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Campo Grande - MS 2017
JACKSON ASSIS MACHADO
ALINHAMENTO DE ACOPLAMENTOS MECÂNICOS
JACKSON ASSIS MACHADO
ALINHAMENTO DE ACOPLAMENTOS MECÂNICOS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Anhanguera de Campo Grande, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em engenharia mecânica.
Orientador: Cesar Campos
Campo Grande - MS
2017
JACKSON ASSIS MACHADO
ALINHAMENTO DE ACOPLAMENTOS MECÂNICOS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Anhanguera de Campo Grande, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em engenharia mecânica.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Esp. Mauro Alves Chaves
Prof. Esp. Osvaldo da Silva Lopes Junior
Prof. Esp. Rafael Henrique de Oliveira
Campo Grande, 08 de dezembro de 2017
MACHADO, Jackson Assis. Alinhamento de Acoplamentos Mecânicos. 2017. 26p. Trabalho de Conclusão de Curso em Graduação em Engenharia Mecânica – Centro Universitário Anhanguera de Campo Grande, Campo grande, 2017.
RESUMO
Este trabalho trata da caracterização das técnicas e procedimentos utilizados na detecção do desalinhamento em acoplamentos mecânicos, seus efeitos, os métodos e equipamentos existentes para o alinhamento de acoplamentos e a importância desses procedimentos na indústria. O estudo foi desenvolvido a partir do método de pesquisa bibliográfica, onde foram reunidas informações advindas de artigos científicos, obras e estudos relacionados ao assunto. Os resultados mostram o quanto podem ser prejudiciais os efeitos causados pelo desalinhamento nos acoplamentos mecânicos, ressaltando a importância dos procedimentos de detecção do desalinhamento e de um correto alinhamento com técnicas precisas. Conclui-se que se mantendo adequadamente um controle das condições de trabalho desses elementos mecânicos, podem ser reduzidos consideravelmente os custos com manutenção, e prejuízos com quebras de equipamentos e paradas inesperadas na produção, dessa forma tornando o processo produtivo mais eficiente.
Palavras-chave: Acoplamentos mecânicos; Alinhamento a laser; Desalinhamento.
MACHADO, Jackson Assis. Alignment of Mechanical Couplings. 2017. 26p. Trabalho de Conclusão de Curso em Graduação em Engenharia Mecânica – Centro Universitário Anhanguera de Campo Grande, Campo grande, 2017.
ABSTRACT
This work deals with the characterization of the techniques and procedures used in the detection of misalignment in mechanical couplings, their effects, the existing methods and equipment for the alignment of couplings and the importance of these procedures in the industry. The study was developed from a method of bibliographical research, which gathered information from scientific articles, works and studies related to the subject. The results show how harmful the effects caused by misalignment in mechanical couplings may be, highlighting the importance of misalignment detection procedures and a correct alignment with precise techniques. It can be concluded that by properly maintaining a control of the working conditions of these mechanical elements, maintenance costs can be reduced considerably, as well as losses due to equipment breaks and unexpected production stoppages, thus making the production process more efficient.
Key-words: Mechanical couplings; Laser Alignment; Misalignment.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 7
1 ACOPLAMENTOS ................................................................................................... 9
1.1 TIPOS DE ACOPLAMENTOS ............................................................................... 9
1.1.1 Acoplamentos fixos ou rígidos............................................................................ 9
1.1.2 Acoplamentos elásticos ou flexíveis ................................................................. 10
1.1.3 Acoplamentos moveis ...................................................................................... 10
1.1.4 Acoplamentos Hidráulicos ................................................................................ 11
1.2 DESALINHAMENTO ENTRE EIXOS DE UM SISTEMA ACOPLADO ................ 11
1.2.1 Tipos de desalinhamentos................................................................................ 12
1.2.2 Efeitos do desalinhamento ............................................................................... 12
2 DETECÇÃO DO DESALINHAMENTO .................................................................. 14
2.1 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES ................................................................................. 14
2.1.1 Frequência de vibração .................................................................................... 14
2.1.2 Análise de espectro .......................................................................................... 15
2.1.3 Variáveis a serem medias ................................................................................ 16
2.2 TERMOGRAFIA .................................................................................................. 17
2.3 FERROGRAFIA .................................................................................................. 18
3 MÉTODOS DE ALINHAMENTO ............................................................................ 19
3.1 ALINHAMENTO COM RELÓGIO COMPARADOR ............................................. 19
3.2 RÉGUA E CALIBRADOR DE FOLGA ................................................................. 20
3.3 ALINHAMENTO A LASER .................................................................................. 21
3.3.1 Procedimentos de Alinhamento ........................................................................ 22
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................... 24
REFERÊNCIAS......................................................................................................... 25
7
INTRODUÇÃO
Um grande problema existentes hoje nas industrias, são os desgastes e
quebras prematuras em conjuntos mecânicos acoplados, a exemplo de conjuntos
moto bomba, moto geradores, redutores entre uma enorme variedade de sistemas
mecânicos que utilizam acoplamentos mecânicos. Esses defeitos acabam gerando
grandes prejuízos às empresas, seja na substituição dos equipamentos danificados,
ou nas paradas inesperadas da produção. A crescente busca das industrias por
eficiência produtiva, demanda cada dia mais, a usualidade de procedimentos e
técnicas que possam garantir maior confiabilidade e eficiência nos processos
produtivos, possibilitando manter todo o sistema produtivo em constante
funcionamento, sem perdas e prejuízos inesperados.
Essa demanda por confiabilidade, exige da engenharia, o domínio e
conhecimento dessa técnicas e procedimentos, para que possa ser possível essa
eficiência de maneira efetiva. Um dos maiores responsáveis por esses problemas, é
o desalinhamento nos acoplamentos desses sistemas mecânicos. Esse
desalinhamento, na maioria dos casos, é resultante de técnicas de montagem
inadequada no conjunto acoplado, que muitas vezes é executado por pessoal não
treinado, sem os conhecimentos necessários para um correto alinhamento do sistema.
Como solucionar a questão dos grandes prejuízos gerados às industrias com
quebras de maquinas e paradas inesperadas na produção devido a desalinhamentos
em maquinas rotativas, para que se tenha uma maior eficiência no processo
produtivo?
O objetivo deste trabalho é caracterizar as técnicas e procedimentos utilizados
no alinhamento de acoplamentos mecânicos e seus benefícios, tipos de equipamentos
existentes para efetuar o alinhamento e seus métodos de aplicação e os
procedimentos utilizados para a detecção do desalinhamento e a importância desses
procedimentos nas indústrias. Especificamente, objetiva-se:
Pesquisar os tipos de desalinhamentos em acoplamentos e seus efeitos;
Caracterizar os métodos existentes para a constatação do desalinhamento;
Caracterizar as técnicas existentes para o alinhamento de acoplamentos
mecânicos.
8
Quanto à metodologia, este estudo consiste em uma pesquisa bibliográfica, que
se caracteriza pela coleta de informações publicadas em artigos científicos e estudos,
em congressos ou periódicos científicos da área.
9
1 ACOPLAMENTOS
Acoplamento mecânico é um tipo de elemento de máquina constituído por um
conjunto mecânico com a função especifica de transmitir movimento de rotação e
torque entre dois eixos posicionados de forma concêntrica e colinear entre si
(BARBOSA, 2010).
Uma grande quantidade de diferentes tipos de acoplamentos está disponível
comercialmente, com variações que vão desde acoplamentos rígidos até os tipos mais
complexos que utilizam elastômeros especiais e até mesmo fluidos para transmitir o
movimento e torque de um eixo para outro (NORTON, 2013).
1.1 TIPOS DE ACOPLAMENTOS
Os acoplamentos podem ser classificados de acordo com sua forma
construtiva, existem vários tipos diferentes de acoplamentos, para diferentes tipos de
uso, que são adequados às aplicações especificas, que variam de acordo com o tipo
de equipamento a ser acionado, rotação de trabalho do equipamento, torque máximo
exigido, ciclo de trabalho, entre outros fatores que influenciam nas suas características
construtivas (AFFONSO, 2002).
As classificações dos acoplamentos podem ser divididas em quatro principais
tipos:
Acoplamentos fixos ou rígidos;
Acoplamentos elásticos ou flexíveis;
Acoplamentos moveis;
Acoplamentos hidráulicos.
1.1.1 Acoplamentos fixos ou rígidos
Os acoplamentos fixos têm a função de unir dois eixos de maneira que não haja
movimentação relativa entre eles, mantendo um preciso alinhamento entre os
mesmos, se comportando como se fosse um único eixo sem uniões, esse tipo de
acoplamento é muito utilizado em sistemas que trabalham com rotações relativamente
altas, a exemplo de turbinas a gás estacionarias e turbinas a vapor acopladas em
geradores de energia elétrica (PIOTROWSKY, 2010).
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A forma construtiva desse tipo de acoplamento, compreende várias formas
diferentes, podendo ser montados a partir de flanges fixadas por parafusos, por luvas
de compressão e também de discos ou de pratos.
1.1.2 Acoplamentos elásticos ou flexíveis
Esse tipo de elemento, transmite o movimento de forma mais suave, em
conjuntos mecânicos que tenham movimentos bruscos ou variações de carga
repentinas, proporcionando um amortecimento das vibrações, absorvendo choques e
sobrecargas.
Esse tipo de acoplamento tem a capacidade de trabalhas com certos níveis de
desalinhamento paralelo e angular entre os eixos do conjunto mecânico, absorvendo
essa diferença de alinhamento através da deformação do seu elemento de junção,
normalmente fabricado a partir de borrachas elastoméricas (HALL; HOLOWENKO;
LAUCHLIN, 1977).
Os acoplamentos flexíveis, são os tipos com maior utilização na indústria,
devido a essas características de aplicação e também por ser o tipo de acoplamento
de maior simplicidade para montagem.
1.1.3 Acoplamentos moveis
São utilizados em aplicações que seja necessário o movimento longitudinal
entre os eixos acoplados. Esse tipo de acoplamentos necessita que seja acionado
para que possa ser transmitido o movimento entre os eixos do conjunto mecânico,
pois trabalham com um sistema de engate e desengate do mesmo, podem ser de
garras ou dentes que são encaixados entre si (AFFONSO, 2002).
Esse elemento tem grande utilização em maquinas ferramentas convencionais,
como tornos mecânicos e fresadoras e furadeiras, como também em vários outros
tipos de mecanismo. Um exemplo muito comum desse tipo de acoplamento, está
presente nas caixas de câmbio de veículos automotores, onde é utilizado no
acoplamento e desacoplamento dos diferentes pares de engrenagens na execução
das tucas de marcha (PIOTROWSKY, 2010).
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1.1.4 Acoplamentos Hidráulicos
Os acoplamentos hidráulicos funcionam a partir de movimento hidrodinâmico
relativo, é constituído por dois rotores com aletas que trabalham como turbinas
direcionando o fluxo de óleo de um rotor para o outro (LAGO; GONÇALVES, 2006).
Esse tipo de acoplamento é característico pela não existência de contato direto
entre os dois rotores, tendo a transmissão de movimento e torque apenas pelo efeito
hidrodinâmico. Os acoplamentos hidráulicos também são conhecidos como
conversores de torque, pois no seu funcionamento, quando existe movimento relativo
entre os rotores, o fluxo e óleo é direcionado do rotor acionado para o rotor movido de
tal maneira que o torque é multiplicado em muitas vezes, e gradativamente vai
diminuindo conforme a velocidade dos dois rotores vão se equalizando, até que se
torne constante o torque de entrada com o torque de saída (BARBOSA, 2010).
Esses acoplamentos são comumente utilizados em veículos pesados que
exigem autos níveis de torque como tratores de esteira, e também em veículos que
utilizam transmissão automática, em função de suas características de funcionamento
(MATHIAS, 2011).
1.2 DESALINHAMENTO ENTRE EIXOS DE UM SISTEMA ACOPLADO
O desalinhamento entre os eixos de um conjunto mecânico acoplado, consiste
na não coincidência das linhas centrais dos dois eixos unidos, tendo um deslocamento
que pode ser paralelo ou angular, ou até mesmo uma combinação desses dois tipos
de desalinhamento. Essas irregularidades no posicionamento desses componentes,
acaba gerando esforços excessivos nos mancais e rolamentos do conjunto,
ocasionando quebras prematuras, e reduzindo muito o tempo entre falhas dos
equipamentos em questão (BLAABJER et al., 1995).
Para que funcione de maneira correta, os eixos devem estar concêntricos e
colineares um em relação ao outro, livre de qualquer desalinhamento, garantindo
assim um melhor desempenho do conjunto, e uma maior vida util.
12
1.2.1 Tipos de desalinhamentos
Nos conjuntos mecânicos acoplados, podem ocorrer dois tipos diferentes de
desalinhamento, ou mesmo uma combinação dos dois. Esses dois tipos de
desalinhamentos são: desalinhamento paralelo ou radial, e desalinhamento angular
(AFFONSO, 2002).
O desalinhamento paralelo, ocorre quando as linhas centrais dos dois eixos não
coincidem entre si, mesmo estando paralelamente alinhadas. Esse tipo de
desalinhamento pode ser causado por diferenças de altura entre as duas partes do
conjunto mecânico, mais comumente presente na parte acionadora, normalmente
motores elétricos (MATHIAS, 2011).
No desalinhamento angular, as linhas centrais dos dois eixos coincidem um
com o outro nas faces de encontro do acoplamento, porem sofre um deslocamento
angular ao longo de seu comprimento, desta maneira o conjunto acoplado não se
mantem colineares entre si (LAGO; GONÇALVES, 2006).
Em situações reais, o que normalmente ocorre, são situações onde essas duas
condições distintas ocorrem simultaneamente, formando uma combinação desses
dois tipos de desalinhamento, e não ocorrendo apenas um desses dois tipos de
desalinhamento isoladamente, no qual é denominado desalinhamento combinado ou
desalinhamento misto (PIOTROWSKY, 2010).
1.2.2 Efeitos do desalinhamento
Um conjunto mecânico acoplado com eixos desalinhados, pode gerar uma série
de problemas, os esforços concentrados nos conjuntos deslizantes como mancais e
rolamentos, tem sua vida útil totalmente comprometida, pois o desgaste nessas
condições de trabalho passa a ser muito acelerado (HALL; HOLOWENKO;
LAUCHLIN, 1977).
A vida útil dos rolamentos e mancais é significativamente afetada pelos
esforços a que são submetidos. Mesmo alguns fabricantes afirmando que seus
acoplamentos são capazes de absorves pequenos valores de desalinhamento,
estudos comprovam que pequenos níveis de desalinhamentos são suficientes para
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gerar concentrações de forças excessivas nos rolamentos, causando também a
abertura dos vedantes e retentores, permitindo o vazamento de lubrificante e
permitindo a entrada de contaminantes e partículas solidas, comprometendo assim o
funcionamento adequado das partes deslizantes (LAGO; GONÇALVES, 2006).
As forças excessivas que são geradas em um conjunto mecânico acoplado com
desalinhamento excessivo, podem causar empenamento nos eixos e devido a fadiga
acumulada no material, pode acabar evoluindo a situações mais extremas como a
quebra dos eixos ou até mesmo o próprio cubo do acoplamento, comprometendo
assim todo o sistema (MATHIAS, 2011).
Os níveis de ruído sob essas condições de desalinhamento, são sensivelmente
aumentados. Esse aumento do ruído gerado pelo equipamento se dá principalmente
em função da vibração causada pelo funcionamento irregular, que alcança valores
muito acima dos limites máximos aceitáveis (SILVA; CARVALHO; OLIVEIRA, 2010).
O desalinhamento pode causar superaquecimento nos acoplamentos do tipo
flexível, podendo causar o ressecamento nas partes de borracha, que são utilizados
para amortecer esforços (CERDEIRA et al., 2011).
Altos níveis de aquecimento são observados nos mancais e em suas
proximidades, as altas temperaturas também acometem de maneira notória os
elementos do acoplamento, como os dois cubos, elemento flexível e os elementos de
fixação (PIOTROWSKY, 2010).
Maquinas com acoplamentos desalinhados tem um impacto significativo no
aumento do consumo de energia elétrica das plantas industriais, gerando perdas que
elevam muito o custo operacional da indústria. Economias que variam de 2% a 17%
no consumo de energia elétrica, podem ser observados após o correto alinhamento
do conjunto mecânico acoplado (BLAABJER et al., 1995).
Estudos mostram que nas indústrias brasileiras, em virtude da cultura de
manutenção existente, onde não são normalmente consideradas as manutenções
preventivas e preditivas, as paradas de máquinas resultantes de problemas
relacionados ao desalinhamento de eixos, são superiores a 50%, e que cerca de 90%
das maquinas trabalham fora das recomendações mínimas de tolerâncias de
alinhamento (AFFONSO, 2002).
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2 DETECÇÃO DO DESALINHAMENTO
O processo de detecção do desalinhamento em conjuntos mecânicos
acoplados é um procedimento complexo e um tanto complicado, pois só é possível
ser observado através dos efeitos causados por esse desalinhamento no sistema
mecânico (BARBOSA, 2010).
Algumas técnicas para a detecção do desalinhamento são mais comumente
usas, dentre elas serão abordadas as principais a seguir.
2.1 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES
A análise de vibrações consiste na leitura, através de transdutores especiais,
dos espectros de frequência gerado pelo conjunto mecânico em funcionamento, e
posteriormente o tratamento e interpretação desses dados. Os padrões de vibração
encontrados são analisados, e de acordo com suas características é possível
identificar os defeitos específicos (ALLOCCA, 1984).
Com a técnica de análise de vibrações, é possível detectar vários tipos
diferentes de falhas em conjuntos mecânicos. As falhas mais frequentes que
correspondem a maioria das ocorrências são os desalinhamentos,
desbalanceamentos e defeitos em mancais e rolamentos (MATHIAS, 2011).
No processo de análise, o espectro de vibração do conjunto mecânico, é
possível identificar individualmente as características de vibrações e as condições de
cada elemento do conjunto. A deterioração da assinatura espectral é sinal de perda
de integridade do conjunto mecânico (BLAABJER et al., 1995).
2.1.1 Frequência de vibração
Frequência é a razão de recorrência de uma ocorrência cíclica, que é expressa
pela unidade Hz (ciclos por segundo). Normalmente pode ser expressa também em
ciclos de rotação como por exemplo o rpm (rotações por minuto), ou pelos múltiplos
da velocidade de rotação, ou harmônicos da frequência de rotação. Os harmônicos
são valores de frequência múltiplos da frequência de rotação (ALLOCCA, 1984).
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Toda máquina rotativa que possui um conjunto rotor e mancal pode ser
analisado pelas forças dinâmicas atuantes sobre eles, quando esse mecanismo está
em funcionamento. Situações existentes no mecanismo como desalinhamento,
desbalanceamento, má fixação, desgastes e até fadiga nos componentes do sistema,
causam vibrações particulares e características (AFFONSO, 2002).
O padrão de vibração mais comum acontece na faixa de frequência
correspondente a rotação do conjunto mecânico. Essa vibração proveniente da
frequência de rotação da máquina, normalmente é a parcela com maiores níveis de
amplitude, que se apresentam graficamente como picos tanto nas medidas em
velocidade como em deslocamento. As maiores amplitudes seguinte correspondem
aos harmônicos da frequência de origem que se baseia na rotação de trabalho
(BLAABJER et al., 1995).
Os harmônicos podem ser originados de alguns funcionamentos irregulares
como eventos cíclicos provenientes de desalinhamento do acoplamento ou
desbalanceamento do rotor, ou também por problemas nas fixações das bases do
mecanismo como pé manco (CERDEIRA et al., 2011).
2.1.2 Análise de espectro
A técnica de análise do espectro de frequências, que se baseia nos cálculos da
transformada de Fourier, consiste no processor de decomposição de series de ondas
sinusoidais que através dessa técnica é possível distinguir a frequência fundamental
e as subsequentes frequências e seus harmônicos contidos no sinal obtido pelos
transdutores. Esse conjunto de frequências formam o espectro da frequência de
vibração (SILVA; CARVALHO; OLIVEIRA, 2010).
O tratamento e transformação dos sinais obtidos pelos sensores transdutores
é feito de forma computacional. O sinal é inicialmente passado por filtros passa-banda
de faixa estreita e posteriormente é tratado e analisado por softwares específicos que
compara os padrões encontrados com os de registrados. A partir dessa comparação
de padrões, é possível identificar com grande precisão a real situação do equipamento
analisado, quais os componentes que apresentam falhas, e até mesmo predizer
quando o equipamento ira quebrar (ALLOCCA, 1984).
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2.1.3 Variáveis a serem medias
As forças que excitam vibrações no sistema, estão presentes em pontos
diferentes da máquina, com harmônicos distintos que geram determinados níveis de
deslocamento, velocidade e aceleração em função da amplitude e frequência da
vibração. O somatório de todos os diferentes harmônicos de frequência, dá origem a
um poli harmônico que se concentra nos mancais (NORTON, 2013)
O total dos constituintes harmônicos da vibração, podem ser divididos em
constituintes de baixa frequência e constituintes de alta frequência. São considerados
de baixa frequência os harmônicos de valores que alcançam até cinco vezes o valor
da rpm do eixo, e os harmônicos que ultrapassam esses valores, são considerados
de alta frequência (PIOTROWSKY, 2010).
Em um único movimento de vibração coexistem três diferentes parâmetros, que
são, deslocamento, velocidade e aceleração. Quando uma força é aplicada à um
ponto, o mesmo irá sofrer um deslocamento. A medida desse deslocamento pode ser
obtida pela distância entre os dois pontos limites da variação da posição da onda
gerada. A unidade mais utilizada para essa medida é µm (micrometro) (MATHIAS,
2011).
O parâmetro de deslocamento é o menos utilizado nas análises de vibração,
sendo eficiente somente nas faixas de rotação abaixo dos 600 rpm, em razão de que
a frequência produzida nessa faixa de rotação, gera pouca vibração para os
parâmetros de velocidade e aceleração, e a unidade utilizada é o µm (micrometro).
No parâmetro de velocidade, a faixa de aplicação se torna maior, atuando dos 10Hz
aos 1.000Hz, sendo o parâmetro de maior utilização na análise de vibrações, e sua
unidade é o mm/s. Já o parâmetro de aceleração tem sua aplicabilidade nas rotações
superiores aos 1.000Hz, sendo mais utilizado na identificação dos defeitos
relacionados as altas frequências de vibração, comumente ocorridos em engrenagens
e rolamentos de equipamentos que operam em regimes de altas rotações. Esse
parâmetro é medido em m/s² (MALDAGUE; MOORE, 2001).
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2.2 TERMOGRAFIA
A termografia é uma técnica que se registra imagens, definindo as diferenças
de temperaturas de um corpo a partir o espectro infravermelho, através dessas
imagens é possível identificar locais com temperaturas elevadas.
A análise termográfica é um método que permite gerar um perfil térmico de
forma gráfica, que é baseado na captação de radiação térmica que é emitida de forma
natural pelos corpos, gerando termogramas e medindo a temperatura em tempo real.
Essa técnica tem uma elevada relação custo-benefício, em função da economia que
esse procedimento pode gerar com a rápida identificação do problema se comparado
ao custo desse tipo de inspeção (SILVA, CARVALHO e OLIVEIRA, 2010).
A técnica da termografia se baseia na captura da radiação infravermelha que
os objetos emitem, fazendo possível a medição de temperaturas e a percepção de
padrões de calor distribuídos pelo objeto em um determinado sistema. A gama de
aplicação da termografia abrange as mais variadas áreas, como manutenção
industrial, medicina, militar entre outras (CORTIZO; BARBOSA; SOUZA, 2008).
A termografia atua detectando os perfis de temperatura na superfície analisada,
através do mecanismo de transferência de calor, visto que qualquer corpo que esteja
com sua temperatura superior ao zero absoluto, emite naturalmente radiação, em
consequência da agitação existente nos átomos e moléculas (CERDEIRA et al.,
2011).
O mecanismo da transferência de calor acontece em situações onde existem
diferenças nas temperaturas entre os corpos e também entre corpo e ambiente
através do processo da condução, convecção e radiação. A técnica da termografia se
baseia apenas na parte transferida de calor, através do fenômeno da radiação,
utilizando-se de sensores que podem captar o espectro de onda infravermelha
(MALDAGUE; MOORE, 2001).
A termografia aplicada em conjuntos mecânicos permite detectar problemas
gerados por atrito entre peças moveis causados por lubrificação deficiente ou
inadequada, assim como o desalinhamento nos eixos através do aquecimento nos
acoplamentos (NORTON, 2013).
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Essa técnica mostra algumas limitações na detecção do desalinhamento, pois
o calor gerado pelo elemento flexível do acoplamento e o calor vindo do motor elétrico,
acaba mascarando os resultados da análise, somente em casos mais severos de
desalinhamento onde o aumento da temperatura causado pelo desalinhamento, nos
mancais e rolamentos são mais expressivos (MENDONÇA, 2005).
2.3 FERROGRAFIA
A ferrografia é o estudo realizado a partir da análise do óleo lubrificante, a fim
de definir o percentual de partículas metálicas presentes no mesmo. Dessa forma é
possível avaliar o nível e o tipo de desgastes dos componentes móveis da máquina
ou equipamento a ser analisado (LAGO; GONÇALVES, 2006).
Essa técnica entra na classificação de manutenção preditiva, normalmente
utilizada em conjunto com outros processos como a análise de vibrações e a
termografia, no entanto a ferrografia possui aplicações que vão além da manutenção
preditiva, a exemplo de desenvolvimento de novos tipos de lubrificantes e também de
materiais mais resistentes ao desgaste (PHILLIPS; ROSENBERG, 1966).
A Ferrografia é um tipo de análise microscópica que identifica material
particulado proveniente de desgaste. Essa técnica foi inicialmente desenvolvida no
ano de 1971, sendo utilizada para precipitação magnética de partículas de material
ferroso oriundo de desgaste contido no óleo lubrificante. A técnica teve grande
sucesso na manutenção de motores aeronáuticos militares no monitoramento das
condições dos mesmos. Em consequência desse fato, ouve aperfeiçoamentos na
técnica para ser utilizado em outras aplicações, como por exemplo o desenvolvimento
de uma forma de precipitar o material particulado que não possui características
magnéticas e fluidos diferentes. Nos tempos atuais essa técnica ganhou grande e
importante utilização dentro das industrias, ajudando significativamente na
determinação das condições de desgaste das maquinas, assim orientando mais
precisamente as prioridades de manutenção (HOWSON, 1994).
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3 MÉTODOS DE ALINHAMENTO
Para qualquer máquina rotativa que trabalhe com acoplamentos de qualquer
tipo, é imprescindível que os eixos estejam dentro das faixas de tolerância de
alinhamento, de maneira que não respeitando essas tolerâncias, pode gerar muitos
problemas e defeitos precocemente no conjunto mecânico. Todos os tipos de
acoplamentos, permitem alguma faixa de desalinhamento, onde podem operam sem
o risco de falhas imprevistas. Mesmo trabalhando dentro dessa faixa aceitável, os
acoplamentos podem provocar flutuação de carga nos mancais e aumentam
consideravelmente o desalinhamento. Deste modo se faz necessário técnicas de
alinhamento capazes de propiciar ao conjunto acoplado um alinhamento com a maior
precisão possível (LAGO; GONÇALVES, 2006).
3.1 ALINHAMENTO COM RELÓGIO COMPARADOR
O alinhamento com relógio comparador, pode alcançar níveis de precisão na
casa dos centésimos de milímetro, sendo considerado uma técnica de boa precisão,
suficiente para a maioria das aplicações comuns encontradas nas indústrias
(NORTON, 2013).
O relógio comparador se trata de um instrumento medição de precisão que atua
no posicionamento relativo do seu eixo. O relógio comparador constituído por uma
carcaça cilíndrica com um mecanismo interno de precisão composto por uma
cremalheira ligada à haste de contato móvel, e um conjunto e engrenagens que se
conecta aos ponteiros de leitura que estão posicionados sobre uma escala com uma
resolução de 0,01mm. A escala do relógio pode ser rotacionado em relação ao
ponteiro, dessa forma propiciando o zeramento do instrumento em qualquer posição
possível. Uma volta completa do ponteira principal representa 1mm, que é mostrado
em um segundo ponteiro menor que completa uma volta a cada 10mm deslocados,
sendo esse o curso máximo do relógio comparador. A haste móvel do instrumento,
quando pressionada desloca o ponteiro no horário, e quando o mesmo retorna para
sua posição original, promove o deslocamento do relógio comparador no sentido anti-
horário (MATHIAS, 2011).
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No processo de alinhamento, os relógios comparadores são usados para
identificar a posição relativa das linhas centrais dos eixos. São fixados aos eixos a
partir de um suporte instalado no equipamento a ser alinhado. A haste móvel é então
posicionada de maneira a manter contato direto o eixo oposto ao de fixação, e a partir
desse ponto de contato é feito o zeramento do relógio (AFFONSO, 2002).
Nesse procedimento, são fixados nos eixos do equipamento a ser alinhado, os
relógios comparadores através de base magnética ou braçadeiras especiais. Os
relógios comparadores são instalados de forma a ficar com o corpo fixo a um lado do
acoplamento enquanto a ponta de contato fica apoiada na outra parte do mesmo.
Rotacionado manualmente o eixo, pode ser mensurado o desvio do veio central no
eixo a partir do deslocamento do ponteiro do relógio comparador, a partir dos valores
extraídos, é calculado o desvio angular e paralelo do conjunto acoplado. Em seguida
o desalinhamento é corrigido, instalando calços calibrados nas bases de fixação de
um dos componentes no conjunto mecânico, normalmente no motor elétrico. Após
essa correção, o processo é repetido até que se alcance o nível exigido de
alinhamento (BARBOSA, 2010).
Esta técnica de alinhamento por relógio comparador, é um processo de
execução relativamente lenta, necessitando de maiores períodos de tempo para
finalização, porem com profissionais com bom treinamento e experiência, é possível
alcançar ótimos resultados no alinhamento (LAGO; GONÇALVES, 2006).
3.2 RÉGUA E CALIBRADOR DE FOLGA
O alinhamento feito com régua e calibrador de folga é mais indicado para
maquinas rotativas que trabalham com rotações baixas, e que utilizam acoplamentos
de grande porte ou em situações que exijam uma intervenção paliativa de urgência no
equipamento (PIOTROWSKY, 2010).
Para alcançar um alinhamento correto, é necessário retirar as medidas em
quatro pontos diferente, com defasagem de 90º entre si, com a utilização do calibrador
de folga, que é introduzido entre as duas partes do acoplamento, a partir dessas
medidas é realizado os ajustes de altura nas bases de fixação da parte móvel do
conjunto acoplado, adicionando ou retirando calços calibrados nos fixadores traseiros
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ou dianteiros, até que se alcance um valor igual de folga nos quatro postos medidos.
O alinhamento paralelo é obtido posicionando uma régua paralela de aço,
longitudinalmente no ponto de junção entre as duas partes do acoplamento, é feito o
ajuste de altura da parte móvel do equipamento adicionando ou retirando os calços
calibrados nos quatro pontos de fixação, até que a parte superior e inferior do
acoplamento fique régua nivelar com ambas as metades do acoplamento com pleno
contato. Da mesma forma é feito para executar o alinhamento horizontal, onde é
movido lateralmente a parte móvel do conjunto acoplado até que se encontre o
paralelismo entre a régua e as duas metades do acoplamento nos dois lados, direito
e esquerdo. No alinhamento angular, as folgas encontradas nos quatro pontos
medidos devem ter valores iguais (HALL; HOLWENKO; LAUCHLIN, 1977).
Esse método tem grande simplicidade e fácil de ser executado, porem seus
resultados são de baixa confiabilidade, pois tem referências geométricas de muito
baixa precisão, e também em função a habilidade do profissional que a executa.
Métodos como esse, somente devem ser utilizados em maquinas que operam em
regimes de baixas rotações, e equipamentos de uso ordinário que utilizam
acoplamentos com diâmetros maiores (AFFONSO, 2002).
3.3 ALINHAMENTO A LASER
O alinhamento de maquinas rotativas utilizando alinhadores a laser, garantem
altos níveis de precisão. Equipamentos industriais que trabalham em regimes de altas
rotações exigem alto gral de precisão, pois valores mínimos de desalinhamento já são
suficientes para causar a destruição do equipamento, a exemplo das turbinas a gás
estacionarias, que trabalham em regimes de rotações muito altas, que excedem os
10.000 RPM (MATHIAS, 2011).
A técnica do alinhamento a laser consiste em um conjunto de aparelhos
formados por um emissor e um receptor de feixe de laser. O conjunto laser realiza
medições das posições angulares e paralelas do acoplamento a partir da emissão de
um feixe de laser pela unidade emissora, fixada em um lado do acoplamento, esse
feixe de laser é direcionado para o prisma presente na unidade receptora (HALL;
HOLOWENKO; LAUCHLIN, 1977).
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Os dados coletados, são processados por um microcomputador, calculando os
valores do desalinhamento angular e paralelo, orientando a correção necessária em
cada pondo do conjunto mecânico. O microcomputador de controle, deve ser
carregado com as informações de distância entre sensores, altura do centro de giro
no eixo à base de fixação, distância entre o sensor e a primeira das bases de fixação
da parte móvel do conjunto rotativo e distância entre as bases de fixação, a partir
desses dados inseridos no equipamento, o mesmo calcula com exatidão os valores
de altura que deve ser corrigido utilizando calços calibrados em cada ponto de fixação
da parte móvel do equipamento a ser alinhado (PIOTROWSKY, 2010).
3.3.1 Procedimentos de Alinhamento
Para o processo de alinhamento a partir de um alinhador a lazer, é necessário
que inicialmente se faça um bom nivelamento de todo o conjunto da máquina a ser
alinhado, e também um pré-alinhamento nos acoplamentos, garantindo assim um
procedimento mais rápido e eficiente quando se iniciar o alinhamento com o aparelho
de alinhamento a laser. As unidades de medição são fixadas firmemente aos eixos
através de fixadores de corrente. Quando os eixos estão em bom estado de
conservação, sem imperfeições superficiais, é possível a utilização de fixadores
magnéticos, sendo necessário manter o mesmo no eixo sendo pressionado contra o
acoplamento, caso contrário é necessário que se utilize as correntes (AFFONSO,
2002).
As duas unidades de medição são diferenciadas por uma marcação com a letra
M para a unidade receptora e a letra S para a unidade emissora. A unidade com a
marcação M é fixada na parte móvel da máquina, enquanto a unidade com a marcação
S é fixada na parte fixa da máquina. Após as unidades de medição estarem
corretamente fixadas nos eixos, as mesmas são conectadas na unidade de
processamento através de cabos. A partir desse ponto o sistema é ligado e deve ser
carregado com todas as dimensões necessárias, como a distância entre as unidades
de medição, distância entre a unidade M e os fixadores dianteiros da parte móvel da
máquina e a distância entre os fixadores dianteiros e traseiros da máquina. Com o
equipamento ligado é feito o posicionamento das unidades de medição, onde
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inicialmente é feito o nivelamento das duas unidades a partir dos marcadores de nível
e posteriormente é feito o ajuste de altura, usando como referência a linha do feixe de
laser com linhas horizontais escalonadas gravadas na unidade (LAGO; GONÇALVES,
2006).
No decorrer do processo de medição, os eixos são sujeitos a um deslocamento
de rotação de 180 graus, onde são feitas três medidas, análogas as posições de um
relógio, que são nas posições de 12 horas, posteriormente na posição de 9 horas e
por último na posição de 3 horas. Uma movimentação relativa nas linhas do feixe de
laser, representa um valor de desalinhamento.
Os cálculos lógicos que o sistema de processamento do equipamento realiza,
indicara o nível de desalinhamento e quais os valores corretos a serem corrigidos em
cada ponto da máquina no procedimento de alinhamento. O equipamento indica com
exatidão os valores em milímetros que devem ser ajustados em cada um dos pontos
de fixação, que deve ser corrigido adicionando os calços calibrados com as medidas
especificadas e também o valor do deslocamento lateral que deve ser feito na parte
móvel da máquina (ALLOCCA, 1984).
Ao ser realizado a correção das alturas dos pontos de fixação da máquina com
os calços calibrados, após o reaperto dos parafusos é possível que haja distorções
nas medidas predefinidas pelo processo de alinhamento realizado, por esse motivo é
importante que se repita todo procedimento leitura das diferenças de medida com o
equipamento de alinhamento a laser, assim corrigindo qualquer desvio que porventura
tenha ficado procedimento anterior, garantindo assim um alinhamento com maior
precisão (PIOTROWSKY, 2010).
Uma situação que é de grande importância que seja observada para que não
haja comprometimento na precisão do alinhamento, é a condição de “pé-manco”. Essa
condição representa o apoio desigual dos pontos de fixação da parte móvel da
máquina, onde um dos pontos de fixação fica suspenso e sem contato com a base,
dessa maneira quando os parafusos são apertados, a parte móvel da máquina sofre
uma torção, induzindo assim a erros nos cálculos realizados pelo equipamento de
alinhamento, gerando resultados incorretos (LAGO; GONÇALVES, 2006).
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
O estudo realizado mostrou o quão prejudicial e danoso podem ser os efeitos
gerados pelo mal alinhamento em acoplamentos de conjuntos mecânicos rotativos em
equipamentos industriais, e os grandes prejuízos financeiros que essas condições
acarretam, dessa forma demonstrando a importância de se manter um controle
adequado das condições de trabalho desses elementos mecânicos, afim de minimizar
prejuízos e maximizar a eficiência. O primeiro capítulo deste trabalho caracterizou a
grande variedade de tipos de acoplamentos mecânicos existentes em uso nas mais
diversas aplicações industriais, suas características construtivas e de funcionamento,
e também os tipos de desalinhamento possíveis de ocorrer nesses elementos
mecânicos e os efeitos que o desalinhamento pode gerar nos equipamentos.
A partir do segundo capítulo foi tratado das técnicas existentes de se detectar
as condições de desalinhamento nos acoplamentos mecânicos em função dos efeitos
característicos gerados por essas anomalias, apresentando os procedimentos e
ressaltando a precisão de cada técnica utilizada para esse objetivo, assim concluindo
que procedimentos rotineiros de manutenção preventiva e preditiva, utilizando-se das
técnicas citadas, propiciam a identificação das condições de desalinhamentos nos
seus estágios iniciais, garantindo que sejam tomadas as ações corretivas necessárias,
e dessa forma mantendo a longevidade do equipamento e evitando prejuízos
desnecessários com quebras e paradas de produção inesperadas.
No terceiro capítulo dessa pesquisa, caracterizou-se os métodos existentes
para se realizar o alinhamento em acoplamentos mecânicos, apresentando as
caraterísticas de cada método, detalhando os paços dos diferentes procedimentos e
ressaltando a precisão alcançada em cada técnica, concluindo que técnicas mais
avançadas de alinhamento, garantem resultados mais precisos, propiciando um
funcionamento adequado ao equipamento e aumentando a vida útil do conjunto
mecânicos, dessa forma tendo um aumento da eficiência do processo produtivo.
Por se tratar de uma pesquisa teórica, o trabalho se limitou apenas às
informações contidas em documentos e pesquisas relacionados ao assunto,
desenvolvidas por outros autores, dessa forma se mostra importante futuras
pesquisas de cunho experimental, afim de se obter resultados práticos desse assunto.
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REFERÊNCIAS
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