9x Falhas comuns detectadas no fabrico de aço

Simon Jagers
Leitura de 8 minutos
Atualizado: 02/01/25
Publicado: 02/01/25

Neste estudo de caso, explicamos como o SAM4 detecta falhas comuns em siderurgias utilizando resultados reais de dados anónimos do SAM4, para ajudar os engenheiros a avaliar o valor do SAM4 para as suas próprias operações.

Indicadores mecânicos

Os componentes em falha deixam assinaturas distintas nos sinais de corrente e tensão em frequências relacionadas com a sua geometria. Por exemplo, os problemas dos rolamentos de rolos podem ser identificados por alterações nas frequências de passagem da esfera, rotação da esfera e gaiola do rolamento, que dependem em parte do número de rolos e do seu tamanho.

Picos em torno da frequência de alimentação — Figura 1. Os picos em torno da frequência de alimentação nas frequências caraterísticas deste rolamento indicam danos em desenvolvimento no rolamento (azul = saudável, preto = danos no rolamento, verde = após substituição).

Análises do painel de controlo Sam4 — Figura 2. Exemplo de análises do painel de controlo SAM4 para duas falhas mecânicas diferentes.

Exemplo 1: Acoplamento defeituoso

As alterações no espetro de frequência levaram a SAM4 a diagnosticar um acoplamento defeituoso num dos rolos da mesa de saída. Alertámos primeiro o cliente no ponto amarelo da figura 4. O aumento lento continuou e três semanas depois (ponto laranja) aconselhámos o cliente a inspecionar o acoplamento. Não foram encontrados sinais visuais de deterioração, mas as alterações não saudáveis persistiram e colocámos o rolo em alerta vermelho cerca de três meses após o SAM4 ter assinalado pela primeira vez um aumento. O cliente decidiu não intervir e o acoplamento defeituoso partiu-se três semanas depois. Substituíram-no e as intensidades voltaram ao normal.

Espectro de frequência atual para o rolo — Figura 3. O espetro de frequência da corrente para o rolo quando saudável (azul) vs. com acoplamento degradado (preto).

Intensidade crescente durante um período de três meses — Figura 4. Aumento da intensidade durante um período de três meses no segundo harmónico da frequência de rotação do rolo. Note-se a diminuição da amplitude depois de o cliente ter substituído o acoplamento defeituoso.

Exemplo 2: Acoplamento defeituoso

Um aumento de intensidade na frequência de rotação de um rolo de uma mesa de runout levou o SAM4 a diagnosticar uma falha de acoplamento. A figura 5 mostra as alterações de intensidade na frequência de rotação do rolo ao longo do tempo. O cliente foi inicialmente alertado para uma anomalia significativa no ponto laranja da figura 5 e aconselhado a inspecionar o acoplamento. A intensidade aumentou rapidamente, resultando num alerta vermelho vários dias depois. O cliente deixou o ativo a funcionar até à rutura do acoplamento, cerca de três dias após o alerta vermelho. As intensidades voltaram ao normal depois que o acoplamento quebrado foi substituído.

Intensidade de subida à frequência de rotação dos rolos — Figura 5. Aumento da intensidade na frequência de rotação do rolo ao longo do tempo. Note-se a queda na amplitude depois de o cliente ter substituído o acoplamento partido.

Figura 6. Alterações no espetro de frequências ao longo do tempo: saudável (azul) vs. em degradação (preto). O aparecimento de aumentos regulares, mas transitórios, do ruído (verde) foi parte do que motivou a passagem a alerta vermelho para esta máquina.

Exemplo 3: Acoplamento defeituoso

O SAM4 detectou um aumento de intensidade na frequência de rotação deste cilindro mais a segunda harmónica, bem como um aumento do nível de ruído. Estas alterações eram consistentes com o padrão típico relacionado com a folga no acoplamento do eixo cardan para os outros rolos da mesa de runout deste cliente. Aconselhámos o cliente a verificar se o acoplamento estava a ficar solto durante a próxima ronda de manutenção. O cliente informou-nos que não tinha visto quaisquer sinais de deterioração, mas que tinha substituído o elemento defeituoso por precaução. Os dados subsequentes mostraram que os valores tinham voltado ao normal.

Intensidade crescente na segunda harmónica — Figura 7. Aumento da intensidade no segundo harmónico da frequência de rotação do rolo ao longo do tempo. Note-se a diminuição da amplitude depois de o cliente ter substituído o elemento defeituoso.

Exemplo 4: Eixo cardan defeituoso

Alterações súbitas no valor médio quadrático (RMS) da corrente levaram o SAM4 a assinalar um potencial problema no eixo cardan deste cilindro de mesa. A análise espetral revelou um aumento de intensidade em vários harmónicos da frequência de rotação do rolo, bem como no nível de ruído. A experiência anterior com os rolos deste cliente indicava que esta era uma falha que se podia desenvolver rapidamente, pelo que colocámos o ativo em alerta laranja e recomendámos que o cliente inspeccionasse o eixo cardan o mais rapidamente possível. Três dias depois, passámos para alerta vermelho. O cliente referiu que estava à espera da oportunidade certa para substituir o eixo cardan. Três dias depois, o eixo cardan partiu-se. O cliente substituiu-o e os valores voltaram ao normal.

Aumento da magnitude na primeira inter-harmónica — Figura 9. Aumento de magnitude na primeira inter-harmónica (parte do ruído mínimo).

Exemplo 5: Defeito no rolamento

O SAM4 mediu uma intensidade crescente na frequência da gaiola (frequência fundamental do comboio) para um dos rolamentos do motor deste rolo da mesa de rodagem. A carga no motor também aumentou gradualmente, sem alterações correspondentes no processo. Alertámos o cliente para possíveis danos no rolamento (ponto laranja na figura 10). Quatro semanas mais tarde, substituíram o rolamento durante uma paragem de manutenção planeada. As pontuações do motor voltaram então ao normal.

A carga no motor aumenta com o tempo — Figura 10. A carga no motor a aumentar ao longo do tempo. O cliente recebeu um alerta no ponto laranja, aconselhando a inspeção. Após a manutenção, a carga no motor voltou ao normal.

Exemplo 6: Defeito no rolamento

Pequenos picos na frequência da gaiola para o rolamento NDE do motor levaram a SAM4 a diagnosticar um problema de desenvolvimento do rolamento. O cliente foi alertado (o ponto laranja na figura 12) e aconselhado a inspecionar o rolamento na próxima paragem de manutenção planeada. Na paragem planeada, cerca de dois meses depois, foram confirmados os danos iniciais no rolamento e foram tomadas medidas corretivas.

Espectro de frequência para o motor — Figura 11. O espetro de frequências para o motor em bom estado (azul) e com uma chumaceira degradada (preto). Os picos correspondem à frequência da gaiola da chumaceira e aos seus harmónicos.

Intensidade crescente na frequência do caso de rolamentos nde — Figura 12. Aumento da intensidade na frequência da gaiola do rolamento NDE (pontos azuis). Os valores voltaram ao normal após a substituição do rolamento (pontos pretos).

Exemplo 7: Defeito no rolamento

A SAM4 observou um aumento de intensidade nas frequências correspondentes à chumaceira de rolos (frequência da gaiola mais harmónicas). Alertámos o cliente e aconselhámo-lo a verificar se o rolamento estava danificado. Num momento oportuno, três meses mais tarde, o cliente confirmou os danos na chumaceira através de medições manuais das vibrações. Substituíram a chumaceira e os valores voltaram ao normal.

Alteração do espetro de frequências do rolo ao longo de 3 meses — Figura 13. Variação do espetro de frequências do rolo durante um período de três meses: em bom estado (azul e preto) e com o início da degradação da chumaceira (verde). Os picos correspondem à frequência da gaiola da chumaceira e aos seus harmónicos.

Mapa de calor que mostra as alterações relacionadas com a degradação dos rolamentos — Figura 14. Um mapa de calor que mostra as alterações relacionadas com a degradação dos rolamentos. O eixo horizontal é a frequência; o eixo vertical é o tempo, da data mais antiga na parte superior à data mais recente na parte inferior. A cor indica a intensidade, de alta em vermelho a baixa em azul. Novos picos em frequências relacionadas com rolamentos são claramente visíveis na metade inferior do gráfico.

Indicadores eléctricos

O desenvolvimento de problemas eléctricos afecta instantaneamente o campo magnético do motor e deixa assinaturas distintas nos sinais de corrente e tensão. Por exemplo, uma barra de rotor partida cria uma assimetria eléctrica no rotor que produz um campo magnético contra-rotativo, induzindo correntes no estator em múltiplos de duas vezes a frequência de escorregamento em torno da frequência de alimentação.

Indicador de barra do rotor partida — Figura 15. Outro indicador de barra de rotor partida: as deformações térmicas do rotor resultantes induzem picos na frequência de rotação do motor (setas) modulados em torno de harmónicas da frequência de alimentação (linhas verticais).

Exemplo 8: Curto-circuito no enrolamento do estator

A SAM4 observou um aumento da frequência de rotação do motor, o que pode ser indicativo de vários modos de falha. Informámos o cliente e pedimos-lhe que inspeccionasse o rolo. Não foram encontrados quaisquer sinais de danos. Com o tempo, a intensidade também começou a aumentar nos harmónicos ímpares da frequência de alimentação e a SAM4 começou a observar um desequilíbrio de corrente maior do que nos outros motores do cliente. Estes indicadores levaram a SAM4 a diagnosticar a degradação do isolamento do enrolamento do estator e a colocar o motor em alerta vermelho. O cliente substituiu o motor durante a próxima paragem planeada e os valores voltaram ao normal.

A frequência de rotação dos motores mostra um claro aumento de magnitude — Figura 17. A frequência de rotação do motor apresenta um claro e intenso aumento de magnitude (pontos azuis). Os valores voltaram ao normal (pontos pretos) após a substituição do motor. Três meses desde o primeiro alerta do SAM4 até à sua substituição.

Desequilíbrio do motor — Figura 18. O desequilíbrio durante o período de interesse (lado direito do gráfico) foi notavelmente mais elevado do que o habitual para este motor e não se reflectiu nos outros motores do mesmo grupo.

Exemplo 9: Excentricidade do rotor

O SAM4 observou um aumento de intensidade numa frequência correspondente ao número de barras do rotor multiplicado pela frequência de rotação, o que pode ser indicativo de excentricidade do rotor. Notificámos o cliente e continuámos a monitorizar o ativo. Como os valores continuaram a aumentar, passámos para alerta laranja e depois para alerta vermelho, mantendo o cliente informado semanalmente e depois diariamente. Cinco meses depois, o cliente substituiu o motor e as intensidades voltaram aos níveis normais.