Análise e identificação de falhas em motores de indução trifásicos através da técnica de análise da

M Erik Leandro Bonaldi (Doutor em Engenharia ElÊtrica. Universidade Federal de Itajubå. Sócio-Diretor da PS Soluçþes) Levy Ely de Lacerda de Oliveira (Doutor em Engenharia ElÊtrica. Universidade Federal de Itajubå. Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da PS Soluçþes) Jonas Borges Guedes da Silva (Mestre em Engenharia ElÊtrica. Universidade Federal de Itajubå. Pesquisador em Desenvolvimento de software da PS Soluçþes)

DOSSIER › Gestão de Energia Aplicada a Motores ElÊtricos

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em motores de indução trifåsicos atravÊs da tÊcnica de anålise da assinatura elÊtrica – ESA (1.ª Parte)

Este trabalho tem como objetivo apresentar o cenårio atual da utilização industrial das tÊcnicas de anålise da assinatura elÊtrica (ESA) no monitoramento da condição de motores de indução.

São apresentados os principais padrþes de falha no motor, sistema de transmissão e carga acoplada. Casos reais de deteção de falhas em motores de indução trifåsicos estratÊgicos para o processo produtivo de indústrias brasileiras de grande porte são tambÊm apresentados com o propósito de ilustrar o alcance da tÊcnica.

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incipiente da monitorização por tÊcnicas elÊtricas não-invasivas avançadas na indústria brasileira. E, por isso e pelas potencialidades das tÊcnicas aqui apresentadas, surge um campo bastante interessante, promissor e ainda pouco explorado no Brasil.

tores elĂŠtricos e as suas causas sĂŁo bastante variadas. Assim, para que um

åvel e tenha a capacidade de deteção precoce de falhas, deve estar baseado numa combinação de diferentes tÊcnicas. Ressalva-se que as tÊcnicas de manutenção preditiva são complementares e, quando utilizadas em conjunto, aumentam o leque e a forma de deteção de possíveis defeitos.

Pelo contexto apresentado, esse trabalho tem como principais objetivos:

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apresentar o atual cenĂĄrio da manu-

I. INTRODUĂ‡ĂƒO

sĂŁo muito utilizados em indĂşstrias de

tenção preditiva por mÊtodos elÊtricos

grande porte. Muitos deles sĂŁo estratĂŠ-

em empresas brasileiras de grande por-

continuidade dos seus processos ope-

gicos para o processo produtivo e, por

te, as falhas diagnosticĂĄveis por esses

essa razĂŁo, torna-se imperativa a busca

mĂŠtodos e os seus padrĂľes, bem como

a manutenção preditiva desempenha

pela redução do seu número de falhas

a apresentação de casos reais de dete-

um papel fundamental para se alcançar

a uma quantidade mĂ­nima [2].

ção de falhas em motores de indução trifåsicos estratÊgicos para o processo

dos seus equipamentos. Por manuten-

Muitas tĂŠcnicas preditivas sĂŁo utiliza-

produtivo de indĂşstrias brasileiras de

ção preditiva entende-se a atuação no

das para reduzir o nĂşmero de paradas

grande porte.

equipamento, sistema ou local da ins-

nĂŁo-programadas. Os mĂŠtodos de

talação, realizada com base no conhe-

deteção de faltas mais comuns são:

cimento da sua condição de funciona-

anålise de vibraçþes, anålise acústica,

mento ou desempenho operacional,

obtido por meio de parâmetros previa-

II. CENĂ RIO ATUAL DA MANUTENĂ‡ĂƒO PREDITIVA NO BRASIL

mente conhecidos e determinados [1].

Brasil, as tÊcnicas de anålise mecânica

As empresas brasileiras em geral tĂŞm a

estĂŁo consolidadas, contudo tĂŠcnicas

maioria do seu programa de monitori-

Como os Motores de Indução Trifåsi-

de anålise da condição de motores pela

zação da condição apoiado em tÊcnicas

cos (MIT) sĂŁo o centro da maioria dos

assinatura elĂŠtrica estĂŁo no processo

baseadas na medição de grandezas me-

processos de produção, serå dada to-

inicial de implementação. Por essa ra-

cânicas. Os mÊtodos mais comumente

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zão, a utilização da Anålise da Assina-

utilizados sĂŁo:

falhas nesse tipo de mĂĄquina elĂŠtrica.

tura ElÊtrica (ESA – Electrical Signature

Por se tratar de uma mĂĄquina elĂŠtrica

Analysis) em indĂşstrias de grande porte

A) Monitoramento por AnĂĄlise de

rotativa, os motores de indução estão

serĂĄ abordado e casos reais de sucesso

Vibraçþes: Baseia-se na medição dire-

expostos a uma sĂŠrie de adversidades

de aplicação da tÊcnica apresentados.

cional de vibraçþes em busca dos parâmetros de deslocamento, velocidade

tÊrmicas, ambientais e de desgaste mecânico que exigem o måximo de aten-

Apesar do enfoque em ESA, ĂŠ impor-

e aceleração atravÊs de transdutores

ção. Motores de MÊdia e Alta Tensão

tante ressalvar que as falhas em mo-

piezelĂŠtricos conhecidos como acele-

DOSSIER › Gestão de Energia Aplicada a Motores ElÊtricos 54

polia com folga e desbalanceamento.

E) Falhas Associadas Ă Carga

de rotação da fêmea e a frequência de

Problemas relativos Ă carga acoplada

O surgimento e o agravamento das

rotação.

tambĂŠm aparecem na mesma frequĂŞn-

avarias na carga podem ser sentidos

cia, e cabe ao especialista cruzar infor-

pelo prĂłprio motor atravĂŠs de oscila-

maçþes de outras regiþes do espectro

çþes de torque. O motor passa a fun-

constituintes de um compressor a pa-

para chegar a uma conclusĂŁo;

cionar como um transdutor para a iden-

rafuso, as fĂłrmulas para cĂĄlculo das

frequĂŞncias caraterĂ­sticas e o padrĂŁo espectral das partes do compressor;

2) Correias O primeiro passo para a monitorização

1) Bombas

das componentes espectrais carate-

A anĂĄlise de falhas em bombas de

rĂ­sticas das correias ĂŠ o cĂĄlculo da fre-

palhetas ĂŠ feita considerando-se a

quĂŞncia da correia (fc) como apresen-

frequência de rotação da bomba e a

frequĂŞncia de passagem das palhetas.

valor, basta seguir o padrĂŁo apresenta-

AlĂŠm dessas frequĂŞncias deve-se mo-

do e acompanhar a curva de tendĂŞncia

nitorizar tambĂŠm o aumento de sali-

da falha em questĂŁo;

ĂŞncias prĂłximas da frequĂŞncia da rede, caraterĂ­sticas da assinatura de bombas.

A anålise da frequência de rotação da bomba indica problemas relacionados com o desalinhamento ou desbalanceamento da bomba. Jå o aumento das amplitudes das frequências de passagem das palhetas indica defeitos no interior da bomba como deterioração das pås.

cias caraterĂ­sticas de falhas em bomba:

Figura 12. PadrĂŁo de falha de Compressores

Figura 9. PadrĂŁo de falhas em correias.

a Parafuso.

3) Engrenagem

3) Ventiladores

Como a anĂĄlise em bombas, a anĂĄlise

regiþes para a monitorização espec-

de falhas em ventiladores ĂŠ feita consi-

tral. A primeira, em frequĂŞncias mais

derando-se a frequência de rotação do

baixas, tem informaçþes relativas à s

ventilador e a frequĂŞncia de passagem

falhas localizadas nas engrenagens. Es-

das pås que Ê dada pela multiplicação

tas frequĂŞncias estĂŁo relacionadas com

do nĂşmero de pĂĄs do ventilador pela

as frequências de rotação do conjunto

-

antes ou depois da transformação de

gura seguinte apresenta as frequĂŞncias

velocidade. JĂĄ a segunda regiĂŁo de in-

caraterĂ­sticas de falhas em ventiladores:

teresse no espectro tem informaçþes relativas às falhas distribuídas nas engrenagens, sendo conhecidas como frequências do engrenamento e calculadas pela multiplicação da velocidade de rotação do eixo pelo número

Figura 11. PadrĂŁo de falhas em bombas de

de dentes da engrenagem. O padrĂŁo

palhetas.

apresentado a seguir explicita as duas regiĂľes espectrais abordadas:

2) Compressores a Parafuso O conjunto completo motor-engrenamento-compressor pode ser monitorizado atravĂŠs da assinatura da corrente do motor de forma bastante satisfatĂłria. O motor e o engrenamento podem ser analisados segundo os padrĂľes apresentados anteriormente.

Jå a anålise do compressor leva em consideração três frequências carate-

Figura 13. PadrĂŁo de falha em ventiladores.

rĂ­sticas desta carga: a frequĂŞncia de roFigura 10. PadrĂŁo de falhas em engrenagens.

tação do parafuso macho, a frequência

Continua na próxima edição.

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