Influência do fio esmaltado nos retornos em garantia de motores elétricos

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Estudo estatistico da incidencia de falhas em enrolamentos pelo fio esmaltado

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1. 1 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasINFLUNCIA DO FIO ESMALTADO NOS RETORNOS EM GARANTIA DE MOTORES ELTRICOS.Trabalho da cadeira EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas apresentado no PECE Programa de Educao Continuada da Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, para avaliao de aproveitamento do cursoCadeira: EQ-006 Professor: Dr. Gilberto F. M. de Souza. Aluno: Marcelo Gandra Falcone.So Paulo 2003 2. 2 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasRESUMOO presente trabalho visa avaliar o aproveitamento na cadeira EQ-006 Confiabilidade em Produtos e Sistemas do PECE - Programa de Educao Continuada da Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, ministrada pelo Professor Dr. Gilberto F. M. de Souza. Alm disto o trabalho pretende sugerir de maneira simples, para no especialistas, conceitos de Vida e Confiabilidade em motores eltricos de induo, para ser aplicado como uma das ferramentas de gesto de manuteno na tendncia das exigncias de mercado ou conhecimento de partes de sistemas que utilizam este tipo de acionamento eletromecnico. O trabalho procura agregar coerncia e uniformidade de valores nas partes interessadas, para uso didtico ou profissional. 3. 3 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasABSTRACTThe present paper seeks to valuation in the discipline EQ-006". Reliability in Products and Systems" of PECE - Program of Continuous Education of the Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, learned by the Teacher Dr. Gilberto F. M. of Souza. Besides the paper intends to suggest in a simple way, for no specialists, concepts of End-Of-Life and Failure in electric motors of induction, to be applied as one of the tools of maintenance administration in the tendency of the market demands or knowledge of parts of systems that use this type of electrical machine. The present paper made analyses of wire influence in the returns in warranty of electric motors. 4. 4 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasSUMRIO 1- INTRODUO................................................................................................. 05 2- CONCEITOS..................................................................................................... 06 2.1. Conceitos Gerais............................................................................................... 06 2.2. Confiabilidade em motores eltricos................................................................. 07 2.2.1 Conjunto mquina (motor).............................................................................. 08 2.2.2 Tampas............................................................................................................ 09 2.2.3 Mancais .......................................................................................................... 10 2.2.4 Rotor............................................................................................................... 10 2.2.5 Estator............................................................................................................. 11 2.2.6 Enrolamento.................................................................................................... 11 2.3. Cuidados durante a fabricao/manuteno...................................................... 12 2.3.1 Os defeitos das partes mecnicas.................................................................... 12 2.3.2 Os defeitos do processo de bobinagem........................................................... 13 2.3.3 Produto Acabado............................................................................................. 13 2.4. Vida til Efetiva dos Motores eltricos............................................................ 13 2.5. Curva de Vida do Fio Esmaltado.......................................................................14 3- ESTUDO DE CASO ......................................................................................... 16 3.1. Levantamento de dados. .................................................................................. 16 3.2. Anlise preliminar das falhas............................................................................. 19 3.3. Anlise das falhas e comportamento das mesmas...............................................20 3.4. Taxa de falhas no motor de induo....................................................................21 3.5. Distribuio de falhas e confiabilidade do motor de induo..............................21 3.6. Estudo da confiabilidade do enrolamento............................................................24 3.7. Estudo da confiabilidade do fio esmaltado no enrolamento................................27 4- CONCLUSES.................................................................................................. 30 5- BIBLIOGRAFIA.................................................................................................32 5. 5 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasINFLUNCIA DO FIO ESMALTADO NOS RETORNOS EM GARANTIA DE MOTORES ELTRICOS. 1- INTRODUO O objetivo deste trabalho analisar os retornos em garantia de motores eltricos de induo atravs de uma coleta de dados e anlise estatstica, a influncia do fio esmaltado no subsistema chamado isolao. O efeito pratico sobre isto se recai sobre o fato dos motores eltricos serem o principal meio de acionamento de equipamentos industriais ou domsticos e atravs dos estudos deste trabalho poderemos sugerir de maneira simples, para no especialistas, conceitos de Vida e Confiabilidade em motores eltricos de induo, que podem ser aplicados como uma das ferramentas de gesto de manuteno na tendncia das exigncias de mercado ou para conhecimento de partes de sistemas que utilizam este tipo de acionamento eletromecnico. A nfase do trabalho recai sobre os motores assncronos de induo, particularmente os de pequeno e mdio portes, pois so os mais encontrados. Eles podem ser monofsicos ou polifsicos, de rotor bobinado ou rotor em gaiola, de aplicaes domsticas ou industriais. A quantidade de motores de induo to grande em relao aos de corrente contnua, aos sncronos e aos especiais que, provavelmente, eles atinjam 95% ou mais dos motores instalados na indstria. Eles so de construo mais simples, robustos e seguros, e menos suscetveis s agresses do meio ambiente, principalmente os de rotor em gaiola. Mas nem por isso deixam de necessitar de certos cuidados: a) por cuidados iniciais entende-se um conjunto de verificaes para concluir se o motor est adequado e apto a ser instalado e executar os servios a que se destina, tais como potencia, tenso, freqncia, grau de proteo, efeitos de armazenamento (lubrificao, umidade, contaminao), instalao eltrica (cablagem, chaves, reles de proteo, supervisrio, inversores, conversores, etc.), acoplamento, etc.; b) por requisitos ambientais entende-se as verificaes do local onde o motor ser instalado quanto temperatura, presso e agressividade qumica e mecnica do meio ambiente, visando tanto a proteo do equipamento quanto a segurana, do ponto de vista eltrico e mecnico das pessoas que trabalham com ele. preciso verificar tambm o inverso, ou seja, o quanto o motor agride o ambiente com emisso de gases, vapores, rudos e vibraes. Neste ponto, os motores eltricos so os mais favorveis e, dentre eles, destacam-se os motores de induo, que, quando bem projetados e construdos apresentam baixssimo nvel de vibrao e tolervel nvel de rudo para a maioria das aplicaes; c) por manuteno peridica entende-se uma srie de operaes a que deve ser submetido o motor, para que tenha sua durabilidade estatisticamente prolongada, ou seja, para que a probabilidade de vida til seja aumentada. Pode ser do tipo preditiva, preventiva ou corretiva, tudo depende do custo benefcio, que deve ser analisado em funo do custo de manuteno e do preo de aquisio do motor. 6. 6 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasNo podemos esquecer que motores eltricos so mquinas rotativas e os mancais (rolamentos ou deslizamento) so componentes de desgaste (vida curta comparada aos demais componentes, ou seja, por volta de 12.000 horas enquanto o resto dos componentes tem vida estimada por volta de 80.000 horas)Estes itens lembram um pouco o que se costuma fazer com o atleta que candidato a uma competio ou campeonato. O item "a" seria o exame mdico inicial, o "check-up" a que submetido antes da convocao, para verificar suas possibilidades.O item "b" corresponderia ao exame tcnico das condies das pistas, dos campos e do rigor e exigncias da competio. E o item "c" pode lembrar as concentraes ou internaes peridicas, de um ou alguns dias, em uma clnica especializada para tratamento, relaxamento e retomada da plena forma fsica e mental. Acreditamos que estes trs itens, se bem conduzidos, podem garantir o sucesso, no s do motor, mas tambm de quem cuida dele. Estes cuidados afetam diretamente a Confiabilidade e a Vida do motor. Veremos na parte experimental que o numero de falhas precoces por problemas de especificao e falta de cuidados iniciais bastante acentuado.2. CONCEITOS 2.1 Conceitos Gerais As partes estruturais de um motor, como carcaa, ncleos magnticos (pacote), tampas, caixas de ligao, eixo e o barramento da gaiola, desde que bem cuidadas e usadas dentro das especificaes, tm vida muito longa. S abordaremos aqui os motores eltricos de baixa tenso, at 600 V. Costuma-se dizer que, se no houvesse acidentes, estas partes consideradas estruturais seriam praticamente eternas, coisa que no ocorre com escovas e mancais (sejam de rolamento ou de escorregamento), que so denominados componentes de desgaste e, portanto, renovveis periodicamente. Assim, o grande limitador de vida do motor eltrico o enrolamento, ou melhor, a isolao do enrolamento, tanto dos condutores (fios) entre si, como daqueles para a massa. Os fatores limitantes da vida do isolante so de natureza qumica, mecnica, eltrica e trmica. Os agentes qumicos/ambientais: podem ser de natureza gasosa, lquida ou slida e de altitude (presso atmosfrica). Atacam o material isolante, destruindo-o em pouco tempo ou diminuindo lentamente suas caractersticas (seu poder dieltrico). O isolante acaba sendo perfurado, devido ao potencial eltrico a ele aplicado. A gua um agente pernicioso, no por si s, mas porque dissolve sais e outras substncias que vo agir de maneira malfica sobre o isolante. Os agentes mecnicos: dentre os que afetam a isolao, destacam-se os choques e as vibraes provocadas pelo prprio motor (desbalanceamento) ou transmitidas ao mesmo pelas estruturas externas. Outro agente mecnico a eroso causada por ps-abrasivos lanados pelo ventilador. 7. 7 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasAs aes trmica e eltrica sobre os isolantes so temas excessivamente longos e complexos para serem tratados neste trabalho. Portanto, o que estamos apresentando apenas um resumo do que interessa, de um ponto de vista prtico.Os agentes trmicos: pode-se construir um motor quase perfeito no que diz respeito proteo contra p, gua, agentes mecnicos e qumicos, e utiliz-lo sem sobrecargas em um local extremamente limpo. Porm, impossvel proteg-lo contra o agente trmico (temperatura de funcionamento). Contra este mal no h remdio: nenhuma isolao eterna. Todo motor apresenta perdas de potncia (Watts) internamente. Essas perdas se transformam em calor que aquece o enrolamento, produzindo uma elevao de temperatura em relao ao ambiente, pois sem isso, o calor no se escoaria para fora do motor. A elevao de temperatura possui efeito pernicioso sobre os isolantes: o fenmeno denominado envelhecimento trmico do dieltrico, onde o material de isolao perde lentamente seu poder dieltrico. O isolante acaba sendo rompido (perfurado), deixando passar corrente em algum ponto (curto-circuito entre condutores ou para a massa), de tal modo que, se no houver uma proteo de ao rpida, as conseqncias podem ser desastrosas, com estouros, fuso de condutores e at fuso parcial do pacote de chapas magnticas. claro que, se a temperatura de funcionamento for muito elevada, em funo de sobrecargas ou devido ao projeto ou construo inadequados, o enrolamento pode se queimar rapidamente, muito antes do que ocorreria pelo fenmeno de envelhecimento trmico, que , por natureza, um fenmeno lento. Estes casos so denominados queima acelerada e no envelhecimento trmico. Enfim, pelo fato de a temperatura ser um fator limitador inexorvel, os motores (tanto os abertos como os blindados) so projetados com sistema de dissipao (ventilao), adequado para que a elevao de temperatura esteja de acordo com o isolante utilizado. Para se ter uma idia da grande importncia da temperatura na vida de um enrolamento, bom lembrar que apenas 10C a mais de temperatura de funcionamento pode reduzi-la metade. Por exemplo: se o isolante utilizado bom para suportar uma temperatura contnua de 120C, durante uma vida prevista de quatro anos, no se deve esperar mais que dois anos de funcionamento se ele for submetido a 130C.Os agentes eltricos: a sobretenso eltrica (tenso eltrica muito acima da nominal), que pode ocorrer tanto de forma contnua (mais raro) como em forma de pulsos provocados por oscilaes na linha ou at por origem de descargas atmosfricas (raios). O potencial eltrico aplicado ao isolante poder ser de tal valor que ultrapasse o limite do poder dieltrico do material, perfurando-o e provocando o curto-circuito.2.2 Confiabilidade em motores eltricos. Como mencionado na introduo para um motor eltrico operar com sucesso sem falhas durante um perodo necessrio que ele seja especificado corretamente para a utilizao, nos requisitos de ambiente fsico que envolve o equipamento, manuteno adequada, instalao, operao, operador. Uma vez estabelecido os conceitos de adequao e aderncia as especificaes, definimos que confiabilidade de um motor eltrico a probabilidade do mesmo operar sem apresentar falhas por um perodo especifico, por exemplo, operar sem falha alguma entre paradas programadas para re-lubrificao ou troca de rolamentos. 8. 8 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasAbaixo na figura 1 podemos ver um desenho esquemtico de um motor :Figura 1 Desenho esquemtico de um motor, retirado do livro Mquinas de Corrente Alternada, de Alfonso Martignoni, pgina 311.2.2.1 Motor Como podemos ver na figura um motor eltrico constitui-se basicamente de : Estator; Enrolamento; Rotor; Tampas; Mancais; O conjunto motor eltrico tem como principais falhas (falhas mais comuns): Motor no arranca (no parte, ou no vira) Vibrao ou rudo Perda de potencia ou velocidade Aquecimento 9. 9 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasNa prxima pagina veremos na figura 2 uma tabela com as principais falhas e causas possveis 10. 10 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasFigura 2 Tabela retirada da apostila motores de induo volume II, Ensaios e Defeitos, de Aureo Gilberto Falcone e Marcelo Gandra Falcone, pagina 35. 2.2.2 Tampas Constitudas normalmente de: Tampa mancal principal (L.A. e L.O.A.); Tampinha externa do alojamento do mancal (L.A. e L.O.A.); Tampinha interna do alojamento do mancal (L.A. e L.O.A.). O conjunto das tampas tem como principais falhas (falhas mais comuns): Quebra ou deformao mecnica dos rebaixos; Ovalizao; Desgaste criando folgas excessivas; Quebras ou deformao.2.2.3 Mancais: Normalmente so: Buchas de deslizamento ou Rolamentos. O conjunto mancais tem como principais falhas (falhas mais comuns): Desgaste; Vibrao ou rudo; Oxidao; Falhas de lubrificao.2.2.4 Rotor: Como podemos ver na figura 3 um rotor constitui-se basicamente de: Eixo; Ncleo Magntico; Barramento; Anis de curto circuito. 11. 11 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasFigura 3 Desenho esquemtico de um rotor, retirado do livro Mquinas de Corrente Alternada, de Alfonso Martignoni, pgina 185. O conjunto rotor tem como principais falhas (falhas mais comuns): Quebra ou deformao mecnica do eixo; Vibrao ou rudo magntico proveniente de ncleo solto; Abertura de solda ou fundio dos anis de curto; Soltura dos pesos de Balanceamento Abertura ou rompimento de barras Desgaste dos colos de mancais. 2.2.5 Estator: Como podemos ver na figura 4 um estator constitui-se basicamente de : Carcaa; Ncleo Magntico; Caixa de Bornes; Enrolamento;Figura 4 Desenho esquemtico de um motor, retirado do livro Mquinas de Corrente Alternada, de Alfonso Martignoni, pgina 23. O conjunto estator tem como principais falhas (falhas mais comuns): Quebra ou deformao mecnica da carcaa ou ps / falhas dimensionais Vibrao ou rudo magntico Mau contato/quebra nos bornes Falhas de enrolamento2.2.6 Enrolamento Como podemos ver na figura 5 um Enrolamento constitui-se basicamente de : Condutores(fio esmaltado); Cunha de fechamento (esteca); Filme isolante para massa e entre camadas; Verniz; 12. 12 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasFigura 5 Ilustrao de enrolamento retirada da apostila motores de induo volume II, Ensaios e Defeitos, de Aureo Gilberto Falcone e Marcelo Gandra Falcone, pagina 35. O conjunto do enrolamento tem como principais falhas (falhas mais comuns): Ruptura do isolamento entre bobina e chapa do ncleo do estator; Variao na resistncia; Solda aberta; Curto entre espiras; Curto entre fases; Condutor cortado ou interrompido; Isolamento danificado (trinca, fissuras) Protetor trmico danificado Fuga do protetor para o enrolamento Isolamento envelhecido por ao trmica;2.3 Cuidados durante a fabricao e/ou manuteno: A implementao de inspees, testes e ensaios durante o processo de fabricao ou manuteno visam o aumento da confiabilidade. A eficincia dos produtos na fabricao ou na manuteno extremamente necessria e inevitvel para atingir ndices de qualidade (evitar retrabalho) e evitar falhas precoces. 2.3.1 Os defeitos das partes mecnicas (carcaa, ncleos magnticos, tampas, tampinhas e eixo) podem apresentar so: Dimensionais em geral: Tolerncias de ponta de eixo; Tolerncias de rasgo de chaveta; Tolerncias de chavetas; Tolerncias e centralizao de colos de mancais; Tolerncias e centralizao dos rebaixos, furao dos ps e altura at o centro da carcaa; Tolerncias e centralizao de cubos das tampas; Tolerncias e centralizao de rebaixos das tampas; Tolerncias e centralizao do assento de mancais; Folga de tampinhas internas e externas. 13. 13 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasInspeo durante a fabricao de acordo com desenhos (dimensional). Solda: Conformidade/Continuidade; Bolhas; Respingo. Inspees: Visual; Liquido penetrante. Fundidos: Bolhas; Fissuras. Inspeo por lquido penetrante aps usinagem. Ncleo magntico: Dimensional, Perdas; Fixao. Inspeo por alicate de perdas e dimensional padro Balanceamento: Vibrao. Inspeo feita no prprio processo. 2.3.2 Os defeitos do processo de bobinagem: Choque (mau isolamento entre bobina e chapa do estator), variao na resistncia, solda mal feita, ligaes invertidas, sentido de rotao errado, curto entre espiras, fio fora da ranhura, curto entre fases, foi cortado ou interrompido, ligao errada, isolamento dobrado, isolamento danificado, protetor trmico danificado, fuga do protetor para o enrolamento. Os testes que so realizados esto descritos abaixo e esto na ordem de execuo: Medio de resistncia hmica; Teste de tenso aplicada AC (Hipot AC); Teste de tenso aplicada DC (Hipot DC); Teste de Surto Eltrico (Surge Test); Teste de protetor trmico; Teste do sentido de rotao. 2.3.3 Produto acabado Aps a montagem os ensaios de rotina que devem ser executados para verificao da conformidade do produto com a especificao: Ensaio de Verificao da resistncia hmica Ensaio de Resistncia de Isolao Ensaio de determinao do ndice de polarizao Ensaio de Tenso suportvel Ensaio em Vazio Ensaio de Rotor bloqueado Ensaio de Pintura Verificao Visual final 14. 14 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas2.4 Vida til efetiva dos motores eltricos: Conforme mostrado at aqui, as causas e influncias que do origem ao envelhecimento do sistema isolante dos motores de induo, so mltiplas. Envelhecimento significa uma mudana nociva capacidade de isolar do sistema isolante. A natureza desta mudana pode ser muito variada. As propriedades de um sistema isolante, as quais so influenciadas pelo envelhecimento, dependem do tipo de esforo (stress) e do tipo de material que est sendo usado. Os esforos que produzem envelhecimento, chamados de fatores de envelhecimento, podem ser divididos normalmente em quatro tipos bsicos: Eltricos, trmicos, mecnicos e qumicos, como j vistos neste trabalho. A falha efetiva do sistema isolante significa o rompimento da rigidez dieltrica dos isolantes slidos, colocando em curto-circuito as partes energizadas. A vida til efetiva pode ser determinada medindo o tempo necessrio para o rompimento completo do dieltrico do sistema isolante. Fazendo isto em tempo real tornar-se-ia muito exaustivo, considerando que seja esperado uma durao normal de alguns anos. Por isto, o processo de envelhecimento normalmente acelerado em laboratrio de testes, para reduzir o tempo de vida. Isto feito usualmente aumentando a amplitude do tipo de um esforo (fator limitante da vida) sob estudo. Quando so disponveis dados suficientes de envelhecimento, aspectos estatsticos podem ser considerados. Acelerando o processo de envelhecimento para um dado tipo de esforo possvel que um outro tipo de esforo que tambm cause envelhecimento passe a ser dominante, ou ainda que as mudanas no processo de envelhecimento sejam no lineares em funo do aumento da amplitude do esforo. Desta forma, as extrapolaes devem ser feitas com muita prudncia, visto que podem conduzir a resultados errados. Os ensaios de envelhecimento, diante das dificuldades apresentadas, so validos para efeito comparativo, visto que nestes casos nenhuma extrapolao precisa ser feita e os materiais, mtodos e processos podem ser comparados em condies idnticas. Os sistemas isolantes, os quais so expostos a diversos fatores limitantes da vida podem, adicionalmente ao envelhecimento produzido por cada fator, experimentar o envelhecimento devido aos efeitos da sinergia. Os efeitos da sinergia so devidos interao entre os diferentes fatores limitantes. Portanto, a estimativa do tempo de vida til efetiva de um dado motor, em funo da multiplicidade de fatores limitantes, uma tarefa altamente complexa, onde interagem os efeitos devidos s variaes nos processos construtivos, aqueles em funo das reaes fsicoqumicas dos materiais isolantes envolvidos, a temperatura e todos os fatores ambientais relacionados com as contaminaes e umidade. Alm disso, em funo das inter-relaes entre os diversos fatores limitantes da vida, aparece o efeito da diminuio de tempo de vida em funo do aumento de componentes. Diversos modelos foram criados para representar o comportamento de cada fator limitante da vida e permitir avaliar o tempo de vida esperado. O clculo terico atravs da aplicao das equaes que governam os diversos fatores limitantes, em funo da complexidade, se no permite exatamente estimar a vida til esperada de forma absoluta, pelo menos permite tirar concluses comparativas valiosas, j que pode mostrar as tendncias esperadas para cada caso, como, o grande limitador de vida do motor eltrico o enrolamento, ou melhor, a isolao do enrolamento, tanto dos condutores (fios) entre si, como daqueles para a massa, a formulao esta associada ao comportamento deste, ou seja, neste trabalho iremos adotar como fator limitante de vida fio esmaltado. 15. 15 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas2.5 Curva de vida do fio esmaltado (fornecido pela Pirelli fios esmaltados) 16. 16 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas3. ESTUDO DE CASO 3.1 Levantamento de dados Utilizando os conceitos do curso EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas vamos fazer uma analise da confiabilidade do sistema no perodo de garantia, por meio da representao dos diagramas de bloco e de tabela de falhas. Os componentes bsicos que podem gerar falhas crticas no motor so: Estator; Enrolamento; Rotor; Tampas; Mancais.Estamos propondo um modelo com os componentes dispostos em srie conforme figura 6: MancalEstatorRotorEnroloTampasFigura 6 Componentes do motor dispostos em srie As falhas dos componentes acima so independentes e a confiabilidade Rs(t) do sistema motor dada por: , onde n=5. Subdividindo o sistema e analisando o Enrolamento temos: Os componentes bsicos que podem gerar falhas crticas no enrolamento so: Fio esmaltado; Papel isolante; Verniz. Eles atuam em modelo proposto na forma disposta conforme figura 7: Verniz Fio Esmaltado Isolante Para a parte experimental foi feito um levantamento atravs de um banco de informaes de unidades retornadas durante 42 meses. Neste banco de informaes constam as unidades produzidas e as unidades de retorno pelos clientes para analise de garantia. Todo motor que retorna sofre uma analise para verificao do tipo de falha, as causas possveis e se realmente garantia ou no. Foram anotadas 124 falhas para 2426 unidades produzidas correspondentes a estas falhas no perodo. 17. 17 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasTabela 1 tipo de falha e tempo at as falhas Problema Constatado rotor errado Mancal falha isolao Sobrecarga fora de norma Dimensional Dimensional mancal mica desconforme Dimensional Dimensional enrolado errado falha isolao sobrecarga mancal fundido Dimensional Dimensional pintura acabamento mancal fundido Dimensional mancais falha isolao Dimensional balanceamento falha isolao dimensional mancal mancal mancal fundido mancal fundido mancal falha isolao falha isolao montagem sobrecarga falha isolao dimensional falha isolao mancais torque baixo Falha isolao Torque baixo Falha isolao Falha isolao Falha isolaoCausa Constatada projeto do rotor montador operador cliente operador cliente especificao errada especificao errada especificao errada montador montador especificao errada especificao errada enrolador enrolamento operador cliente montagem levantamento errado especificao errada especificao especificao errada faltou oleo no cliente levantamento errado montador manuseio especificao errada flexo do rotor fio esmaltado motor encolheu ??? fornecedor de rolamento balanceamento instruo de uso operador cliente balanceamento fio esmaltado fio esmaltado montador especificao errada especificao errada especificao errada enrolador fornecedor de rolamento especificao errada comutador ( fornecedor) especificao errada operador cliente operador cliente especificao erradatempo de Uso tempo em Meses em horas 0,033 24 0,033 24 0,0333 24 0,0333 24 0,0333 24 0,0333 24 0,0333 24 0,0333 24 0,0333 24 0,25 180 0,25 180 0,25 180 0,333 240 0,333 240 0,5 360 0,5 360 0,5 360 0,5 360 0,5 360 0,5 360 0,5 360 0,5 360 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 1 720 18. 18 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemasmancal fundido mancal fundido Dimensional sobrecarga falha isolao tampinha oval falha isolao falha isolao fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos fixao dos polos falha isolao torque baixo mancal fundido falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao acabamento mancal mancal mancal falha isolao fixao dos polos sobrecarga falha isolao sobrecarga rotor errado mancal mancal mancal falha isolao falha isolao comutador falha isolao falha isolao sobrecarga comutador desgaste sobrecarga mancal mancal acabamento falha isolaomontagem montagem especificao errada operador cliente enrolador material / usinagem fio esmaltado fio esmaltado metodo metodo metodo metodo metodo metodo metodo metodo metodo metodo enrolador especificao errada montagem fio esmaltado fio esmaltado comutador ( fornecedor) fio esmaltado especificao errada lote rolamento lote rolamento lote rolamento montador metodo especificao errada enrolador operador cliente projeto do rotor lote rolamento lote rolamento lote rolamento fio esmaltado enrolador sobrecarga erro de estocagem contaminao operador cliente sobrecarga material / usinagem especificao errada lote rolamento lote rolamento especificao errada fio esmaltado2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 8 91440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 2160 2160 2160 2160 2160 2160 2880 2880 2880 2880 2880 2880 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 4320 4320 4320 5040 5040 5040 5760 5760 5760 5760 6480 19. 19 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemasfalta de fase falha isolao Mancal falha isolao falha isolao sobrecarga falha isolao falha isolao carto eletronico falha isolao baixa corrente falha isolao falha isolao mancal mancais falha isolao falha isolao mancal mancal fratura por fadiga falha isolao peas quebradas corrente alta Fuso de Barras Fuso de Barras corrente de campo corrente de arm.contator do cliente isolamente lote rolamento fixao dos polos fixao dos polos operador cliente contaminao contaminao especificao errada fixao dos polos especificao errada fio esmaltado sobrecarga rolamento montador fio esmaltado contaminao rolamento rolamento especificao errada material contaminao transporte especificao errada Pacote de chapas deteriorado Pacote de chapas deteriorado especificao errada especificao errada3.2 Anlise preliminar das falhas9 9 9 11 11 11 11 12 12 12 12 13 14 14 14 15 16 16 16 18 18 20 21 22 28 36 36n=2426numero de falhas= numero de falhas precoces(at 2 meses inclusive)= numero de falhas at 12 meses= numero de falhas at 24 meses= isolao= mancal= rotor= tampas= estator=124 66 108 121 38 27 16 14 296480 6480 6480 7920 7920 7920 7920 8640 8640 8640 8640 9360 10080 10080 10080 10800 11520 11520 11520 12960 12960 14400 15120 15840 20160 25920 25920% de falhas % rel de falhas 5,11% 100,00% 2,72% 53,23% 4,45% 87,10% 4,99% 97,58% 1,57% 30,65% 1,11% 21,77% 0,66% 12,90% 0,58% 11,29% 1,20% 23,39% 20. 20 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas3.3 Anlise das falhas e comportamento das mesmas no motor de induo: T=horas nr falhas 23,76 9 180 12 239,76 14 360 22 720 46 1440 66 2160 72 2880 78 3600 86 4320 89 5040 92 5760 96 6480 100 7920 104 8640 108 9360 109 10080 112 10800 113 11520 116 12960 118 14400 119 15120 120 15840 121 20160 122 25920 124Vemos um incremento inicial muito grande, o que pode indicar falhas precoces ou prematuras. Analisando a tabela 2 dos dados experimentais vemos um numero muito grande de falhas por erros de especificao (cliente comprou errado e quer que o fabricante resolva o problema) ou problemas de processo ( 29 falhas at 1440 horas 2 meses ) o que representa 19,35% do total de falhas apurados ou 44% das falhas consideradas precoces. Da podemos concluir a importncia do chamado anlise crtica de contratos requisito tpico de normas de Gesto da Qualidade. Tambm fica evidente o numero de falhas iniciais at 3 meses inclusive, 72 falhas = 58% das falhas, que so decorrentes principalmente da m analise de contratos de compra e venda e dos cuidados iniciais (um conjunto de verificaes para concluir se o motor est adequado e apto a ser instalado e executar os servios a que se destina, tais como potencia, tenso, freqncia, grau de proteo, efeitos de armazenamento, instalao eltrica, acoplamento, etc.) e dos chamados requisitos ambientais que entende-se as verificaes do local onde o motor ser instalado quanto temperatura, presso e agressividade qumica e mecnica do meio ambiente, visando tanto a proteo do equipamento quanto a segurana, do ponto de vista eltrico e mecnico das pessoas que trabalham com ele. 21. 21 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas3.4 Taxa de falhas no motor de induo: t=horas23,76 180 239,76 360 720 1440 2160 2880 3600 4320 5040 5760 6480 7920 8640 9360 10080 10800 11520 12960 14400 15120 15840 20160 25920t)=0,378788 0,066667 0,058392 0,061111 0,063889 0,045833 0,033333 0,027083 0,023889 0,020602 0,018254 0,016667 0,015432 0,013131 0,0125 0,011645 0,011111 0,010463 0,010069 0,009105 0,008264 0,007937 0,007639 0,006052 0,004784Fazendo uma anlise do comportamento da taxa de falhas acumulada ao longo do tempo vemos que ela obedece uma curva de Weibul com =0,5Cabe agora partir para uma quarta anlise de dados para determinar os parmetros de uma distribuio de Weibull que representam a distribuio dos tempos at a falha. 22. 22 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasA amostra tem 2426 elementos sendo que 124 apresentam falhas. 3.5 Distribuio de falhas e confiabilidade do motor de induo: 23. 23 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas 2426 motores em distribuio weibull -> N=2426 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71i/N+1 0,000412 0,000824 0,001236 0,001648 0,00206 0,002472 0,002884 0,003296 0,003708 0,00412 0,004532 0,004944 0,005356 0,005768 0,00618 0,006593 0,007005 0,007417 0,007829 0,008241 0,008653 0,009065 0,009477 0,009889 0,010301 0,010713 0,011125 0,011537 0,011949 0,012361 0,012773 0,013185 0,013597 0,014009 0,014421 0,014833 0,015245 0,015657 0,016069 0,016481 0,016893 0,017305 0,017717 0,018129 0,018541 0,018953 0,019365 0,019778 0,02019 0,020602 0,021014 0,021426 0,021838 0,02225 0,022662 0,023074 0,023486 0,023898 0,02431 0,024722 0,025134 0,025546 0,025958 0,02637 0,026782 0,027194 0,027606 0,028018 0,02843 0,028842 0,029254ln(1-F(t)) ln(-ln(1-F(t))) -0,00041 -7,7942052 -0,00082 -7,1008519 -0,00124 -6,6951806 -0,00165 -6,4072922 -0,00206 -6,1839423 -0,00248 -6,0014144 -0,00289 -5,8470572 -0,0033 -5,7133193 -0,00372 -5,5953296 -0,00413 -5,4897624 -0,00454 -5,3942455 -0,00496 -5,3070273 -0,00537 -5,2267776 -0,00579 -5,1524627 -0,0062 -5,0832628 -0,00661 -5,0185171 -0,00703 -4,9576853 -0,00744 -4,9003197 -0,00786 -4,8460451 -0,00827 -4,7945444 -0,00869 -4,7455468 -0,00911 -4,6988192 -0,00952 -4,6541598 -0,00994 -4,6113925 -0,01035 -4,5703627 -0,01077 -4,5309342 -0,01119 -4,492986 -0,0116 -4,4564103 -0,01202 -4,421111 -0,01244 -4,3870013 -0,01286 -4,3540033 -0,01327 -4,3220463 -0,01369 -4,2910663 -0,01411 -4,2610049 -0,01453 -4,2318089 -0,01494 -4,2034295 -0,01536 -4,1758218 -0,01578 -4,1489449 -0,0162 -4,1227606 -0,01662 -4,097234 -0,01704 -4,0723324 -0,01746 -4,0480259 -0,01788 -4,0242863 -0,0183 -4,0010877 -0,01872 -3,9784056 -0,01914 -3,9562174 -0,01956 -3,9345018 -0,01998 -3,913239 -0,0204 -3,8924102 -0,02082 -3,8719979 -0,02124 -3,8519856 -0,02166 -3,8323578 -0,02208 -3,8130998 -0,0225 -3,7941978 -0,02292 -3,7756387 -0,02334 -3,7574102 -0,02377 -3,7395005 -0,02419 -3,7218986 -0,02461 -3,7045939 -0,02503 -3,6875765 -0,02546 -3,6708368 -0,02588 -3,6543658 -0,0263 -3,6381549 -0,02672 -3,6221959 -0,02715 -3,606481 -0,02757 -3,5910028 -0,02799 -3,5757541 -0,02842 -3,5607281 -0,02884 -3,5459183 -0,02927 -3,5313185 -0,02969 -3,5169227t-to 180 180 180 239,76 239,76 360 360 360 360 360 360 360 360 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 2160 2160 2160 2160 2160 2160 2880 2880 2880 2880 2880 2880 3600 3600ln(t-to) 5,192957 5,192957 5,192957 5,479638 5,479638 5,886104 5,886104 5,886104 5,886104 5,886104 5,886104 5,886104 5,886104 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,677864 7,677864 7,677864 7,677864 7,677864 7,677864 7,965546 7,965546 7,965546 7,965546 7,965546 7,965546 8,188689 8,188689beta= interceptao= -6,71851 ln(eta)= =0,725588 -9,54731 0,388952 17,27333 31747747 24. 24 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas Curva Distribuio de Weibull0 4 4 2 6 2 4 8 9 2 5 1 5 9 4 4 9 2 2 4 4 1 8 6 56 10 10 51 51 51 51 51 98 98 98 98 63 45 89 89 61 92 75 57 08 39 73 -1 29 ,886 886 792 792 792 792 792 723 723 723 723 778 655 886 886 251 586 764 641 183 518 237 19 5 5, 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 7,2 7,2 7,2 7,2 7,6 7,9 8,1 8,1 8,5 8,6 8,7 9,0 9,2 9,3 9,6 5,-2Ln(-Ln(1-F(t)))-3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 Ln(t-to)Definimos a funo da confiabilidade como : t R(t ) exp onde: beta= eta=0,523682 2639125Portanto, para um perodo de garantia de 24 meses a confiabilidade do motor eltrico operando dentro das especificaes ser : R(t)= 0,997711803=99,77% Vamos partir para a anlise do enrolamento onde de acordo com a coleta de dados foi a parte do sistema que apresentou maior incidncia de falhas.3.6 Estudo da confiabilidade do enrolamento: 25. 25 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas Problema constatado falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolao falha isolaoCausa tempo de Uso tempo numero t)= Constatada em Meses em horas de falhas operador cliente 0,0333 24 1 0,041708 enrolamento 0,333 240 2 0,008342 manuseio 1 720 3 0,004167 fio esmaltado 1 720 4 0,005556 fio esmaltado 1 720 5 0,006944 fio esmaltado 1 720 6 0,008333 especificao errada 1 720 7 0,009722 enrolador 1 720 8 0,011111 comutador ( fornecedor) 1 720 9 0,0125 operador cliente 1 720 10 0,013889 operador cliente 1 720 11 0,015278 especificao errada 1 720 12 0,016667 enrolador 2 1440 13 0,009028 fio esmaltado 2 1440 14 0,009722 fio esmaltado 2 1440 15 0,010417 enrolador 2 1440 16 0,011111 fio esmaltado 3 2160 17 0,00787 fio esmaltado 3 2160 18 0,008333 comutador ( fornecedor) 3 2160 19 0,008796 fio esmaltado 3 2160 20 0,009259 montador 4 2880 21 0,007292 enrolador 5 3600 22 0,006111 fio esmaltado 5 3600 23 0,006389 enrolador 5 3600 24 0,006667 erro de estocagem 6 4320 25 0,005787 contaminao 6 4320 26 0,006019 fio esmaltado 9 6480 27 0,004167 isolamente 9 6480 28 0,004321 fixao dos polos 11 7920 29 0,003662 fixao dos polos 11 7920 30 0,003788 contaminao 11 7920 31 0,003914 contaminao 12 8640 32 0,003704 fixao dos polos 12 8640 33 0,003819 fio esmaltado 13 9360 34 0,003632 sobrecarga 14 10080 35 0,003472 fio esmaltado 15 10800 36 0,003333 contaminao 16 11520 37 0,003212 contaminao 18 12960 38 0,002932tempo em horasnumero de falhas 24 240 720 1440 2160 2880 3600 4320 6480 7920 8640 9360 10080 11520 12960t)= 1 2 12 16 20 21 22 26 28 31 33 34 36 37 380,041708 0,008342 0,016667 0,011111 0,009259 0,007292 0,006111 0,006019 0,004321 0,003914 0,003819 0,003632 0,003571 0,003212 0,002932 26. 26 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e SistemasTaxa de falhas 0,045nr de falhas / tempo0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 02000400060008000100001200014000tempo em horasFazendo uma anlise do comportamento da taxa de falhas acumulada ao longo do tempo vemos que ela obedece caractersticas de uma curva Lognormal com mLn(x)=0 e S=1, conforme pgina 40 da Apostila do PECE, verso segundo bimestre de 2003 do Prof. Dr. Gilberto F. M. de Souza na cadeira EQ006-Confiabilidade de Produtos e Sistemas. Cabe agora partir para uma anlise de dados feita no Excel para determinar os parmetros de uma distribuio Lognormal que representam a distribuio dos tempos at a falha. Na amostra de 2426 elementos analisada partir do item 3.1, identificamos 38 falhas que apresentam falhas de isolao ( enrolamento ). De posse da confiabilidade do enrolamento poderemos estabelecer uma comparao com o sistema uma vez que temos a confiabilidade do sistema e poderemos considerar:Estator Rotor Mancal TampasEnrolamento 27. 27 EQ-006 Confiabilidade de Produtos e Sistemas Estudo da confiabilidade i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38i/(n+1) invnormal 0,000412 -3,34461 0,000824 -3,14714 0,001237 -3,02665 0,001649 -2,93854 0,002061 -2,86869 0,002473 -2,81048 0,002885 -2,76053 0,003298 -2,71662 0,00371 -2,67741 0,004122 -2,6419 0,004534 -2,60945 0,004946 -2,57955 0,005359 -2,55179 0,005771 -2,52585 0,006183 -2,50151 0,006595 -2,47859 0,007007 -2,45687 0,00742 -2,43628 0,007832 -2,41667 0,008244 -2,39794 0,008656 -2,38 0,009068 -2,36281 0,009481 -2,3463 0,009893 -2,33038 0,010305 -2,31505 0,010717 -2,30024 0,011129 -2,28592 0,011542 -2,27205 0,011954 -2,2586 0,012366 -2,24556 0,012778 -2,23288 0,01319 -2,22055 0,013603 -2,20856 0,014015 -2,19687 0,014427 -2,18548 0,014839 -2,17435 0,015251 -2,1635 0,015664 -2,15288ln(t) invnormal 3,18 -3,34 5,48 -3,15 6,58 -3,03 9,06 -2,22 9,06 -2,21 9,14 -2,20 9,22 -2,19 9,29 -2,17 9,35 -2,16 9,47 -2,15t 24 240 720 720 720 720 720 720 720 720 720 720 1440 1440 1440 1440 2160 2160 2160 2160 2880 3600 3600 3600 4320 4320 6480 6480 7920 7920 7920 8640 8640 9360 10080 10800 11520 12960ln(t) 3,177053 5,479638 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 6,579251 7,272398 7,272398 7,272398 7,272398 7,677864 7,677864 7,677864 7,677864 7,965546 8,188689 8,188689 8,188689 8,371011 8,371011 8,776476 8,776476 8,977146 8,977146 8,977146 9,064158 9,064158 9,144201 9,218309 9,287301 9,35184 9,469623mln(x)= inclin.= intercept= desvio padro dos ln(x)= var dos ln(x)= Sigma=admitir que F(x)=P(x