Como diagnosticar falhas em componentes mecânicos

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Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado Pela Universidade Estadual De Campinas ( Unicamp ) em 1985. Ingressou na Petrobras Distribuidora S/A em 1986 como profissional de Suporte Técnico em Produtos. E atualmente exerce a função de Consultor Técnico Sênior.

Quando ocorrem falhas em componentes mecânicos de equipamentos móveis ou industriais a evidência da falha é, com certa frequência,  destruída juntamente com o componente mecânico que sofreu a avaria.

A evidência inicial da falha fica tão descaracterizada pela falha real que se torna indistinguível de outras evidências. A destruição da evidência inicial da falha, usualmente, leva o investigador a acusar o lubrificante por causa de avaria ocasionada  por outro mecanismo.

De forma inversa, falhas que foram causadas pelo uso de lubrificante inadequado ou por lubrificação ineficaz são, equivocadamente, atribuídas a outros fatores. Existem muitas possíveis situações de causa e efeito em que a evidência sobre a causa da falha é perdida na evidência sobre o efeito.

A ausência de boas evidências é o que leva a custosas decisões errôneas sobre agir ou não agir em determinada situação de avaria em equipamento móvel ou industrial. Em grande parte das vezes, não se pode, sequer, determinar se a avaria ocorrida era de alguma forma evitável ou se foi algo casual e deveria ser aceita como tal.

Figuras 1/2 - Componentes mecânicos: Muitas vezes o lubrificante é culpado injustamente pela falha
Figuras 1/2 – Componentes mecânicos: Muitas vezes o lubrificante é culpado injustamente pela falha

Muitos profissionais de manutenção já se depararam com modos de falhas recorrentes em componentes mecânicos de maquinário sem ter idéia da causa-raiz da avaria. Como não se consegue localizar com precisão qual a causa-raiz das falhas, a solução é  a criação de complexos e, muitas vezes, inócuos e desnecessários  procedimentos  de   manutenção    preventiva (PMs).    Implementar-se um conjunto de procedimentos de manutenção preventiva (PMs) é resposta bastante comum quando não se consegue realmente explicar porque o equipamento móvel ou industrial falhou.

É relativamente comum que, uma vez que inócuos e desnecessários procedimentos  de manutenção preventiva (PMs) são introduzidos no sistema de manutenção, eles passem a ser parte permanente das práticas de manutenção, não mais sendo descontinuados mesmo que se evidencie a sua ineficácia.

Com o tempo, não mais se recordará o porque de se ter instituído aqueles  procedimentos inócuos, desnecessários, custosos e trabalhosos de manutenção preventiva (PMs) e o processo de racionalização das práticas de manutenção  por meio de remoção de práticas ineficazes sempre irá requerer longos e acirrados debates.

Figuras 3/4 - O importante é se descobrir a causa-raiz da falha
Figuras 3/4 – O importante é se descobrir a causa-raiz da falha

A falha na lubrificação ocorre quando o lubrificante deixa de separar efetivamente as superfícies metálicas dos componentes mecânicos em movimento relativo. Contudo, há numerosos motivos porque isto pode acontecer.

Há situações totalmente diversas neste aspecto e podemos citar a título de exemplo:

  • a vibração leva ao afrouxamento do bujão de dreno do cárter de equipamento móvel ou industrial, perda total do óleo lubrificante e, consequente, falha catastrófica
  • o equipamento móvel ou industrial opera em ambiente extremamente poeirento, o lubrificante se contamina com abrasivos e há aceleração do desgaste abrasivo

Ambas as situações causarão falha de lubrificação em uma perspectiva de manutenção e prevenção, mas são eventos totalmente distintos.

Figuras 5/6 - Afrouxamento de bujão e contaminação por abrasivos: ambos os eventos resultaram em falha catastróficas mas em situações distintas
Figuras 5/6 – Afrouxamento de bujão e contaminação por abrasivos: ambos os eventos resultaram em falha catastróficas mas em situações distintas

Como, então, pode-se melhorar a qualidade das evidências e as habilidades para examiná-las? Na grande maioria das vezes em que ocorrem falhas, catastróficas ou não, em equipamentos móveis ou industriais as evidências da avaria, ainda, podem ser encontradas ou no óleo lubrificante ou no sistema de lubrificação mesmo que as evidências no componente móvel tenham sido destruídas.  O importante é não descartar as evidências e, sim, procurar preservá-las para a busca da causa-raiz do problema.

Componentes mecânicos

Figura 7 - Preservar as evidências da falha é fundamental para determinação da causa-raiz da avaria
Figura 7 – Preservar as evidências da falha é fundamental para determinação da causa-raiz da avaria

Vamos considerar, então, algumas formas de se estudar as evidências de falhas:

Análise do óleo lubrificante em uso no equipamento móvel ou industrial

A despeito da aparência degradada do componente móvel que sofreu falha, o lubrificante ainda mantém as evidências do período de tempo que precedeu a falha até  o momento do evento catastrófico. Algumas vezes, amostrar-se fundos de cárteres e reservatórios pode ajudar no processo de investigação.

Os resíduos de desgaste se acumulam no fundo de cárteres e reservatórios possibilitando a montagem do histórico da operação do maquinário desde a última troca da carga de óleo lubrificante ou  flushing do reservatório. Muitas das partículas de desgaste depositadas em fundos de cárteres e reservatórios são evidências iniciais do processo de falha ou da avaria catastrófica.

As partículas de desgaste são peças de um quebra-cabeças que podem auxiliar o profissional de manutenção, ao reuni-las, na montagem de um contexto lógico e compreensível do ocorrido.

Figuras 8/9 - Muitas evidências importantes são encontradas em fundos de cárteres e reservatórios
Figuras 8/9 – Muitas evidências importantes são encontradas em fundos de cárteres e reservatórios

Uma palavra de cautela: a análise de material particulado de fundo de cárter ou reservatório não permite, na maioria das vezes, classificar com precisão de que componente móvel se originaram os resíduos de desgaste e nem quando foram gerados, tratando-se mais de uma análise de caráter informativo.

Análise de filtro de óleo lubrificante

O filtro de óleo lubrificante é um valiosos livro de registros visto que captura o material particulado sólido gerado desde a última substituição até o evento da falha.

Figura 10 - Os filtros de óleo lubrificante são verdadeiros livros de registro
Figura 10 – Os filtros de óleo lubrificante são verdadeiros livros de registro

Por se abrir o filtro para inspeção, libertar as partículas de desgaste do elemento filtrante por processo de banho ultrasônico, depositando-as em lâmina inclinada ou retendo-as em membrana filtrante, a evidência do evento incipiente de falha até a falha catastrófica pode ser avaliada. Da mesma forma que a amostragem de fundo de cárter ou reservatório, este método não classifica as partículas de desgaste com respeito à composição ou tempo de geração.

Figuras 11/12 - Análise das partículas de desgastes capturadas pelo elemento filtrante após banho ultrasônico e retenção em membrana filtrante
Figuras 11/12 – Análise das partículas de desgastes capturadas pelo elemento filtrante após banho ultrasônico e retenção em membrana filtrante

Inspecionar completamente os componentes móveis em resposta ao monitoramento com base na condição do maquinário 

Com frequência, os técnicos do setor de manutenção com base na condição detectam falha em estágio inicial em componente móvel do maquinário, mas quando os mecânicos de manutenção retiram o componente móvel e o inspecionam não conseguem encontrar qualquer indício de  falha.

O componente móvel é então montado, novamente, em sua posição original, o equipamento móvel ou industrial é colocado em operação e,  poucas semanas depois, o equipamento é paralisado por falha catastrófica ou não. Surge, naturalmente, a suposição que o ato intrusivo da inspeção da máquina causou a falha e os técnicos de monitoramente com base na condição ficam em situação delicada.

Figuras 13/14 - Os técnicos da manutenção baseada na condição encontram indícios de falha e os mecânicos de manutenção não confirmam  diagnóstico. E agora?
Figuras 13/14 – Os técnicos da manutenção baseada na condição encontram indícios de falha e os mecânicos de manutenção não confirmam  diagnóstico. E agora?

A inspeção típica em um mancal de rolamento é visual e realizada, frequentemente, com o lubrificante ainda presente. Via de regra, o mecânico de manutenção movimenta o mancal de rolamento para verificar se ele gira livremente. Material particulado sólido proveniente de desgaste com dimensões de 5 micron – 50 micron pode ser estudado através de técnicas de análise de resíduos de desgaste utilizando-se de microscópio ou outros tipos de instrumentos próprios para avaliação de partículas sólidas.

Em face disto surge a pergunta: como pode o mecânico de manutenção observar pits ou sulcos com dimensões microscópicas, com aproximadamente, as citadas dimensões a olho nu ? Uma vez que se inicia o evento de falha do componente móvel,  a progressão acelera rapidamente. O ideal seria inspecionar as superfícies metálicas dos componentes móveis retirados do maquinário após limpeza,  para que se possa verificar com mais riqueza de detalhes  o que realmente está ocorrendo em termos de desgaste.

Treinamento do staff de manutenção

programas de treinamento para técnicos de PCM, mecânicos de manutenção e operadores de máquinas focam em técnicas de restauração ou reparo. É necessário capacitar os citados profissionais, também, em análise de mecanismos de falha para que  possam entender como as máquinas chegam ao estado de falha, métodos e técnicas para redução de falhas ( manutenção proativa ), técnicas adequadas de lubrificação, monitoramento do maquinário pela condição e técnicas de análise de falhas.

Tais treinamentos permitirão ao staff de manutenção encontrar e analisar evidências sobre falhas em equipamentos móveis ou industriais e como empregar o conhecimento e a experiência práticas na busca da melhoria contínua.

Figura 15 - Treinar o staff de manutenção em técnicas de manutenção proativa
Figura 15 – Treinar o staff de manutenção em técnicas de manutenção proativa

Fato é que estamos vivendo uma nova era em questões de manutenção de equipamentos móveis e industriais. Muitas empresas tem reformulado completamente as suas antigas práticas de manutenção substituindo-as por outras completamente novas. Não se é possível  buscar eliminar a causa-raiz de problemas sem evidências precisas do que realmente causou a falha. Os óleos e graxas lubrificantes e os sistemas de lubrificação oferecem valiosas pistas muito embora as evidências de falha referentes ao maquinário ou ao componente móvel  tenham sido completamente destruídas. É de fundamental importância aprender  como acessar e usar estas evidências como base para decisões acertadas.

Figuras 16/17 - A análise do lubrificante e do sistema de lubrificação são de grande auxílio nas decisões sobre manutenção
Figuras 16/17 – A análise do lubrificante e do sistema de lubrificação são de grande auxílio nas decisões sobre manutenção

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