Monitoraggio basato sulle condizioni: 5 tecnologie per prevenire i guasti alle macchine

Nei settori in cui le macchine alimentano processi critici, anche piccoli guasti possono comportare costi significativi. Ecco perché monitoraggio delle condizioni è essenziale. Aiuta a individuare precocemente i problemi in via di sviluppo, prevenendo i tempi di fermo, riducendo i costi di riparazione e prolungando la vita delle apparecchiature.

Questo blog esplorerà tecnologie di monitoraggio delle condizioniaiutandovi a scegliere la soluzione giusta per le vostre esigenze. Analizzeremo cinque fonti di dati chiave e spiegheremo come possono proteggere i vostri macchinari.

Perché basarsi sulle condizioni il monitoraggio è importante

Le macchine in settori come quello alimentare, idrico, dei carburanti e manifatturiero devono spesso affrontare condizioni difficili. Nel corso del tempo, usura è inevitabile e porta a guasti. Il monitoraggio delle condizioni identifica i guasti prima che diventino gravi, consentendo di affrontare i problemi quando le riparazioni sono più economiche e richiedono meno tempo.

Oltre a prevenire i guasti alle macchine, il monitoraggio delle condizioni può anche:

• Migliorare sicurezza riducendo il rischio di guasti pericolosi.
• Aumento efficienza fornendo informazioni sull'uso dell'energia e sulle prestazioni del sistema.
• Promuovere sostenibilità riducendo gli sprechi e prolungando la vita delle apparecchiature.

Il monitoraggio delle condizioni è particolarmente utile per risorse critichemacchine per le quali un guasto avrebbe conseguenze significative dal punto di vista finanziario, della reputazione o della sicurezza.

Cinque tecnologie chiave per il monitoraggio delle condizioni

Il monitoraggio delle condizioni si basa sui dati per monitorare lo stato di salute delle macchine. Esistono cinque tipi principali di fonti di dati utilizzati a questo scopo: segnali elettrici, lubrificanti, onde di stress, temperatura, e vibrazioni. Ogni tecnologia ha i suoi punti di forza, a seconda del tipo di macchina e della potenziale modalità di guasto.

1. Analisi della firma elettrica

L'analisi della firma elettrica (ESA) è una delle tecniche più potenti nel monitoraggio delle condizioni. L'ESA funziona analizzando la corrente e tensione di una macchina in funzione, utilizzando sensori collocati tra l'alimentazione e l'apparecchiatura. Ciò consente di monitorare continuamente le apparecchiature senza interrompere le operazioni.

L'ESA è in grado di rilevare l'insorgere di problemi analizzando le variazioni dei segnali elettrici, come ad esempio:

• Squilibrio di tensione
• Distorsione armonica
• Vibrazioni laterali e torsionali

Monitorando continuamente questi segnali, ESA offre in tempo reale informazioni sullo stato di salute della macchina. Questa tecnologia è particolarmente utile per motori, generatori e altre apparecchiature rotanti.

2. Analisi dei lubrificanti

I lubrificanti svolgono un ruolo fondamentale nella manutenzione di cuscinetti, riduttori e sistemi idraulici. Le tecniche di monitoraggio delle condizioni dei lubrificanti, come spettroscopia di emissione atomica o Spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier, è in grado di rilevare segni di usura, contaminazione o invecchiamento.

L'analisi dei lubrificanti può fornire avvisi precoci di:

• Contaminazione da acqua o materiali estranei
• Usura del metalloche viene rilevata attraverso le tracce di ferro, rame o piombo presenti nel lubrificante.
• Ossidazione, indicando che l'olio sta invecchiando e perdendo la sua efficacia.

Storicamente, l'analisi dei lubrificanti è stata effettuata offline, raccogliendo campioni. Tuttavia, in tempo reale I sensori consentono oggi il monitoraggio continuo dei lubrificanti. Ciò significa che è possibile rilevare immediatamente problemi come la degradazione e la contaminazione dell'olio, evitando ulteriori danni.

3. Il ruolo delle onde di stress nel rilevamento dei danni

L'analisi delle onde di stress, nota anche come emissione acusticamisura le onde elastiche all'interno dei materiali. Quando si verificano crepe, perdite o rotture di fibre, si generano onde di stress che i sensori possono rilevare.

Il monitoraggio delle onde di stress è molto efficace per rilevare la presenza di un'onda di stress:

• Crepe superficiali nei metalli, nel calcestruzzo e nella fibra di vetro.
• Attrito e usura in parti di macchina
• Fatica da corrosione in ambienti ad alto stress

Questa tecnologia viene spesso utilizzata per localizzare l'esatta fonte di un guasto in via di sviluppo, come cricche o vaiolature. Tuttavia, è importante notare che i sensori di onde di stress devono essere posizionati in prossimità dell'area interessata, il che significa che per le macchine di grandi dimensioni possono essere necessari più sensori.

4. Monitoraggio della temperatura per il rilevamento precoce

Monitoraggio della temperatura è una delle tecniche di monitoraggio delle condizioni più semplici. Utilizzando termocoppie o telecamere a infrarossiI sensori di temperatura possono rilevare il surriscaldamento di motori, cuscinetti e altri componenti.

Esempi di ciò che il monitoraggio della temperatura può identificare sono:

• Surriscaldamento dei cuscinettiche può indicare un eccesso o una carenza di lubrificazione.
• Danno termico agli avvolgimenti dello statore a causa di uno squilibrio di tensione o di problemi di ventilazione.
• Temperature elevate che segnalano l'imminente guasto dell'apparecchiatura

Pur essendo utile, il monitoraggio della temperatura spesso rileva i problemi dopo che hanno già iniziato a causare danni. In genere non viene utilizzato come sistema di allarme precoce, ma può aiutare a monitorare la salute delle apparecchiature in tempo reale.

5. Monitoraggio delle vibrazioni

Monitoraggio delle vibrazioni è forse la tecnica di monitoraggio delle condizioni più conosciuta. I sensori di vibrazione misurano i movimenti oscillatori di una macchina, che possono segnalare problemi quali disallineamento, squilibrio o usura dei cuscinetti.

Analisi delle vibrazioni può essere rilevata:

• Accoppiamenti disallineati
• Guasti alla scatola del cambio
• Cavitazione della pompacausata dalla formazione e dal collasso delle bolle nei liquidi.

I sensori di vibrazione possono essere posizionati direttamente sulla macchina per monitorare lo spostamento, la velocità o l'accelerazione. Con il monitoraggio continuo, l'analisi delle vibrazioni offre rilevamento precoce di sviluppare guasti, rendendola una tecnologia chiave per gli asset critici.

Abbinare la tecnologia giusta alle vostre esigenze

La scelta della giusta tecnologia di monitoraggio delle condizioni dipende dalla macchina e dal tipo di guasti a cui è soggetta. Ad esempio:

• Per usura dei cuscinettiL'analisi delle vibrazioni e del lubrificante sono indicatori precoci efficaci.
• Per rilevare problemi di avvolgimento dello statoreI sensori elettrici forniscono informazioni in tempo reale.
• Nei casi di cavitazione della pompaI sensori elettrici e di vibrazione sono i più indicati.

Il Curva P-F (curva da guasto potenziale a guasto funzionale) può aiutare a orientare la decisione, tracciando la tempestività con cui ciascuna tecnologia è in grado di rilevare i guasti. Più una tecnologia rileva il problema al punto di guasto potenziale (P), più tempo si ha a disposizione per risolvere il problema prima che si verifichi un guasto funzionale (F).

La FMECA aiuta a qualificare e quantificare l'impatto e la probabilità di un guasto della macchina.

Esempio di curva P-F per un guasto specifico in un sistema di produzione specifico. La posizione dei vari segnali sulla curva sarà diversa per ogni macchina, ambiente di produzione e modalità di guasto.

Esempio 1: Rilevamento precoce dei guasti ai cuscinetti

I cuscinetti sono componenti critici di molte macchine e il loro malfunzionamento può comportare tempi di fermo significativi. Monitoraggio delle vibrazioni è una delle tecniche migliori per individuare precocemente i danni ai cuscinetti. Nel corso di decenni di analisi, il monitoraggio delle vibrazioni si è dimostrato molto efficace, offrendo una serie di standard consolidati e modelli noti per identificare i problemi.

I sensori di vibrazione sono in grado di rilevare diversi indicatori precoci di guasto dei cuscinetti, quali:

• Aumento delle vibrazioni a causa dell'usura dei cuscinetti o del disallineamento.
• Oscillazioni insoliteche possono indicare una lubrificazione insufficiente o una contaminazione.

Un'altra causa comune di rottura dei cuscinetti è problemi di lubrificazionecome la contaminazione da acqua o la mancanza di una lubrificazione adeguata. Sensori di lubrificazione sono la scelta migliore per rilevare la contaminazione da fluidi o particelle estranee. Possono individuare precocemente il problema monitorando la composizione chimica del lubrificante, come la presenza di metalli, che indica l'usura.

Anche i sensori di temperatura possono svolgere un ruolo importante, ma tendono a rilevare i problemi dopo che hanno iniziato a causare danni. Surriscaldamento dei cuscinetti può segnalare un eccesso o un difetto di sgrassatura, ma gli aumenti di temperatura spesso si verificano dopo che il danno è stato fatto. Pertanto, la temperatura è più che altro un indicatore tardivo.

Per cuscinetti nei motori, sensori elettrici può anche rilevare problemi, in particolare correnti portanti causate dagli azionamenti a frequenza variabile (VFD). Il monitoraggio elettrico può individuare tempestivamente queste correnti, evitando il surriscaldamento e l'ulteriore usura dei cuscinetti del motore.

Curva P-F rapida e semplice per un cuscinetto contaminato dall'acqua, che mostra le prestazioni potenziali migliori della categoria per ogni fonte di dati di monitoraggio delle condizioni. I sistemi di fornitori specifici possono avere prestazioni peggiori di quelle mostrate qui.

Esempio 2: cortocircuito dell'avvolgimento dello statore

A cortocircuito dell'avvolgimento dello statore è una modalità di guasto grave nei motori elettrici, spesso causata da vibrazione, surriscaldamento, o squilibrio elettrico. Gli avvolgimenti dello statore sono isolati per evitare cortocircuiti elettrici, ma quando l'isolamento si degrada, possono verificarsi cortocircuiti con conseguenti gravi danni al motore.

Sensori di vibrazione sono efficaci nel rilevare la causa principale dei cortocircuiti degli avvolgimenti. Ad esempio, le forti vibrazioni possono allentare le bobine dello statore, che quindi sfregano contro l'involucro metallico del motore, consumando ulteriormente l'isolamento. Il rilevamento precoce delle vibrazioni eccessive consente di intervenire prima che le bobine dello statore si degradino.

Sensori elettrici svolgono un ruolo fondamentale nel monitoraggio dello stato di salute dell'avvolgimento dello statore. Questi sensori possono rilevare squilibrio di tensione o sovratensione, che contribuiscono entrambi al cedimento dell'isolamento. Inoltre, i sensori elettrici possono monitorare scarica parzialeuno dei primi segni di degrado dell'isolamento. Individuando precocemente questi problemi, il monitoraggio elettrico previene i cortocircuiti più gravi, evitando costose sostituzioni del motore.

Sensori di temperatura sono utili per rilevare il surriscaldamento degli avvolgimenti dello statore, soprattutto se il motore funziona al di sopra del carico nominale o se ha problemi di ventilazione. Tuttavia, come nel caso dei guasti ai cuscinetti, i sensori di temperatura indicano tipicamente i danni dopo che si sono verificati, rendendoli più adatti a monitorare le condizioni in tempo reale che a fornire avvisi precoci.

Curva P-F rapida e semplice per lo sbilanciamento transitorio della tensione, che mostra le prestazioni potenziali migliori della categoria per ciascuna fonte di dati di monitoraggio delle condizioni. I sistemi di fornitori specifici possono avere prestazioni peggiori di quelle mostrate qui.

Esempio 3: Pompa cavitante

Cavitazione è un problema comune nelle pompe, dove si formano bolle nel liquido pompato. Quando queste bolle collassano, generano onde d'urto che nel tempo possono danneggiare la girante della pompa e altri componenti. Se non viene individuata, la cavitazione può portare a costose riparazioni e al guasto della pompa.

Vibrazioni, elettrico, e sensori di onde di stress sono molto efficaci nel rilevare la cavitazione. Questi sensori sono in grado di captare le onde d'urto generate dal collasso delle bolle, segnalando che si sta verificando una cavitazione. Ad esempio, sensori di vibrazione è in grado di rilevare il forze d'impatto di cavitazione, mentre sensori di onde di stress può catturare il emissioni acustiche causati dal crollo della bolla.

I dati elettrici possono essere utili anche analizzando le prestazioni in tempo reale della pompa. Ad esempio, la cavitazione si verifica spesso quando una pompa opera troppo al di fuori della sua gamma ideale, come indicato dalla sua curva di prestazioni. I sensori elettrici possono seguire le variazioni di pressione e flussofornendo informazioni in tempo reale su quando e dove è probabile che si verifichi la cavitazione.

Mentre sensori di temperatura Alcuni studi suggeriscono che le telecamere a infrarossi possono rilevare variazioni minime di temperatura causate dalla cavitazione. Tuttavia, ciò richiede una linea di vista diretta sul liquido, che non è praticabile nella maggior parte degli impianti industriali. Analisi dei lubrificanti è altrettanto limitato, in quanto rileva i danni da cavitazione solo dopo che questi hanno colpito componenti lubrificati come guarnizioni e cuscinetti.

Curva P-F rapida e semplice per la cavitazione delle pompe, che mostra le prestazioni potenziali migliori della categoria per ogni fonte di dati di monitoraggio delle condizioni. I sistemi di fornitori specifici possono avere prestazioni peggiori di quelle mostrate qui.

Conclusione: un approccio più intelligente alla manutenzione delle macchine

Le tecnologie di monitoraggio delle condizioni offrono un approccio proattivo alla manutenzione. Rilevando tempestivamente i guasti, è possibile programmare le riparazioni, ridurre i tempi di inattività e prolungare la vita delle apparecchiature. Sia che si utilizzi segnali elettrici, lubrificanti, onde di stress, temperatura, o vibrazioniLa tecnologia giusta può aiutare a garantire il funzionamento regolare delle macchine.

Un rapido riepilogo dei principali pro e contro di ciascuna fonte di dati del monitoraggio delle condizioni, per un facile riferimento.