Monitorização de condições: 5 tecnologias para evitar avarias nas máquinas

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Monitorização baseada na condição: 5 tecnologias para evitar avarias nas máquinas

Nas indústrias em que as máquinas accionam processos críticos, mesmo pequenas avarias podem levar a custos significativos. É por isso que a monitorização do estado é essencial. Ajuda a detetar precocemente problemas em desenvolvimento, evitando tempos de inatividade, reduzindo os custos de reparação e prolongando a vida útil do seu equipamento.

Este blogue irá explorar tecnologias de controlo do estadoajudando-o a escolher a solução certa para as suas necessidades. Iremos analisar cinco fontes de dados principais e explicar como podem proteger as suas máquinas.

Porquê com base na condição o controlo é importante

As máquinas em indústrias como a alimentar, a da água, a dos combustíveis e a da manufatura enfrentam frequentemente condições difíceis. Com o tempo, desgaste é inevitável, levando a avarias. A monitorização da condição identifica as falhas antes de se tornarem graves, permitindo-lhe resolver os problemas quando as reparações são mais baratas e menos demoradas.

Para além de prevenir a falha da máquina, a monitorização do estado também pode:

  • Melhorar segurança reduzindo o risco de avarias perigosas.
  • Aumentar eficiência fornecendo informações sobre a utilização de energia e o desempenho do sistema.
  • Promover sustentabilidade reduzindo os resíduos e prolongando a vida útil do equipamento.

A monitorização de condições é especialmente útil para activos críticosMáquinas em que uma falha teria consequências significativas a nível financeiro, de reputação ou de segurança.

Cinco tecnologias-chave de monitorização do estado

A monitorização da condição baseia-se em dados para monitorizar o estado da máquina. Existem cinco tipos principais de fontes de dados utilizados para este fim: sinais eléctricos, lubrificantes, ondas de tensão, temperaturae vibrações. Cada tecnologia tem os seus pontos fortes, dependendo do tipo de máquina e do modo de falha potencial.

1. Análise da assinatura eléctrica

A Análise de Assinatura Eléctrica (AES) é uma das técnicas mais poderosas na monitorização de condições. A ESA funciona através da análise da corrente e tensão de uma máquina em funcionamento, utilizando sensores colocados entre a fonte de alimentação e o equipamento. Isto permite-lhe monitorizar continuamente o equipamento sem parar as operações.

O SCE pode detetar problemas em desenvolvimento através da análise de alterações nos sinais eléctricos, tais como

  • Desequilíbrio de tensão
  • Distorção harmónica
  • Vibrações laterais e de torção

Ao monitorizar continuamente estes sinais, a ESA oferece em tempo real para conhecer o estado da máquina. Esta tecnologia é particularmente útil para motores, geradores e outros equipamentos rotativos.

2. Análise de lubrificantes

Os lubrificantes desempenham um papel fundamental na manutenção de rolamentos, caixas de velocidades e sistemas hidráulicos. As técnicas de monitorização do estado dos lubrificantes, tais como espetroscopia de emissão atómica ou Espectroscopia de infravermelhos com transformada de FourierO sistema de controlo de qualidade, que pode detetar sinais de desgaste, contaminação ou envelhecimento.

A análise do lubrificante pode fornecer avisos precoces de:

  • Contaminação por água ou materiais estranhos
  • Desgaste do metalque é detectado através de vestígios de ferro, cobre ou chumbo no lubrificante
  • Oxidaçãoindicando que o óleo está a envelhecer e a perder a sua eficácia

Historicamente, a análise de lubrificantes tem sido feita offline através da recolha de amostras. No entanto, em tempo real permitem agora a monitorização contínua dos lubrificantes. Isto significa que pode detetar imediatamente problemas como a degradação e contaminação do óleo, evitando danos adicionais.

3. O papel das ondas de tensão na deteção de danos

A análise de ondas de tensão, também conhecida como emissão acústicaO sensor de tensão, ou seja, o sensor de tensão, mede as ondas elásticas dentro dos materiais. Quando ocorrem fissuras, fugas ou rutura de fibras, estas geram ondas de tensão, que os sensores podem detetar.

A monitorização das ondas de tensão é altamente eficaz para detetar:

  • Fissuras superficiais em metais, betão e fibra de vidro
  • Atrito e desgaste em peças de máquinas
  • Fadiga por corrosão em ambientes de elevado stress

Esta tecnologia é frequentemente utilizada para localizar a origem exacta de uma falha em desenvolvimento, como fissuras ou corrosão. No entanto, é importante notar que os sensores de ondas de tensão têm normalmente de ser colocados perto da área afetada, o que significa que podem ser necessários vários sensores para máquinas de grandes dimensões.

4. Monitorização da temperatura para deteção precoce

Monitorização da temperatura é uma das técnicas de monitorização do estado mais simples. Ao utilizar termopares ou câmaras de infravermelhosOs sensores de temperatura podem detetar o sobreaquecimento de motores, rolamentos e outros componentes.

Exemplos do que a monitorização da temperatura pode identificar incluem:

  • Sobreaquecimento dos rolamentosque pode indicar uma lubrificação insuficiente ou excessiva
  • Danos térmicos nos enrolamentos do estator devido a um desequilíbrio de tensão ou a problemas de ventilação
  • Temperaturas elevadas que sinalizam uma falha iminente do equipamento

Embora útil, a monitorização da temperatura detecta frequentemente os problemas depois de estes já terem começado a causar danos. Normalmente, não é utilizado como um sistema de alerta precoce, mas pode ajudar a monitorizar o estado do equipamento em tempo real.

5. Controlo das vibrações

Monitorização das vibrações é talvez a técnica de monitorização de estado mais conhecida. Os sensores de vibração medem os movimentos oscilantes de uma máquina, que podem sinalizar problemas como desalinhamento, desequilíbrio ou desgaste dos rolamentos.

Análise de vibrações pode detetar:

  • Acoplamentos desalinhados
  • Avarias na caixa de velocidades
  • Cavitação da bomba, causada pela formação e colapso de bolhas em líquidos

Os sensores de vibração podem ser colocados diretamente na máquina para monitorizar a deslocação, a velocidade ou a aceleração. Com a monitorização contínua, a análise de vibrações oferece deteção precoce de desenvolver falhas, o que a torna uma tecnologia-chave para activos críticos.

Adequar a tecnologia certa às suas necessidades

A escolha da tecnologia de monitorização do estado correta depende da máquina e do tipo de falhas a que está sujeita. Por exemplo:

  • Para desgaste dos rolamentosA análise das vibrações e dos lubrificantes é um indicador precoce eficaz.
  • Para detetar problemas com o enrolamento do estatorOs sensores eléctricos fornecem informações em tempo real.
  • Nos casos de cavitação da bombaOs sensores de vibração e eléctricos funcionam melhor.

O Curva P-F (curva de falha potencial para falha funcional) pode ajudar a orientar a sua decisão, mapeando a antecedência com que cada tecnologia pode detetar falhas. Quanto mais perto uma tecnologia detecta o problema do ponto de falha potencial (P), mais tempo tem para resolver o problema antes de ocorrer uma falha funcional (F).

O Fmeca ajuda-o a qualificar e a quantificar o impacto e a probabilidade de falha da máquina.

A FMECA ajuda-o a qualificar e a quantificar o impacto e a probabilidade de falha da máquina.

Amostra de curva p-f para uma falha específica num sistema de produção específico. A localização dos vários sinais na curva será diferente para cada máquina, ambiente de produção e modo de falha.

Amostra de curva P-F para uma falha específica num sistema de produção específico. A localização dos vários sinais na curva será diferente para cada máquina, ambiente de produção e modo de falha.

Exemplo 1: Detetar precocemente a falha do rolamento

As chumaceiras são componentes críticos em muitas máquinas e a sua avaria pode levar a um tempo de inatividade significativo. Monitorização das vibrações é uma das melhores técnicas para detetar precocemente danos nos rolamentos. Ao longo de décadas de análise, a monitorização das vibrações provou ser altamente eficaz, oferecendo um conjunto bem estabelecido de normas e padrões conhecidos para identificar problemas.

Os sensores de vibração podem detetar vários indicadores precoces de falha do rolamento, tais como:

  • Aumento da vibração devido a desgaste ou desalinhamento dos rolamentos.
  • Oscilações invulgaresque pode indicar uma lubrificação insuficiente ou uma contaminação.

Outra causa comum de falha do rolamento é problemas de lubrificaçãocomo a contaminação por água ou a falta de lubrificação adequada. Sensores de lubrificantes são a melhor escolha para detetar a contaminação por fluidos ou partículas estranhas. Podem detetar este problema precocemente, monitorizando a composição química do lubrificante, como a presença de metais, o que indica desgaste.

Os sensores de temperatura também podem desempenhar um papel importante, mas tendem a detetar os problemas depois de estes terem começado a causar danos. Sobreaquecimento dos rolamentos pode ser um sinal de lubrificação excessiva ou insuficiente, mas os aumentos de temperatura ocorrem frequentemente depois de os danos terem sido causados. Por conseguinte, a temperatura é mais um indicador da fase final.

Para rolamentos nos motores, sensores eléctricos pode também detetar problemas, nomeadamente correntes de rolamento causadas por variadores de frequência (VFDs). A monitorização eléctrica pode detetar estas correntes precocemente, evitando o sobreaquecimento e o desgaste adicional dos rolamentos do motor.

Curva p-f rápida e suja para um rolamento contaminado por água, mostrando o melhor desempenho potencial da classe para cada fonte de dados de monitorização de condições. Os sistemas de fornecedores específicos podem ter um desempenho pior do que o mostrado aqui.

Curva P-F rápida e suja para um rolamento contaminado por água, mostrando o melhor desempenho potencial da classe para cada fonte de dados de monitorização de condições. Os sistemas de fornecedores específicos podem ter um desempenho pior do que o mostrado aqui.

Exemplo 2: Curto-circuito no enrolamento do estator

A curto-circuito do enrolamento do estator é um modo de falha grave nos motores eléctricos, frequentemente causado por vibração, sobreaquecimento, ou desequilíbrio elétrico. Os enrolamentos do estator são isolados para evitar curtos-circuitos eléctricos, mas quando o isolamento se degrada, podem ocorrer curtos-circuitos, conduzindo a danos graves no motor.

Sensores de vibração são eficazes na deteção da causa principal dos curto-circuitos nos enrolamentos. Por exemplo, as vibrações fortes podem afrouxar as bobinas do estator, que depois esfregam contra a caixa metálica do motor, desgastando ainda mais o isolamento. A deteção precoce de vibração excessiva permite uma ação corretiva antes da degradação das bobinas do estator.

Sensores eléctricos desempenham um papel crucial na monitorização do estado do enrolamento do estator. Estes sensores podem detetar desequilíbrio de tensão ou sobretensãoe ambos contribuem para a falha do isolamento. Além disso, os sensores eléctricos podem monitorizar descarga parcialUm dos primeiros sinais de degradação do isolamento. Ao detetar estes problemas atempadamente, a monitorização eléctrica evita grandes curto-circuitos, poupando substituições dispendiosas de motores.

Sensores de temperatura são úteis para detetar o sobreaquecimento nos enrolamentos do estator, especialmente se o motor estiver a funcionar acima da sua carga nominal ou tiver problemas de ventilação. No entanto, tal como acontece com a avaria dos rolamentos, os sensores de temperatura indicam normalmente os danos depois de estes terem ocorrido, o que os torna mais adequados para acompanhar as condições em tempo real do que para fornecer avisos precoces.

Curva p-f rápida e suja para desequilíbrio de tensão transitória, mostrando o melhor desempenho potencial da classe para cada fonte de dados de monitorização de condições.

Curva P-F rápida e suja para desequilíbrio de tensão transitória, mostrando o melhor desempenho potencial da classe para cada fonte de dados de monitorização de condições. Os sistemas de fornecedores específicos podem ter um desempenho pior do que o mostrado aqui.

Exemplo 3: Bomba de cavitação

Cavitação é um problema comum nas bombas, em que se formam bolhas no líquido que está a ser bombeado. Quando estas bolhas colapsam, geram ondas de choque que podem danificar o impulsor da bomba e outros componentes ao longo do tempo. Se não for detectada, a cavitação pode levar a reparações dispendiosas e à avaria da bomba.

Vibração, elétricoe sensores de ondas de tensão são altamente eficazes na deteção de cavitação. Estes sensores podem captar as ondas de choque geradas pelo colapso das bolhas, sinalizando que a cavitação está a ocorrer. Por exemplo, sensores de vibração pode detetar o forças de impacto de cavitação, enquanto sensores de ondas de tensão pode captar o emissões acústicas causada pelo colapso da bolha.

Os dados eléctricos também podem ajudar, analisando o desempenho da bomba em tempo real. Por exemplo, a cavitação ocorre frequentemente quando uma bomba funciona demasiado fora da sua gama ideal, tal como indicado pela sua curva de desempenho. Os sensores eléctricos podem seguir as alterações na pressão e fluxofornecendo informações em tempo real sobre quando e onde é provável que ocorra a cavitação.

Enquanto sensores de temperatura Os sensores de infravermelhos não são geralmente eficazes na deteção da cavitação, mas alguns estudos sugerem que as câmaras de infravermelhos podem detetar alterações mínimas de temperatura causadas pela cavitação. No entanto, isto requer uma linha de visão direta para o líquido, o que é impraticável na maioria das instalações industriais. Análise de lubrificantes é igualmente limitado, detectando apenas danos por cavitação depois de esta ter afetado componentes lubrificados, como vedantes e rolamentos.

Curva p-f rápida e suja para cavitação da bomba, mostrando o melhor desempenho potencial da classe para cada fonte de dados de monitoramento de condições.

Curva P-F rápida e suja para cavitação da bomba, mostrando o melhor desempenho potencial da classe para cada fonte de dados de monitoramento de condições. Os sistemas de fornecedores específicos podem ter um desempenho pior do que o mostrado aqui.

Conclusão: uma abordagem mais inteligente à manutenção das máquinas

As tecnologias de monitorização da condição oferecem uma abordagem proactiva à manutenção. Ao detetar as falhas atempadamente, pode programar reparações, reduzir o tempo de inatividade e prolongar a vida útil do seu equipamento. Quer utilize sinais eléctricos, lubrificantes, ondas de tensão, temperatura, ou vibraçõesA tecnologia correta pode ajudar a garantir que as suas máquinas funcionem sem problemas.

Uma rápida recapitulação de alguns dos principais prós e contras de cada fonte de dados de monitorização do estado, para facilitar a consulta.

Uma rápida recapitulação de alguns dos principais prós e contras de cada fonte de dados de monitorização do estado, para facilitar a consulta.

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