O que é a análise da assinatura eléctrica (ESA)?

No mundo da manutenção industrial e da fiabilidade, manter-se à frente das falhas do equipamento não é apenas um objetivo - é uma necessidade. É aí que uma abordagem de manutenção baseada na condição (também conhecida como manutenção preditiva), apoiada por monitorização do estado está a transformar a forma como as empresas industriais estão a prever e a evitar falhas nos equipamentos. No moderno conjunto de ferramentas de monitorização de condições, existem 5 tecnologias principais: análise de vibrações, análise do óleo, análise de emissões acústicasA análise de vibrações e de óleo é um método de análise de vibrações, termografia por infravermelhos e análise da assinatura eléctrica (ESA). Embora muitos tenham ouvido e utilizado a análise de vibrações e de óleo durante décadas, não são muitos os que conhecem a ESA. Então, o que é a AEE e onde é que ela se enquadra no conjunto de ferramentas da manutenção preditiva?

A essência do SCE

Enquanto que outras técnicas de monitorização do estado analisam as vibrações, o óleo ou a temperatura, o ESA analisa a tensão e a corrente fornecidas ao motor que acciona a válvula, a bomba ou outro equipamento, para acompanhar com precisão o estado de toda a máquina. Baseia-se no facto de que alterações subtis no funcionamento de uma máquina afectam o campo magnético do motor ligado, o que por sua vez afecta a tensão de alimentação e a corrente de funcionamento. Utilizando uma variedade de técnicas analíticas, o ESA pode fornecer uma imagem detalhada do que se está a passar em toda a unidade de tração, desde o motor à transmissão e à carga.

ESA vs. MCA: O que os distingue?

Na sua essência, a ESA é um primo próximo da análise do circuito do motor (MCA). No entanto, existe uma diferença crucial: A AEE é realizada enquanto a máquina está a funcionar (ou "online"), enquanto a MCA é realizada enquanto a máquina está sem energia ("offline"). Como é evidente a partir desta descrição, apenas a ESA pode fornecer uma visão contínua do estado da máquina.

A evolução de MCSA para ESA

Existe uma variedade vertiginosa de métodos de análise eléctrica. Provavelmente já se deparou com análise da assinatura da corrente do motor (MCSA), análise da assinatura eléctrica (ESA), análise da qualidade da energia e muito mais.

Mas tudo começou com o MCSA.

A passagem de MCSA para ESA reflecte um avanço significativo em tecnologias de controlo do estado. Começou em meados da década de 1980, quando o Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) iniciou um projeto a pedido da Comissão Reguladora Nuclear dos EUA [1]. O objetivo do projeto era explorar métodos para monitorizar o envelhecimento e o desgaste de serviço de válvulas accionadas por motor em centrais nucleares, marcando o início do que hoje conhecemos como MCSA.

MCSA: A base

A MCSA surgiu dos esforços do ORNL para aproveitar a informação da corrente de funcionamento dos motores - um método que oferecia a vantagem da aquisição de dados remota e não intrusiva. Este trabalho inicial estabeleceu várias técnicas sob a égide da MCSA capazes de detetar danos e falhas iminentes em motores. A capacidade da MCSA para diagnosticar problemas com base apenas na análise da corrente foi inovadora, estabelecendo um precedente para futuras inovações neste domínio.

Transição para a ESA

A aplicação bem sucedida da MCSA estabeleceu uma base para o ORNL desenvolver ferramentas adicionais de condicionamento e análise de sinais. Para além da análise da corrente eléctrica, acrescentaram a monitorização da tensão e da potência. Isto resultou num poderoso conjunto de técnicas, agrupadas sob o termo de análise de assinatura eléctrica (ESA). Ao integrar parâmetros adicionais como a tensão e a corrente, a ESA oferece uma visão mais detalhada e holística do estado de uma máquina, melhorando as capacidades de manutenção preditiva das indústrias em todo o mundo.

A técnica tem um longo historial, como acabou de ver. Atualmente, empresas de diversas indústrias, como a água, as águas residuais, o aço e o petróleo e gás, utilizam a ESA para reduzir o risco de avaria das máquinas, melhorar a fiabilidade e a eficiência, poupar energia e diminuir os custos.

As vantagens da AEE

Abaixo estão apenas algumas das principais vantagens da ESA em relação a outras técnicas de monitorização de condições, que a tornam uma ferramenta insubstituível e essencial como parte do conjunto de ferramentas de manutenção abrangente.

Monitorização de condições verdadeiramente remota

O ESA é diferente de todas as outras técnicas de monitorização de estado, na medida em que os sensores eléctricos não precisam de estar perto da máquina real. Utiliza transformadores de corrente e derivações de tensão que são instalados no armário de controlo do motor, onde captam as três fases da corrente e da tensão a uma frequência elevada, 24 horas por dia. Assim, temos aqui a primeira grande vantagem do ESA. Não importa se a sua bomba está submersa em águas residuais ou se está a passar aço fundido a 2000 graus sobre os seus rolos; os sensores ESA são fáceis e seguros de instalar e estão protegidos dos riscos operacionais.

Tecnologia fiável de deteção de falhas

Como o nome sugere, os sistemas ESA são excelentes na deteção de falhas eléctricas assim que estas se começam a desenvolver. Considerando que cerca de 30% das falhas de motores industriais se devem a falhas eléctricas, esta é uma excelente notícia e um ponto em que o ESA realmente se destaca. Os sistemas ESA detectam as falhas eléctricas mais cedo do que qualquer outra tecnologia de monitorização de condições. Isto inclui barras do rotor partidas, correntes de rolamentos, falhas no estator e problemas de qualidade de energia. Isto acontece porque as alterações eléctricas afectam diretamente o campo magnético do motor. Ao medir a corrente e a tensão, a análise da assinatura eléctrica tem acesso direto ao primeiro sinal de que os danos estão a começar a ocorrer.

No entanto, é um equívoco comum pensar que o SCE só pode detetar falhas eléctricas; também pode detetar e localizar falhas mecânicas. Por exemplo, as falhas mecânicas, como o acoplamento desalinhado, causam vibrações que influenciam o espaço de ar entre o estator e o rotor do motor, provocando perturbações no campo magnético e, por sua vez, afectando a tensão de alimentação e a corrente de funcionamento.

Informações adicionais sobre o desempenho dos activos e a eficiência energética

Para além das capacidades de deteção de avarias, os sistemas baseados em ESA podem rastrear e oferecer uma série de informações adicionais, como uma curva de desempenho da bomba em tempo real e métricas de eficiência energética. Todas estas métricas requerem dados de corrente e tensão, o que as torna exclusivas dos sistemas ESA.

• Curva de desempenho da bomba em tempo real: As leis de afinidade da bomba permitem que a tecnologia ESA transforme as suas medições de corrente e tensão em estimativas precisas de potência, altura manométrica e caudal em tempo real. Isto permite a estes sistemas traçar o funcionamento de uma bomba relativamente ao seu ponto de melhor eficiência em tempo real. Estas informações podem ajudá-lo a orientar uma bomba para o seu melhor ponto de eficiência, reduzindo a cavitação e aumentando a vida útil dos rolamentos e vedantes. Com o passar do tempo, os dados podem indicar-lhe onde uma nova conceção ou substituição poderia resultar em grandes ganhos de custo e eficiência.
• Informações sobre eficiência energética: Os sistemas ESA podem utilizar os dados de corrente e tensão que estão a ser extraídos do sistema para acompanhar a eficiência real de uma máquina de um momento para o outro. Pode utilizar estas informações para implementar alterações a curto prazo, rápidas e de baixo custo, como o redimensionamento da bomba, e também tomar decisões a longo prazo, como a atualização da bomba para uma classe mais eficiente.

É bom notar aqui que, embora apenas os sistemas ESA tenham os dados necessários para calcular todas estas informações adicionais, vão para além da monitorização da deteção de falhas. Assim, nem todos os fornecedores de SCE fornecerão todas as capacidades.

A ESA no século XXI

À medida que as indústrias evoluem para operações mais inteligentes e mais eficientes, o papel da ESA nas estratégias de manutenção proactiva nunca foi tão importante. Já não se trata apenas de evitar tempos de inatividade não planeados; trata-se de aproveitar os dados sobre a saúde e o desempenho dos activos para tomar decisões informadas e atempadas que melhorem a fiabilidade e o desempenho dos activos industriais críticos. Os sistemas ESA do século XXI incorporam esta mudança, fornecendo informações adicionais importantes através das quais as equipas de manutenção podem prever e agir proactivamente para manter os seus activos a funcionar de forma mais eficiente, durante mais tempo.

Referências

[1] "Electrical Signature Analysis (ESA) for Condition Monitoring & Condition based Maintenance" (Análise de Assinatura Eléctrica (ESA) para Monitorização da Condição e Manutenção Baseada na Condição) pelo Oak Ridge National Laboratory (2001)