EDUARDO HENRIQUE VIANA DE SOUSA - diesel –Manuteno Dissertao. ... o que fez crescer o interesse pelos sistemas automatizados de manuteno preditiva nos motores a diesel,

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  • Universidade Federal do Rio Grande do Norte

    Centro de Tecnologia - Departamento de Engenharia Mecnica

    Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica

    EDUARDO HENRIQUE VIANA DE SOUSA

    ANLISE PREDITIVA A PARTIR DA CARACTERIZAO DAS EMISSES

    GASOSAS E DO LEO LUBRIFICANTE EM FROTAS

    COM MOTORIZAO A DIESEL

    NATAL/ RN

    AGOSTO/2010

  • EDUARDO HENRIQUE VIANA DE SOUSA

    ANLISE PREDITIVA A PARTIR DA CARACTERIZAO DAS EMISSES

    GASOSAS E DO LEO LUBRIFICANTE EM FROTAS

    COM MOTORIZAO A DIESEL

    Dissertao submetida ao Programa de Ps-Graduao em

    Engenharia Mecnica da Universidade Federal do

    Rio Grande do Norte como requisito final para

    obteno do ttulo de Mestre.

    NATAL/RN

    AGOSTO/2010

  • Diviso de Servios Tcnicos

    Catalogao da Publicao na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

    EDUARDO HENRIQUE VIANA DE SOUSA

    Sousa, Eduardo Henrique Viana de.

    Anlise preditiva a partir da caracterizao das emisses gasosas e do leo

    lubrificante em frotas com motorizao a diesel / Eduardo Henrique Viana de Sousa.

    Natal, RN, 2010.

    117 f. : il.

    Orientador: Francisco de Assis Oliveira Fontes.

    Co-orientador: Cleiton Rubens Formiga Barbosa.

    Dissertao (mestrado) Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro

    de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica.

    1. Motor diesel Manuteno Dissertao. 2. leos lubrificantes

    Dissertao. 3. Manuteno preditiva Dissertao. I. Fontes, Francisco de Assis

    Oliveira. II. Barbosa, Cleiton Rubens Formiga. III. Universidade Federal do Rio

    Grande do Norte. IV. Ttulo.

    RN/UF/BCZM CDU 621.436(043.2)

  • ANLISE PREDITIVA A PARTIR DA CARACTERIZAO DAS EMISSES

    GASOSAS E DO LEO LUBRIFICANTE EM FROTAS

    COM MOTORIZAO A DIESEL

    Dissertao submetida ao Programa de Ps-Graduao em

    Engenharia Mecnica da Universidade Federal do

    Rio Grande do Norte como requisito final para

    obteno do ttulo de Mestre.

    Dissertao aprovada em: _____/_____/______

    ______________________________________________

    Prof. Francisco de Assis Oliveira Fontes, D. Sc. Orientador

    ______________________________________________

    Prof. Cleiton Rubens Formiga Barbosa, D. Sc. Co-orientador

    BANCA EXAMINADORA

    ______________________________________________________

    Prof. Presidente Prof. Francisco de Assis Oliveira Fontes, D. Sc

    ______________________________________________________

    Prof.Externo Marcelo Bezerra Grilo, D. Sc

    ______________________________________________________

    Prof. Interno Cleiton Rubens Formiga Barbosa, D. Sc

  • Acredite em voc mesmo, pois

    s voc que pode se auto julgar. Ouse,

    arrisque e nunca se arrependa. No

    desista jamais e saiba valorizar quem te

    ama, esses sim merecem seu respeito.

    Quanto ao resto, bom, ningum nunca

    precisou de restos para ser feliz..

    Pmela Rugoni Belin

    http://www.pensador.info/autor/Pamela_Rugoni_Belin/

  • Dedico este trabalho ao meu

    bom Deus, minha querida

    me, minhas amadas esposa

    e filhas. A minha me pelo

    quanto lutou para que eu

    pudesse me formar. A minha

    esposa, pelo carinho e a

    pacincia necessria para

    completar esta jornada. As

    minhas filhas, pela

    compreenso de alguns

    momentos de ausncia e pelo

    exemplo de que o saber no

    ocupa espao

  • AGRADECIMENTOS

    Ao meu orientador, Prof. Dr. Francisco de Assis Oliveira Fontes, pela compreenso e

    direcionamento dos trabalhos ora desenvolvidos que foram fundamentais para a elaborao

    desta dissertao.

    Aos alunos de iniciao cientfica, Ricardo, Samuelsom e Wendell pelo grande apoio

    nos momentos necessrios, os quais foram os facilitadores e ajudaram no andamento e

    implementao das atividades realizadas ao longo deste trabalho.

    Empresa INSPETRANS que fomentou nossa investidura e fez acontecer para que

    pudssemos apresentar este trabalho, e a todas as empresas de nibus urbanos da cidade do

    Natal que permitiram o acesso e o desenvolvimento dos trabalhos em suas dependncias,

    contribuindo, assim, para o estreitamento das relaes entre cincia e comunidade, bem como

    a todos os seus funcionrios, que nos atenderam e proporcionaram a realizao das tarefas

    executadas.

    Em especial Sra. Aldilene Zuza da Silva, chefe do setor de inspeo veicular da

    SEMOB (Secretaria de Mobilidade Urbana da Cidade de Natal), que no poupou esforos

    para que nossa empreitada obtivesse xito.

    A todos que, direta ou indiretamente, contriburam para o desenvolvimento deste

    estudo aplicado.

    A Deus por ter me proporcionado o dom da vida e este momento de aprendizado e

    aprimoramento, aperfeioando minha viso da vida e do papel a ser seguido na sociedade.

    Ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica da Universidade Federal do

    Rio Grande do Norte por ter me proporcionado a oportunidade de melhoramento humano e

    profissional.

    Aos meus pais, em especial minha me - grande incentivadora para que este momento

    acontecesse -, e minha esposa e filhas pela grande pacincia e compreenso no decorrer deste

    trabalho.

  • RESUMO

    Este trabalho foi motivado pela importncia de realizar um estudo das emisses

    veiculares em frotas cativas com motorizao a diesel, associado ao plano de manuteno

    preditiva. Esta modalidade de manuteno engloba tcnicas destinadas a atender a crescente

    exigncia do mercado em reduzir custos de manuteno pelo aumento da confiabilidade dos

    diagnsticos, o que fez crescer o interesse pelos sistemas automatizados de manuteno

    preditiva nos motores a diesel, impedindo que problemas de rotina possam evoluir at se

    transformarem em situaes graves, solucionveis apenas com reparaes complexas e

    dispendiosas, esta Manuteno Centrada em Confiabilidade, ser a metodologia que far com

    que o objetivo seja atingido; alm de manter os veculos regulados quanto ao consumo de

    combustvel e emisso de poluentes. Para isso, estimaram-se melhorias tcnicas capazes de

    penetrar no mercado automotivo e de conferir, nas frotas cativas, os ndices de emisso de

    opacidade dos veculos, sendo isso relacionado diretamente s condies do leo lubrificante,

    possibilitando a reduo de custos de manuteno, contribuindo de forma considervel com as

    emisses de poluentes e uma melhoria no ar das grandes metrpoles. Esse critrio foi adotado

    e implementado, em 241 nibus sendo produzido um diagnstico das possveis falhas atravs

    da correlao entre a caracterizao dos leos lubrificantes usados e a anlise de opacidade,

    tendo como objetivo o auxlio na deteco e soluo de falhas, visando manuteno dos

    subsistemas segundo os critrios de projeto. Por ser esta uma metodologia dedutiva na

    determinao de potenciais causas de falhas, foi automatizada para a implementao de um

    sistema de manuteno preditiva; para esse fim foi utilizado nesse estudo uma unidade mvel

    equipada com um opacmetro e um kit para coleta e analise do leo lubrificante; para a

    construo da rede de diagnsticos foi utilizado um programa de computador em plataforma

    Microsoft Office Access 2007, ferramenta fundamental para a criao de um banco de dados,

    este mtodo est sendo utilizado e implementado com sucesso nas sete empresas de nibus

    urbanos da cidade do Natal/RN, Brasil.

  • ABSTRACT

    This work was motivated by the importance of conducting a study of vehicle

    emissions in captive fleets with diesel engine, coupled with the predictive maintenance plan.

    This type of maintenance includes techniques designed to meet the growing market demand to

    reduce maintenance costs by increasing the reliability of diagnoses, which has increased

    interest in automated predictive maintenance on diesel engines, preventing problems that

    might evolve into routine turn into serious situations, solved only with complex and costly

    repairs, the Reliability Centered Maintenance, will be the methodology that will make our

    goal is reached, beyond maintaining the vehicles regulated as fuel consumption and

    emissions. To Therefore, technical improvements were estimated capable of penetrating the

    automotive market and give the inshore fleet emission rates of opacity of the vehicles, being

    directly related to the conditions of the lubricating oil thus contributing to reducing

    maintenance costs by contributing significantly to emissions of pollutants and an

    improvement in the air in large cities. This criterion was adopted and implemented, em 241

    buses and produced a diagnosis of possible failures by the correlation between the

    characterization of used lubricating oils and the analysis of opacity, with the objective of the

    aid the detection and solution of failures for the maintenance of sub-systems according to

    design criteria, and for this to be a deductive methodology to determine potential causes of

    failures, has been automated to implement a predictive maintenance system for this purpose

    was used in our study a mobile unit equipped with a opacimeter and a kit for collection and

    analysis of lubricating oil and the construction of the network diagnostics, we used a

    computer program in Microsoft Office Access 2007 platform tool is indispensable for creating

    a database data, this method is being used and successfully implemented in seven (7) bus

    companies from the city of Natal (RN) Brazil.

  • SUMRIO

    1 INTRODUO ....................................................................................................................17

    1.1 Apresentao.......................................................................................................................17

    2 FUNDAMENTOS TERICOS.............................................................................................24

    2.1 Poluio (breve histrico). .................................................................................................24

    2.2 Emisses de veculos. ........................................................................................................28

    2.2.1 Poluio com motorizao diesel.....................................................................................28

    2.2.2 Testes de performance. ...................................................................................................30

    2.3 Princpio de funcionamento de registradores de opacidade ...............................................31

    2.4 Mtodo de anlises do teste de opacidade. ........................................................................36

    3 MOTOR DIESEL..................................................................................................................38

    3.1 Funcionamento....................................................................................................................38

    3.2 Processo de combusto.......................................................................................................39

    3.3 Sistemas de injeo.............................................................................................................40

    4 PROPRIEDADES DOS LEOS LUBRIFICANTES...........................................................45

    4.1 Classificao dos leos lubrificantes..................................................................................45

    4.2 Componentes.......................................................................................................................48

    4.3 Tipos de viscosmetros. ......................................................................................................53

    4.4 Contaminao......................................................................................................................53

    5 MANUTENO PREDITIVA.............................................................................................55

    6 CONCEITOS ESTATSTICOS.............................................................................................59

    6.1 Amostragem........................................................................................................................59

    6.2 Representaes grficas de distribuies de frequncias....................................................59

    7 ESTADO DA ARTE. ............................................................................................................62

    8 METODOLOGIA EXPERIMENTAL..................................................................................65

    8.1 Descrio do experimento...................................................................................................65

    8.2 Instrumentos........................................................................................................................66

    8.3 Procedimento de operao do opacmetro..........................................................................67

    8.4 Medidor de velocidade angular do motor (RPM) (KTT)....................................................67

    8.5 Sensor de temperatura termopar.........................................................................................68

    8.6 Procedimento experimental.................................................................................................69

    8.7 Coleta de leo lubrificante..................................................................................................70

    8.8 Descrio do Kit de anlise de leo lubrificante.................................................................70

  • 9 RESULTADOS E DISCUSSES.........................................................................................85

    10 CONCLUSO.....................................................................................................................90

    11 REFERNCIAS...................................................................................................................94

    APNDICES.............................................................................................................................98

    Apndice 01 - Procedimentos para o teste de viscosidade dos leos lubrificantes...................98

    Apndice 02 - Valores de opacidades de motores para estudo estatstico..............................100

    Apndice 03 - ndices de falhas relatadas no banco de dados................................................104

    Apndice 04 chek list e relatrios da anlise de opacidade.................................................107

    ANEXOS................................................................................................................................113

    Anexo 01 - Anexo da Resoluo CONAMA n 251/99.........................................................113

    Anexo 02 - Certificado de calibrao opacmetro..................................................................114

    Anexo 03 - Especificaes tcnicas dos equipamentos..........................................................115

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1: Revoluo industrial na Europa ................................................................................24

    Figura 2: Cidade de Cubato SP dcada de 1980..................................................................24

    Figura 3: Configurao mundial dos pases que aderiram ao Protocolo de Kioto ...................27

    Figura 4: Poluio atmosfrica.................................................................................................28

    Figura...