrá-lo anualmente.

Seleção dos pontos de colocação do transdutor A escolha dos pontos de leitura, para a recolha dos sinais vibratórios, deve ser cuidadosamente estudada, tendo em conta a sua acessibilidade e características dos equipamentos, a fim de se evitar possíveis erros de leitura, como, por exemplo, descontinuidades do material entre o ponto de leitura e a fonte das vibrações.

Existem alguns critérios para o sucesso da recolha, tais como a procura da direção onde o sinal seja mais intenso, a trajetória entre a superfície de apoio do veio e ponto de medição, deve ser retilínea e a mais curta possível.

Nos rolamentos, é totalmente indiferente captar os sinais vibratórios na direção radial ou axial, visto que estes transmitem-se de uma forma circunferencial, mas é importante que o ponto de leitura se situe o mais próximo da zona de carga máxima do rolamento.

Para a análise da condição de funcionamento de um veio e de todos os órgãos a este associados, devem ser medidas e registadas as vibrações em cada uma das extremidades ou apoios desse veio (chumaceiras), nas três direções do espaço; vertical, horizontal e axial, assim como a codificação dos vários pontos de leitura.

Uma vez que a configuração das máquinas varia consoante o tipo, o tamanho e alguns componentes internos, os dados de vibração devem ser recolhidos em cada rolamento e os pontos de medição devem ser identificados com sequência numérica, figura 2.6..

VENTILADOR

VENTILADOR

44

3

3

MOTOR

11

22

MOTOR

FIGURA 2.6.

PONTOS DE RECOLHA DE DADOS VIBROMÉTRICOS DE ACORDO COM A NORMA ISO 10816

CAPÍTULO 2. ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

39

Por exemplo, para se detetar problemas de desequilíbrio, é necessário efetuar medições segundo a direção radial, principalmente horizontais, que são as que melhor refletem este tipo de defeitos, já no caso de estarmos perante problemas de desalinhamento é conveniente efetuar as medições o mais próximo possível do acoplamento e segundo a direção axial.

Seleção das Posições e Direções dos Transdutores de Medição As medições das vibrações são feitas, geralmente, nas chumaceiras de uma máquina, ou seja, na zona de carga. O sensor deve ser colocado nos rolamentos da máquina, ou o mais perto possível, porque é através dos rolamentos que as forças da vibração são transmitidas.

Em adição às características essenciais da vibração (amplitude, frequência e fase), pode ser de grande ajuda proceder-se à medição da vibração em várias direções. As três direções para a medição de vibrações são a horizontal, vertical e axial, figura 2.7.

VERTICAL

HORIZONTAL AXIAL

FIGURA 2.7.

DIFERENTES DIREÇÕES DE COLOCAÇÃO DO ACELERÓMETRO

Instalação do transdutor O método de instalação do transdutor vai influenciar a fiabilidade da informação a recolher, por isso, o utilizador deverá ter um conhecimento seguro sobre o tipo de acelerómetro e a respetiva montagem do mesmo, para permitir uma recolha correta dos sinais vibratórios.

Existem vários tipos de montagem como podemos ver de seguida: • Fixação aparafusada; • Fixação por colagem com discos próprios; • Fixação por base magnética; • Utilização de ponteira.

40

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

O modo como o transdutor é colocado em contacto com o ponto que se pretende medir ou analisar as vibrações vai influenciar significativamente a intensidade dos sinais captados e a banda de frequência utilizável. Os resultados serão mais precisos quanto mais rígida for a ligação entre o transdutor e a máquina em estudo.

Fixação Aparafusada A instalação do acelerómetro aparafusado é a melhor solução, mas nem sempre é possível este tipo de colocação, devido às dificuldades de chegar aos pontos de leitura. Na figura 2.8., encontramos o tipo de montagem que apresenta a melhor resposta em frequência.

FIGURA 2.8.

TIPO DE FIXAÇÃO APARAFUSADA

Fixação por Cola Na figura 2.9. está representada a fixação por cola. A desvantagem deste tipo de montagem consiste nos aumentos de temperatura excessivos que podem danificar o bloco adesivo.

FIGURA 2.9.

FIXAÇÃO COM BASE COLADA

Fixação por Base Magnética Na figura 2.10., está representada a base magnética. Este tipo de base é muito utilizada quando se pretende uma boa montagem e há necessidade de repetir as leituras de forma a monitorizar os valores de vibração neste ponto.

CAPÍTULO 2. ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

41

FIGURA 2.10.

FIXAÇÃO BASE MAGNÉTICA

Fixação por Ponteira Na figura 2.11., está representada a fixação do acelerómetro, utilizando uma ponteira. A pressão de contacto é totalmente manual. Este método é conveniente para algumas aplicações, mas apresenta algumas limitações, a frequência máxima admissível é de 1kHz. Acima deste valor, os resultados não são muito fiáveis.

FIGURA 2.11.

FIXAÇÃO POR PONTEIRA

Resposta em Frequência Como podemos observar na figura 2.12, a montagem que tem melhor resposta em frequência é a fixação aparafusada, seguindo-se a fixação com cola. Quando se utiliza a fixação através de base magnética, a resposta em frequência reduz significativamente.

No entanto, a instalação com base magnética e a utilização de ponteira são os métodos mais comuns de recolha de sinal, portanto, o utilizador deve ter sempre presentes as limitações dos diferentes métodos de recolha.

1

sensibilidade relativa

dB

2

30

3

1 - Fixação aparafusada 2 - Fixação por colagem com discos 3 - Fixação por base magnética 4 - Utilização de ponteira

4

20 10 0

10

100

1000

10.000

100.000

Hz

FIGURA 2.12.

RESPOSTA EM FREQUÊNCIAS DAS VÁRIOS TIPOS DE FIXAÇÕES

42

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

Os coletores/analisadores de dados atuais incluem um chip programado para executar o cálculo da função Fast Fourier Transform, através da FFT será possível realizar o diagnóstico de avarias no espectro de frequências.

Ao adquirirmos um sinal analógico contínuo que representa a vibração em determinado ponto de recolha da máquina, não poderá ser utilizado sem antes ser digitalizado, ou seja é necessário converter o sinal analógico contínuo numa série de números discretos, a que se dá o nome de sinal no tempo. Para dar início a este processo temos de definir o período de amostragem, Ta, e o número de amostras N. O espaço entre eles denomina-se a resolução de frequência ou largura de banda. A FFT é um algoritmo de cálculo sobre uma amostra de um sinal.

O facto de se aplicar a FFT a sinais temporais discretos introduz alguns erros que, de alguma forma, deturpam a verdade dos valores obtidos no espectro de frequência.

Nos analisadores espectrais, quando se pretende definir um espectro FFT, não se costuma escolher o período de amostragem, Ta, mas sim a frequência máxima, fmáx, e o número de amostras, N. Mas se recolhermos um grande número de amostras para obter uma melhor resolução, significa que a recolha irá demorar mais tempo.

No final o espectro de frequências passa pela decomposição da forma de onda complexa no sinal no tempo, determinando a frequência e amplitude de várias ondas sinusoidais individuais, permitindo gerar o espectro de frequências, como é possível observar na figura 2.14., cada linha num espectro representa um sinal individual.

Formas de onda simples ( Sinusoidal )

Amplitude Amplitude

9X

FMAX

5X 3X

Frequência CPM ou Hz

1X TEMPO

Domínio Tempo Domínio Tempo

t

Domínio Frequência Domínio Frequência

MAX

Forma de onda complexa

FIGURA 2.14.

FORMA DE ONDA NO DOMÍNIO TEMPO E FREQUÊNCIA

Como também pode ser observado na figura 2.14., a linha azul do eixo x, será o nosso eixo das frequências, o eixo y representará a amplitude. Os coletores de dados atuais utilizam software e hardware adequado com o objetivo de adquirir e processar o sinal de forma precisa. Contudo o analista precisa de decidir qual a razão de amostragem, resolução, tipos de filtros, janelas de tempo de recolha, médias e gama dinâmica, para que a recolha de dados e posterior análise seja bem sucedida.

44

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

No entanto apenas irão ser abordados alguns tipos de falhas mais comuns em equipamentos rotativos, tais como o desequilíbrio, o desalinhamento, problemas em rolamentos, folgas, cavitação e falhas em pás de ventiladores ou bombas.

Desequilíbrio O desequilíbrio tem vindo a ser estudado como uma das causas de avaria mais comuns em máquinas rotativas.

Existe desequilíbrio num sistema rotativo sempre que o eixo principal de inércia não coincida com o eixo geométrico de rotação. Esta situação ocorre sempre que a distribuição de massa em torno do eixo geométrico não seja uniforme, que se traduz em vibração excessiva do rotor.

A vibração é provocada pela força centrífuga que resulta da interação da componente de massa desequilibrada com a aceleração radial devido à rotação.

Para uma determinada velocidade de rotação, a força Fcé constante, tendo como referencial o sistema rotativo constituído essencialmente pelo rotor e veio.

No entanto, no referencial estacionário, constituído pelos apoios e estrutura envolvente, esta força aparece como uma força oscilatória e periódica. A força Fc induz, assim, uma vibração periódica nos apoios e estruturas adjacentes.

FIGURA 2.16 .

FORÇACENTRÍFUGA FC PROVOCADA POR UMA MASSA “HS” [11]

Através da figura 2.16., é possível definir um ponto imaginário Hs onde se supõe concentrada a massa m que origina o desequilíbrio. Esta massa concentrada designa-se, geralmente, por centrífuga ponto pesado – heavy spot, representando a soma de todas as imperfeições.

O disco ficará equilibrado se a massa m for removida ou se for fixada ao rotor uma massa igual no ponto diametralmente oposto – ponto leve Ls–lightspot.

A força centrífuga Fc é proporcional à massa e ao raio, mas varia com o quadrado da velocidade, razão pela qual o desequilíbrio pode ser aceitável a baixa rotação e completamente inaceitável a velocidades de rotação mais elevadas.

46

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

O desequilíbrio de um rotor pode ser referenciado de duas formas: • Medição da amplitude de vibração – A amplitude de vibração resultante de um desequilíbrio é medida nos apoios ou na estrutura envolvente e depende da velocidade de rotação, da massa de desequilíbrio e da rigidez dos apoios.

•

Identificação do ponto pesado – O desequilíbrio é dado pelo produto da massa do ponto pesado com a sua distância ao centro de rotação. Assim, uma unidade usual para o desequilíbrio é a g.mm.

Características da resposta dinâmica gerada pelo desequilíbrio: • O sinal no tempo vai ser sinusoidal à velocidade de rotação do rotor; • O desequilíbrio vai produzir vibração a uma frequência coincidente com a velocidade de rotação (1x Rpm); • A amplitude de vibração é proporcional à quantidade de desequilíbrio; • A amplitude de vibração, normalmente, é maior nas medições de direção radial (posição vertical ou horizontal); nas máquinas com veios horizontais, na direção axial a amplitude é muito mais baixa; • Não se apresentam no espectro outras frequências diferentes de 1xRpm com amplitudes significativas; • A fase (marca de referência) acompanha o deslocamento do ponto pesado; • A força gerada aumenta com o quadrado da velocidade de rotação.

Dsq_1pin_1500 CHUMACEIRA_3 3 “ Horizontal mm/sec Overall Band Overal: 1.5472 Peak Amp: 1.44843 Sync: 1.36862 SubSync: .524179 NonSync: .495935

Dsq_1pin_1500 CHUMACEIRA_3 3 “ Vertical mm/sec Overall Band Overal: 3.94696 Peak Amp: 3.87892 Sync: 3.71567 SubSync: 1.27581 NonSync: .380272

FIGURA 2.17.

ESPECTRO TÍPICO DE DESEQUILÍBRIO. VAI PRODUZIR VIBRAÇÃO A UMA FREQUÊNCIA COINCIDENTE COM A VELOCIDADE DE ROTAÇÃO, 1X RPM, NAS DIREÇÕES VERTICAL E HORIZONTAL; NESTE EXEMPLO O VEIO RODA A 1500 RPM

Principais causas do desequilíbrio: > Imperfeições durante a fundição dos rotores: Os defeitos de fundição, normalmente, não são detetados por inspeção visual, pois o defeito encontra-se no interior do material.São exemplos os rotores, as turbinas de bombas, as polias, etc. Grau de maquinação das superfícies insuficiente.

CAPÍTULO 2. ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

47

Desalinhamento Paralelo O desalinhamento ilustrado na figura 2.19. produz, em primeiro lugar, uma vibração radial a uma frequência de 2 x rpm do veio.

FIGURA 2.19.

DESALINHAMENTO PARALELO

No desalinhamento paralelo, as elevadas amplitudes aparecem na direção radial, normalmente, o pico surge a 2x a frequência de funcionamento e também a 3x e a 4x Rpm. Em relação ao ângulo de fase, a diferença de fase entre os apoios será de aproximadamente, 180º, ou seja, encontram-se em oposição de fase, como mostra na figura 2.20.

FIGURA 2.20.

DIFERENÇA DE FASE DE 180º ENTRE OS APOIOS

Desalinhamento Angular Como é apresentado na fig. 2.21., o desalinhamento angular, sujeita em primeiro lugar, os veios de transmissão de potência a uma vibração axial igual à rpm do veio.

FIGURA 2.21.

DESALINHAMENTO ANGULAR

50

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

FREQUÊNCIA DE PASSAGEM DE PÁS = NÚMERO DE PÁS X RPM

FIGURA 2.27.

ESPECTRO DE FREQUÊNCIAS DE UMA BOMBA COM 3300 RPM

Em Ventiladores Os sistemas de ventilação mecânica utilizam ventiladores constituídos por uma ventoinha ou turbina e geralmente um motor elétrico, para promover a insuflação ou extração de ar. O acionamento das pás do ventilador pode ser feito diretamente pelo motor elétrico ou através de polias e correias de acionamento. Também aqui o cálculo de passagem de pás de ventiladores irá seguir a mesma metodologia multiplicando o número e pás do ventilador pelo número de voltas do veio num minuto.

Existem inúmeras causas de vibrações em ventiladores, sendo a mais comum o desequilíbrio, seguindo-se o desalinhamento, anomalias em rolamentos, folgas, entre outras. Nas figuras 2.17 e 2.18 estão representados os fenómenos de desequilíbrio e desalinhamento respetivamente.

O desequilíbrio irá surgir apenas na direção radial, ou seja na vertical e horizontal, mas se o ventilador for em consola a amplitude de vibração a 1xrpm, como consequência de desequilíbrio a sua representação no espectro irá surgir segundo a direção axial.

A Cavitação Como pode ser observado na figura 2.28.a) a cavitação é um fenómeno que provoca vibrações de alta frequência, devido à formação contínua de bolhas de ar no líquido, ocorre quando a pressão do fluído é menor do que a pressão do vapor saturado a temperaturas constantes.

No registo das vibrações estas são recolhidas ao longo de um período de tempo de análise, permitindo a visualização de grandes impactos no sinal em tempo.

Quando passamos do sinal em tempo para o espectro de frequências, este apresenta elevações significativas no mesmo, normalmente aparece uma elevação no espectro num intervalo de 3000 a 5000

CAPÍTULO 2. ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

57

CAPÍTULO 3 FALHAS E AVARIAS

3.1. CONCEITOS DE FALHA E DE AVARIA É importante começar por fazer a distinção entre os conceitos de falha e de avaria. Antes de mais, uma falha é um acontecimento e uma avaria é um estado associado à ocorrência de uma falha.

Assim, por falha deve entender-se o fim da capacidade de um item desempenhar a função requerida, em termos qualitativos e quantitativos, sendo estes últimos definidos pelos diferentes valores para as variáveis de projeto.

Avaria será, então, o estado do item caracterizado pela incapacidade de desempenhar uma função requerida, excluindo a incapacidade durante MP ou outras ações planeadas, ou pela falta de recursos exteriores.

Adicionalmente, poderemos definir defeito como qualquer desvio de uma característica de um item em relação aos seus requisitos.

Esta definição leva, por arrastamento, a precisar o conceito de função requerida ou específica. Com efeito, não se deverá entender que o bem ou equipamento estará avariado quando, de todo, o seu funcionamento é interrompido mas quando não é possível que realize a sua função de acordo com as condições específicas segundo as quais se espera que funcione. Assim, o equipamento poderá estar a funcionar em condições consideradas deficientes ou insuficientes o que levará a uma intervenção dos serviços de Manutenção e, como tal, deverá ser considerado que houve uma falha do equipamento.

Falha Item

Causa

Modo

Avaria

FIGURA 3.1.

RELAÇÃO ENTRE OS CONCEITOS DE FALHA E DE AVARIA

A figura 3.1. ilustra a relação entre os conceitos de falha e de avaria e, poder-se-á acrescentar que a ocorrência de uma falha não implica a imediata transição para um estado de avariado. Se ocorre uma falha no elevador de um vidro lateral de um veículo, durante uma viagem, isso não implica necessariamente

CAPÍTULO 3. FALHAS E AVARIAS

65

plos de itens que podem estar sujeitos a falhas ocultas: • Equipamentos médicos de emergência; • Detetores de incêndio (a maioria); • Equipamentos de prevenção e combate a incêndios; • Dispositivos de proteção contra sobrevelocidade e sobrecarga; • Componentes redundantes de estruturas; • Paraquedas; • Equipamentos de salvamento; • Quase todos os tipos de itens usados em standby; • Sistemas de emergência de produção de energia.

Face ao exposto, torna-se muito importante detetar e prevenir as falhas ocultas. Listam-se de seguida algumas ações de deteção e prevenção de falhas ocultas.

Deteção da falha oculta Inspecionar ou testar regularmente o item sujeito a falha oculta (verificar função); Estabelecer uma frequência adequada e integrá-la no plano de manutenção.

Note-se que se a falha oculta é detetada atempadamente, conseguem-se manter níveis adequados de disponibilidade e segurança.

Outra forma de facilitar a deteção de falhas ocultas poderá ser a modificação do item em causa. Essas possíveis modificações poderão passar por substituir a falha oculta por evidente, por duplicar a função oculta ou por integrar um dispositivo que torne a falha evidente.

Note-se que, nos casos das consequências de segurança ou de ambiente, o reprojeto é obrigatório e que, nos casos das consequências operacionais, o reprojeto terá que ser avaliado em termos económicos. É o que se pode verificar através do diagrama RCM de decisão que a seguir se apresenta numa versão simplificada.

Falha evidente?

S

N

Efeitos na segurança?

S

N Efeitos no ambiente?

S

N Efeitos nas operações?

S

Segurança

Ambiente

Operacionais

N Não Operacionais

Ocultas

FIGURA 3.2.

DIAGRAMA DE DECISÃO RCM SIMPLIFICADO

CAPÍTULO 3. FALHAS E AVARIAS

71

5.4.1. Redes de atividades As intervenções, sobretudo as de maior envergadura, envolvem operações que não podem ser realizadas de forma independente. Isto pode acontecer por duas razões: • uma dada operação não pode iniciar-se sem que outra esteja concluída; • poderão existir meios comuns a várias operações.

As redes de atividades servem para efetuar o planeamento destas situações.

A representação das redes de atividades pode ser feita por vários processos. Entre os mais comuns contam-se o método PERT e os gráficos de Gantt.

5.4.2. Periodicidade de inspeções O objetivo de uma inspeção é a deteção de processos de falha nos equipamentos de modo a permitir uma ação de manutenção antes da ocorrência da respetiva falha ou avaria.

Cada equipamento sujeito a inspeções deve ser inspecionado a intervalos regulares. O conjunto das inspeções deve ser distribuído no tempo segundo um plano otimizado que tenha em conta o tempo que medeia entre o desencadear do processo de falha e a ocorrência dessa mesma falha ou avaria. A propósito deste tema, consultem-se os habitualmente designados por modelos de tempo desfasado.

Vejamos agora uma extensão do que pode ser um modelo simples de tempo desfasado mas incluindo já o aspeto económico, indispensável à gestão.

Sejam: T - intervalo entre inspeções h - tempo que decorre entre o momento de deteção do processo de falha e a ocorrência da mesma caso não tenha havido acção de manutenção A1 - antecipação máxima com que o processo de falha poderia ter sido detetado em relação à referida ocorrência A2 - antecipação da reparação em relação ao momento em que a avaria ocorreria

Há óbvias dificuldades em conhecer A1 e A2 mas a realização da reparação que A2 pressupõe ajuda-nos a estimar aqueles parâmetros. O seu significado está expresso na figura 5.1. mas, em termos gerais, A1 expressa o tempo de antecipação com que a falha poderia ser detetada e A2 o tempo que o equipamento ainda aguentaria se não houvesse reparação.

FIGURA 5.1.

SIGNIFICADO DOS PARÂMETROS A1 E A2

CAPÍTULO 5. GESTÃO DE EQUIPAMENTOS

101

Teremos então: h = A1 + A2

(5.1)

Esta relação pode servir-nos para estimar h sempre que se faz uma reparação, seja este resultado de inspeção ou de avaria. Neste último caso, A2 é igual a 0. Um conjunto de estimativas feitas a partir de outras tantas reparações permitir-nos-á ajustar uma distribuição do tempo de desfasamento h cuja função densidade será f(h).

A reparação realiza-se A1 unidades de tempo após a deteção do processo de avaria. A1 será menor que h se o processo for detetado por inspeção e o equipamento reparado de seguida e será igual a h se a reparação ocorrer só após a avaria. Quando a periodicidade de inspecção, T, aumenta, a probabilidade de se detetar o processo de avaria diminui e, consequentemente, aumenta a probabilidade de ocorrência da avaria.

Se b(T) for a probabilidade de ocorrer uma falha, ou seja, a probabilidade de o respetivo processo não ser detetado, essa probabilidade é igual à probabilidade de o processo de avaria se desencadear no intervalo (t, t+T-h), referente à zona 1 da figura 5.2.

FIGURA 5.2.

ZONA DE DESENCADEAMENTO DE PROCESSO DE FALHA

De facto, se o processo se desencadear na zona 2, a sua deteção ocorre antes que termine o tempo de desfasamento, h. Se os processos de avaria surgirem com distribuição uniforme no tempo, será:

b(T) = ∫ 0

T-h T

f (h) dh

(5.2)

Vamos considerar ainda que: • Uma inspeção implica a paragem do equipamento, com duração média d. Se for detetada degradação, a reparação será efetuada durante o tempo d (com d<<T).

102

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

Como se pode verificar, os períodos de inspeção ótimos não variam muito nas três hipóteses acima consideradas, situando-se entre 23 e 27 horas. Assim, se se trabalhar em regime contínuo de 24 horas, seria recomendável fazer-se uma inspeção por dia.

FIGURA 5.3.

TEMPOS DE PARAGEM EM FUNÇÃO DOS PERÍODOS DE INSPEÇÃO

5.4.3. Periodicidade de reparações gerais A manutenção preventiva pressupõe um plano de intervenções. Estas podem limitar-se a inspeções, com reparações eventuais, ou a reparações gerais em que há uma intervenção geral no equipamento.

Em qualquer dos casos haverá que estabelecer a periodicidade de intervenção.

Analisou-se em 5.3.2. a periodicidade das inspeções. Vamos ver agora a periodicidade das reparações.

Procede-se a uma reparação geral no pressuposto de que o funcionamento do equipamento, após uma reparação deste tipo, é muito superior ao funcionamento do mesmo equipamento após uma simples reparação localizada. Após uma reparação geral, o funcionamento deve ser próximo do que seria se o equipamento fosse novo.

O modelo seguinte pressupõe que: • Uma reparação geral reconduz o equipamento ao estado de funcionamento normal.

CAPÍTULO 5. GESTÃO DE EQUIPAMENTOS

105

• O custo de operação de um equipamento, por unidade de tempo, t unidades de tempo após uma reparação geral é dado por g(t). O custo de uma reparação geral, Co é constante e o tempo requerido, d, é desprezável. Este pressuposto baseia-se no facto de as reparações gerais se deverem efectuar fora dos períodos de laboração (férias, por exemplo).

• A política é executar n reparações gerais igualmente espaçadas de s unidades de tempo durante um horizonte T. • O objetivo é selecionar n para minimizar o custo operacional durante T. Nestas condições, os custos operativos por unidade de tempo evoluem segundo a forma representada na figura 5.4.

Os custos operacionais totais no horizonte T são dados por: T

C(n) = (n+1) ∫ g(t)dt+nC

(5.11)

0

em que: s=T/(n+1)

Alternativamente, teremos:

T

s

T

C(s) =( s ) ∫ g(t)dt + ( s-1 ) Co (5.12) 0 As expressões 5.11 e 5.12 são equivalentes. O problema é determinar n ou s de forma a minimizar C(.).

Na primeira forma está implícito que n é um número inteiro, sendo a maneira mais simples de resolver os problemas, calcular C(n) para diversos valores de n e escolher aquele que conduz ao custo mínimo.

Na expressão 5.12, admite-se que s seja uma variável contínua, podendo determinar-se o período óptimo de reparação igualando a 0 a primeira derivada de C(s).

FIGURA 5.4.

EVOLUÇÃO DOS CUSTOS OPERATIVOS

Veja-se agora um exemplo apresentado para ilustrar a aplicação deste modelo.

106

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

na substituição de componentes porque estes têm uma vida média muito curta, pelo menos em termos relativos.

Vai-se tratar agora o denominado ciclo económico dos equipamentos, ou seja, o período que minimiza os custos totais médios de operação, de manutenção e de imobilização do capital, tal como se representa na figura 7 da página seguinte.

Convém distinguir entre vida económica e vida útil de um equipamento. O conceito de vida útil já tem vindo a ser utilizado desde a disciplina de Manutenção mas o conceito de vida económica ainda não foi abordado.

A vida útil de um equipamento termina quando os seus custos de manutenção ultrapassam os custos de manutenção mais os custos de amortização do capital de um equipamento novo equivalente. A vida útil será superior à vida económica.

Por capital imobilizado entende-se o valor de mercado da máquina que é geralmente distinto do seu valor contabilístico ou de balanço.

FIGURA 5.7.

VIDA ECONÓMICA

Os equipamentos, ao longo do seu tempo de utilização, sofrem uma depreciação que é resultado de :

>> Depreciação física O desgaste normal e acidental diminui a capacidade do equipamento e exige custos de manutenção crescentes;

CAPÍTULO 5. GESTÃO DE EQUIPAMENTOS

119

A = VP

i 1-rn

(5.31)

Estas formas de conversão são, muitas vezes, conseguidas diretamente através de tabelas ou “softwares” financeiros.

Com base nos elementos acima fornecidos, pode-se construir uma tabela de determinação do ciclo económico referente ao exemplo já indicado. Por exemplo, se a máquina ficar ao serviço dois anos, as despesas de compra e exploração (B) são, respectivamente, 6000, 3700 e 3850. Os correspondentes valores presentes dessas despesas (C) são 6000, 3426 e 3300.5, cuja soma (D) dá 12726.5. O valor de cessão (E), ao fim de dois anos, é de 3200, cujo valor presente (F) é de 2743.5. Assim, o valor presente das despesas acumuladas diminuido do valor presente da cessão (G) é de 9983. Este valor é equivalente a duas anuidades de 5598.5 (I) que teriam lugar nos anos 1 e 2.

TABELA 5.4.

TABELA DE DETERMINAÇÃO DO CICLO ECONÓMICO

Anos, k

0

1

2

3

4

5

A= r k

1

0.9259

0.8573

0.7938

0.7350

0.6806

B=despesa

6000

3700

3850

4200

5000

6000

C=AB

6000

3426

3300.5

3334

3675

4083.5

D=åC

6000

9426

12726.5

16060.5

19735.5

23819

E=cessões

4400

3200

2200

1250

350

F=AE

4074

2743.5

1746.5

919

238

G=D-F

5352

9983

14314

18817

23581

1.0800

0.5608

0.3880

0.3019

0.2505

I=GH

5780

5598.5

5554

5681

5907

J=G/K

5352

5991.5

4771.5

4704.5

4716

k

H=i/(1-r )

Procedendo de forma idêntica para os vários ciclos possíveis, conclui-se que o ciclo de substituição que conduz a anuidades mais baixas é o de 3 anos. Corresponde-lhe uma anuidade de 5554.

Quer dizer que o ciclo económico, calculado segundo este processo, será de 3 anos. Desta forma, a substituição do equipamento de 3 em 3 anos corresponde a despender em cada ano uma verba fixa de 5554.

CAPÍTULO 5. GESTÃO DE EQUIPAMENTOS

123

Mas não é esta a única alternativa para calcular o ciclo económico. Contudo, as despesas não variam significativamente quer no processo anterior quer no que agora se vai descrever.

A última linha da tabela de determinação do ciclo económico que acima se apresentou dá-nos o valor presente do custo anual médio (VPM) referente aos diversos ciclos. E é precisamente a minimização do custo anual médio que poderá funcionar como um critério alternativo para a definição do ciclo económico. Segundo este critério, o ciclo económico seria de 4 anos e não de 3 como no caso anterior.

Ora, qualquer dos critérios pode ser usado pois não se pode, à partida, dizer que um deles é melhor que o outro. Na prática, as diferenças que se obtêm nos ciclos são, como já acima se deixou implícito, pouco significativas em termos de custos porque as respectivas curvas são bastante chatas nos pontos mínimos.

O exemplo anterior foi construído considerando que os fluxos de despesas aparecem concentrados no final de cada ano. Mas, de uma forma mais geral, as despesas ocorrem de uma forma mais distribuída ao longo do tempo. Por isso, vamos agora generalizar admitindo que as despesas têm lugar de forma contínua ao longo do tempo, tal como se representa na figura 5.9.

Seja então:

T - ciclo de substituição S(T) - custo da substituição após dedução do valor de cessão c(t) - custos de exploração por unidade de tempo

O valor presente das despesas líquidas referentes ao 1º ciclo de substituição será dado por: T

V0(T) = ∫ c(t)rtdt + rTS(T) 0

(5.32)

Na expressão 5.32 t, T e r estão referidos ao ano ou, em termos gerais, a uma mesma unidade de tempo.

FIGURA 5.9.

DESPESAS DE EXPLORAÇÃO CONTÍNUAS

Há algumas considerações que é necessário fazer no que respeita aos fluxos de despesas e às respectivas capitalizações.

124

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

FIGURA 5.11.

VIDA E FIABILIDADE DOS ROLOS

Com o andar do tempo, e à medida que os rolos se vão avariando e sendo substituídos, a estrutura das idades dos rolos em serviço tende para um equilíbrio.

Na estrutura de equilíbrio, a fração de rolos com idade entre t1 e t1+dt é proporcional a (p1.dt), ou seja, à área que se representou a tracejado na figura 11. Então, para que f(t) represente a função densidade da idade dos rolos só é preciso que: ∞

∞

∫ƒ(t)dt 0 K ∫R(t)dt = 1

0

0

(5.49)

em que K é a constante de proporcionalidade.

Verifica-se facilmente que K =1/m em que m é a vida média dos rolos. Então, a função densidade da idade dos rolos, na estrutura de equilíbrio, é:

f(t) = R(t)/m

(5.50)

Assim, o número de rolos com idade no intervalo (t, t+dt) é dada por N.R(t)dt/m, sendo N a quantidade total de rolos.

No exemplo que temos vindo a tratar, será:

100 R(t)dt/20 = 5 R(t)dt

Também se viu que a função de risco para a idade é:

h(t) = f(t)/R(t)

CAPÍTULO 5. GESTÃO DE EQUIPAMENTOS

131

Havendo N.R(t)dt/m componentes de idade t, a taxa de avarias no conjunto de rolos com essa idade será:

r(t).N.R(t)dt/m = (N/m).f(t)dt

Daqui pode-se dizer que o valor esperado do número de avarias por unidade de tempo, no conjunto dos rolos de todas as idades, será então ∞

∫(N / m).ƒ(t)dt = 0

N m

N/m é a taxa de avarias do conjunto da população. No nosso exemplo, N/m = 5.

O conjunto de rolos deste exemplo tem então uma taxa de avarias de 5 por semana.

Se o número de avarias por semana seguir uma distribuição de Poisson com média igual 5, a probabilidade de se avariarem x rolos por semana será dada por

P(x) =

5x e -5 x!

Com os elementos dados pode-se construir um quadro como o que se representa na figura 5.12.

FIGURA 5.12.

NÚMERO ÓTIMO DE ROLOS DE RESERVA

Na entrada superior temos o número de rolos avariados por semana, x, e a respectiva probabilidade P(x).

Na entrada da esquerda temos as diversas alternativas quanto ao número existente de peças de reserva, R. Nas colunas da direita temos, respectivamente, os custos de produção esperados, CP, e os custos de

132

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

um aumento do custo total, pois este investimento a mais traz poucos benefícios para a redução dos custos de falha. Isto pode ser facilmente constatado no gráfico seguinte.

Custo

ponto ótimo

Custo com manutenção preventiva

custo total

Custo decorrentes de falhas nível de manutenção

FIGURA 6.1.

CUSTOS VS NÍVEL DE INVESTIMENTO EM MANUTENÇÃO

De acordo com a figura 6.1., ter um ativo com total disponibilidade (100% disponibilidade) acarreta custos desnecessários, o que faz diminuir drasticamente o lucro, existindo assim um ponto ótimo de disponibilidade, para um máximo lucro. Assim, é importante levar em consideração aspetos como a importância do equipamento, o seu custo e o da sua reposição, as consequências da falha do equipamento no processo, entre outros fatores que indicam que a política de manutenção não pode ser a mesma para todos os equipamentos mas, pelo contrário, deve ser diferenciada para cada um deles, na busca do ponto ótimo entre disponibilidade e custo. É o que se pretende representar na figura 6.2.

Lucro

Custo da manutenção

lucro

Lucro zero

Ponto de disponibilidade

100%

disponibilidade

FIGURA 6.2.

LUCRO VS. DISPONIBILIDADE

A gestão de ativos olha para os ativos físicos como um sistema suscetível de sofrer mudanças, e, por isso, não imutável, que se vai deteriorando com o tempo e a utilização e que irá acabar por deixar de servir o seu propósito inicial, ou seja, os ativos possuem um ciclo de vida e é de toda a importância saber delineá-lo e explorá-lo, por forma a obter o máximo de benefícios para os seus possuidores. São exemplos desses benefícios: • Reduzir os custos de capital de investimento na base de ativos; • Redução dos custos totais com a operação do ativo;

CAPÍTULO 6. GESTÃO DE ATIVOS

139

de um conjunto mínimo de requisitos para um sistema efetivo de gestão de ativos, permitindo que a própria organização determine como ele deve ser implementado para atender às suas necessidades.

A ISO 55001 permite às organizações estruturar as suas atividades por forma a atenderem às suas necessidades, recursos, capacidades e objetivos. Por seu lado, a norma ISO 55002 elucida sobre os requisitos especificados na norma ISO 55001 e disponibiliza exemplos para apoiar à sua implementação.

Analisar os requisitos permite uma tomada de decisão consistente em atividades que afetam riscos, desempenho e perfis de custo relacionados com ativos. Isso indica que a gestão deve tomar decisões objetivas, previsíveis e consistentes que envolvam trade-offs entre efeitos a curto e longo prazo e combinações ótimas de benefícios inter-relacionados. A ISO 55001 exige especificamente que “o método de tomada de decisão e priorização das atividades e recursos para atingir seus planos e objetivos de gestão de ativos deve ser documentado”. A ISO 55001 exige ainda que a organização “retenha informações documentadas adequadas como prova dos resultados de monitoramento, medição, análise e avaliação”.

As normas apresentam uma abordagem estruturada e um processo de decisão mais fiável, contribuindo ambos os aspetos para o desenvolvimento, coordenação e controlo das atividades realizadas em ativos e para alinhar essas atividades com os seus objetivos organizacionais. A Figura 6.3. mostra a relação, em termos chave, entre a gestão de ativos e um sistema de gestão de ativos, de acordo com a norma ISO 55001.

Gestão da Organização

Atividades coordenadas para realizar valor a partir dos ativos

Gestão Ativos

Sistema Gestão Ativos

Conjunto de elementos interrelacionados que estabelece uma política e objetivos de gestão ativos

Conjunto Ativos

FIGURA 6.3.

RELAÇÃO ENTRE A GESTÃO DE ATIVOS E UM SISTEMA DE GESTÃO DE ATIVOS (ADAPTADO DA NORMA ISO 55000)

A noma ISO 55000 adota uma abordagem holística para a gestão de ativos; não se trata apenas de manutenção mas também de criação de valor. O cuidado com os ativos exige que as organizações cumpram padrões e vários regulamentos. A adoção destas normas permitirá que a organização alinhe a maneira como os ativos são geridos e mantidos, melhorará o retorno sobre os investimentos, reduzindo os custos, ao mesmo tempo que suportará o valor dos ativos sem sacrificar os objetivos organizacionais.

CAPÍTULO 6. GESTÃO DE ATIVOS

141

principalmente líquidos ou gases a alta pressão e temperatura e, muitas vezes, materiais perigosos. Por esse motivo, o projeto e a manutenção deste tipo de equipamentos é regulado por especificações rigorosas.

Tanques, depósitos, cisternas, reservatórios, etc, são equipamentos que se destinam à armazenagem de fluidos, mas em casos excecionais poderão ser utilizados para armazenar sólidos. É difícil apresentar uma classificação sistemática dos tanques porque podem-se distinguir quanto á forma, pressão, etc. No entanto, de uma maneira geral, os tanques para líquidos viscosos são cilíndricos e os tanques para fluidos que, à temperatura e pressão normais são gasosos, são esféricos ou, no caso de serem cilíndricos, apresentam fundos copados. Neste último caso, são colocados normalmente na horizontal exceto nos casos em que há falta de espaço ou outras limitações em relação á instalação. De uma forma geral, podem-se classificar os tipos de tanques e reservatórios da forma apresentada na figura 6.4.

Tanques

Cilíndricos

Esféricos

Horizontais

Verticais

Fixos

Móveis

Outras Formas

Fixos

Para gases a PTN

Enterrados

De grandes dimensões para líquidos viscosos

Não Enterrados

Móveis

FIGURA 6.4.

TIPOS DE RESERVATÓRIOS DE PRESSÃO

Outra distinção importante em relação a este tipo de equipamentos é a sua pressão de funcionamento, ditando esta a espessura das paredes, que pode ser simples ou dupla. Neste último caso pode existir entre as duas paredes uma serpentina para aquecimento ou arrefecimento.

Este tipo de equipamento é utilizado em quase todas as indústrias e com quase todos os fluidos. Existem tanques para os mais variados produtos químicos mas os mais conhecidos sãos os que se destinam à armazenagem de produtos derivados do petróleo. Os tanques são aplicados na indústria do papel, têxtil, em sistemas de ar comprimido, armazenagem de água para diversos fins (combate a incêndios, abastecimento de industrias, abastecimento de água tratada para caldeiras, etc.), também são utilizados para armazenagem de combustíveis nos postos de abastecimento em que estão enterrados, por razões de espaço e segurança.

Todos estes tipos de tanques e de reservatórios estão equipados com diversos acessórios, sendo os principais: » Válvulas; » Tubagens; » Instrumentos: • Indicadores de temperatura e pressão; • Controladores de caudal; • Medidores de caudal.

154

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

CORRETIVA (manutenção realizada após ocorrência de falha) Digitalização - on/off, avisos, dados em tempo real - diagnóstico de avarias - reduzir tempos de execução e paragem

PREVENTIVA (manutenção realizada antes da ocorrência de falha)

Digitalização - histórico - planeamento útimo - validar modelo

PREDITIVA (conforme condição e prevendo degradação)

Digitalização - modelo de degradação - planeamento a prazo - previsõess de tempo de vida - previsão de estados futuros a partir do histórico - dados de condição em tempo real

PROATIVA (planear, otimizar e melhorar)

Digitalização - análise de ...

- decisão de fim de vida e/ou reinvestimento - escolha de estratégia útima - dados incluindo modelos de degradação, LCC, etc

FIGURA 8.1.

DIFERENTES NÍVEIS DE DIGITALIZAÇÃO DE ACORDO COM A ESTRATÉGIA DE MANUTENÇÃO

A Indústria do pensamento promove o trabalho de melhoria sistemática, como TPM – Total Productive Maintenance - e RCM - Reliability Centered Maintenance. O objetivo do RCM é identificar componentes que são críticos (ou seja, não devem falhar), descobrir minuciosamente quais os erros que podem ocorrer e suas consequências, e desenvolver um plano de manutenção ideal que reduz o número de paragens e break-downs, que aumenta a vida do sistema e minimiza os custos do ciclo de vida. Consequentemente, são necessárias soluções digitais para a deteção de falhas ou soluções eficientes de planeamento de pedidos de trabalho. A manutenção preventiva requer ferramentas eficientes para programação e otimização do plano de manutenção, enquanto a manutenção preditiva é altamente dependente do tempo real, bem como dos dados históricos para avaliar a condição do ativo e a degradação da falha. Trabalhar de forma proativa requer dados econômicos além de dados técnicos para poder tomar decisões ótimas do ciclo de vida do equipamento. Estes autores propõem para uma utilização bem sucedida da digitalização na manutenção, um processo de trabalho de implementação estruturado e simples. O processo é inspirado por métodos de melhoria genéricos, como PDCA, métodos de projeto de TI e também por métodos de gestão Lean e por filosofias de manutenção, principalmente TPM e RCM. O processo consiste em cinco etapas principais: preparar, realizar, alterar, implementar e gerir.

Cada passo pode ser descrito em mais detalhe assim: >>

178

Preparar - a caminhada da digitalização começa a partir das competências essenciais da empresa formuladas como declarações simples, como “Somos especialmente bons em ...” ou “Temos experiência em ...”. O futuro estado é posteriormente expresso num conjunto de oportunidades ou áreas pro-

PLANEAMENTO, TÉCNICAS E TENDÊNCIAS DA MANUTENÇÃO

• • •

Planeamento de execução / Execute Plan; Gestor de atualizações / Update Manager; Interface de utilizadores / User Interface.

E na Fase II tem-se: alocação de cada um dos subcomponentes identificados no quadro genérico com base na sua função, conforme representado na figura 8.3.

Managing System User Interface

Goal Manager

Update Manager

Change Management Knowledge

Analyzer

Planner

Predictor & Prognosis

Severity Evaluator

Diagnosis

Health Evaluator

Monitor Data Update

Abnormality Detector

Possible TAC

TAC Selector

Plan Constructor

Executer Execute Plan

Mediator

Sensor

Managed System

Actuator

FIGURA 8.3.

ESTRUTURA PROPOSTA PARA A MANUTENÇÃO 4.0

De seguida, apresentam-se as descrições dos diferentes subcomponentes: >> Update Data - Recolhe dados relevantes como, por exemplo, processar dados, CM (Monitorização de Condição) de máquinas, etc. e atualizar o Conhecimento (Knowledge); >> Abnormality Detector - Deteta anormalidades no processo de produção e saúde dos ativos usando dados atuais e passados relevantes, por exemplo, CM (Monitorização de Condição), dados do processo, histórico de desempenho, dados da máquina intermediária, KPI, etc; >> Diagnosis - Identifica anormalidades porque usa dados do Abnormality Detector e outros dados relevantes, histórico de desempenho, dados da máquina intermediária, etc; >> Predictor & Prognosis - Descreve o potencial comportamento de deterioração de um componente num futuro próximo, bem como o desenvolvimento das anomalias no tempo. As entradas são informações do Diagnosis e o Conhecimento e as experiências atuais sobre o processo de deterioração e sobre os dados atuais e passados relevantes para a condição da máquina;

CAPÍTULO 8. A MANUTENÇÃO 4.0

183

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Planeamento, Técnicas e Tendências da Manutenção FILIPE DIDELET FRANCISCO SENA CLÁUDIA DIAS SEQUEIRA

Sobre a obra Este livro vem completar o conjunto iniciado pelos autores com a publicação, nesta mesma editora, das obras Fiabilidade e sua aplicação à Manutenção, e também Manutenção de Instalações Técnicas.

Pretende-se abordar alguns aspetos que não foram contemplados nesses trabalhos anteriores, com especial destaque para as técnicas de controlo de condição, e nomeadamente a medição e a análise de vibrações, e continuar a desenvolver aspetos gerais de gestão da manutenção, mas agora mais focados nos ativos.

O público alvo continua a ser constituído pelos quadros que exercem a sua atividade nesta área e os estudantes cujos cursos incluem a Manutenção como um dos vetores de estudo. Para uns e para outros pretendeu-se também deixar uma abertura final às novas tendências de desenvolvimento que são, no fundo, outros tantos desafios da Manutenção.

Sobre os autores FILIPE JOSÉ DIDELET PEREIRA Licenciado e Mestre em Engenharia Mecânica pelo Instituto Superior Técnico e Doutorado, também em Engenharia Mecânica, pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. É atualmente Professor Coordenador da Escola Superior de Tecnologia de Setúbal do Instituto Politécnico de Setúbal. Tem dezenas de artigos técnicos e científicos publicados em Portugal e no estrangeiro nas áreas da manutenção e da fiabilidade, através de revistas ou através da participação em congressos. Tem também orientado várias dissertações académicas nestas áreas, ao nível de mestrado e de doutoramento em diversas instituições. É Membro Conselheiro Especialista em Manutenção pela Ordem dos Engenheiros. Integra a Comissão Científica da International Conference on Maintenance Engineering (IncoME), promovida pela Universidade de Manchester, desde 2017.

FRANCISCO MANUEL VICENTE SENA Doutor em Gestão na especialidade de Operações, pela Universidade Aberta e MSc. em Marine Engineering. É licenciado em Engenharia de Máquinas Marítimas, pela Escola Superior Náutica Infante D. Henrique, com um bacharelato em Máquinas Marítimas pela mesma escola.

Foi Professor Coordenador no Instituto Superior de Engenharia da Universidade do Algarve e Antigo Oficial Engenheiro Maquinista da Marinha Mercante na Sociedade Portuguesa de Navios Tanques (SOPONATA) e na Companhia Nacional de Navegação (CNN). Além de autor de diversos artigos técnicos de manutenção e fiabilidade para congressos nacionais e internacionais, é ainda coautor do livro Fiabilidade e sua aplicação à Manutenção.

CLÁUDIA DIAS SEQUEIRA Exerce atividade científica na área das energias renováveis, mais especificamente associada à otimização de planeamento de manutenção, recorrendo à ferramenta de análise de vibrações. É licenciada, mestre e doutorada em Engenharia Mecânica.

Iniciou a sua atividade profissional no mundo das vibrações, seguindo-se a atividade letiva na Universidade do Algarve, no departamento de Engenharia Mecânica, onde mantém as suas atividades de professora e orientadora de teses de mestrado e doutoramento. É investigadora no Centro de Investigação Marinha e Ambiental. O doutoramento fez-se em ambiente de empresa, na Iberwind, onde continua a sua atividade de consultora na área da manutenção condicionada aplicada a turbinas eólicas. Após o doutoramento obteve a certificação internacional níveis 1, 2 e 3 em analista de vibrações.

Também disponível em formato e-book ISBN: 978-989-892-764-4 Parceiro de Comunicação

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