Os fatores que afetam o comportamento dos motores elétricos podem ser agrupados em problemas de origem elétrica ou magnética e problemas de origem mecânica, e dada à importância de conhecer as fontes destes distúrbios para o diagnóstico que levam às falhas, vários estudos que buscam as possíveis características que levam às falhas têm sido realizados (LAMIN FILHO; PEDERIVA; BRITO, 2014).
O Quadro 1 apresenta os componentes do motor elétrico que apresentaram falhas, com base numa pesquisa realizada pelo Motor Reability Working Group, em um grupo de 1.141 motores, diante das falhas apresentadas.
Quadro 1 – Componentes que apresentam falha.
Componente Total
Rolamento 166 ocorrências Enrolamento 97 ocorrências
Eixo 19 ocorrências
Dispositivo externo 18 ocorrências Escovas ou anéis 16 ocorrências Rotor 13 ocorrências Outros 51 ocorrências
Fonte: Adaptado de BELL et al. (1985).
O Quadro 2 apresenta as principais causas iniciais das falhas ocorridas em motores elétricos, onde os resultados são muito próximos ao de pesquisa realizada no ano de 1973, quando os três principais iniciadores de falhas eram: ruptura
mecânica, superaquecimento e quebra de isolamento, ou mais de uma combinadas, associadas à deterioração normal pelo tempo de uso.
Quadro 2 – Iniciadores de falha de um motor elétrico.
Iniciador da falha Percentual
Quebra mecânica 33,1 % Superaquecimento 13,2 % Quebra de isolamento 12,3 % Falhas elétricas 7,6 % Sobre tensão transitória 1,5 %
Motor parado 0,9 %
Outras 31,4 %
Fonte: Adaptado de BELL et al. (1985).
O Quadro 3 apresenta os principais contribuintes de falhas em motores elétricos de acordo com a mesma pesquisa.
Quadro 3 – Contribuintes de falha em motores elétricos.
Contribuinte da falha Percentual
Deterioração normal pelo tempo 26,4 %
Alta vibração 15,5 %
Pouca lubrificação 15,2 %
Umidade anormal 5,8 %
Sobrecarga persistente 4,3 % Produtos químicos agressivos 4,2 %
Pouca ventilação 3,9 %
Alta temperatura ambiente 3,0 %
Tensão anormal 1,5 %
Frequência anormal 0,6 %
Outros 19,7 %
Fonte: Adaptado de BELL et al. (1985).
Muitas técnicas de diagnóstico industrial de falha em motores de indução existentes atualmente contam com a análise das grandezas como corrente ou vibração (PICAZO-RÓDENAS et al., 2014).
O Quadro 4 apresenta os fatores ocultos que causam falhas em motores elétricos de acordo com a mesma pesquisa.
Quadro 4 – Fatores ocultos.
Fatores ocultos que causam falha Percentual
Manutenção inadequada 21,4 % Componente defeituoso 20,1 %
Má instalação 12,9 %
Erro do operador 6,8 %
Proteção física inadequada 6,1 % Proteção elétrica inadequada 5,8 % Incompatibilidade de equipamentos 4,9 %
Fatores externos 3,9 %
Operação imprópria 3,6 %
Manuseio impróprio 0,6 %
Outros 13,9 %
Fonte: Adaptado de BELL et al. (1985).
Em geral, estas técnicas de monitoramento de condições se concentraram na detecção de modos de falhas específicas em um de três componentes de motor elétrico: o estator, o rotor ou os rolamentos. Por muitos anos, foi utilizado o monitoramento das condições térmicas e de vibração para motores elétricos, mas a maior parte da pesquisa recente tem sido direcionada para o monitoramento das variáveis elétricas do motor para verificação das condições de funcionamento (BENBOUZID, 2000).
Os programas de manutenção preditiva de motores elétricos devem incluir várias técnicas para monitorar a sua condição, e entre essas técnicas, os dois mais clássicos são, provavelmente, análise de vibração e análise de corrente elétrica. Infelizmente, em ambos os casos desvantagens inerentes, tornam difícil a sua utilização in loco em plantas industriais (LAMIN FILHO, PEDERIVA, BRITO, 2014).
Muitas das técnicas disponíveis exigem conhecimento para distinguir uma condição de funcionamento normal de um modo de falha potencial, isso ocorre porque, vibração e corrente, por exemplo, podem resultar de várias fontes, incluindo aquelas relacionadas a condições normais de operação (BENBOUZID, 2000).
A corrente do motor é uma quantidade fácil de medir de forma não invasiva e o software necessário para o seu processamento e análise é bastante simples e com carga computacional reduzida. O monitoramento de condição baseado em vibração também está presente na indústria, devido à sua capacidade para diagnosticar muitas falhas com origem mecânica. No entanto, muitas vezes, requer a instalação de
sensores e transdutores (acelerômetros), um fato que nem sempre é possível, sem perturbar a operação da máquina. Em qualquer caso, nem análise de corrente, nem vibração permitemo diagnóstico de todas as falhas possíveis de ocorrer em motores de indução. Existem alguns defeitos (por exemplo, um curto-circuito do estator) que são difíceis de serem diagnosticados com análise de vibração e corrente, enquanto falhas do rolamento, muito comuns nos motores de indução, podem ser detectadas por monitorização de sinais de vibração que nem sempre estão disponíveis dentro das indústrias. (PICAZO-RÓDENAS et al., 2014).
A maioria dos tipos de falhas dos motores elétricos pode ser evitada ou, pelo menos mitigada, através de detecção de falhas e intervenção precoce associada à manutenção adequada. Mas para isso, são necessárias informações corretas e precisas sobre as condições de funcionamento do motor, e que componentes do motor necessitam serem reparados ou substituídos. Embora haja algumas variações em dados de falhas estatísticas, o que é sabido é que muitas falhas são de natureza térmica e, portanto, monitorar as condições e desempenho do motor, particularmente monitorização da temperatura, pode otimizar a vida útil do motor . É importante utilizar tempo real ou informação histórica disponível a partir do monitoramento do motor, seja essa informação elétrica ou ambiental, assim como dados de desempenho mecânico (LOISELLE; XU; VOLOH, 2015).
Com isso, a possibilidade de monitoramento das condições de funcionamento dos motores elétricos pode contribuir para que a manutenção destes equipamentos possa ocorrer de maneira adequada.
O monitoramento de condição é essencial para detectar condições degradantes de motor, antes que isso evolua para as faltas permanentes e cause desligamentos do sistema. Ao usar as técnicas de monitoramento continuado da condição do motor e avaliação das condições normais durante o funcionamento, permite que se tenha um monitoramento abrangente e não somente um monitoramento baseado em tempos, tem-se os seguintes benefícios (LOISELLE; XU; VOLOH, 2015):
• aumento da confiabilidade; • produtividade aumentada;
• redução de paradas de processos inesperados; • redução da indisponibilidade do sistema;
• melhor gerenciamento de peças de reposição; • diminuição de custos de manutenção.
O diagnóstico preciso e manutenção no tempo correto, direcionada melhora na disponibilidade de motores podem ajudar a alcançar grande economia de custos (LOISELLE; XU; VOLOH, 2015).
As falhas de isolamento rotor e do estator normalmente levam anos ou mesmo décadas para progredir para a insuficiência, e este longo período de tempo, entre o início de um processo de falha e quando a falha ocorre na verdade, promove a necessidade de monitoramento para antecipar quando poderá ocorrer a falha. Ao longo dos últimos 50 anos, e, particularmente, na última década, avanços significativos foram feitos no monitoramento, tanto com motores desligados ou funcionando normalmente, de tal forma que esta combinação de testes de diagnóstico e monitoramento do isolamento de rotores e estatores permitem perceber a maioria (mas não todos) dos sinais de envelhecimento relacionados com processos de falha dos motores (STONE, 2013).
Assim, as condições de funcionamento do motor elétrico, baseadas na avaliação contínua de grandezas como tensão, corrente e vibração indicam as suas condições de uso e podem indicar a necessidade de manutenção.