curso superior de tecnologia em manutenÇÃo...
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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
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
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.
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
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.
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.
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.
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
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
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores coletados durante pesquisa. .............................................................. 44
Tabela 2 - Resultados dos valores aplicados à fórmula. ................................................ 46
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
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
11
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.
12
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.
13
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
14
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
15
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
16
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.
17
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.
18
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.
19
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.
20
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.
21
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).
22
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.
23
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).
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.
25
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.
26
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
27
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.
28
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.
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).
30
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).
31
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.
32
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.
33
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.
34
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.
35
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.
36
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.
40
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.
41
Figura 29: Procedimento de montagem do alinhador a laser Fixturlaser EVO.
Figura 30: Display do Fixturlaser indicando as distâncias.
42
Figura 31: Sensores na posição de 9 horas.
Figura 32: Tela de configuração do instrumento.
43
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.
44
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)
45
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
46
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.
48
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49
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