Integrar análises de vibração e de óleo em plantas industriais desempenha um papel significativo na previsão e prevenção de falhas em equipamentos. Embora a análise de vibração seja comumente utilizada, este artigo destaca a subutilização da análise de óleo, apesar de sua capacidade de detectar falhas potenciais muito mais cedo.
Vamos demonstrar a importância de usar ambas as técnicas juntas, pois elas fornecem informações complementares e aprimoram a abordagem geral da manutenção preditiva. Implementar análises de vibração e de óleo pode oferecer uma compreensão abrangente do estado de saúde dos equipamentos e possibilitar intervenções oportunas, prevenindo, assim, quebras dispendiosas e melhorando as estratégias de manutenção em plantas industriais.
Por que Precisamos de Análises de Óleo e Vibração?
Usar tanto a análise de vibração quanto a análise de óleo proporciona uma solução de manutenção preditiva (PdM) muito melhor em comparação com a dependência apenas da análise de vibração ou de óleo. Isso ocorre porque questões mecânicas, como pés desalinhados ou parafusos de montagem soltos, podem ser detectadas por meio da análise de vibração muito antes que partículas de desgaste apareçam na análise de óleo.
Por outro lado, embora a análise de vibração seja eficaz na identificação de certos marcadores relacionados à saúde do equipamento, ela pode não captar problemas iniciais de lubrificação que podem levar à falha. Ao incorporar a análise de óleo junto com a análise de vibração, problemas de lubrificação podem ser detectados e solucionados com antecedência — talvez anos — antes de se tornarem problemas mais graves detectáveis pela vibração.
Os Sinais Estavam Lá
Em maio de 2020, em uma usina de carvão na região central dos Estados Unidos, o óleo foi trocado em uma caixa de engrenagem de transportador avaliada em US$ 150.000, que deveria ser preenchida com um óleo de engrenagem ISO 320. No entanto, em julho de 2020, uma amostra de óleo foi retirada e apresentou uma viscosidade de 183 centistokes (cSt), 148 partes por milhão (ppm) de ferro, e um Índice Quantificador de Partículas (PQI) de 234.
Isso foi um claro indicador de que o lubrificante incorreto estava na máquina e que danos estavam ocorrendo. Em outubro de 2020, a viscosidade testada foi de 175 cSt, com 57 ppm de ferro e um PQI de 170. Em julho de 2021, a viscosidade aumentou ligeiramente para 178, com 74 ppm de ferro e um PQI de 171.
A amostra de óleo de fevereiro de 2022 mostrou uma viscosidade mais alta de 212, parcialmente devido à oxidação, 84 ppm de ferro e um PQI de 78. Em novembro de 2022, um ruído foi detectado e outra amostra de óleo foi retirada. A amostra mostrou uma viscosidade de 209, um teor de ferro de 39, um PQI de 10, e um teor de cobre de 9 ppm, indicando que danos na gaiola dos rolamentos provavelmente estavam ocorrendo.
Sensores de vibração foram instalados e uma falha iminente foi prevista.
Esses resultados das amostras de óleo destacam a degradação progressiva do equipamento ao longo do tempo, com indicadores de falha potencial aparecendo na análise de óleo dois anos antes das anomalias correspondentes à vibração. Se os sensores de vibração tivessem sido instalados mais cedo, eles provavelmente teriam detectado o problema antes, mas não antes do dano se tornar irreversível.
Ao ignorar os dados da análise de óleo, apenas 43% da vida útil de 10 anos projetada para a caixa de engrenagens foi alcançada, resultando em uma perda de US$ 85.000 em utilidade da caixa de engrenagens sozinha. Esse valor nem mesmo considerou o valor perdido da produção.
Cálculo de Custos
Se pudermos determinar a taxa de desgaste de um componente específico, podemos calcular os custos do nosso estado atual de lubrificação. A norma ISO 281:2007 pode fornecer algumas informações sobre a vida útil relativa dos rolamentos.
Isso pode exigir um esforço considerável para determinar as taxas de desgaste correlacionadas. No entanto, outra fonte pode ser a Tabela de Extensão de Vida (LET) publicada pela Noria Corporation há mais de vinte anos e que ainda é um recurso-chave para a maioria dos programas de manutenção.
Além da Tabela de Extensão de Vida, você também pode encontrar a Calculadora de Extensão de Vida Útil da Máquina no site da Noria.
Depois de estabelecermos a taxa de desgaste, podemos fazer alguns cálculos financeiros. Aqui estão três exemplos:
- Um redutor tem um valor de US$ 30.000,00. Foi projetado para durar 10 anos se mantivermos o óleo no nível de limpeza de 19/16/13 e o teor de água em 100 ppm, conforme prescrito pelo fabricante. Se conseguimos manter a água e as partículas nos níveis prescritos, então não teremos ganho ou perdido nenhum valor. Se fizemos isso por um ano, mostraremos que restam nove anos de vida útil no equipamento e ele deverá alcançar a vida útil planejada.
- Temos o mesmo redutor acima, mas o mantivemos mais limpo do que a especificação do fabricante, alcançando um nível de limpeza de 19/15/12. Isso nos dará uma taxa de desgaste cerca de 10% mais lenta do que a antecipada no projeto original. Para calcular o valor, dividiremos o custo do componente pelo número de dias que ele foi projetado para estar em serviço, o que resulta em US$ 8,22 por dia. Se conseguimos isso por um ano, mostraremos que podemos esperar 36,5 dias extras de serviço e ganhamos US$ 300 em valor. Os cálculos são: 365 x 10% = 36,5 e 36,5 x US$ 8,22 = US$ 300,03. Mostraremos uma expectativa de vida útil restante de 9 anos e 36,5 dias. Se continuarmos a manter esse nível, projetamos obter um ano extra de vida e um valor de US$ 3.000.
- Neste cenário, não atingimos o nível de limpeza desejado e estamos desgastando 10% mais rápido do que o normal. Mostraríamos após um ano que perdemos 36,5 dias e US$ 300 em valor. Se não corrigirmos a situação, mostramos que antecipamos um ano a menos de serviço do que o projetado, e perderemos US$ 3.000 em valor.
Observe que é possível reduzir o desgaste no terceiro cenário e que o valor perdido pode ser recuperado se as ações corretivas apropriadas forem tomadas cedo. É por isso que é importante ter a frequência adequada de amostragem, para que a situação possa ser corrigida em tempo hábil antes que se perca muita vida útil.
Resquícios de Defeitos: Como a Análise de Vibração Rompe o Silêncio
Quando níveis elevados de impactos e picos não síncronos são observados no espectro de vibração, isso levanta preocupações sobre a condição do equipamento. Neste caso, o analista percebeu níveis de impacto superiores a 10g no eixo de entrada da caixa de engrenagens, próximo ao lado do acionamento. Para investigar mais a fundo, o analista solicitou uma amostra de análise de óleo e uma verificação de folga no eixo de entrada.
Para minimizar o tempo de inatividade, a amostra de óleo foi coletada como o primeiro passo. O objetivo era obter informações sobre a saúde da caixa de engrenagens sem tirar o equipamento de operação. No entanto, o relatório de análise de óleo não mostrou tendência de aumento em metais de desgaste ou contagens de partículas grandes, indicando que a condição da caixa de engrenagens não estava se deteriorando.
Apesar dos resultados da análise de óleo, o analista prosseguiu com uma verificação de folga no eixo de entrada, o que exigiu que o equipamento fosse desativado. Essa verificação envolveu a medição da folga na rolamento. A verificação de folga revelou uma folga de 0,015 polegadas — bem acima do limite especificado para a unidade. Como resultado, o cliente decidiu adquirir uma nova caixa de engrenagens, reconhecendo a presença de uma falha.
Esses resultados demonstram claramente a importância de entender tanto os dados de vibração quanto de análise de óleo e reconhecer que às vezes eles podem fornecer resultados conflitantes. Isso enfatiza a necessidade de uma abordagem abrangente para o diagnóstico de falhas, onde a dependência de uma única técnica de diagnóstico não é recomendada. No final, o diagnóstico deve ser direcionado pela falha específica no equipamento e não deve se basear apenas em uma técnica de diagnóstico.
Interação Harmônica: Análise de Vibração e Análise de Óleo no Diagnóstico de Problemas
Um analista de vibração notou harmônicos de malha de engrenagem em uma onda recente e perguntou à equipe da planta se havia uma amostra recente de óleo disponível para compartilhar com a equipe de lubrificação. O relatório da amostra de óleo mostrou que um ISO 220 era o lubrificante atual e estava em boa saúde, apesar de estar um pouco sujo.
O analista de óleo notou que o sensor de temperatura na sonda de vibração estava em 130 graus (Fahrenheit), o que provavelmente era mais frio do que a temperatura real do óleo. Uma inspeção rápida da etiqueta do equipamento mostrou que um ISO 320 era recomendado quando as temperaturas estavam acima de 125 graus F.
Se apenas um método de monitoramento de condição tivesse sido empregado, o problema não poderia ter sido isolado tão rapidamente.
Por fim…
Utilizar análises de vibração e óleo juntos fornece informações complementares para melhorar a abordagem geral de manutenção — prevenindo, em última análise, falhas custosas e melhorando o desempenho do equipamento a longo prazo. Os impactos de economia de dinheiro e tempo podem ser calculados com mais precisão, permitindo justificativas de custos para um programa de lubrificação aprimorado. A interação harmônica entre análise de vibração e análise de óleo no diagnóstico de problemas ilustra como a combinação dos dois métodos permite uma identificação mais rápida e precisa de problemas e oferece uma proteção mais ampla e necessária do que o uso de apenas um dos dois métodos sozinho.
(Este artigo foi uma sessão de aprendizado apresentada na Conferência & Exposição de Lubrificação de Plantas e Máquinas Confiáveis de 2023.)
Por Roy Giorgio e Jaidev Krishnan, da AssetWatch.
Traduzido pela equipe de conteúdos da Noria Brasil.
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ML 02/2024: "A Sobering Reality: How Ignoring Oil and Vibration Analyses Impact your Bottom Line"
