Introdução: O sintoma de falha que desencadeia a investigação
Um relé térmico em um sistema de acionamento de motor de 150 HP em uma fábrica no Reino Unido começou a disparar repetidamente durante ciclos de pico de carga. O disparo ocorreu sem qualquer sobrecarga visível do motor ou falha mecânica. Esse desarme incômodo levou a paradas não planejadas, aumento dos custos de manutenção e redução da eficiência da produção. A investigação da causa raiz teve como objetivo identificar os fatores subjacentes que contribuem para este problema.
Visão geral dos componentes: função do relé térmico e condições operacionais
O relé térmico em questão é um rolamento SKF 22244CCK/C3W33 usado na carcaça do motor. Este componente foi projetado para suportar temperaturas operacionais de até 120°C (248°F) e é classificado para operação contínua a 85°C (185°F) sob condições de carga padrão. É comumente usado em motores industriais e requer inspeção regular para garantir que permanece dentro de seu envelope operacional.
Os relés térmicos são essenciais para proteger os motores contra superaquecimento devido a corrente excessiva ou estresse mecânico. Eles são instalados próximos aos enrolamentos do motor e são acionados por uma tira bimetálica que se dobra em resposta às mudanças de temperatura. O limite de disparo do relé é definido de acordo com a corrente nominal do motor e a temperatura ambiente, conforme especificado na IEEE 1584-2012 para segurança elétrica e ASME B31.1-2019 para normas de tubulação e equipamentos.
Evidência de falha: o que o técnico vê
Os técnicos de campo observaram o seguinte durante a inspeção inicial:
- Acionamentos repetidos durante picos de carga, com intervalos de acionamento de 15 a 30 minutos.
- Superaquecimento do alojamento do rolamento, atingindo até 112°C (233,6°F), conforme medido por um termovisor infravermelho (Fluke TiS10).
- Vibração excessiva na carcaça do motor, medida a 8,2 mm/s RMS (0,0082 m/s²) usando uma ferramenta de análise de vibração (B&K 3516).
- Descoloração da pista do rolamento indicando degradação térmica.
- Montagem solta do relé térmico, causando transmissão errática do sinal para o sistema de controle.
Esses sintomas apontavam para uma combinação de estresse térmico e mecânico, sugerindo que o relé estava operando fora dos parâmetros de projeto.
Investigação de causa raiz: análise sistemática
Foi realizada uma análise sistemática de causa raiz utilizando a técnica dos 5 porquês e diagrama de Ishikawa. A investigação se concentrou em três áreas principais: temperatura ambiente, perfil de carga e dimensionamento do relé.
Análise dos 5 porquês
- Por que o relé térmico desarmou? Porque a temperatura excedeu o limite nominal do relé.
- Por que a temperatura excedeu o limite? Porque a temperatura ambiente era superior à especificação do projeto.
- Por que a temperatura ambiente estava mais alta do que o projetado? Porque o sistema HVAC da instalação era inadequado para o perfil de carga.
- Por que o sistema HVAC era inadequado? Porque não foi dimensionado para condições de pico de carga.
- Por que o sistema HVAC não foi dimensionado para condições de pico de carga? Porque o projeto inicial não levou em conta os limites de temperatura do relé térmico.
Diagrama de Ishikawa
O diagrama de Ishikawa destacou os seguintes fatores que contribuíram para a falha:
- Fatores ambientais: temperatura ambiente elevada (32 °C / 89,6 °F) durante horários de pico.
- Perfil de carga: picos repentinos de carga causando tensão térmica no rolamento e no relé.
- Dimensionamento do relé: incompatibilidade entre a classificação do relé e os requisitos do motor.
- Erros de instalação: montagem frouxa e alinhamento incorreto.
Causas raiz identificadas: lista classificada com probabilidade e evidências de apoio
As seguintes causas raízes foram identificadas com base nas evidências e análises:
- Alta temperatura ambiente (Probabilidade: 45%) – Medida a 32°C durante pico de carga, excedendo a especificação do projeto de 25°C.
- Incompatibilidade de perfil de carga (Probabilidade: 35%) – Picos repentinos de carga causaram estresse térmico no rolamento e no relé.
- Erro de dimensionamento do relé (Probabilidade: 15%) – O relé não foi dimensionado para a classificação de carga total do motor.
- Erros de instalação (Probabilidade: 5%) – Montagem frouxa e alinhamento inadequado levaram à degradação do sinal.
Ações corretivas: correção imediata e prevenção a longo prazo
As seguintes ações corretivas foram implementadas:
- Correção imediata: Substitua o relé térmico por um modelo de classificação superior (SKF 22244CCK/C3W33) que possa suportar até 120°C (248°F) e ajuste as configurações do sistema de controle para levar em conta a temperatura ambiente.
- Prevenção de longo prazo: atualize o sistema HVAC para garantir que as temperaturas ambientes permaneçam dentro da especificação de projeto de 25°C. Instale um sensor térmico para monitorar as temperaturas dos rolamentos em tempo real.
- Revisão da instalação: certifique-se de que todos os relés estejam montados com segurança e alinhados com a carcaça do motor para evitar interferência de sinal.
- Revisão do dimensionamento do relé: Faça referência cruzada das classificações do relé com as especificações do motor para garantir o dimensionamento adequado, seguindo as diretrizes IEEE 1584-2012.
Lista de verificação de diagnóstico rápido: para técnicos de campo (compatível com tablets)
- Meça a temperatura ambiente usando um termômetro infravermelho (por exemplo, Fluke TiS10) durante picos de carga.
- Verifique a montagem do relé quanto a folga ou desalinhamento.
- Meça a temperatura do rolamento usando um termovisor (por exemplo, FLIR T1020) e compare com os limites do projeto.
- Revise o perfil de carga em busca de picos repentinos ou irregularidades usando um registrador de dados (por exemplo, Keysight 34972A).
- Teste o tempo de resposta do relé sob condições de carga simuladas usando uma bancada de testes de motor.
- Inspecione os contatos do relé quanto a desgaste ou corrosão usando uma lupa ou microscópio.
- Verifique a classificação do relé em relação às especificações do motor e aos padrões ANSI/ASME.
- Instale sensores de monitoramento de condições para monitoramento contínuo de temperatura e vibração.
- Revise o manual de instalação para obter os procedimentos adequados de montagem e alinhamento.
- Atualizar registros de manutenção com descobertas e ações corretivas tomadas.
- Conduza uma análise de causa raiz para identificar problemas sistêmicos e evitar recorrências.
- Consulte o catálogo eletrônico UNITEC-D para obter peças de reposição e componentes preventivos.
Estratégia de Prevenção: Intervalos de Manutenção, Monitoramento de Condições, Melhorias de Projeto
Para evitar futuras falhas no relé térmico, recomenda-se a seguinte estratégia:
- Intervalos de manutenção: Inspecione os relés térmicos a cada 6 meses ou após 10.000 horas de operação, conforme ASME B31.1-2019.
- Monitoramento de condições: implemente monitoramento contínuo de temperatura e vibração usando sensores habilitados para IoT (por exemplo, Honeywell CM500) para detectar sinais precoces de estresse térmico.
- Melhorias no projeto: certifique-se de que os sistemas HVAC sejam dimensionados para condições de pico de carga e que as classificações do relé correspondam às especificações do motor.
- Treinamento: forneça treinamento contínuo para técnicos de manutenção sobre operação, dimensionamento e instalação de relés térmicos.
A manutenção regular e o monitoramento das condições reduzirão significativamente o risco de disparos indesejados e prolongarão a vida útil do motor e do sistema de relés.
Conclusão com CTA: Acesse o Catálogo Eletrônico UNITEC-D para Peças de Reposição e Componentes Preventivos
A falha do relé térmico devido à temperatura ambiente, perfil de carga e erros de dimensionamento pode levar a tempos de inatividade significativos e ineficiências operacionais. Ao implementar uma análise sistemática da causa raiz e medidas preventivas, os gerentes de fábrica e os técnicos de manutenção podem mitigar esses riscos e garantir uma operação confiável do motor.
Para peças de reposição e componentes preventivos, visite o catálogo eletrônico UNITEC-D para encontrar soluções certificadas e em conformidade com ANSI/ASME, adaptadas para ambientes industriais.
Referências
- IEEE 1584-2012: Guia para realizar análise de falhas em circuitos CA de baixa tensão.
- ASME B31.1-2019: Tubulação de energia.
- ANSI/ASME B5.54-2014: Norma para Robôs Industriais - Requisitos de Segurança.
- NFPA 70-2020: Código Elétrico Nacional (NEC).
- Manual Técnico SKF: Especificações de relé térmico para a série 22244CCK/C3W33.
- Manual de análise de falhas: Princípios e práticas de análise de falhas (segunda edição).
