Sebenta UC02948 — Diagnóstico e Reparação de Avarias

1. Metodologias de Diagnóstico Estruturado

1.1 FMEA (Failure Mode and Effects Analysis)

A FMEA é uma metodologia proactiva de análise de risco que identifica modos de falha potenciais, os seus efeitos e causas, antes que as falhas ocorram. Na manutenção, usa-se a FMEA de Processo (PFMEA) para analisar o processo de manutenção, e a FMEA de Sistema para analisar os equipamentos.

Processo de construção de uma FMEA:

1. Listar os componentes/funções do equipamento
2. Identificar os modos de falha de cada componente (o quê pode falhar)
3. Determinar os efeitos de cada modo de falha no sistema
4. Identificar as causas de cada modo de falha
5. Avaliar S, O, D numa escala de 1 a 10:
6. S (Severidade): 1 = sem efeito; 10 = segurança/perda catastrófica
7. O (Ocorrência): 1 = raramente; 10 = inevitável
8. D (Detectabilidade): 1 = detectado com certeza; 10 = não detectado
9. Calcular RPN = S × O × D
10. Priorizar e definir acções para RPN > 100 (ou conforme limiar definido)

Exemplo FMEA para bomba centrífuga:

1.2 Análise de Árvore de Falhas (FTA)

A FTA é uma abordagem top-down que parte de um evento de topo indesejado e identifica as combinações de eventos que podem levá-lo a ocorrer.

Símbolos principais: - Porta AND (∩): todos os eventos de entrada devem ocorrer para o evento de saída ocorrer - Porta OR (∪): qualquer evento de entrada pode causar o evento de saída - Evento básico: círculo (evento de iniciação) - Evento de topo: rectângulo

Exemplo simplificado — Paragem de bomba:

PARAGEM DE BOMBA (Topo)
├── OR ─┐
│       ├── Falha eléctrica do motor
│       │   ├── AND ─┐
│       │   │        ├── Falha no disjuntor
│       │   │        └── Falha na alimentação
│       └── Falha mecânica da bomba
│           ├── OR ─┐
│           │       ├── Bloqueio do rotor
│           │       └── Ruptura do veio

1.3 5 Porquês (5 Whys)

Metodologia simples e eficaz para causa raíz em avarias simples:

Exemplo: 1. Porque parou a linha? → Queimou o motor da bomba 2. Porque queimou o motor? → Sobreaqueceu (proteção térmica disparou) 3. Porque sobreaqueceu? → Estava a trabalhar com sobrecarga 4. Porque estava com sobrecarga? → O filtro de sucção estava colmatado 5. Porque estava colmatado? → Não existe plano de limpeza periódica do filtro

Causa raíz: Ausência de plano de manutenção preventiva para o filtro de sucção.

2. Técnicas de Diagnóstico Preditivo

2.1 Análise de Vibração

Grandezas de vibração: - Deslocamento (µm peak): útil para baixas frequências (<10 Hz); relaciona-se com a geometria - Velocidade (mm/s RMS): grandeza standard para avaliação de máquinas (ISO 10816); independente da frequência no intervalo 10–1000 Hz - Aceleração (g ou m/s²): útil para altas frequências (>1000 Hz); rolamentos em fases iniciais de defeito

Relações entre grandezas (sinal sinusoidal puro):

$$v = 2\pi f \times d \quad ; \quad a = (2\pi f)^2 \times d$$

Transformada de Fourier (FFT):

A FFT converte o sinal de vibração no domínio do tempo para o domínio da frequência, permitindo identificar as componentes frequenciais individuais:

$$X(f) = \int_{-\infty}^{+\infty} x(t) \cdot e^{-j2\pi ft} \, dt$$

Frequências características de defeitos:

Rolamento (SKF, FAG, etc.): $$BPFO = \frac{Z}{2} \times f_r \times \left(1 + \frac{d}{D}\cos\alpha\right)$$ $$BPFI = \frac{Z}{2} \times f_r \times \left(1 - \frac{d}{D}\cos\alpha\right)$$ $$BSF = \frac{D}{2d} \times f_r \times \left(1 - \left(\frac{d}{D}\right)^2\cos^2\alpha\right)$$ $$FTF = \frac{f_r}{2} \times \left(1 - \frac{d}{D}\cos\alpha\right)$$

Onde: Z = nº de esferas, f_r = frequência de rotação [Hz], d = diâmetro da esfera, D = diâmetro primitivo, α = ângulo de contacto

Frequência de engrenagem (Gear Mesh Frequency — GMF): $$GMF = Z \times f_r$$

Onde Z é o número de dentes.

Frequência de desequilíbrio: 1× f_r

Frequência de desalinhamento: 2× f_r (ou 1× + 2× + 3×...)

2.2 Análise de Óleo Lubrificante

Programa de análise de óleo — parâmetros a monitorizar:

Interpretação espectrométrica:

2.3 Termografia Infravermelha

Fundamentos:

Todo o corpo acima de 0 K emite radiação infravermelha proporcional à sua temperatura (lei de Stefan-Boltzmann). A câmara termográfica mede esta radiação e a converte em imagem de temperatura.

Parâmetros importantes: - Emissividade (ε): relação entre radiação emitida pelo corpo vs. corpo negro perfeito (ε = 1,0) - Aço oxidado: ε ≈ 0,80 - Aço polido: ε ≈ 0,10 (reflexões → leitura errónea) - Plástico: ε ≈ 0,90–0,95 - Alumínio anodizado: ε ≈ 0,80

Critérios de diagnóstico (norma NETA/IEC):

2.4 Ultrassom Industrial

O ultrassom (40 kHz) detecta turbulência de fluidos (fugas de ar/gás) e fricção de alta frequência (rolamentos em inicio de defeito).

Aplicações: - Detecção de fugas de ar comprimido, vapor, gás - Diagnóstico de rolamentos (fase inicial: pré-fadiga) - Diagnóstico de válvulas (verificar fuga interna) - Verificação de arco eléctrico em quadros

3. Diagnóstico Mecânico

3.1 Procedimento de Diagnóstico de Rolamentos

Fase 1 — Sintomas auditivos: - Rolar suave: ok - Chiado contínuo: lubrificação insuficiente - Click rítmico (1× rpm): marcas localizadas na pista interior - Rugido: pista exterior danificada

Fase 2 — Temperatura: - Temperatura normal de funcionamento: T_ambiente + 30–50°C (máx. 80°C) - T > 80°C: sobrelubrificação, sub-lubrificação, avaria de rolamento

Fase 3 — Vibração: Usar analisador de vibração portátil. Posicionar o acelerómetro o mais próximo possível do rolamento (direccão radial). Comparar com baseline (medição inicial com rolamento novo).

Fase 4 — Diagnóstico confirmatório: - Envelope analysis (demodulação da envolvente): amplifica as frequências características (BPFO, BPFI) que são moduladas pela frequência de rotação - Cepstrum: útil para detectar famílias de sidebands (engrenagens com desgaste)

3.2 Procedimento de Substituição de Rolamento

Material necessário: - Extractor de rolamentos (mecânico ou hidráulico) - Calor para montagem (forno ou indutor): T ≈ 80–100°C acima da temperatura ambiente - Martelo de cobre e bucha de montagem (nunca martelo de aço directamente) - Comprovador de folga (feeler gauge)

Procedimento de montagem por interferência (rolamento de rolos): 1. Medir o diâmetro interior do rolamento e o exterior do veio (confirmar ajuste H7/k6) 2. Aquecer o rolamento a 80–100°C (nunca chama directa) por 20–30 min 3. Montar o rolamento com movimento rápido e contínuo no veio pré-preparado (sem graxa na montagem — aplica-se depois) 4. Pressionar até ao encosto usando a bucha de montagem 5. Deixar arrefecer; verificar que assentou no encosto 6. Aplicar a quantidade correcta de lubrificante (preencher 1/3 a 2/3 da cavidade)

3.3 Alinhamento de Veios

Tipos de desalinhamento: - Angular: os eixos cruzam-se num ponto → vibração a 2× rpm dominante - Paralelo (offset): os eixos são paralelos mas não coincidentes → vibração a 1× + 2× rpm - Combinado: misto dos dois (mais comum)

Método de alinhamento por relógio comparador (rim-face): 1. Montar 2 relógios: um na face do acoplamento (medição axial) e um no aro (medição radial) 2. Rodar o eixo motriz 90°, 180°, 270°, 360° e registar as 4 leituras de cada relógio 3. Calcular os desvios usando as fórmulas de relógio comparador 4. Ajustar as calhas (shims) sob o motor: primeiramente nivelamento vertical, depois horizontal 5. Critério de aceitação: desalinhamento angular < 0,05 mm por 100 mm; offset < 0,05 mm

Método laser (mais preciso): Usar sistema de alinhamento a laser (Pruftechnik, SKF, etc.). O software calcula automaticamente os valores de calha a adicionar/remover.

4. Diagnóstico Eléctrico

4.1 Motor de Indução Trifásico — Diagnóstico

Parâmetros de operação normal: - Corrente de absorção: ≤ I_nominal placa - Temperatura de estator: ≤ classe de isolamento (Classe B: 130°C; Classe F: 155°C) - Desequilíbrio de corrente entre fases: ≤ 5% - Vibração no cárter: Zone A (ISO 10816) - Resistência de isolamento: ≥ (kV + 1) MΩ

Procedimento de diagnóstico por sintoma:

Motor sobreaquece: 1. Medir correntes nas 3 fases → desequilíbrio? → verificar alimentação 2. Verificar carga acoplada → sobrecarga? 3. Medir tensão de alimentação → tensão baixa (<95% nominal)? 4. Verificar circulação de ar de arrefecimento → ventilador, filtros 5. Medir isolamento → se baixo → rebobinagem ou substituição

Motor vibra excessivamente: 1. Desacionar a carga → a vibração diminui? SIM → problema na carga (rolamentos acoplados, desalinhamento) 2. Sem carga → still vibra? → problema no motor (rolamentos, desbalanceamento do rotor) 3. FFT: 2× f_linha (100/120 Hz) → excentricidade do entreferro ou desequilíbrio magnético

Teste de Megger (isolamento):

Procedimento para motor trifásico: 1. Desligar o motor do quadro e marcar os terminais (U1,V1,W1) 2. Desligar todos os condensadores de compensação 3. Ligar todos os terminais de motor juntos (U1+V1+W1) → medição entre estes e a massa (carcaça) 4. Aplicar tensão DC conforme tabela: 500 V para motores 230/400V 5. Ler após 60 s (estabilização do valor) 6. Critério mínimo: 1 MΩ (estado de reparação urgente); > 100 MΩ (bom estado)

Índice de Polarização (PI): $$PI = \frac{R_{10\,min}}{R_{1\,min}}$$ - PI < 1,0: isolamento defeituoso (fuga ou humidade) - PI 1,0–2,0: estado questionável - PI > 2,0: isolamento seco e em bom estado

4.2 Variadores de Velocidade (VFD/Inversor)

Parâmetros de diagnóstico: - Tensão de saída (entre fases): deve ser simétrica (desequilíbrio < 1%) - Frequência de saída: confirmar que corresponde à setpoint - Corrente de saída: monitorizar tendência; pico pode indicar carga mecânica excessiva - Temperatura do dissipador: alarme normalmente a 80–90°C

Alarmes comuns em inversores:

5. Diagnóstico de Sistemas Fluídicos

5.1 Circuitos Hidráulicos — Diagnóstico Sistemático

Instrumentação necessária: - Manómetros (ou transdutores de pressão) - Caudalímetro (ultrasónico de clamp ou turbina inline) - Termómetro de contacto ou IR - Analisador de óleo (viscosidade, partículas)

Tabela de diagnóstico — sintoma → causa → verificação:

5.2 Circuito Pneumático — Diagnóstico

Cálculo de caudal de fuga:

A partir da queda de pressão em teste estático:

$$Q_{fuga} = \frac{\Delta P \times V_{receptor}}{P_{abs} \times \Delta t}$$

Diagnóstico de electroválvula: 1. Verificar tensão na bobine (multímetro, 24 VDC ou 230 VAC conforme válvula) 2. Medir resistência da bobine (multímetro em Ω) → valor típico 200–2000 Ω; ∞ = bobine aberta 3. Se tensão ok e resistência ok → problema mecânico (carretel preso) 4. Soprar com ar comprimido seco → mover o carretel manualmente (se válvula tem comando manual)

6. Documentação e CMMS

6.1 Estrutura de um Sistema CMMS

Módulos principais: - Gestão de activos: ficha técnica do equipamento (código, fabricante, ano, localização, história) - Ordens de trabalho (OT): registo de todas as intervenções (preventivas + correctivas) - Gestão de peças sobressalentes: stock, localização, custo, lead time - Planos de manutenção preventiva: tarefas periódicas com checklist digital - Relatórios e KPIs: disponibilidade, MTBF, MTTR, custo/equipamento

6.2 Plano de Acção Correctiva

Estrutura do plano de acção:

6.3 Indicadores de Manutenção (KPIs)

OEE (Overall Equipment Effectiveness):

$$OEE = Disponibilidade \times Performance \times Qualidade$$

Exemplo: OEE = 90% × 95% × 99% = 84,6% (próximo de "classe mundial" = 85%)

Custo de Manutenção por RAB (Replacement Asset Base):

$$\text{CM/RAB} = \frac{\text{Custo total manutenção anual}}{\text{Valor de reposição dos activos}} \times 100\%$$

Benchmark: CM/RAB < 2% (excelente), 2–5% (normal), > 5% (revela ineficiência ou activos muito velhos)

Sebenta elaborada para a UC02948 do curso TMIM — Aulify Platform Versão 1.0 — 2026