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CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL DOUGLAS CORTES DE CARVALHO BOTELHO VICTOR RODRIGUES CABRAL ESTUDO DO IMPACTO DO DESALINHAMENTO DE MÁQUINAS ROTATIVAS NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA Campos dos Goytacazes RJ 2017

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CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO

INDUSTRIAL

DOUGLAS CORTES DE CARVALHO BOTELHO

VICTOR RODRIGUES CABRAL

ESTUDO DO IMPACTO DO DESALINHAMENTO DE MÁQUINAS

ROTATIVAS NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA

Campos dos Goytacazes – RJ

2017

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DOUGLAS CORTES DE CARVALHO BOTELHO

VICTOR RODRIGUES CABRAL

ESTUDO DO IMPACTO DO DESALINHAMENTO DE MÁQUINAS

ROTATIVAS NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado no

Instituto Federal Fluminense Campus Campos –

Centro como requisito parcial para conclusão do

Curso Superior de Tecnologia em Manutenção

Industrial.

Orientador: Prof. Renato Couto de Almeida

Campos dos Goytacazes - RJ

2017

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Biblioteca Anton DakitschCIP - Catalogação na Publicação

Elaborada pelo Sistema de Geração Automática de Ficha Catalográfica da Biblioteca Anton Dakitsch do IFF com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).

B748eBotelho, Douglas Cortes de Carvalho Estudo do impacto do desalinhamento de máquinas rotativas noconsumo de energia elétrica / Douglas Cortes de Carvalho Botelho, VictorRodrigues Cabral - 2017. 49 f.: il. color.

Orientador: Renato Couto de Almeida

Trabalho de conclusão de curso (graduação) -- Instituto Federal deEducação, Ciência e Tecnologia Fluminense, Campus Campos Centro,Curso de Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial, Campos dosGoytacazes, RJ, 2017. Referências: f. 48 a 49.

1. Alinhamento a laser. 2. bancada de alinhamento. 3. Correnteelétrica. I. Cabral, Victor Rodrigues. II. Almeida, Renato Couto de, orient.III. Título.

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DOUGLAS CORTES DE CARVALHO BOTELHO

VICTOR RODRIGUES CABRAL

ESTUDO DO IMPACTO DO DESALINHAMENTO DE MÁQUINAS

ROTATIVAS NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado no

Instituto Federal Fluminense Campus Campos –

Centro como requisito parcial para conclusão do

Curso Superior de Tecnologia em Manutenção

Industrial.

Aprovada em 28 de Novembro de 2017

Banca Avaliadora:

Prof. Renato Couto de Almeida (orientador)

MSc. Engenheira de Produção - UCAM

Prof. Sérgio Vasconcellos Martins

D. Sc. Ciências de Engenharia - UENF

Prof. Leonardo Peixoto de Oliveira

Me. Eng. Mecânica - UFF

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente gostaríamos de agradecer a Deus por nos conceder força e sabedoria para

a realização deste trabalho. Aos nossos familiares pelo apoio e confiança em nossa

capacidade. A todos os professores que durante todo o curso se dedicaram em nosso

aprendizado. Em especial ao prof. Renato Couto de Almeida pela dedicação nesse

processo de orientação. E a todos aqueles que de forma direta ou indireta cooperaram

para a conclusão deste projeto.

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RESUMO

O Método de alinhamento a laser é um dos mais eficazes para que se tenha um melhor

alinhamento de um equipamento de forma simples e prática. Este recurso se torna muito

viável, pois cada vez mais as grandes empresas visam à redução do tempo gasto em

paradas de manutenção, entendendo que isso afeta diretamente na sua produção. O

trabalho em questão visa o estudo de uma bancada de alinhamento, composta por um

motor elétrico, um acoplamento de grade e ranhura e dois mancais de rolamento, em

que a mesma possui regulagens móveis fixadas na parte motora que permite a sua

movimentação, o que possibilitou a simulação de seu desalinhamento radial e axial. No

motor é fixado o acoplamento que é apoiado pelos mancais de rolamentos. Foram feitos

estudos práticos com o objetivo de alcançar um melhor alinhamento tendo como

parâmetros os valores obtidos utilizando o alinhador a laser, a corrente, tensão elétrica e

a potência consumida. Analisando os dados obtidos verificou-se a possibilidade de

redução de aproximadamente 4,5% no consumo de energia.

Palavras chave: Alinhamento a laser, bancada de alinhamento, potência, corrente e

tensão elétrica.

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ABSTRACT

The laser alignment method is one of the most effective for better alignment of an

equipment in a simple and practical way. This feature becomes very feasible, as more

and more large companies are aiming to reduce the time spent in maintenance stops,

understanding that this affects directly in their production. The work in question aims at

the study of an alignment bench, composed of an electric motor, a grid and groove

coupling and two rolling bearings, in which it has movable adjustments fixed in the

motor part that allows its movement, which made possible the simulation of its radial

and axial misalignment. This part of the motor is attached to the coupling and supported

by the rolling bearings. Practical studies were carried out with the objective of achieving

a better alignment, taking as parameters the values obtained using the laser aligner, the

electric current, voltage and the power consumed. Analyzing the data obtained it was

possible to reduce energy consumption by approximately 4.5%.

Key words: Laser alignment, alignment bench, power, current and electrical voltage.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Fluxograma geral da manutenção ................................................................... 15

Figura 2: Tipos principais de manutenção. ..................................................................... 17

Figura 3: Acoplamento com flanges parafusados........................................................... 18

Figura 4: Acoplamento com flange parafusado. ............................................................. 19

Figura 5: Acoplamento com luva de compressão ou de aperto. ..................................... 20

Figura 6: Acoplamento de pinos amortecedores. ........................................................... 21

Figura 7: Acoplamento de ressaltos amortecedores (tipo Lovejoy) ................................ 22

Figura 8: Cubo, flange e elastômero de acoplamento perflex. ....................................... 22

Figura 9: Acoplamento Oldham ..................................................................................... 23

Figura 10: Acoplamento de discos flexíveis. ................................................................. 24

Figura 11: Acoplamento de engrenagem. ....................................................................... 24

Figura 12: Acoplamento de grade e ranhura. ................................................................. 25

Figura 13: Carga aplicada a grade do acoplamento. ....................................................... 26

Figura 14 Acoplamento hidráulico. ................................................................................ 26

Figura 15: Tampas e rotores do acoplamento hidráulico. .............................................. 27

Figura 16: Comportamento do fluido quando se encontra em repouso, durante a partida

e em regime pleno........................................................................................................... 27

Figura 17: Junta cardan................................................................................................... 28

Figura 18: Junta homocinética. ....................................................................................... 29

Figura 19: Sistema de planos para alinhamento de eixos. .............................................. 30

Figura 20: Desalinhamento radial, axial e misto. ........................................................... 31

Figura 21: Medição com régua e calibrador de folga. .................................................... 32

Figura 22: A: Alinhamento axial, P: Alinhamento radial. .............................................. 33

Figura 23: Alinhamento por Método Reverso. ............................................................... 34

Figura 24: Método periférico direto. .............................................................................. 35

Figura 25: Processo de alinhamento a laser.................................................................... 36

Figura 26: Bancada de alinhamento utilizada como base de estudos. ............................ 37

Figura 27: Alinhador Fixturlaser EVO. .......................................................................... 39

Figura 28: Sequência correta de aperto. ......................................................................... 40

Figura 29: Procedimento de montagem do alinhador a laser Fixturlaser EVO. ............. 41

Figura 30: Display do Fixturlaser indicando as distâncias. ............................................ 41

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Figura 31: Sensores na posição de 9 horas. .................................................................... 42

Figura 32: Tela de configuração do instrumento. ........................................................... 42

Figura 33: Tela de indicação do desalinhamento. .......................................................... 43

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Valores coletados durante pesquisa. .............................................................. 44

Tabela 2 - Resultados dos valores aplicados à fórmula. ................................................ 46

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÂO ...................................................................................................................... 11

1.1. Objetivos ..................................................................................................................... 12

1.1.1. Objetivo Geral ..................................................................................................... 12

1.1.2. Objetivos Específicos ........................................................................................... 12

1.2. Justificativa .................................................................................................................. 12

2. TIPOS DE MANUTENÇÃO ..................................................................................................... 13

2.1. Manutenção Corretiva ................................................................................................ 13

2.2. Manutenção Preventiva .............................................................................................. 14

2.3. Manutenção preditiva ................................................................................................. 14

2.4. Manutenção Detectiva ................................................................................................ 16

2.5. Engenharia da Manutenção ........................................................................................ 16

3. ACOPLAMENTOS ................................................................................................................. 17

3.1. Acoplamentos Rígidos ................................................................................................. 18

3.1.1. Acoplamento com flanges parafusados ............................................................... 18

3.1.2. Acoplamento com luva de compressão ou de aperto .......................................... 19

3.2. Acoplamentos Flexíveis ............................................................................................... 20

3.2.1. Acoplamento de pinos amortecedores ................................................................. 21

3.2.2. Acoplamento de ressaltos amortecedores ............................................................ 21

3.2.3. Acoplamento perflex ........................................................................................... 22

3.2.4. Acoplamento oldham .......................................................................................... 23

3.2.5. Acoplamento de discos flexíveis ......................................................................... 23

3.2.6. Acoplamento de Engrenagem ............................................................................. 24

3.2.7. Acoplamento de grade e ranhura ......................................................................... 25

3.2.8. Acoplamento hidráulico ...................................................................................... 26

3.2.9. Junta cardan ......................................................................................................... 28

3.2.10. Junta homocinética .............................................................................................. 28

4. ALINHAMENTO .................................................................................................................... 29

4.1. Tipos de Desalinhamento ............................................................................................ 30

4.2. Tipos de Alinhamento de Equipamentos .................................................................... 31

4.2.1. Régua e Calibrador de Folga ................................................................................ 32

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4.2.2. Relógio Comparador............................................................................................ 33

4.2.3. Laser .................................................................................................................... 36

5. METODOLOGIA .................................................................................................................... 36

5.1. Bancada de Alinhamento e Instrumentos de Medições ................................................. 36

5.2. Alinhador a Laser Fixturlaser EVO ............................................................................... 39

5.3. Método para utilização do Fixturlaser EVO ................................................................ 40

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................................ 43

7. CONCLUSÕES ....................................................................................................................... 47

8. REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 48

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1. INTRODUÇÂO

Nos últimos 30 anos, a manutenção sofreu mais mudanças do que qualquer outro

setor. Essas mudanças ocorreram em virtude do aumento da diversidade de instalações e

equipamentos que precisam ser mantidos, ocorreram também pelos projetos mais

complexos, novas técnicas de manutenção e a importância da manutenção na

competitividade das organizações. Esses novos conceitos exigiram novas atitudes e

técnicas das equipes de manutenção. (KARDEC e NASCIF, 2012).

Os equipamentos rotativos têm uma enorme relevância no âmbito industrial. Em

vários setores, estão diretamente envolvidos no processo produtivo, como na indústria

petroquímica. E em outros segmentos da indústria são aplicados na área de utilidade,

como geração de energia. (SANTOS, 1999).

Os equipamentos rotativos são compostos normalmente por duas máquinas, uma

motora e outra movida, e estas são unidas por um acoplamento. As máquinas motoras

geralmente são motores elétricos, turbinas a vapor ou motores a combustão interna. Já

as máquinas movidas são compressores, geradores ou bombas. Existem diversos tipos

de acoplamentos, são eles divididos em dois grandes grupos, rígidos e flexíveis. Serão

utilizados para fazer a união das máquinas, transmitindo torque e rotação (HINES, et al,

1998).

Um dos problemas mais críticos que atingem os equipamentos rotativos é o

desalinhamento dos eixos, e dependendo do grau de desalinhamento, as máquinas

poderão sofrer desgaste precoce dos rolamentos, desgaste do eixo, vibração,

aquecimento, podendo causar falhas e parada do sistema de produção (HINES, et al,

1998).

O alinhamento a laser é uma solução para obter, com precisão, o alinhamento

entre os eixos das máquinas e que proporciona uma redução do consumo elétrico nos

equipamentos, consequentemente gerando redução de custo.

O trabalho visa uma análise na bancada composta por um motor elétrico

acoplado a um eixo, que será submetido a uma verificação de alinhamento através do

método de alinhamento a laser.

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1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo Geral

O trabalho analisa o alinhamento de máquinas rotativas através de uma bancada

de estudo de alinhamento de eixos, sendo utilizados os instrumentos de alinhamento a

laser. O estudo será feito de acordo com a variação do nível de desalinhamento da

máquina na bancada com a verificação da variação da corrente elétrica.

1.1.2. Objetivos Específicos

Os objetivos são:

- Verificar o alinhamento do motor na bancada utilizando o método de

alinhamento a laser.

- Analisar o comportamento do equipamento após desalinhá-lo, através da

medição da corrente elétrica, com valores até a sua tolerância do desalinhamento;

- Analisar o comportamento do equipamento após desalinhá-lo, através da

medição da corrente elétrica, com valores próximos da sua tolerância do

desalinhamento;

- Propor um procedimento de manutenção preditiva através do alinhamento a

laser e a medição de consumo de energia.

1.2. Justificativa

Este trabalho propõe pesquisar a aplicação do método de alinhamento a laser,

visando apresentar o nível do gasto de energia em função de um alinhamento feito em

excelência.

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2. TIPOS DE MANUTENÇÃO

A missão da manutenção é garantir a disponibilidade da função dos

equipamentos e instalações de modo a atender a um processo de produção com

confiabilidade, segurança, preservação do meio ambiente e custo adequados

(ABRAMAN, 2017).

Definição de manutenção:

A palavra manutenção se define pela ação de manter um equipamento ou

qualquer item ligado a um sistema, em seu melhor estado de funcionamento. Podendo

assim, assegurar um determinado processo (KARDEC e NASCIF, 2012).

Existem diversos tipos de manutenção os quais são:

Manutenção Corretiva (Planejada e não planejada);

Manutenção Preventiva;

Manutenção Preditiva;

Manutenção Detectiva;

Engenharia da Manutenção.

2.1. Manutenção Corretiva

A manutenção corretiva é aquela que é feita após a ocorrência de uma falha.

Tendo como objetivo, retomar o funcionamento de um equipamento ou sistema o mais

rápido possível.

Dentro desse tipo de manutenção normalmente têm-se um custo elevado, tendo

em vista que a falha ocorre de forma inesperada e o tempo de parada de produção pode

ser extenso devido à falta de peças de reposição, causando assim um maior prejuízo

para a empresa. (SANTOS, 1999).

Este tipo de manutenção se divide em dois blocos:

Manutenção Corretiva Não Planejada: Este tipo de manutenção aplica-se em

uma falha já ocorrida, e se caracteriza por ser feito sem planejamento prévio, pois na

maioria das vezes não há tempo hábil para o planejamento da tarefa. Desta forma é

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possível acarretar outros problemas como perda de produção, perda de tempo e custo

elevado de manutenção.

Manutenção Corretiva Planejada: Esta manutenção ocorre a partir de um

desempenho do equipamento abaixo do esperado ou por uma decisão gerencial para

corrigir uma falha apresentada. Tem por característica um prévio planejamento das

ações, tendo em vista não prejudicar a produção. Existem algumas vantagens em relação

à manutenção corretiva não planejada, tais como, melhor planejamento das tarefas,

menor custo de manutenção e melhor associação de intervenção com as necessidades da

produção (KARDEC e NASCIF, 2012).

2.2. Manutenção Preventiva

A manutenção preventiva ocorre de acordo com um procedimento

predeterminado, respeitando intervalos de tempo que são sugeridos pelo fabricante da

peça ou pelo próprio usuário.

Este tipo de manutenção tem como principal objetivo reduzir a ocorrência de

falhas. É muito utilizada onde há risco de vida ou ambiental eminente. Um setor que

pode servir de exemplo, é o de aviação, que necessita de um nível de segurança elevado.

(MONCHY, 1989).

Como qualquer processo, este também tem suas falhas, como por exemplo, o

fabricante pode não ser preciso em seus dados de vida útil de determinado componente

de máquina e o mesmo pode falhar antes do esperado. Por outro lado, o mesmo

componente pode ser trocado prematuramente, encurtando desta forma sua vida útil

(MONCHY, 1989).

2.3. Manutenção preditiva

A manutenção preditiva baseia-se no acompanhamento do comportamento e

desempenho de um determinado equipamento, buscando variáveis para que se for

necessário, haja a intervenção corretiva planejada. Utiliza de instrumentos que

identificam uma possível falha, por isso o nome de Preditiva, pois vem de “predizer” as

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condições da máquina. O objetivo é manter o equipamento funcionando o maior tempo

possível e evitar paradas de manutenção inesperadas. (KARDEC e NASCIF, 2012).

Este tipo de manutenção requer algumas condições, como por exemplo, o

equipamento deve permitir algum tipo de medição e monitoramento. E o sistema a ser

implantada a manutenção, deve merecer tal ação, pois este tipo de recurso requer um

alto custo. Sendo assim o equipamento tem que ser de grande importância para o

processo de produção, para que compense o investimento. (KARDEC e NASCIF,

2012).

A figura 1 apresenta uma visão simplificada de uma rotina de manutenção em

um ambiente industrial. Na imagem vemos que se inicia com o tipo de indústria a se

realizar a manutenção, após isso é verificado o tipo de equipamento, em seguida é

decidido qual tipo de manutenção a ser utilizada e por fim qual a frequência será

realizada a intervenção.

Fonte: SLIDESHARE, 2016.

Figura 1: Fluxograma geral da manutenção

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2.4. Manutenção Detectiva

A manutenção detectiva atua de forma a detectar falhas ocultas nos

equipamentos que não podem ser percebidas pela equipe de manutenção e operação.

Normalmente é aplicada em sistemas de proteção, comando e controle, em que a

ocorrência de falha deve ser mínima e atuação desses sistemas deve ser imediata.

Um simples teste de funcionamento de um sistema, já caracteriza a manutenção

detectiva. Ela é primordial em plantas industriais, pois garante a maior confiabilidade.

(KARDEC e NASCIF, 2012).

2.5. Engenharia da Manutenção

A engenharia da manutenção é o ramo que visa implantar melhorias com

modificação do projeto original, e suas principais atribuições são: aumentar

confiabilidade, disponibilidade, manutenibilidade, segurança e eliminar problemas

crônicos.

Este sistema de manutenção utiliza análises e recolhimento de dados. E com

essas informações proporciona melhorias. A partir do momento que uma planta

industrial adere estes estudos aprofundados sobre seus equipamentos, visando o melhor

tipo de manutenção a ser aplicado, estará então praticando a Engenharia de manutenção.

(KARDEC e NASCIF, 2012).

A figura 2 apresenta uma melhoria nos resultados à medida que novas técnicas

de manutenção são aplicadas. Com a corretiva não planejada e a preventiva, podemos

observar um crescimento contínuo dos resultados. Porém, com a aplicação da

manutenção preditiva, detectiva e a engenharia de manutenção, os resultados excedem a

projeção linear dos resultados.

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Fonte: KARDEC e NASCIF, 2012.

3. ACOPLAMENTOS

Os acoplamentos são elementos responsáveis por proporcionar a ligação dos

eixos, transmitindo assim, torque e rotação. Seria inviável construir uma máquina onde

todos os seus eixos fossem em uma única peça, não seria fácil desmontar o motor

elétrico, por exemplo. (FRANCHESCHI E ANTONELLO, 2014).

De acordo com a construção e funcionamento, os diversos tipos de acoplamentos

são divididos em comutáveis e permanentes. Os acoplamentos comutáveis mais

conhecidos são freios e embreagens, já os acoplamentos permanentes são divididos em

rígidos e flexíveis (FRANCHESCHI E ANTONELLO, 2014).

Figura 2: Tipos principais de manutenção.

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3.1. Acoplamentos Rígidos

Os acoplamentos rígidos não permitem a movimentação radial e axial dos eixos,

possuem grande capacidade de transmitir torque, são fáceis de serem instalados,

confiáveis e compactos; porém, não absorvem desalinhamentos, choques ou vibração.

(SENAI, 2000).

De acordo com SENAI (2000), os principais tipos de acoplamentos rígidos são:

Acoplamento com flanges parafusados;

Acoplamento com luva de compressão ou de aperto.

3.1.1. Acoplamento com flanges parafusados

O acoplamento de luva de união é formado por um par de flanges parafusados.

Os modelos da Figura 3 e 4 tem dois flanges parafusados permitindo que o conjunto

fique bastante rígido e sem tolerância a desalinhamento (SENAI, 2000).

Fonte: TRANSMITECH, 2016.

Figura 3: Acoplamento com flanges parafusados.

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Fonte: SENAI, 2000.

3.1.2. Acoplamento com luva de compressão ou de aperto

O acoplamento com luva de compressão é formado por uma luva bipartida, para

monta-lo, devemos apenas apertar os parafusos. Os eixos ficarão bem firmes com a

ajuda da chaveta para transmitir o movimento (Figura 5). Esse tipo de acoplamento

facilita a manutenção dos equipamentos, pois podemos fazer a montagem e

desmontagem do mesmo sem alterar o alinhamento dos eixos. (FRANCHESCHI E

ANTONELLO, 2014).

Figura 4: Acoplamento com flange parafusado.

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Fonte: SENAI, 2000.

3.2. Acoplamentos Flexíveis

Os acoplamentos flexíveis são utilizados quando existe algum desalinhamento

radial ou axial entre os eixos, quando não se pode garantir um perfeito alinhamento

entre os eixos. Os elementos flexíveis são empregados normalmente para tornar a

transmissão mais suave. Os acoplamentos flexíveis permitem a compensação de até 6

graus de ângulo de torção e de deslocamento angular axial. Os acoplamentos flexíveis

são projetados, normalmente, para suportar pequenos desalinhamentos momentâneos

durante o funcionamento da máquina (SENAI, 2000).

Abaixo estão os principais tipos de acoplamentos flexíveis:

Acoplamento de pinos amortecedores;

Acoplamento de ressaltos amortecedores;

Acoplamento perflex;

Acoplamento oldham;

Acoplamento de discos flexíveis;

Acoplamento de engrenagens;

Acoplamento de grade e ranhura;

Acoplamento hidráulico;

Junta cardan;

Junta homocinética.

Figura 5: Acoplamento com luva de compressão ou de aperto.

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3.2.1. Acoplamento de pinos amortecedores

O acoplamento de pinos amortecedores é composto por duas luvas com pinos

que são revestidos com materiais flexíveis. Como mostra a Figura 6, as luvas se

encaixam, pois, além dos pinos, elas contem furos, logo o pino de uma luva vai encaixar

no furo da outra (FRANCHESCHI E ANTONELLO, 2014).

Figura 6: Acoplamento de pinos amortecedores.

Fonte: SENAI, 2000.

3.2.2. Acoplamento de ressaltos amortecedores

O acoplamento de ressaltos amortecedores (Figura 7), conhecido como Lovejoy,

possui ressaltos em cada luva e quando as luvas estão encaixadas, sobra uma folga,

nessa folga encaixa o elemento flexível. (IFF, 2015).

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Figura 7: Acoplamento de ressaltos amortecedores (tipo Lovejoy)

Fonte: IFF, 2015.

3.2.3. Acoplamento perflex

O acoplamento perflex constitui-se de duas luvas que são conectadas por

meio de um elemento de borracha e apertada por anéis de pressão (Figura 8). Esse

acoplamento possui grande capacidade de absorção do desalinhamento, choque

mecânico e vibração. O acoplamento perflex permite a substituição do centro elástico

com facilidade, sem a necessidade do afastamento dos eixos (ANTARES, 2016).

Figura 8: Cubo, flange e elastômero de acoplamento perflex.

Fonte: ANTARES, 2016.

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3.2.4. Acoplamento oldham

Este acoplamento permite a união de árvores que possuam desalinhamento

paralelo. Na montagem, a peça central é montada e seus ressaltos se encaixam nos

rasgos das peças que são fixadas às árvores (Figura 9). O formato desse acoplamento

produz uma conexão flexível através da ação deslizante da peça central. Em geral esta

peça central é fabricada em material flexível, proporcionando menor desgaste e maior

durabilidade. (SENAI, 2000).

Figura 9: Acoplamento Oldham

Fonte: DIRECT INDUSTRY, 2017

3.2.5. Acoplamento de discos flexíveis

O acoplamento de discos flexíveis possui um conjunto de discos flexíveis,

fabricados em aço inox, que são montados entre uma luva e outra, completando a

conexão dos eixos e permitindo que não sofram com o desalinhamento da máquina

(Figura 10). Uma vez que esses discos forem deformados, serão trocados (IFF, 2015).

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24

Figura 10: Acoplamento de discos flexíveis.

Fonte: IFF, 2015.

3.2.6. Acoplamento de Engrenagem

O acoplamento de engrenagem é constituído de cubos dentados onde irão

encaixar com as luvas que também terão dentes de engrenagem (Figura 11). Ele é

indicado para aplicação de menor dimensão, maior capacidade de torque e ambientes

agressivos a elastômeros. A sua flexibilidade é dada pelos dentes e necessita de

lubrificação (IFF, 2015).

Figura 11: Acoplamento de engrenagem.

Fonte: IFF, 2015.

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3.2.7. Acoplamento de grade e ranhura

O acoplamento de grade e ranhura tem a capacidade de suportar torcionalmente

sobrecargas e vibrações, proporcionando um acomodamento flexível quando a máquina

está sujeita a oscilações de carga. O acoplamento possui o cubo com ranhuras onde a

grade vai ser encaixada, uma tampa protetora vai manter o sistema lubrificado (Figura

12).

A Figura 13 mostra a carga aplicada à grade do acoplamento. No primeiro

momento a grade está sofrendo uma carga leve e praticamente não se deforma. No

segundo momento a grade está sofrendo uma carga normal e assim a grade se deforma,

porém, ainda na sua fase elástica. No Terceiro momento a grade sofre uma sobrecarga,

sendo necessário a substituição da grade. As grades funcionam como “fusíveis

mecânicos” em caso de sobrecarga (METAFLEX, 2016).

Figura 12: Acoplamento de grade e ranhura.

Fonte: METALFLEX, 2016.

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Figura 13: Carga aplicada a grade do acoplamento.

Fonte: IFF, 2015.

3.2.8. Acoplamento hidráulico

O acoplamento hidráulico é usado em sistemas com grandes massas e inércias. O

acoplamento hidráulico é hidrodinâmico e funciona da seguinte forma: a máquina

motriz será acionada e irá mover o rotor interno, o fluido recebe a energia cinética

transmitida através do rotor interno e transmite para o rotor externo, fazendo girar o

cubo secundário e consequentemente a máquina movida (Figura 14 e 15). (HENFEL,

2016).

Figura 14 Acoplamento hidráulico.

Fonte: HENFEL, 2016

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Fonte: HENFEL, 2016.

A figura 16 mostra o comportamento do fluido e do acoplamento em repouso,

durante a partida do acoplamento e durante o seu regime de funcionamento. No

momento de repouso, o fluido de trabalho mantém-se estático no interior do

acoplamento. A partir de quando a máquina motriz aciona o acoplamento, a mesma

fornece energia para acelerar o fluido de trabalho de modo a gerar uma corrente de

circuito. Devido a transmissão de energia cinética do fluido, o rotor interno é colocado

em movimento. Durante o regime de trabalho da máquina, apenas o torque exigido pela

máquina acionadora é transmitido pelo acoplamento, estando esse apto a absorver as

possíveis sobrecargas e não as transmitir para a máquina movida (HENFEL, 2016).

Figura 16: Comportamento do fluido quando se encontra em repouso, durante a partida

e em regime pleno.

Fonte: HENFEL, 2016.

Figura 15: Tampas e rotores do acoplamento hidráulico.

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3.2.9. Junta cardan

A junta cardan é a junção do acoplamento de eixos que formam um ângulo

permanente entre si. A junta é capaz de transmitir o movimento para uma outra direção

sem alterar o sentindo de giro ao longo do eixo e é constituída basicamente de dois

eixos unidos por uma cruzeta. A junta universal (Figura 17) foi desenvolvida para

trabalhar em máquinas onde não é possível fazer o alinhamento dos eixos, permitindo a

movimentação em qualquer direção e evitando a perda de velocidade, vibração ou

potência da máquina movida. (FRANCHESCHI E ANTONELLO, 2014).

Fonte: SOLUÇÕES INDUSTRIAIS, 2016.

3.2.10. Junta homocinética

A junta homocinética foi inventada na intenção de substituir a junta universal,

pois apresenta um desempenho superior. Como mostra a figura 18, a junta homocinética

Figura 17: Junta cardan.

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29

é usada para transmitir movimento entre eixos que precisam sofrer variação angular, ela

é composta basicamente de uma cúpula e esferas em rolamento (FRANCHESCHI E

ANTONELLO, 2014).

Figura 18: Junta homocinética.

Fonte: BESTCARS, 2016.

4. ALINHAMENTO

O alinhamento de um eixo ocorre quando as linhas do centro, dos dois eixos das

máquinas, formam uma única linha retilínea, contínua e alinhada. Quando isso não

ocorre, altera o funcionamento do equipamento, gerando prejuízo ao mesmo. As

principais causas são: montagens inadequadas, alinhamento impreciso, desgaste de

mancais e rolamentos. Os efeitos que se destacam pelo desalinhamento dos eixos são:

aumento do nível de vibração, desgaste dos mancais e acoplamentos e aumento do

consumo de energia (PACHOLOK, 2004).

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De acordo com a figura 19, para determinarmos o conceito de alinhamento é

necessário a projeção dos dois planos imaginários, horizontal e vertical. Um eixo é a

parte motriz e o outro a movida.

Figura 19: Sistema de planos para alinhamento de eixos.

Fonte: PACHOLOK, 2004.

4.1. Tipos de Desalinhamento

Os desalinhamentos ocorridos em equipamentos rotativos acoplados podem ser

de três tipos: desalinhamento radial (paralelo), axial (angular) e misto. O

desalinhamento radial ou paralelo ocorre quando as linhas de centro dos eixos estão

paralelas entre si, porém não se encontram no ponto de transferência de carga. O

desalinhamento axial ou angular, ocorre quando temos as linhas de centro se cruzando

no ponto de transferência de carga, formando um ângulo entre si. Geralmente, o estado

real de desalinhamento que encontramos em máquinas rotativas, é uma combinação dos

desalinhamentos radial e paralelo, assim designado de desalinhamento misto, onde não

existe o paralelismo das linhas centrais nem o cruzamento entre si no ponto de linhas

centrais nem o cruzamento entre si no ponto de transferência de carga. (HINES, et al,

1998).

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Fonte: VELEIROS, 2017.

4.2. Tipos de Alinhamento de Equipamentos

As máquinas rotativas estão sujeitas a sofrerem desalinhamento. Máquinas

alinhadas corretamente e verificadas regularmente reduzem consideravelmente os custos

de operação e manutenção (PRUFTECHNIK, 2017).

Os métodos disponíveis para a correção do desalinhamento de eixos em

máquinas rotativas podem ser feitos por:

Régua e Calibrador de folga;

Relógio Comparador;

Laser

Figura 20: Desalinhamento radial, axial e misto.

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4.2.1. Régua e Calibrador de Folga

O alinhamento com régua e calibrador de folga é indicado para ser executado em

equipamentos de baixa rotação, com acoplamento de grandes diâmetros e que estejam

exigindo urgência de manutenção.

Para conseguir o alinhamento paralelo, a régua tem que estar nivelada com os

cubos nas quatro posições defasadas em 90°.

O alinhamento angular é obtido quando o medidor de folga mostrar a mesma

distância nas quatro posições defasadas em 90°. (Fonte: SENAI, 1997).

Na figura 21, o operador realiza o alinhamento utilizando régua e calibrador de

folga. Primeiro posiciona-se a régua, de forma a nivelar a base da régua e apoiá-la em

cima do cubo. Em seguida coloca-se o calibrador de folga a fim de verificar a diferença

da altura entre os cubos. Este procedimento pode ser também, aplicado como

alinhamento inicial grosseiro.

Figura 21: Medição com régua e calibrador de folga.

Fonte: IFF, 2015.

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4.2.2. Relógio Comparador

O alinhamento com relógio comparador é indicado para ser executado em

função da precisão exigida para o equipamento, a rotação e importância da máquina no

processo. Os métodos de alinhamento reconhecidos são: face e borda, reverso e

periférico direto.

4.2.2.1. Método Face e Borda (Rim and Face)

O alinhamento angular com o relógio comparador, utilizando o método Face e

Borda, é realizado instalando a ferramenta com o apalpador posicionado axialmente em

relação ao seu eixo (posição “A” do relógio na Figura 22), e girando os dois eixos

simultaneamente. Em quatro pontos defasados em 90°, obtém-se a leitura das medidas.

O alinhamento paralelo utilizando este método é obtido instalando a ferramenta com o

apalpador posicionado perpendicularmente ao acoplamento da parte acionada (posição

“P” do relógio na Figura 22).

Para a verificação do alinhamento paralelo e angular, devemos posicionar o

relógio comparador com a base magnética sempre apoiada na parte do motor.

(ALIGNMENTKNOWLEDGE, 2017).

Figura 22: A: Alinhamento axial, P: Alinhamento radial.

Fonte: IFF, 2015.

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4.2.2.2. Método Reverso

O método reverso (Figura 23) é o método de medição do desalinhamento a partir

da utilização de dois relógios comparadores, um em cada acoplamento, invertidos e

perpendiculares em relação aos eixos dos equipamentos. Serão feitas quatro medidas

defasadas em 90°, duas na horizontal e duas na vertical. Este procedimento é

recomendado para o afastamento entre as faces dos cubos é maior do que a metade do

diâmetro do acoplamento (IFF, 2015).

Fonte: TECMECANICO, 2017.

Figura 23: Alinhamento por Método Reverso.

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4.2.2.3. Método Periférico Direto

O método periférico direto consiste em fixar barras rigidamente aos eixos ou

espaçador do acoplamento, fixar rigidamente o relógio comparador nas barras e encostar

as pontas das hastes na face dos flanges do acoplamento e girar o conjunto.

A Figura 24 mostra qual é o procedimento para efetuar o alinhamento pelo

método periférico direto. Para o plano vertical, calcula-se o valor de “H”, se o valor for

positivo, iremos colocar calços e se o valor der negativo, retiramos os calços. No plano

horizontal o procedimento é semelhante, os valores obtidos indicarão o deslocamento

para a esquerda ou direita (IFF,2015).

Fonte: IFF, 2015.

Figura 24: Método periférico direto.

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4.2.3. Laser

O alinhamento a laser consiste em medir e informar o desalinhamento de eixos,

fornecendo alto nível de precisão, maior confiabilidade e rapidez no alinhamento em

relação aos métodos tradicionais. O alinhamento a laser diminui erros de leitura e

acelera o processo de execução do alinhamento da máquina.

De acordo com a figura 25, o procedimento de alinhamento a laser utiliza dois

sensores, que tem como base emitir e receber o feixe de laser. Com a emissão e o

recebimento do laser, o sistema faz as leituras das medidas da posição angular e paralela

do eixo. Os sensores são conectados a um microcomputador portátil que efetua os

cálculos e as orientações para corrigir o desalinhamento (FIXTURLASER,2017).

Figura 25: Processo de alinhamento a laser.

Fonte: FIXTURLASER, 2017.

5. METODOLOGIA

5.1. Bancada de Alinhamento e Instrumentos de Medições

Este trabalho foi baseado em estudos feitos em uma bancada de alinhamento

(Figura 26) do IFF Campus Campos Centro.

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A bancada é composta por:

01 Motor elétrico trifásico

Marca: WEG

Tensão: 220 V

Potência: 5 HP/ 3,7 kW

Rotação: 1730 RPM

: 0,83

01 Acoplamento de grade e ranhura.

Modelo: Falk F

Torque: 65Nm

Rotação máxima: 6000 RPM

02 Mancais de rolamento.

Figura 26: Bancada de alinhamento utilizada como base de estudos.

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Os instrumentos de alinhamento e medição utilizados foram:

Alicate amperímetro

Marca: Minipa

Modelo: ET-3200A

Tensão AC: 200/750V

Corrente AC: 20/200/1000A

Resolução: 2 Dígitos

Alinhador a laser

Marca: Fixturlaser EVO

Tela: 5”

Distância de medição: Até 10m

Resolução do detector: 1µm

Paquímetro Universal

Marca: Mitutoyo

Série: 125

Resolução: 0,02mm / 0,001”

Micrômetro

Marca: Mitutoyo

Série: 102

Resolução: 0,01mm

Escala de aço

Marca: Starrett

Dimensões: 300 x 13 x 0,4mm

Resolução: 1mm de 0,5mm em um lado; 1/32" e 1/64" no lado oposto.

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5.2. Alinhador a Laser Fixturlaser EVO

O equipamento Fixturlaser EVO (Figura 27) é totalmente relacionado a

simplicidade e facilidade. O aparelho oferece um display touch de 5” e uma interface

gráfica limpa e colorida tornando o bastante intuitivo o seu funcionamento. Os sensores

são de apenas 33mm de espessura, é fácil a sua instalação e fixação por correntes em

locais de difícil acesso.

Algumas das suas principais funções (FIXTURLASER, 2017):

Permite verificar o desalinhamento paralelo e angular em uma única medição.

Tanto para máquinas acopladas horizontalmente e verticalmente;

“Pé Manco” permite o usuário verificar o estado de fixação da máquina e

corrigir, antes de efetuar o alinhamento;

Gerenciador de memória para arquivar alinhamentos executados;

Comunicação via Bluetooth entre sensores e display elimina a utilização de

cabos, viabilizando um alinhamento mais cômodo e prático;

Indicador de Calços exibe o valor que deve ser utilizado para calçar a máquina.

Figura 27: Alinhador Fixturlaser EVO.

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5.3. Método para utilização do Fixturlaser EVO

Os procedimentos básicos principais para aplicação do alinhamento a laser na

bancada foram feitos em seis etapas.

O alinhamento e desalinhamento foram feitos com o motor desligado. O motor

logo após cada alinhamento era acionado e eram efetuadas as medidas de corrente e

tensão.

As etapas foram conforme:

I. Alinhamento Grosseiro

II. Verificar o “Pé Manco”

III. Seguir Sequência de Aperto (Figura 28)

IV. Montar e configurar o Fixturlaser EVO (Figura 29)

V. Colocando as dimensões e adquirindo resultados (Figura 30, 31 e 32)

VI. Resultados e Correção (Figura 33)

Figura 28: Sequência correta de aperto.

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Figura 29: Procedimento de montagem do alinhador a laser Fixturlaser EVO.

Figura 30: Display do Fixturlaser indicando as distâncias.

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Figura 31: Sensores na posição de 9 horas.

Figura 32: Tela de configuração do instrumento.

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6. RESULTADOS E DISCUSSÕES

O objetivo foi medir a corrente em função das variações dos desalinhamentos

radiais e axiais, ocorridos entre o eixo do motor elétrico e o eixo movido da bancada.

A tabela 1 apresenta todos os valores que foram coletados durante pesquisa em

laboratório. O estudo consiste na execução de medições enquanto o equipamento estava

sendo submetido a variações de alinhamento e desalinhamento. No total foram

realizadas quatorze medições e os parâmetros analisados foram: desalinhamento radial

vertical e horizontal, desalinhamento axial vertical e horizontal, tensão e corrente

elétrica. A corrente foi verificada em cada uma das três fases do motor e calculada a

média com desvio padrão. A tensão apresentou-se bastante estável, sem grande variação

durante o ensaio na bancada.

Figura 33: Tela de indicação do desalinhamento.

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Tabela 1 - Valores coletados durante pesquisa.

M 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª 11ª 12ª 13ª 14ª

RV 0,00 0,00 -0,03 -0,01 -0,02 0,00 -0,01 -0,01 0,01 0,00 -0,01 -0,01 -0,01 -0,02

RH -0,03 0,03 0,04 -0,05 0,02 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01

AV -0,03 -0,03 -0,13 -0,29 0,26 0,06 -0,03 -0,10 -0,14 0,19 0,03 0,05 0,04 0,04

AH -0,03 0,05 0,03 -0,13 0,05 -0,01 0,00 0,01 -0,04 0,08 0,01 -0,05 -0,13 -0,14

T (V) 221 221 221 221 221 224 221 220 221 221 220 221 221 221

C (A)

6,90

±0,02

6,66

±0,12

6,70

±0,06

6,69

±0,05

6,82

±0,16

6,87

±0,06

6,86

±0,24

6,70

±0,01

6,71

±0,09

6,64

±0,04

6,68

±0,23

6,71

±0,10

6,84

±0,18

6,77

±0,06

RV - Desalinhamento Radial Vertical em mm. RH - Desalinhamento Radial Horizontal em mm.

AV - Desalinhamento Axial Vertical em mm. AH - Desalinhamento Axial Horizontal em mm.

M- Medidas. T – Tensão; C- Corrente.

Os procedimentos de quatorze medições foram feitos em duas etapas, de acordo

com alinhamentos e desalinhamentos executados, sendo a primeira etapa da 1ª a 5ª, e a

segunda etapa de 6ª a 14ª, na seguinte ordem:

1ª – Primeira Medição (início etapa 1, alinhado)

2ª – Segunda Medição (retirando 0,05 mm de todos os pés do motor)

3ª – Terceira Medição (retirando 0,10 mm dos dois pés de trás do motor)

4ª – Quarta Medição (retirando 0,10 mm dos dois pés da frente do motor)

5ª – Quinta Medição (movendo o motor 0,10 mm para a esquerda)

6ª – Primeira Medição (início etapa 2 com novo alinhamento, no qual a medição

da corrente foi feita após 20 minutos de funcionamento do motor)

7ª – Segunda Medição (retirando 0,05 mm de todos os pés do motor)

8ª – Terceira Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés de trás do motor)

9ª – Quarta Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés de trás do motor)

10ª – Quinta Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés da frente do motor)

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11ª – Sexta Medição (retirando 0,05 mm dos dois pés da frente do motor)

12ª – Sétima Medição (movendo o motor 0,05 mm para a esquerda)

13ª – Oitava Medição (movendo o motor 0,10 mm para a esquerda)

14ª – Nona Medição (movendo o motor 0,10 mm para a esquerda)

As tolerâncias limites de desalinhamentos dos equipamentos da bancada, que

foram utilizadas a partir da referência segundo a rotação máxima da máquina (1730

RPM), são estes: 0,08 mm para desalinhamento axial e 0,10 mm para desalinhamento

radial, de acordo com a tolerância sugerida pela FIXTURLASER. As medidas 3ª, 4ª, 5ª,

8ª, 9ª, 10ª, 13ª e 14ª possuem valores acima das tolerâncias aceitáveis nos

desalinhamentos. As medidas 1ª, 2ª, 6ª, 7ª, 11ª e 12ª possuem valores abaixo das

tolerâncias aceitáveis nos desalinhamentos.

A 1ª medida e 2ª medida das correntes, com tolerâncias aceitáveis no

desalinhamento, apresentaram os valores máximo e mínimo, respectivamente, 6,90 A e

6,66 A. A equação 1 apresenta o cálculo de consumo da energia (kW) de motor

trifásico. A tabela 2 mostra as correntes (I), tensões (U) e potência (P) para as medidas

1ª, 2ª, 6ª, 7ª, 11ª e 12ª. O fator de potência ( ) aplicado foi 0,83 conforme

especificação do motor.

Equação (1)

Fonte: WEG, 2017

A tabela 2 mostra os valores de corrente e tensão obtidos durante os ensaios na

bancada de alinhamento. Estes valores foram aplicados na equação (1), e a partir desta

fórmula obtivemos os resultados da potência consumida pelo motor utilizado na

bancada. Estes dados quando associados aos obtidos pelo alinhador a laser, nos

proporciona a possibilidade de uma melhor escolha para o alinhamento ideal do

equipamento.

𝑃 =𝑈 ∗ 𝐼 ∗ 𝜑 ∗ 3

1000

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Tabela 2 - Resultados dos valores aplicados à fórmula.

1ª 2ª 6ª 7ª 11ª 12ª

Tensão (V) 221 221 224 221 220 221

Corrente (A) 6,90 6,66 6,87 6,86 6,68 6,71

Energia (kW) 2,192 2,116 2,212 2,179 2,113 2,132

Após a análise da Tabela 2 descrita acima, comparamos a 6ª medição, que

apresentou o maior valor de energia consumida (2,212 kWh), e a 11ª, que apresentou o

menor valor deste mesmo parâmetro (2,113 kWh), constatou-se que há uma queda de

aproximadamente 4,5% de consumo de energia.

O mesmo ocorre quando comparamos os valores de corrente. A 1ª medição, que

apresentou o maior valor de corrente (6,90 A), e a 2ª que apresentou o menor valor de

corrente (6,66 A), verificamos que houve uma queda referente aproximadamente a

4,35% entre essas medidas.

Se levarmos em consideração os valores obtidos de alinhamento, corrente e

potência, a medida escolhida seria a 11ª, pois no geral foi a que apesentou os melhores

resultados nos testes feitos.

Tendo em vista a aplicação deste método de alinhamento, em que são

considerados os valores de corrente, tensão e potência elétrica, seria interessante o uso

de um histórico do equipamento. Este histórico poderia ser feito a cada parada de

manutenção, em que estes dados seriam coletados e registrados. Desta maneira,

futuramente através deste histórico da máquina teríamos acesso aos dados do

alinhamento que proporcionou o melhor funcionamento do equipamento, de modo, a

criar o procedimento de manutenção preditiva.

Esses valores registrados de queda são muito significativos se elevarmos isto a

uma realidade industrial, em que existem diversos motores, máquinas e equipamentos

que consomem muita energia. É notório que, se adotadas essas medidas como um

controle de qualidade, certamente os custos poderiam diminuir.

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7. CONCLUSÕES

Após analisarmos os dados obtidos durante todo o trabalho, podemos afirmar a

importância de se ter um bom alinhamento em máquinas rotativas. Vimos que apesar de

trabalharmos com valores de desalinhamento dentro da tolerância, verificamos que há a

possibilidade de melhoria. Os valores de consumo de energia apresentaram uma redução

de aproximadamente 4,5%, quando comparados ao maior valor de energia (2,212 kW) e

menor valor de consumo de energia (2,113 kW), verificou-se então que existe uma

relevante redução de gastos. Dessa forma conclui-se a importância da implementação do

método de alinhamento a laser em conjunto a verificação do consumo da corrente

elétrica.

O uso do alinhador a laser nos proporcionou grande facilidade e praticidade, nos

fornecendo dados precisos e rápidos, da mesma forma com os demais instrumentos de

medição utilizados. Confirmando dessa forma a superioridade deste método, para a

análise de desalinhamento, em relação a outros métodos já existentes.

O trabalho indica adotar os procedimentos de criação de históricos de

alinhamentos a laser de máquinas rotativas com medição das correntes, de modo

preditivo. A cada parada de manutenção, os dados de alinhamento e corrente coletados

seriam registrados, desta maneira, futuramente,e através deste histórico da máquina,

teríamos acesso aos dados do alinhamento que proporcionou o melhor funcionamento

do equipamento. Este procedimento possibilita minimizar o consumo de energia dos

equipamentos.

Nos trabalhos futuros sugere-se a utilização de valores de desalinhamento

superiores à tolerância, e também, o estudo de acordo com os diversos tipos de

acoplamentos industriais. Para que se possa verificar em maior escala a influência nos

custos de uma empresa, que as máquinas desalinhadas podem proporcionar. Sugerimos

também a análise termográfica dos acoplamentos e rolamentos de acordo com os

desalinhamentos.

Este projeto agrega conhecimentos na área de alinhamento em geral e se dedica

ao estudo do processo de alinhamento a laser. Espera-se que este trabalho propicie

maiores conhecimentos ao corpo acadêmico e incentive a novos estudos sobre o

assunto.

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