Como funciona a SAM4
A SAM4 executa a IA análise da assinatura eléctrica (ESA). A ESA 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, a ESA fornece uma imagem detalhada do que se está a passar em toda a unidade de tração, desde o motor à transmissão e à carga.
O SAM4 utiliza as primeiras quatro semanas de medições de corrente e tensão para construir um modelo do comportamento de funcionamento normal do ativo ligado. Quando uma falha começa a desenvolver-se, os sinais de corrente e tensão alteram-se. Ao analisar esta alteração, o SAM4 pode determinar:
- a presença de uma falha em desenvolvimento.
- o específico tipo de falha.
- quanto tempo tem até que essa falha provoque uma avaria.
Assim que o SAM4 detetar uma falha em desenvolvimento, alertá-lo-emos de duas formas: através de uma análise de semáforo no painel de controlo online e através de um e-mail com detalhes sobre as alterações que observámos. Estes alertas também recomendarão os próximos passos para resolver a falha específica em causa.
Sistema de notificação por semáforo da SAM4
O SAM4 utiliza um semáforo de quatro cores no painel de controlo do cliente para representar o estado atual do ativo, com uma análise detalhada.
1. Verde significa que o ativo está a funcionar normalmente. O cliente não é contactado.
2. Amarelo significa que foi detectada uma anomalia em fase inicial. Não é necessária qualquer ação imediata. O cliente é contactado por correio eletrónico e notificado da nova situação. Esta notificação será repetida uma vez por mês, enquanto o estado do ativo se mantiver amarelo.
3. Laranja significa que a anomalia atingiu um nível de gravidade que exige ação. O mecanismo de falha deve agora ser detetável após uma inspeção. O cliente é contactado por e-mail e aconselhado a inspecionar o ativo. Esta notificação será repetida uma vez por semana, enquanto o estado do ativo se mantiver laranja.
4. Vermelho significa que a anomalia atingiu um nível de gravidade que exige uma ação imediata. O cliente recebe um e-mail e uma chamada telefónica a aconselhá-lo a efetuar a manutenção do ativo o mais rapidamente possível. Esta notificação será repetida diariamente enquanto o estado do ativo se mantiver vermelho.
Painel de controlo do desempenho da bomba SAM4
Como o SAM4 mede a corrente e a tensão, ele pode calcular a altura manométrica e o fluxo instantâneos de uma bomba usando as leis de afinidade e a curva de referência fornecida pelo cliente. As métricas calculadas pelo SAM4 incluem uma curva de desempenho da bomba em tempo real, que mostra o funcionamento atual da bomba em relação ao seu ponto de melhor eficiência (BEP), e uma curva de potência em tempo real. Esta informação também informa a previsão de falhas do SAM4 e as percepções energéticas.
O que a SAM4 pode detetar
O SAM4 pode detetar falhas eléctricas e mecânicas em cada fase do percurso de transmissão, desde a alimentação eléctrica até à carga.
Rede eléctrica e VFDs
O SAM4 pode detetar e discriminar entre alterações relacionadas com a rede eléctrica e alterações relacionadas com o variador de frequência (se presente).
- Desequilíbrio entre tensão e corrente
- Distorção harmónica da tensão / corrente
- Quedas de tensão* / sobretensão
- Problemas de qualidade de energia
Uma vez que o SAM4 recolhe amostras do fluxo de dados em intervalos discretos, nem sempre podem ser detectados picos e subidas de tensão muito curtos.
Motores AC
O SAM4 detecta as avarias eléctricas e mecânicas que surgem nos motores CA trifásicos de qualquer tensão.
- Curto-circuitos no estator entre voltas / entre voltas
- Folga no enrolamento do estator
- Desequilíbrio elétrico
- Barras do rotor partidas / soltas
- Excentricidades do rotor
- Desalinhamento
- Pé macio
- Degradação do rolamento
- Desequilíbrio mecânico
Transmissão
O SAM4 detecta as avarias mecânicas que surgem no dispositivo de transmissão de potência.
- Excentricidade / desequilíbrio do acoplamento
- Dentes de engrenagem partidos/rachados
- Desalinhamento / excentricidade das engrenagens
- Desbalanceamento da polia
- Desgaste da correia/corrente
Carga
O SAM4 funciona numa grande variedade de aplicações, incluindo os seguintes tipos de activos comuns:
- Bombas centrífugas e de palhetas
- Transportadores
- Ventiladores e sopradores
- Misturadores e agitadores
- Rolos
O SAM4 também funciona em muitas aplicações específicas da indústria, tais como máquinas de dobrar papel, centrifugadoras, gruas, dispositivos de prevenção de rebentamento, batedeiras, etc. (Por favor, pergunte se não encontra a sua na lista).
O SAM4 pode detetar as seguintes falhas comuns nas máquinas:
- Cavitação
- Danos no impulsor
- Desequilíbrio mecânico
- Desalinhamento
(Note-se que estes defeitos dizem respeito à própria máquina; os defeitos de acoplamento/caixa de velocidades/etc. são cobertos pela rubrica Transmissão e os defeitos eléctricos são cobertos pela rubrica Motores CA).
Para muitas aplicações, o SAM4 pode detetar modos de falha adicionais de interesse.
O que a SAM4 não pode fazer
O SAM4 foi concebido para motores CA trifásicos síncronos* e assíncronos de qualquer tensão**. Não pode ser utilizado para sistemas acionados por outros meios, incluindo:
- Motores de corrente contínua
- Servomotores
- Turbinas a vapor
(Os VFDs são óptimos - o SAM4 funciona muito bem com os sinais modulados de largura de impulso produzidos por variadores de frequência para sintetizar a corrente CA).
Para monitorizar componentes para além do motor, o SAM4 tem de ser capaz de medir o seu impacto nos sinais de corrente e tensão. Quanto mais abaixo na unidade de tração estiver um componente, menos informação o SAM4 terá. Activos como bombas, transportadores, rolos e ventiladores têm geralmente trens de transmissão relativamente curtos com um número limitado de componentes rotativos e sistemas de transmissão simples.
Activos como compressores, prensas e máquinas de embalagem têm geralmente unidades de tração relativamente longas com múltiplos componentes rotativos e sistemas de tração complexos. Por vezes, tudo o que o SAM4 precisa é de mais tempo para analisar a situação; por vezes, simplesmente não existe informação suficiente para o SAM4 trabalhar. Teremos todo o gosto em ajudá-lo a determinar se o SAM4 é adequado para os sistemas específicos e modos de falha que precisa de monitorizar.
Em geral, os sistemas que utilizam sensores localizados no local (como sensores de vibração, emissão acústica e temperatura) podem ser uma melhor escolha para componentes ligados ao motor através de um acoplamento flexível que absorve o choque e componentes que estão a muitos passos de distância do motor.
De particular importância para motores de alta tensão: Atualmente, o SAM4 não detecta descargas parciais.
* Outros sistemas são melhores para motores síncronos bipolares, em que os harmónicos eléctricos se alinham com as frequências de falha mecânica e as ultrapassam.
** Desde que o transformador de tensão tenha uma saída linha-neutro de baixa tensão (< 400 V).
SABIA QUE?
Ao incorporar detalhes de configuração específicos da indústria e do cliente, o SAM4 pode adaptar o seu diagnóstico e recomendações à situação específica em que o ativo ligado está a funcionar.
Exemplos de desenvolvimento de avarias em bombas industriais
Cavitação
Embora a cavitação não seja uma causa imediata de falha da bomba, ao longo do tempo danifica os impulsores, rolamentos e vedantes. Esta causa principal da degradação dos componentes pode ser tipicamente identificada por um aumento do nível de ruído do espetro de corrente, particularmente em torno da frequência de alimentação. A avaliação em tempo real do funcionamento da bomba em relação ao seu ponto de melhor eficiência (BEP) é uma métrica de apoio.
Para a imagem acima e abaixo: amostra de análises do painel de controlo SAM4 para uma bomba de cavitação. A utilização de caudal elevado ou caudal reduzido depende da localização dos pontos de dados em tempo real na curva de desempenho associada da bomba.
Exemplo 1: Bomba de condensado com cavitação
As alterações na energia espetral deste motor na frequência fundamental do comboio (FTF, também designada por frequência da gaiola da chumaceira) acabaram por levar o SAM4 a diagnosticar a cavitação. A Figura 2 mostra a energia da bomba ao longo do tempo em dois pontos de funcionamento: a uma potência mais elevada (preto) e a uma potência mais baixa (azul). As leituras elevadas no ponto de funcionamento inferior (azul) indicam uma possível cavitação e/ou degradação dos rolamentos. Os nossos cientistas de dados examinaram então os dados da SAM4 curva da bomba em tempo real e o ruído mínimo no domínio da frequência para confirmar a cavitação.
Figura 3. A energia espetral no FTF em dois pontos de funcionamento. O gráfico regista valores anormais no ponto de funcionamento azul (menor potência), mas não no preto (maior potência), o que indica uma possível cavitação no ponto de funcionamento azul. Uma comparação no domínio da frequência revelou um piso de ruído elevado em torno da frequência de alimentação, também indicativo de cavitação. (Nota: os gráficos neste relatório foram tornados anónimos. Os gráficos SAM4 actuais incluem valores em ambos os eixos).
Figura 4. Curva da bomba em tempo real do SAM4 para esta bomba, com o seu ponto de melhor eficiência (BEP) à velocidade de 100% marcado pelo triângulo verde. A faixa verde marca a janela de desempenho aceitável. Os pontos de dados quando a bomba está a funcionar a uma potência mais baixa caem bem à esquerda desta janela, numa área conhecida por ser sensível à cavitação.
Exemplo 1: Bomba de produto em cavitação
Um aumento temporário do nível de ruído levou-nos a alertar o cliente. O SAM4 continuou a detetar períodos intermitentes de aumento de energia no nível de ruído, em vários pontos de funcionamento. O cliente inspeccionou a bomba e descobriu um filtro entupido. Assim que o filtro foi limpo, a bomba deixou de cavitar.
Figura 5. Um mapa de calor que mostra as alterações de energia relacionadas com a cavitação na bomba. 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 energia, de alta em vermelho a baixa em azul. As áreas desfocadas revelam cavitação, que era intermitente no início (topo do gráfico) e se tornou mais frequente ao longo do tempo (centro do gráfico). A inspeção revelou um filtro entupido; assim que foi limpo, a cavitação parou (parte inferior do gráfico).
Exemplo 3: Bomba submersível para torre de refrigeração com cavitação
SAM4 observou um aumento súbito de energia na frequência de rotação do motor para um dos pontos de funcionamento da bomba. Durante os dias seguintes, a energia continuou a aumentar gradualmente na frequência de rotação. Uma inspeção do espetro de frequência completo revelou que o nível de ruído em torno da frequência de alimentação também tinha aumentado. Alertámos o cliente para uma provável cavitação. O cliente fechou ligeiramente a válvula em resposta, o que parou a cavitação. Os níveis de energia voltaram posteriormente ao normal. O cliente notou que a análise do SAM4 foi particularmente útil para esta bomba, cuja localização permanentemente debaixo de água dificulta a inspeção.
Figura 6. A energia espetral da bomba durante o funcionamento saudável (preto) e em cavitação (azul). Note-se o aumento do ruído mínimo em torno da frequência de alimentação (o maior pico do gráfico).
Figura 7. Depois que o cliente ajustou a válvula, o comportamento não saudável de cavitação da bomba (azul) voltou ao comportamento saudável normal (preto).
Exemplo 4: Palhetas da bomba danificadas por cavitação prolongada
O SAM4 observou um aumento do nível de ruído no espetro de corrente e alertou o cliente para o facto de a bomba estar a cavitar. O nível de ruído continuou a aumentar gradualmente. Três meses após o primeiro aviso do SAM4, o cliente substituiu as palhetas da bomba, que tinham sido danificadas pela cavitação.
Figura 8. A energia espetral da bomba quando o nível de ruído começou a aumentar (azul), dois meses depois (preto) e três meses depois (verde), imediatamente antes de o cliente substituir as palhetas.
Exemplo 5: Vedante mecânico danificado por cavitação prolongada
O SAM4 começou a assinalar cavitação ocasional cinco meses antes de um aumento sustentado do nível de ruído do espetro de corrente e uma queda na potência ativa indicarem que se estava a desenvolver um problema mais grave. O cliente inspeccionou a bomba e descobriu que o seu vedante mecânico estava a começar a ter fugas. O selo foi substituído e o desempenho da bomba voltou ao normal.
Figura 9. A energia espetral para a bomba saudável (azul) e cinco meses mais tarde (preto), quando o vedante começou a ter fugas.
Figura 10. Um mapa de calor que mostra as alterações de energia relacionadas com a cavitação na bomba. 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 energia, de alta em vermelho a baixa em azul. As áreas circuladas a vermelho são quando a bomba estava a cavitar.
Indicadores mecânicos (não relacionados com a cavitação)
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 de energia 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.
Figura 11. 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).
Figura 12. Exemplo de análises do painel de controlo SAM4 para duas falhas mecânicas diferentes.
Exemplo 6: Falhas mecânicas múltiplas
A SAM4 observou um aumento de energia em vários harmónicos da frequência de rotação da bomba, bem como um aumento do nível de ruído. O cliente encontrou três componentes degradados aquando da inspeção um mês mais tarde: um acoplamento em aranha estava gasto, as palhetas estavam presas e os parafusos da fundação estavam soltos.
Figura 13. Comparação da energia espetral da bomba quando saudável (azul) e não saudável (preto). Note-se a natureza periódica dos aumentos; estes picos correspondem à frequência de rotação da bomba e aos seus harmónicos. Note-se também o aumento do nível de ruído em todo o espetro.
Exemplo 7: Desalinhamento da caixa de velocidades e do motor na bomba de circulação
O SAM4 assinalou um aumento súbito na frequência de rotação do eixo de saída da caixa de velocidades, o que é indicativo de desalinhamento. Notificámos o cliente e colocámos a bomba em alerta laranja, para ser acompanhada de perto pela nossa equipa de ciência de dados. Actualizámos o cliente semanalmente à medida que a energia continuava a aumentar gradualmente.
Sete meses após o nosso primeiro alerta, o ciclo de manutenção preventiva do cliente confirmou o desalinhamento radial e axial entre a caixa de velocidades e o motor, bem como blocos de acoplamento muito degradados. Não foram encontrados problemas noutras bombas durante este controlo preventivo, que também coincidiu com a avaliação da SAM4. O cliente observou que esta precisão, tanto nos verdadeiros positivos (falhas) como nos verdadeiros negativos (ausência de falhas), era a prova de que o SAM4 podia ajudá-lo a afastar-se das inspecções baseadas no tempo e na substituição preventiva de peças.
Figura 14. Um aumento súbito de energia na frequência de rotação do eixo de saída (seta laranja), seguido de 7 meses de aumento gradual. A seta verde indica o local onde o cliente efectuou a manutenção da bomba. Os pontos azuis à direita da seta verde indicam o regresso da bomba ao funcionamento normal.
Exemplo 8: Falta de um parafuso no acoplamento da bomba
O SAM4 assinalou um aumento lento da energia na frequência de rotação da bomba. Notificámos o cliente e colocámos a bomba em alerta laranja, para ser acompanhada de perto pela nossa equipa de ciência de dados. Actualizámos o cliente semanalmente à medida que a energia continuava a aumentar gradualmente. Três semanas após o nosso primeiro alerta, a energia começou a aumentar rapidamente e mudámos a bomba para alerta vermelho. O cliente inspeccionou a bomba em funcionamento três dias depois e informou que as medições manuais de vibração indicavam um ligeiro desalinhamento e desequilíbrio. A inspeção com estroboscópio revelou que faltava um dos parafusos no acoplamento. O cliente agendou a reparação da bomba na sua próxima paragem planeada.
Figura 15. O aumento de energia nos pontos assinalados com um círculo corresponde à frequência de rotação da bomba.
Figura 16. A evolução do aumento de energia na frequência de rotação da bomba ao longo do tempo. Alertámos o cliente nas linhas laranja e vermelha; este efectuou a manutenção na linha verde.
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.
Figura 17. 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).
Figura 18. Exemplo de análises do painel de controlo SAM4 para duas falhas eléctricas diferentes.
Exemplo 9: Barra(s) do rotor partida(s)
O SAM4 detectou um aumento de energia na frequência de rotação do motor da bomba. Não se registou qualquer aumento do nível de ruído em torno da frequência de alimentação, nem qualquer diminuição da carga, o que exclui a possibilidade de cavitação. Uma análise mais aprofundada indicou a provável quebra de barras do rotor no interior do motor, criando uma deformação térmica do rotor. O cliente permitiu que o motor continuasse a funcionar sem manutenção durante quatro meses desde o nosso primeiro alerta (ponto laranja na figura 10), período durante o qual o padrão de degradação se intensificou.
Figura 19. A energia espetral na frequência de rotação do motor, mostrando um aumento claro e intensificado. O tempo decorrido desde o primeiro alerta do cliente SAM4 (ponto laranja) até ao lado direito do gráfico é de cerca de quatro meses.
Figura 20. Uma análise mais aprofundada revelou picos de energia em frequências consistentes com a presença de barras de rotor partidas. (Motor saudável a azul, motor degradado a preto).
Exemplo 10: Desequilíbrio de corrente
O SAM4 detectou um desequilíbrio contínuo nas fases de corrente do motor desta bomba. Uma investigação mais aprofundada revelou que a diferença absoluta permanecia essencialmente constante em diferentes cargas, e que três outros motores do mesmo grupo elétrico apresentavam tendências semelhantes. Isto sugeria que uma carga monofásica noutro ponto do sistema poderia ser a razão do desequilíbrio. Informámos o cliente sobre esta e outras causas possíveis (desequilíbrio de tensão na rede eléctrica, desequilíbrio da bobina do motor, um caminho de fuga para a terra). O cliente efectuou uma medição do motor e confirmou o desequilíbrio, mas sem danos. Recomendámos ao cliente que investigasse as possíveis causas para evitar danos futuros causados por desequilíbrios a longo prazo.
Figura 21. A segunda fase do motor da bomba (preto) consumia visivelmente mais corrente do que as outras duas fases.
Figura 22. O desequilíbrio de corrente aumenta à medida que a carga do motor diminui. (O desequilíbrio é a diferença relativa na corrente consumida entre as fases. A diferença absoluta, representada no eixo vertical, é basicamente constante, mas à medida que a carga diminui e o motor consome menos corrente, representa uma maior percentagem da corrente consumida).
Conclusão
Esperamos que estes exemplos de detecções de falhas reais do SAM4 o ajudem a avaliar se o SAM4 pode ser uma adição útil ao seu monitorização do estado kit de ferramentas. Se quiser ver o SAM4 em ação, contacte
para uma demonstração sem compromisso, conforme a sua conveniência. Também teremos todo o gosto em responder a quaisquer perguntas que possa ter sobre o valor da SAM4 para a sua situação específica.
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