1 LUBRIFICAÇÃO E CONFIABILIDADE: GESTÃO E MELHORES PRÁTICAS Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 1 – Introdução O início desse artigo ressalta um aspecto que ocorre com frequência nas organizações e está representado pela figura 1. 2 Figura 1 O personagem da figura está tentando matar diversos pernilongos pequenos mas não percebe que atrás de si está “o grande pernilongo”! Juran, um dos notáveis da Qualidade, baseado no princípio de Pareto, cunhou a frase “poucos vitais e muitos triviais”. Aplicando esta frase à figura 1, constata-se que o personagem está preocupado com os problemas triviais e se esquece do problema vital. Uma das áreas vitais relacionadas com a saúde ou confiabilidade dos ativos é a LUBRIFICAÇÃO. No entanto, não se sabe exatamente por que, é muitas vezes tratada como absolutamente trivial. Ou de outra forma: Não se dá a lubrificação a importância que ela merece e deve ter. Dessa forma, em prol da melhoria da confiabilidade dos ativos são feitas análises complicadíssimas e introduzidos materiais mais nobres ou sobressalentes de origem comprovada e rastreada sendo que isso tudo pode ser inútil se a lubrificação for negligenciada. Uma das principais causas de falhas em equipamentos mecânicos está relacionada com problemas de lubrificação. No gráfico da figura 2 pode-se considerar que 76% das falhas está relacionada com a lubrificação: viscosidade (9%), umidade (1%), contaminação (50%) e resíduos de desgaste (16%). Figura 2 - Causas primárias de falhas em equipamentos mecânicos 1,2 Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br A SKF aponta que 66% das falhas em rolamentos se dá por outros motivos que não a fadiga. Desses 66%, um total de 50% está relacionado com a lubrificação: Lubrificação Inadequada (36%) e contaminação (14%) Causa % Montagem incorreta 16 Lubrificação inadequada 36 Contaminação 14 Fadiga 34 Figura 3 – Falhas em rolamentos (SKF) 66% A intenção desse artigo não é abordar características dos lubrificantes, tipos de lubrificação ou métodos e padrões de análises e testes mas ressaltar alguns aspectos que, se levados em consideração, proporcionarão um aumento de confiabilidade nos ativos e em consequência na disponibilidade das plantas. 2 – A equipe de lubrificação A equipe de lubrificação torna possível a execução do plano de lubrificação, o manejo dos equipamentos e lubrificantes e a inspeção nos equipamentos que estão inseridos nas rotas preestabelecidas. Do mesmo modo que é necessária para operadores, mecânicos, instrumentistas etc., a qualificação e a capacitação também são fundamentais para a equipe de lubrificação. A qualificação é o resultado da formação que torna o profissional habilitado para o exercício de alguma atividade ou exercício profissional. Um mecânico ajustador formado no SENAI está qualificado para exercer essa função. A capacitação é obtida através de um processo de aprendizagem, via treinamento, focado nas particularidades do serviço. Desse modo, um mecânico ajustador formado no SENAI estaria qualificado para ajustagem mas precisa de treinamento para fazer a lapidação em sedes de selos mecânicos. Grande parte das empresas têm, na manutenção, a função LUBRIFICADOR. Em outras a função é exercida por ajudantes ou mecânicos com treinamento específico em lubrificação. Algumas particularidades relacionadas com a lubrificação de equipamentos, sistemas hidráulicos e fluidos de usinagem (corte), aspectos de limpeza, organização, inspeção no campo, contaminação, limites de aceitação, dentre outros, devem ser de pleno conhecimento dos profissionais de lubrificação. Decisões equivocadas comumente cometidas nas manutenções de várias empresas é “enviar para a lubrificação aqueles empregados que não se saem muito bem nas suas atividades originais”. Por exemplo: um mecânico que não é suficientemente rápido na realização de tarefas ou que apresente alguma outra dificuldade é enviado para lubrificação. Isso pode criar uma equipe de desmotivados ou funcionários problemas, com reflexos inevitáveis nos resultados. Nem sempre a lubrificação é contemplada com a devida atenção pela supervisão e pelos gestores seja no acompanhamento, na promoção de melhorias e no treinamento do pessoal. É importante acordar para isso antes que as consequências, traduzidas por prejuízos se apresentem. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 3 3 – Arrumação, Organização e Limpeza Lubrificação é uma atividade que requer excelência na: • Arrumação • Organização • Limpeza Esses três conceitos devem andar juntos e serem observados desde o armazenamento dos recipientes de lubrificantes, passando pela sala da lubrificação na oficina ou no campo, até chegar tanto no entorno como nos equipamentos e nos sistemas de lubrificação. Como mostrado na figura 2, a contaminação representa 50% de falhas em equipamentos mecânicos. Considera-se que, pelo menos 75% de todas as falhas em sistemas hidráulicos seja devida a contaminantes ou envelhecimento do fluido hidráulico.4 3.1 – Na(s) sala(s) de lubrificação A sala de lubrificação deve ser o local mais limpo e arrumado da manutenção. A contaminação não pode, jamais, começar no manuseio dos lubrificantes pelos lubrificadores. As fotos a seguir mostram situações diferentes em salas de lubrificação: à esquerda uma situação indesejável e à direita o que deve ser praticado. Figura 4 - Sala de lubrificação – situação antes e depois 4 Figura 5 – Sala mal organizada e com limpeza ruim6. À direita sala de lubrificantes da Boeing.5 Atualmente estão disponíveis sistemas de armazenamento de óleo em recipientes plásticos com medidor de nível, identificação por cores e etiquetas, sistema de enchimento por bombas, bem como recipientes adequados para manuseio, identificados por cor e tipo de lubrificante. Isso permite que não haja contaminação no manuseio de lubrificantes, além de manter organizada a sala de lubrificação. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 4 Figura 6 – recipientes com parte superior colorida para identificação do do óleo. 7 Figura 7 – Bombas manuais de graxa com corpo corpo colorido para fácil identificação do lubrificante.8 As orientações recentes para as salas de lubrificação são semelhantes às sugeridas na figura 8. Figura 8 – Sala de lubrificação – recomendação 9 Figura 9 - Sala de lubrificação – recomendação9 3.2 – Nos equipamentos em operação Nos equipamentos a limpeza é também fundamental, independentemente do tipo de indústria. É óbvio que determinados tipos de indústria geram mais poeiras e partículas em suspensão no ar que outras. Exemplos típicos são as fábricas de cimento, indústrias cerâmicas, mineração, dentre outras. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 5 Desde que o nível de partículas é maior, os cuidados com a contaminação devem ser proporcionalmente maiores. Isso inclui a limpeza dos equipamentos. 6 Figura 10 – Sistemas de lubrificação – observar o nível de limpeza de um e do outro Nesses tipos de indústrias o ato de se fazer uma inspeção ou lubrificação (complementação de nível, aplicação de graxa, etc.) requer uma limpeza prévia sob pena de se promover a contaminação do lubrificante. Veja no exemplo a seguir. Seja um equipamento em uma indústria cerâmica que tem um mancal com uma oleadeira (copo de óleo ou “oil cup”) na parte superior, como indicado na figura 11. Em função da grande quantidade de pó existente no ambiente da indústria, o pó se acumula sobre os equipamentos. Qualquer atuação por parte do inspetor ou do lubrificador que implique em mexer na tampa da oleadeira deve ser precedida pela limpeza do pó nela acumulada. Caso isso não seja feito, pode ocorrer a entrada de pó para dentro do mancal e a consequente contaminação do lubrificante. Isso implicará na redução da vida útil do mancal. Figura 11 – Mancal de equipamento com oleadeira (oil cup) Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 7 Figura 12 – Limpeza da tampa necessária antes de sua abertura. Atualmente são disponíveis indicadores que, instalados nos pontos de lubrificação nos equipamentos, indicam o tipo de lubrificante a ser aplicado. Alguns desses permitem que, além da cor de identificação, seja escrito o tipo de lubrificante. Figura 13 – Anéis coloridos para identificação do lubrificante utilizado no equipamento (no caso lubrificador de nível constante) 7 Figura 14 – Sistema de identificação e proteção de pontos de aplicação de graxa8 4 – Melhorias de projeto dos equipamentos para redução da contaminação do lubrificante Apesar dos processos de lubrificação ainda permanecerem os mesmos, salvo pela maior aplicação dos sistemas de névoa de óleo (oil mist) principalmente em instalações que concentram muitos equipamentos similares (refinarias de petróleo, químicas e petroquímicas), constata-se uma evolução significativa nos sistemas que garantem a integridade do lubrificante e dos mancais. Para exemplificar, vamos listar algumas melhorias ocorridas em bombas centrífugas de processo. a) Vedação da caixa de mancal A figura 15 mostra uma bomba centrífuga horizontal tipo ANSI, na qual estão indicados os locais para colocação das vedações da caixa de mancal. Essas vedações tem um papel muito importante pelas seguintes razões: “De acordo com a SKF Bearing Company, tanto o óleo como a graxa têm uma vida útil de 30 anos, a trinta graus centígrados (86 ° F). A empresa bomba Duriron estima que a vida L10 de Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br uma rolamento radial de esferas em uma bomba centrífuga com rotor em balanço, operando no BEP (ponto de melhor eficiência) está entre 1 (um) e 300 (trezentos) anos!.”10 8 Figura 15 – Bomba centrífuga horizontal com rotor em balanço Esses números parecem absurdamente altos para o que verificamos no dia a dia. Mas, caso eles sejam possíveis, o que concorre para que não sejam alcançados? Novamente a contaminação do lubrificante é a grande responsável por isso. Dentre elas: • • • Altas temperaturas podem provocar a formação de vernizes no óleo criando um contaminante sólido; Contaminação do óleo com água, umidade e sólidos (poeira, pó) Contaminação por aplicação de lubrificante errado ou já contaminado. A umidade e a poeira podem entrar nas caixas de mancal através: • • • Da vedação da caixa de mancal (ver figura 15) principalmente dos tipos mais antigos (labirintos e retentores), de jatos de água nas operações de limpeza da área. As pessoas que manuseiam as mangueiras quase nunca são esclarecidas para onde não devem apontar o jato de água. do respiro ou suspiro (air breathers) existentes nas caixas de mancal de bombas centrífugas e também muito comuns em caixas de engrenagens. A figura 16 mostra uma bomba com um respiro na caixa de mancal. Figura 16 – Bomba centrífuga tipo API 11 Isso ocorre pois se desenvolvem diferenciais de pressão entre a caixa de mancal e o ambiente que a circunda. Além disso, as diferença de temperatura e suas flutuações que podem ocorrer pela variação de temperatura do produto Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br bombeado, ambiente externo, partidas e paradas do equipamento, promovem uma troca de ar entre o interior da caixa de mancal e o exterior, ocasião em que pode ocorrer a entrada de contaminante através das aberturas do respiro e vedações da caixa de mancal. • Vamentos em gaxetas ou excesso de agua de lavagem em sobrepostas de selos mecânicos. Para prevenir esse tipo de contaminação é usual a instalação de um defletor no eixo que, girando junto com ele, joga a água do vazamento no sentido radial impedindo-o de entrar na caixa de mancal. Ver figura 17. 9 Figura 17 – bomba centrífuga com defletor entre a caixa de gaxetas e a caixa de mancal12 Em relação às vedações citadas no início desse parágrafo e indicadas na figura 18, são 3 os tipos comumente utilizados: Retentor (Lip seal) Vida estimada 2000 horas Pode provocar friso no eixo Labirinto (Labyrinth) Pode ser simples (figura à esquerda) e duplo (fig. à direita) que émais efetivo. Não é eficaz no caso de aspiração de umidade do ambiente externo. A vida dos labirintos é muito elevada. Protetores de Mancal (Bearing Isolators) Não permitem a entrada de água, umidade e spray ao mesmo tempo em que não deixam vazar óleo. Vida estimada 65 vezes maior que a dos retentores Figura 18 – Tabela com os tipos de isoladores/protetores de mancal13 Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br Verifica-se uma tendência em substituir os retentores e labirintos por protetores ou isoladores de mancal nas aplicações onde seja requerido maior grau de proteção aos mancais. As figuras abaixo mostram aplicações de protetores de mancais em alguns equipamentos. 10 Figura 19 – Protetores de mancal instalados em motor elétrico (esquerda) e tambor de correia transportadora (à direita)14 Figura 20 – Redutor de ventilador de torre de resfriamento industrial com protetor de mancais nos eixos de entrada e de saída. 15 b) Lubrificadores de nível constante Lubrificadores nível constante são projetados para manter um nível de óleo do pré-determinado na caixa de mancal. Quando o nível de óleo na caixa de mancal cai abaixo do nível definido, o dispositivo (lubrificador de nível constante) envia óleo para a caixa retornando o nível a sua condição original. O funcionamento dos lubrificadores de nível constante ocorre da seguinte forma: quando o nível da caixa de mancal baixa, o ar passa pelo tubo de interligação do lubrificador com a caixa e pressiona o óleo fazendo-o escoar do lubrificador para a caixa até completar o nível. Em muitos casos, os lubrificadores de nível constante estão abertos à atmosfera exterior, seja pelo respiro da caixa de mancal seja pela folga propositalmente deixada entre o cachimbo e o suporte do reservatório de óleo. Ver figura 21. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 11 Figura 21- Lubrificador de nível constante (adaptado de ref. 16) Uma vez que estes lubrificadores são ventilados para a atmosfera, se o ambiente for sujo ou agressivo, haverá contaminantes que podem se misturar com o lubrificante. Na maioria das vezes esses contaminantes são umidade, poeira, vapores de produtos químicos e partículas, todas prejudiciais ao lubrificante e, por consequência, para a vida útil do equipamento. Para minimizar ou eliminar esse tipo de contaminação, foi desenvolvido o sistema de lubrificação de nível constante fechado, como mostra a figura 22. Um dos tipos tem uma linha de equilíbrio de pressão que está conectada à parte superior da caixa de mancal que se liga à base do lubrificador de nível constante. Figura 22 – Lubrificador de nível constante fechado (ref. 9 e 17) c) Respiros e câmaras de compensação A câmara de expansão (expansion chamber) tem a função de absorver o aumento de pressão interno da caixa de mancais que decorre do aumento de temperatura. Desse modo, ela compensa as variações que ocorrem devidas às mudanças de temperatura (dia, noite, parado, operando). É construída de uma câmara em aço carbono que possui internamente um diafragma de borracha. Com isso, a caixa de mancal fica isolada do meio ambiente o que evita a contaminação por agentes externos. Figura 23 - Câmaras de Expansão (ref. 18 e 9) Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br Figura 24 – Câmara de expansão – descrição do funcionamento (ref. 16 – Serron Ind) Os respiros (air breather), permitem a troca de ar entre o ambiente e a caixa de mancal, ocasionada por diferenças de pressão decorrentes das variações de temperaturas. Existem diversos tipos, como mostrados na figura 24 que vão desde um simples tubo com 2 curvas, mostrado na parte superior esquerda da figura, passando pelos respiros com filtros – que impedem a entrada de partículas provenientes do ambiente e os tipos mais completos que possuem elementos filtrantes para partículas, dissecantes para impedir a entrada de umidade e carvão ativado para prevenir entrada de vapores de óleo. O que vai determinar a aplicação desse ou daquele tipo é o ambiente que circunda o equipamento. No entanto, convém ressaltar que a contaminação reduz significativamente a vida dos mancais gerando indisponibilidade que resulta em elevados custos. Figura 25 – Tipos mais comuns de respiros Quando a situação exigir e, de modo a garantir que não haja contaminação do lubrificante na caixa de mancal, pode-se fazer a associação desses dispositivos como mostra a figura 26. O lubrificador de nível constante está montado em sistema fechado e além da câmara de expansão foi adicionado um filtro dissecante para retirar umidade. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 12 13 Figura 26 – Lubrificador de nível constante sistema fechado com câmara de expansão e dissecante.9 A figura 27 mostra a redução que ocorre na vida do mancal em função da contaminação por água. Repare que o óleo, mesmo tendo aspecto normal, já pode estar contaminado. Usualmente o indicador de contaminação por água se dá para a nossa visão quando o óleo se torna turvo. Nesse ponto, o óleo já está com pelo menos 0,1% de água e a vida remanescente do mancal está em 25% ! Figura 27 – Gráfico mostrando o efeito do percentual de água no óleo sobre a vida do mancal 5 – Armazenamento de lubrificantes O armazenamento de lubrificantes é uma etapa importante para garantia da sua integridade. Mesmo que as práticas recomendadas para o armazenamento sejam sobejamente conhecidas pelo pessoal da Manutenção, o armazenamento pode ficar sob a responsabilidade de outros setores, dentre eles Suprimentos cujo pessoal, por vezes, não está alertado ou informado convenientemente. Sempre que possível é recomendado que os tambores de lubrificantes sejam armazenados em local coberto. No entanto nem sempre isso é possível. Assim, uma das primeiras preocupações que deve ser tomada é em relação à correta colocação dos tambores quando armazenados ao tempo. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br A figura 28 mostra o que ocorre quando o tambor, colocado na posição vertical, está sujeito à intempéries. A chuva que cai sobre o tambor acumula água em sua parte superior. Quando a chuva cessa e o sol aparece a tendência é que haja escape de ar de dentro do tambor para fora. Mas à noite, com a queda de temperatura, ocorre o inverso. Então a água acumulada na tampa entra pelos bujões, indo se depositar no fundo (a água é mais pesada que o óleo) 14 Figura 28 – Tambor de óleo mal armazenado ao tempo. Dessa forma os tambores de óleo e graxa devem ser armazenados sob uma cobertura. Figura 29 – Armazenamento coberto de tambores de lubrificantes. Caso isso não seja possível, devem ser armazenados deitados, com os bujões alinhados na horizontal Figura 30 – Armazenamento de tambores ao tempo (deitado) Caso isso ainda não seja possível e os tambores tenham que ser armazenados na vertical, adotar o seguinte procedimento: Sempre calçar os tambores com um taco de madeira de modo que fiquem inclinados conforme mostra a figura. Atentar para a posição dos bujões. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 15 Figura 31 – Armazenamento correto de tambores na vertical Cobrir os tambores com lona é uma providência importante. Outra alternativa é utilizar os protetores ou cobertura de tambor (drum cover) conforme ilustrado na figura 32. Esses protetores são reutilizáveis e garantem que o lubrificante não será contaminado pela água da chuva ou umidade. Figura 31 – Cobertura ou proteção para tambores de 20 litros (55 gal drum cover) Figura 32 – Tampa de filme de PEBD 23 Figura 33 – Tampa em chapa fina de aço pintada24 Júlio Nascif, engenheiro mecânico, com curso de especialização em Engenharia de Equipamentos e Avançado II de Turbomáquinas na Petrobras. Trabalhou por 21 anos na Petrobras REGAP onde exerceu a gerencia da manutenção mecânica. Diretor da TECÉM Tecnologia Empresarial, empresa de consultoria, assessoria, avaliação / diagnóstico e treinamento em Gestão e Manutenção. Co-autor de livros de Manutenção. Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br Referências. 1–Manutenção Preditiva Fator de sucesso na gestão empresarial – Alan Kardec & Julio NascifEditora Qualitymark, 2013 2–Plant Failures from a Insurance Perspective – Ian Barnard – Engineering Asset Management from an Insurance Perspective, Reliability web. Com. 3 – http://www.machinerylubrication.com/Read/29461/2013-lube-room-challenge 4 - http://www.machinerylubrication.com/Read/957/hydraulic-fluids-contamination 5 - http://www.machinerylubrication.com/Read/589/lubrication-boeing 6 - http://pt.slideshare.net/toonvg/lubrication-reliability-bylubretec 7 – Mining Systems Catalogue – JSG Industrial Systems 8 – Lubretec BVBA - http://www.enluse.be/grease-safe.html 9 – Trico Corporation - http://www.tricocorp.com/ 10 – McNally Institute - http://www.mcnallyinstitute.com/13-html/13-09.htm 11 – Flowserve (Pacific Pumps) 12-http://www.naipump.com/products_detail/&productId=e926e426-513f-4167-82ecb40028b13da7.html 13 – Informações de Heinz P. Bloch, Galock, NcNally Institute, InproSeal, Aesseal. 14 – Motor US Emerson Electric / Tambor informação Inpro Seal 15 – Parker Seal (Protech), Redutores Amarillo. 16 – Serron (Serron Industrial http://www.serron.com.br/index.asp) 17 – Oil Rite (www.oilrite.com) 18 – Visolub (http://www.visolub.com.br/camara_de_expansao.htm 19 - http://www.se-jin.co.kr/P-BREATHER%20FILTER/P-AIR%20BREATHER%20FILTER-SAP.htm 20 – Filton Limited (http://www.filtonltd.co.uk/uploads/DOC51372AA420C03.pdf) 21 – Parker Filtration (http://www.parker.com/literature/Brazil/2300_11.pdf) 22 - http://reliabilityweb.com/index.php/articles/helpful_hints_to_increase_reliability_through_lubrication/ 23 - http://www.qualipack.com.br/especiais_tampa.php 24 – TSSC - Tambores – São Carlos - SP Júlio Nascif – 2015 - TECÉM Tecnologia Empresarial Ltda. – www.tecem.com.br 16