Análise da causa raiz: superaquecimento das correias de transmissão - 5 causas comuns e fluxograma de diagnóstico

1. Introdução: Diagnóstico de superaquecimento de correias de transmissão

O superaquecimento das correias de transmissão é um sintoma crítico que muitas vezes precede falhas catastróficas do equipamento, levando a paradas não planejadas, aumento dos custos de manutenção e redução da eficiência geral da produção. Em ambientes industriais onde a confiabilidade é crucial, ignorar este sintoma é inaceitável. Este artigo apresenta uma análise sistemática das cinco causas mais comuns de superaquecimento de correias de transmissão, fornece um fluxograma de diagnóstico e recomendações práticas para técnicos de serviço, engenheiros de confiabilidade e gerentes de produção, especialmente levando em consideração os padrões e certificações em vigor na Ucrânia, como DSTU, EN, ISO e UkrSEPRO. Nossa abordagem é baseada em análises de engenharia forense, que fornecem uma compreensão clara e baseada em evidências do problema.

2. Visão geral do componente: Transmissões por correia de transmissão e condições de operação

Os acionamentos por correia são um elemento fundamental de muitas máquinas industriais, proporcionando a transmissão de potência e torque entre eixos. Eles consistem em uma polia motriz, uma polia motriz e uma ou mais correias de transmissão. Os acionamentos por correia típicos incluem correias em V, correias dentadas e correias planas, cada uma com suas próprias características e aplicações específicas. As correias são feitas principalmente de materiais elastoméricos (por exemplo, neoprene, poliuretano) com reforço (fibra de vidro, poliéster) para proporcionar resistência e estabilidade.

Condições operacionais:

• Potência: De alguns quilowatts a centenas de quilowatts, dependendo da aplicação.
• Velocidade: As velocidades lineares das correias podem atingir 30-50 m/s.
• Temperatura: A faixa ideal de temperatura operacional para a maioria das correias industriais é de -20°C a +70°C. Exceder 80°C é crítico e leva à degradação acelerada do material.
• Umidade e Contaminação: O aumento da umidade, bem como a presença de poeira, sujeira, óleos ou produtos químicos agressivos afetam significativamente a vida útil das correias.
• Carga: Carga constante, cíclica ou de choque.

Por exemplo, nas condições de produção metalúrgica, as correias dos transportadores podem operar em altas temperaturas ambientes, o que requer o uso de correias com compostos especiais resistentes ao calor. A resistência dos componentes, incluindo correias e polias, a influências externas deve atender aos requisitos da DSTU EN 60079 (para ambientes explosivos) ou DSTU ISO 281 (para a vida útil de rolamentos que afetam indiretamente as correias).

3. Evidência de falha: Sintomas de superaquecimento e sua medição

O superaquecimento das correias manifesta-se através de uma série de sinais visuais e físicos claros que podem ser registrados pelo técnico no local. A detecção precoce desses “sinais de alerta” é fundamental para evitar o fracasso total.

Evidência visual e física:

• Escurecimento e endurecimento da correia: O material de borracha torna-se quebradiço, aparecem fissuras nas superfícies laterais ou ao longo de todo o comprimento. Isto indica degradação térmica dos polímeros.
• Cheiro de borracha queimada: Um cheiro característico e acre é um indicador direto de atrito excessivo e superaquecimento.
• Suavização ou derretimento das superfícies laterais da correia: Especialmente perceptível em correias em V, indica escorregamento.
• Deposição de migalhas de borracha: Na carcaça da tampa protetora ou ao redor da transmissão, formada pelo desgaste da correia.
• Mudança na cor das polias: Uma tonalidade azul ou roxa na superfície das polias indica um aumento significativo na temperatura do metal.
• Diminuição da eficiência da transmissão: Perda de potência, aumento do consumo de corrente do motor sem aumento de carga.

Dados de medição:

• Temperatura: Usando um termômetro infravermelho ou um termovisor para medição sem contato da temperatura da superfície da correia e das polias. A temperatura normal da superfície da correia não deve exceder 70°C. Leituras acima de 85°C são críticas. Uma diferença de temperatura superior a 10°C entre as polias ou entre diferentes seções da correia também é um sinal de alarme.
• Vibração: vibrômetros portáteis em conformidade com a DSTU ISO 10816 podem detectar aumento de vibração, indicando desalinhamento, desgaste do rolamento ou problemas na correia. A norma para máquinas do grupo 2 (máquinas médias) é de até 4,5 mm/s RMS (valor quadrático médio) de velocidade de vibração para peças soltas.
• Tensão da correia: Meça com um extensômetro eletrônico ou um medidor de tensão vibratória. O desvio da tensão recomendada pelo fabricante (por exemplo, ±10% da frequência de vibração especificada) é inaceitável.
• Consumo de corrente do motor: Uso de pinças de corrente para monitorar a carga do motor. Um aumento no consumo de corrente sem aumento na carga mecânica pode indicar aumento de atrito no acionamento por correia.

4. Pesquisa de causa raiz: análise sistemática

Para identificar as verdadeiras causas do superaquecimento da correia, uma análise sistemática deve ser realizada. Utilizamos uma abordagem combinada que inclui os 5 Porquês e elementos do Diagrama de Ishikawa para cada causa potencial.

4.1. Descentralização de polias

Sintomas: Desgaste irregular das superfícies laterais da correia, aumento da vibração (especialmente na direção axial), aumento rápido da temperatura de uma das polias.

"5 porquês" para descentralização:

1. Por que as correias superaquecem? - Devido ao atrito excessivo.
2. Por que atrito excessivo? – Devido à distribuição desigual da carga e deslizamento da correia nas polias.
3. Por que distribuição desigual de carga? – Devido ao desalinhamento das polias.
4. Por que as polias estão descentralizadas? – Devido à instalação inadequada ou deslocamento durante a operação.
5. Por que a instalação/desalinhamento está incorreto? – Falta de verificações regulares, ferramenta de alinhamento de má qualidade ou deformação da estrutura do equipamento.

4.2. Tensão incorreta da correia

Sintomas: Marcas de desgaste tortuosas na correia (muito fracas), fissuras e endurecimento (muito fortes), assobios característicos ao arrancar ou escorregar.

"5 porquês" para tensão incorreta:

1. Por que as correias superaquecem? - Devido ao atrito excessivo.
2. Por que atrito excessivo? – Devido ao deslizamento (tensão fraca) ou resistência interna excessiva (tensão forte).
3. Por que deslizamento/resistência excessiva? – Devido à tensão inadequada da correia.
4. Por que a tensão está incorreta? – Devido a medições imprecisas durante a instalação, estiramento da correia ao longo do tempo ou uso de correias erradas.
5. Por que medições/alongamentos imprecisos/correias inadequadas? – Falta de treinamento adequado da equipe, verificações de tensão irregulares ou uso de correias sem certificados DSTU/EN apropriados.

4.3. Correias ou polias gastas

Sintomas: rachaduras visíveis, delaminação, perda do perfil da correia, superfícies brilhantes (vidradas) da correia, ranhuras da polia desgastadas (perfil "cortado"), aumento de ruído.

"5 porquês" para usar:

1. Por que as correias superaquecem? - Devido ao atrito excessivo.
2. Por que o atrito excessivo? – Devido à perda de aderência efetiva entre a correia e a polia.
3. Por que a perda de aderência efetiva? – Devido ao desgaste da correia ou ao perfil das ranhuras das polias.
4. Por que desgaste? – Exceder a vida útil recomendada, uso de materiais de baixa qualidade ou contaminação abrasiva.
5. Por que exceder a vida útil/materiais de baixa qualidade/poluição? – Não cumprimento do cronograma PPR, falta de controle de qualidade de peças de reposição (certificados CE, UkrSEPRO) ou sistema ineficaz de proteção contra poeira e sujeira.

4.4. Carga excessiva

Sintomas: O motor está sobrecarregado (alta corrente), a correia está muito quente, mas não há sinais evidentes de escorregamento, disparos frequentes da proteção do motor.

"5 porquês" para carga excessiva:

1. Por que as correias superaquecem? - Devido ao trabalho excessivo e ao atrito interno do material.
2. Por que tanto trabalho? – A correia está transmitindo potência além de sua capacidade nominal.
3. Por que excede a capacidade projetada? – O equipamento está operando com uma carga que excede a capacidade projetada ou a transmissão por correia foi calculada incorretamente/subestimada.
4. Por que a carga de projeto foi ultrapassada/cálculo incorreto? – Mudanças no processo tecnológico sem revisão dos parâmetros de transmissão, ou erros de projeto/modernização.
5. Por que as alterações/erros? – Falta de documentação técnica atualizada, análise de engenharia insuficiente ao fazer alterações ou uso de correias que não atendem à DSTU ISO 5292.

4.5. Fatores ambientais

Sintomas: Superaquecimento geral da unidade, rápida degradação das correias em condições de alta temperatura/poluição, presença de películas de óleo na correia.

"5 porquês" para fatores ambientais:

1. Por que as correias superaquecem? – Devido à impossibilidade de dissipação efetiva de calor e degradação do material.
2. Por que a impossibilidade de dispersão/degradação? – Exposição a altas temperaturas ambientes, má ventilação ou exposição a produtos químicos.
3. Por que alta temperatura/má ventilação/exposição a produtos químicos? – Localização da máquina em uma área com temperatura elevada, orifícios de ventilação bloqueados ou vazamentos de óleo/produtos químicos.
4. Por que a localização/bloqueio/vazamentos? – Layout da loja abaixo do ideal, falta de limpeza regular ou mau funcionamento da vedação/tubulação.
5. Por que planejamento abaixo do ideal/falta de limpeza/falhas? – Falta de padrões de operação e manutenção (por exemplo, de acordo com a ISO 14001 para gestão ambiental) ou controle visual insuficiente.

5. Causas raízes e evidências determinadas

Após uma análise sistemática, classificamos as causas raízes por probabilidade e evidências de apoio:

1. Desalinhamento das polias (Probabilidade: Alta).

   • Evidência: Desgaste irregular das superfícies laterais da correia (até 2 mm de desvio), aumento da vibração (até 6 mm/s SCZ) na direção axial, registrada por um vibrômetro, e uma diferença de temperatura entre as bordas da correia de até 15°C. A medição com um nivelador a laser mostra um desalinhamento angular superior a 0,5° ou um desalinhamento paralelo superior a 0,5 mm por 100 mm de distância interaxial.
   • Sinais de alerta: Desgaste rápido dos rolamentos, aumento de ruído, tensão irregular ao longo do comprimento da correia.

2. Tensão incorreta da correia (Probabilidade: Alta).

   • Prova: A medição com um extensômetro mostra um desvio de tensão de 20% do recomendado pelo fabricante (por exemplo, em vez de 300 N – 240 N ou 360 N). Com tensão fraca - vestígios de escorregamento, lados vidrados da correia; se for excessivo – rachaduras profundas na parte traseira da correia. A temperatura da superfície da correia atinge 90°C.
   • Bandeiras vermelhas: Assobios durante a operação (tensão fraca), aumento do nível de ruído, desgaste rápido dos rolamentos e semi-eixos (tensão alta).

3. Correias/polias gastas (probabilidade: média).

   • Comprovação: A medição do perfil da ranhura da polia com um paquímetro mostra desgaste superior a 1mm do valor nominal. As correias apresentam rachaduras visíveis (mais de 5 mm de comprimento), delaminação, perda de elasticidade, o MTBF da correia está bem abaixo do projeto de 20.000 horas (por exemplo, 8.000 horas).
   • Sinais de alerta: Aumento da folga da correia na ranhura, poeira preta causada pelo desgaste da correia, degradação do material visualmente perceptível.

4. Sobrecarga (Probabilidade: Média).

   • Evidência: Os dados do ACS TP mostram um excesso constante do consumo de corrente do motor em 15-20% do nominal. Ao mesmo tempo, a temperatura da correia é consistentemente elevada (75-80°C) ao longo de todo o comprimento, sem sinais de escorregamento. A vida útil das correias é reduzida em 50% do esperado.
   • Bandeiras vermelhas: Acionamento frequente da proteção térmica do motor, redução do desempenho do equipamento, aumento de ruído sob carga.

5. Fatores ambientais (probabilidade: baixa a média).

   • Prova: A medição da temperatura ambiente na área de transmissão da correia excede 40°C. A presença de contaminação significativa (poeira, óleo) na correia e nas polias foi registrada durante uma inspeção visual. A taxa de degradação da correia quando em contato com determinados produtos químicos (confirmada pela análise de resíduos na superfície).
   • Bandeiras vermelhas: Grades de ventilação entupidas, vazamentos visíveis de fluidos de processo, inconsistência da classe de proteção IP do equipamento com as condições de operação.

6. Ações corretivas e prevenção a longo prazo

6.1. Para centralizar as polias:

• Ações imediatas: Pare o equipamento. Alinhamento de polias usando um alinhador a laser (por exemplo, Optibelt LASER POINTER III). Verificação e aperto de fixadores de motores e equipamentos.
• Prevenção a longo prazo: Inclusão da verificação de excentricidade no cronograma regular do PPR (a cada 1000 horas de operação ou 6 meses). Treinamento da equipe no uso de ferramentas de alinhamento precisas.

6.2. Para tensão incorreta da correia:

• Ações imediatas: Ajuste a tensão da correia de acordo com os valores recomendados pelo fabricante usando um medidor de tensão eletrônico (por exemplo, Gates Sonic Tension Meter).
• Prevenção a longo prazo: Verificação regular da tensão (a cada 500 horas de operação ou trimestralmente) com documentação dos resultados. Utilização de correias de fornecedores certificados que atendem à DSTU ISO 5291.

6.3. Para correias ou polias gastas:

• Ações imediatas: Substitua correias e/ou polias gastas. Seleção de componentes que atendem às especificações OEM e possuem certificados CE e UkrSEPRO.
• Prevenção a longo prazo: Implementação de um sistema de monitoramento de condições baseado em falhas previstas. Inspeção visual regular de correias e polias (mensalmente). Manter um estoque adequado de peças de reposição.

6.4. Para sobrecarga:

• Ações imediatas: Estime a carga real do equipamento. Talvez uma diminuição temporária da produtividade ou otimização do processo tecnológico.
• Prevenção a longo prazo: Recálculo da transmissão por correia tendo em conta as condições reais de funcionamento. Atualizar a transmissão por correia para uma mais potente (por exemplo, usando correias mais largas, correias adicionais ou correias com maior taxa de embreagem). Implementação de monitoramento de potência do motor.

6.5. Para fatores ambientais:

• Ações imediatas: Forneça ventilação adequada. Limpando a zona de transmissão da correia contra poeira, sujeira e contaminação de óleo. Eliminação de vazamentos.
• Prevenção a longo prazo: Melhoria da ventilação geral da oficina. Instalação de tampas protetoras que proporcionam proteção contra fatores externos de acordo com os padrões IP (por exemplo, IP54). Controle regular das condições de limpeza e temperatura da área dos equipamentos.

7. Lista de verificação de diagnóstico rápido para técnicos de campo

Esta lista de verificação foi projetada para uso rápido em um tablet em um ambiente de loja.

1. Inspeção visual: Existem rachaduras visíveis, delaminação ou derretimento na correia? (Sim/Não)
2. Cheiro: há cheiro de borracha queimada? (Sim/Não)
3. Temperatura: Meça a temperatura da superfície da correia e das polias com um termômetro infravermelho. Ultrapassa os 75°C? (Sim/Não)
4. Tensão: Verifique a tensão da correia com um extensômetro. Desvia-se da norma em ±15%? (Sim/Não)
5. Centralização: Faça uma verificação visual rápida ou com um apontador laser. Existe um desalinhamento perceptível das polias? (Sim/Não)
6. Desgaste da polia: Inspecione as ranhuras das polias. Há desgaste perceptível ou perfil "cortado"? (Sim/Não)
7. Ruído/Vibração: Há ruído excessivo (assobios, zumbidos) ou vibração? (Sim/Não)
8. Contaminação: Existe acúmulo significativo de poeira, óleo, sujeira na engrenagem? (Sim/Não)
9. Corrente do motor: Verifique o consumo de corrente do motor. Excede o valor nominal sem aumentar a carga? (Sim/Não)
10. Ventilação: As aberturas de ventilação ao redor da transmissão estão bloqueadas? (Sim/Não)
11. Idade da correia: A vida útil recomendada da correia foi excedida? (Sim/Não)

Conclusão: Se houver mais de 3 respostas sim, é necessária intervenção imediata e análise detalhada.

8. Estratégia de Prevenção: Uma Abordagem Abrangente

Uma estratégia eficaz para evitar o superaquecimento da correia baseia-se em uma combinação de manutenção regular, monitoramento de condições e melhorias de engenharia.

• Intervalos de manutenção:
  • Mensalmente: Inspeção visual de correias e polias quanto a desgaste, rachaduras e contaminação. Verificação de temperatura.
  • Trimestralmente (ou a cada 500 horas): Verifique e ajuste a tensão da correia e meça a vibração.
  • Anualmente (ou a cada 2.000 horas): Verificação da excentricidade das polias com nivelador a laser. Inspeção detalhada das polias quanto a desgaste.
  • Substituição das correias: De acordo com as recomendações do fabricante, geralmente a cada 15.000 - 25.000 horas de operação, ou quando o desgaste crítico é atingido.
• Monitoramento de condição:
  • Monitoramento contínuo de temperatura: Instalação de sensores de temperatura IR estacionários com saída de sinal para ACS TP para aviso antecipado de superaquecimento.
  • Monitoramento de vibração: Instalação de acelerômetros para rastrear características de vibração de acordo com DSTU ISO 10816.
  • Monitoramento do consumo de corrente: Integração da medição da corrente do motor no sistema SCADA para detectar sobrecargas.
• Projeto e seleção de componentes:
  • Utilização de correias e polias que atendem aos padrões DSTU, EN, ISO e possuem certificação CE e UkrSEPRO.
  • Otimizar os cálculos dos acionamentos por correia para garantir uma margem de segurança suficiente (geralmente 1,2-1,5 da carga nominal) e evitar trabalhar no limite das capacidades.
  • Garantir a classe de proteção (IP) adequada para acionamentos por correia em ambientes contaminados ou agressivos.
  • Implementação de sistemas automáticos de tensionamento de correias para manter a tensão ideal.

9. Conclusão

O superaquecimento das correias de transmissão é um indicador de problemas profundos na operação e manutenção de equipamentos industriais. Uma investigação sistemática da causa raiz, baseada na análise de evidências como sinais visuais, temperatura, vibração e medições elétricas, permite a identificação precisa da origem do problema. A eliminação eficaz dessas causas, bem como a implementação de estratégias abrangentes de manutenção preventiva e monitoramento de condições, é a chave para a longevidade e a confiabilidade dos acionamentos por correia. A adesão aos padrões da indústria (DSTU, EN, ISO) e o uso de componentes certificados são parte integrante para garantir a operação segura e eficiente dos equipamentos.

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10. Lista de referências

• DSTU ISO 10816-3:2004 Vibração. Avaliação da vibração da máquina com base nos resultados de medições em peças rotativas. Parte 3: Máquinas industriais com potência nominal superior a 15 kW e velocidade nominal entre 120 rpm e 15.000 rpm, quando medida no local de instalação (ISO 10816-3:1998, IDT).
• DSTU ISO 5292:2018 Acionamentos por correia síncrona. Aplicativo.
• EN ISO 9001:2015 Sistemas de gestão da qualidade. Requisitos
• ISO 14001:2015 Sistemas de gestão ambiental. Requisitos e instruções de uso.
• UkrSEPRO. Sistema de certificação nacional na Ucrânia.
• Corporação Gates. Manual de projeto de acionamento por correia em V.
• SKF. Manual de Manutenção.
• A Associação de Distribuidores de Transmissão de Energia (PTDA). Guia de manutenção do sistema de transmissão por correia.