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UC UC02948 · T. Mecatrónica

Ficha de Trabalho 2 — Diagnóstico de Motor Eléctrico e Análise 8D

Versão · Aluno
Tempo · 45 minutos
Aluno(a)
Turma
Data

Ficha de Trabalho 2 — UC02948

Diagnóstico de Motor Eléctrico e Metodologia 8D

Duração: 90 minutos | Consulta: Sebenta e normas fornecidas | Calculadora: Permitida


Grupo I — Verdadeiro / Falso (20 pontos)

  1. O teste de megóhmetro (Megger) aplica tensão AC ao enrolamento do motor para medir o isolamento. ___
  2. Um índice de polarização (PI) de 1,8 para um motor de 400V indica isolamento em bom estado e não requer intervenção. ___
  3. A FMEA é uma metodologia reactiva usada para analisar avarias após a sua ocorrência. ___
  4. O 8D é uma metodologia de resolução de problemas que inclui uma fase de acção de contenção provisória (D3) antes da identificação da causa raíz. ___
  5. A frequência de passagem dos dentes de engrenagem (GMF) é calculada como o número de dentes multiplicado pela frequência de rotação. ___
  6. Para um motor de 11 kW a 400V, a corrente de arranque directo (DOL) é tipicamente 5–7× a corrente nominal. ___
  7. O desequilíbrio de corrente entre as fases de um motor trifásico pode ser causado por desequilíbrio de tensão na alimentação. ___
  8. A análise da árvore de falhas (FTA) é uma metodologia bottom-up (parte dos eventos básicos para o evento de topo). ___
  9. A análise de óleo por ferrografia permite identificar a morfologia das partículas de desgaste e determinar o tipo de desgaste (abrasivo, adesivo, fadiga). ___
  10. O OEE (Overall Equipment Effectiveness) de 85% é considerado como "classe mundial" para a maioria das indústrias de produção discreta. ___

Soluções — Grupo I

  1. F — O megóhmetro aplica tensão DC (contínua), não AC. A tensão DC polariza o dieléctrico e permite medir a resistência de isolamento (MΩ) com estabilidade.
  2. F — PI = 1,8 está na zona "questionável" (1,0–2,0). Indica que o isolamento pode estar húmido ou ligeiramente degradado. Recomenda-se investigação adicional (ex.: secagem em estufa e repetição do teste).
  3. F — A FMEA é uma metodologia proactiva (preventiva) que antecipa modos de falha antes que ocorram. A análise post-falha é a RCA (Root Cause Analysis) ou o 8D.
  4. V — O D3 (acção de contenção) é uma característica distintiva do 8D: antes de identificar a causa raíz, implementa-se uma solução provisória para minimizar o impacto imediato do problema.
  5. V — GMF = Z × f_rot, onde Z é o número de dentes do pinhão/coroa e f_rot é a sua frequência de rotação.
  6. V — Motores de indução trifásicos têm corrente de arranque de 5–7× I_nominal em arranque directo (DOL). Para 11 kW, 400V: I_nom ≈ 22 A → I_arranque ≈ 110–154 A.
  7. V — Desequilíbrio de tensão de 1% causa desequilíbrio de corrente de 6–10% (amplificação pelo baixo valor da impedância de sequência negativa do motor).
  8. F — A FTA é top-down (parte do evento de topo indesejado e desdobra para as causas básicas). A FMEA é bottom-up (parte dos componentes e vai para o efeito no sistema).
  9. V — A ferrografia separa as partículas por tamanho e campo magnético; a observação microscópica das partículas revela a sua morfologia (lisas → adesivo; irregulares → abrasivo; lamelares → fadiga de contacto).
  10. V — OEE = 85% é o benchmark "classe mundial" de Nakajima para produção discreta. A maioria das indústrias reais opera entre 40–60% OEE.

Grupo II — Diagnóstico de Motor Eléctrico (40 pontos)

Caso de Estudo — Motor de Bomba de Água Gelada

Um motor trifásico de 15 kW, 400 V, 50 Hz, 4 polos (n_sinc = 1 500 rpm, n_real = 1 455 rpm) acciona uma bomba de água gelada num sistema HVAC. O técnico de manutenção detecta os seguintes sintomas:

Dados medidos: - Corrente fase L1: 28,5 A - Corrente fase L2: 31,2 A - Corrente fase L3: 35,8 A - Corrente nominal placa: 28 A - Tensão L1-L2: 398 V; L2-L3: 402 V; L1-L3: 404 V - Temperatura do motor (carcaça): 82°C - Temperatura ambiente: 28°C - Isolamento (Megger 1 kVDC, 1 min): 45 MΩ - Isolamento (Megger 1 kVDC, 10 min): 48 MΩ - Vibração (carcaça motor, RMS): 5,8 mm/s

a) Calcule o desequilíbrio de corrente entre fases (%). Está dentro dos limites normais?

b) Calcule o escorregamento (slip) actual do motor e compare com o valor nominal (1 455 rpm → s_nominal).

c) Avalie o estado do isolamento: - Calcule o PI (Índice de Polarização) - Compare o valor de isolamento com o critério mínimo para motor 400V - Dê um parecer sobre o estado do isolamento

d) Avalie o nível de vibração segundo a ISO 10816 (máquinas de potência 15–75 kW, tipo II).

e) Com base em todos os dados, liste as anomalias detectadas, estime a causa mais provável de cada uma, e proponha as acções correctivas.

Soluções — Grupo II

a) Desequilíbrio de corrente:

Média das correntes = (28,5 + 31,2 + 35,8) / 3 = 95,5 / 3 = 31,83 A

Desvio máximo da média = |35,8 − 31,83| = 3,97 A

$$\text{Desequilíbrio} = \frac{3,97}{31,83} \times 100\% = \mathbf{12,5\%}$$

Limites normais: NEMA MG1 permite desequilíbrio de tensão ≤ 1%; desequilíbrio de corrente tipicamente ≤ 5%.

12,5% está muito acima do limite — anomalia severa.

Verificação de desequilíbrio de tensão: Média tensão = (398 + 402 + 404) / 3 = 401,3 V Desvio máximo = |404 − 401,3| = 2,7 V Desequilíbrio tensão = 2,7/401,3 × 100% = 0,67% — dentro do limite de 1%

Conclusão: O desequilíbrio de corrente elevado (12,5%) com tensão equilibrada indica problema no motor, não na rede — possível curto entre espiras ou espiras abertas num enrolamento.

b) Escorregamento:

$$s_{actual} = \frac{n_{sinc} - n_{real}}{n_{sinc}} = \frac{1500 - 1455}{1500} = \frac{45}{1500} = 0,03 = 3\%$$

O escorregamento é o mesmo que o nominal (placa indica 1 455 rpm → s = 3%). O motor está a funcionar à velocidade esperada — o escorregamento não indica problema mecânico.

c) Avaliação do isolamento:

$$PI = \frac{R_{10\,min}}{R_{1\,min}} = \frac{48}{45} = \mathbf{1,07}$$

Critério mínimo de isolamento para motor 400V: ≥ 1 MΩ por kV + 1 = 1,4 MΩ

O valor medido de 45 MΩ está muito acima do mínimo absoluto.

Contudo, o PI = 1,07 está muito abaixo do valor saudável (PI > 2,0). PI próximo de 1,0 indica que o isolamento é condutivo (húmido ou muito contaminado), mesmo com resistência aceitável. O valor de 45 MΩ pode ser enganador — possível contaminação por óleo ou humidade.

Parecer: Isolamento em estado questionável. Recomenda-se secar o motor em estufa (60°C, 24h) e repetir o teste. Se PI mantiver < 2,0 após secagem, o motor necessita de rebobinagem ou substituição.

d) Avaliação da vibração:

ISO 10816 para máquinas Classe II (15–75 kW, montadas rigidamente): - Zone A (novo): < 2,8 mm/s - Zone B (aceitável): 2,8–7,1 mm/s - Zone C (vigilância): 7,1–11,2 mm/s - Zone D (parar): > 11,2 mm/s

Vibração medida: 5,8 mm/s → Zone B — aceitável mas próximo do limite superior.

e) Anomalias e plano de acção:

Anomalia Causa provável Acção correctiva
Desequilíbrio corrente 12,5% Curto entre espiras no enrolamento L3 ou conexão solta Verificar resistência de enrolamentos (multímetro); medir isolamento enrolamento a enrolamento (fase-fase)
PI = 1,07 (baixo) Humidade ou contaminação por óleo no enrolamento Secar em estufa; se PI mantiver < 2 → rebobinagem
Temperatura carcaça 82°C Consequência do desequilíbrio + possível arrefecimento deficiente Verificar ventilador e filtros; reduzir carga se possível
Vibração 5,8 mm/s (Zone B, alta) Desalinhamento ou desbalanceamento → ligado ao desequilíbrio electromagnético Verificar alinhamento; após correcção eléctrica → nova medição de vibração

Recomendação imediata: Medir resistência dc dos 3 enrolamentos com miliohmímetro. Se L3 apresentar resistência inferior (curto entre espiras), programar substituição/rebobinagem urgente. O motor pode continuar a funcionar mas com monitorização de temperatura a cada 2h.


Grupo III — Análise 8D Completa (40 pontos)

Caso de Estudo — Paragens Repetidas por Sobreaquecimento de Motor

Contexto: Numa linha de produção automóvel, um motor eléctrico de 7,5 kW que acciona uma bomba de óleo de lubrificação de uma fresadora CNC disparou o relé térmico 5 vezes no último mês, causando paragens de 30–45 minutos cada vez. A equipa de manutenção apenas repõe o relé e reinicia a máquina.

Dados disponíveis: - Motor: 7,5 kW, 400V, I_nom = 15,8 A, classe de isolamento F - Corrente medida actualmente: 19,2 A (L1=19,0; L2=19,5; L3=19,1) - Ajuste do relé térmico: 17,5 A - Temperatura ambiente na zona do motor: 38°C - Filtro de aspiração da bomba: não inspeccionado há 8 meses

Elabore um 8D completo para este problema.

Solução — Grupo III

8D — Sobreaquecimento Motor 7,5kW / Bomba de Óleo Fresadora CNC-02


D1 — EQUIPA

Membro Função Responsabilidade no 8D
João Silva Técnico manutenção eléctrica Medições eléctricas; diagnóstico motor
Pedro Costa Técnico manutenção mecânica Diagnóstico bomba; filtro
Ana Santos Operadora CNC Informação sobre condições de produção
Rui Ferreira Chefe de manutenção Validação das acções; comunicação gestão

D2 — DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

O motor eléctrico de 7,5 kW que acciona a bomba de óleo da fresadora CNC-02 disparou o relé térmico 5 vezes em 30 dias (dias 3, 8, 14, 21, 29 de Maio). Cada disparo causa paragem de 30–45 minutos. O motor apresenta corrente de 19,2 A (122% da nominal de 15,8 A), com relé ajustado a 17,5 A (110% nominal). Temperatura ambiente na zona é 38°C.

Quando: Há 1 mês (ocorrências aos dias 3, 8, 14, 21, 29/05) Onde: Fresadora CNC-02, nave 3 O quê: Disparo relé térmico → paragem não programada Impacto: 5× × ~40min = 200 min de paragem = perda de ≈ 15 peças/mês


D3 — ACÇÃO DE CONTENÇÃO (provisória)

Implementada em 30/05: 1. Aumentar temporariamente o relé térmico para 20 A (127% nominal) — nota: apenas provisório; risco de dano no motor se sobrecarga aumentar 2. Instalar sensor de temperatura externo (PT100) na carcaça do motor com alarme a 100°C 3. Monitorizar corrente a cada turno (registo manual no CMMS) 4. Informar operadora para observar comportamento


D4 — CAUSA RAÍZ (5 Porquês)

Porque disparou o relé? → Corrente acima do ajuste (19,2 A > 17,5 A)

Porque a corrente está acima do nominal? → Motor trabalha em sobrecarga (122% I_nom)

Porque o motor está em sobrecarga? → A bomba exige mais torque que o normal

Porque a bomba exige mais torque? → Filtro de aspiração colmatado aumenta a resistência hidráulica → bomba trabalha fora da curva → motor sobrecarga

Porque o filtro está colmatado? → Não existe plano de manutenção preventiva para o filtro (última inspecção: 8 meses antes)

CAUSA RAÍZ: Ausência de plano de manutenção preventiva para o filtro de aspiração da bomba de óleo.

Causa contribuinte: Relé térmico ajustado a 17,5 A (110% I_nom) — abaixo do ajuste correcto (125% I_nom = 19,75 A), gerando disparos por sobrecarga moderada mesmo antes do filtro estar colmatado.


D5 — ACÇÕES CORRECTIVAS PERMANENTES

Acção Responsável Prazo
Substituir o filtro de aspiração da bomba (imediato) Pedro Costa 02/06
Reajustar o relé térmico para 19,5 A (123% I_nom, conforme norma IEC) João Silva 02/06
Criar plano de manutenção preventiva: inspecção/limpeza do filtro a cada 3 meses Rui Ferreira 05/06
Adicionar verificação de filtro na lista de manutenção mensal (checklist do operador) Ana Santos 05/06
Medir corrente após substituição do filtro para confirmar retorno a I_nom João Silva 03/06

D6 — IMPLEMENTAÇÃO E VERIFICAÇÃO


D7 — PREVENÇÃO DE RECORRÊNCIA


D8 — RECONHECIMENTO DA EQUIPA

O 8D foi concluído com sucesso em 05/06. A equipa de manutenção (João Silva, Pedro Costa) identificou e resolveu a causa raíz em 6 dias, evitando danos no motor (estimativa de custo motor: 850 €) e paragens futuras.

Comunicação enviada à chefia de produção em 05/06 com resumo dos resultados.

Poupança estimada: 15 paragens/mês × 40 min × valor hora máquina 180 €/h = 1 800 €/mês evitados.


Encerrado em: 05/06/2026 Aprovado por: Rui Ferreira, Chefe de Manutenção


Ficha de Trabalho 2 — UC02948 — TMIM — Aulify