Monitoramento
Preditivo de Máquinas Rotativas Utilizando Tecnologia Wireless
Fabrício Oliveira de Andrade ( fabricio_instrumentista@yahoo.com.br )
Técnico de instrumentação Pleno
INTRODUÇÃO
Com a evolução da tecnologia de
monitoramento preventivo e preditivo voltado para a área industrial, foi constatada
a necessidade da integração do gerenciamento de ativos, para uma melhor análise
de desempenho e uma evolução na manutenção preventiva e preditiva. Com
surgimento da tecnologia wireless para aplicação industrial, muitos fabricantes
têm desenvolvido soluções que englobam no momento quase todas variáveis de
processo industriais.
Nesta etapa de criação de
transmissores para monitoramento via tecnologia wireless, os primeiros
transmissores que surgiram foram das principais variáveis como, por exemplo,
pressão e temperatura. Com o aumento na confiabilidade da tecnologia e o
aumento na quantidade das aplicações industriais, foi notada a necessidade de
se ter um transmissor wireless para monitorar ativos como: Bombas, compressores
e ventiladores. Com isso, sugiram os Transmissores Wireless para aplicação no
monitoramento Preditivo de máquinas rotativas através da vibração.
Figura 1 – Transmissor de vibração Wireless
O QUE É ANÁLISE DE
VIBRAÇÃO?
A análise de vibração tenta entender
os sinais dinâmicos enviados por um equipamento industrial, utilizando
conceitos matemáticos e físicos, chegando ao ponto de tratar essas informações
e utilizá-las de uma forma produtiva. Todo equipamento emite uma vibração
natural que é gerada pelo seu funcionamento normal. Com tudo, muitas vezes por
conta de vários fatores, os níveis de vibrações se alteram, deixando a vibração
em um nível inaceitável, por conta de alguma condição interna ou um componente
defeituoso que acabam provocando desajustes mecânicos. As falhas mecânicas podem ser
visualizadas através dos seguintes gráficos e informações:
Forma de Onda em alta
resolução - Forma
de onda é um conjunto de dados complexos de milhares de amostras, recolhidos ao
longo de vários segundos de operação da máquina. A forma de onda de aceleração
pode ser útil em algumas aplicações, mas a forma de onda com a tecnologia PeakVue é indispensável para diagnóstico
de rolamento, desenvolvimento e defeitos de engrenagens.
Figura 2 – Forma de onda em alta resolução
Alta resolução de
espectros - Os espectros de vibração, forma de leitura dos sinais de vibração, são
constituídos por componentes de frequência que irão formar uma curva, que são os
componentes de frequência da curva de medição de um transdutor.
Figura 3 – espectros em alta resolução 1600
linhas
Espectro em Miniatura
- O espectro em
miniatura é derivado da mesma forma de onda de dados. Ele contém a mesma
frequência, amplitude e informações como o espectro de alta resolução, mas o
conjunto de dados foi comprimido em 98% adicional. Agora é pequeno o suficiente
para transferir sobre a rede em menos de um segundo.
Figura 4 – Espectro em miniatura
Bandas de energia - Como uma técnica de final de
compressão de dados, o transmissor divide o espectro em três bandas de energia
pré-determinados (como mostra logo abaixo). Em seguida, calcula a energia de
vibração dentro de cada faixa de energia e passa esses valores para o software
de gerenciamento de ativos, para visualizar as tendências e alertas. Isso pode
alterar dependendo do fabricante.
Figura 5 – Exemplo de bandas de energia
utilizado.
Para interpretação e coleta desses
dados enviados pelos equipamentos industriais, existem ferramentas como
Coletores de dados que utilizam um transdutor de vibrações mecânicas em sinais
elétricos. Um dos principais transdutores utilizados é conhecido como “Acelerômetro”.
TIPOS DE COLETORES DE
DADOS
Normalmente uma companhia tem um
grupo de Preditiva, que utiliza os coletores de dados para adquirir as
informações necessárias para análise das máquinas. Nas grandes máquinas é usado,
por exemplo, uma turbina. Os sistemas de vibração conhecidos como “On-lines” que monitoram os sistemas 24
horas, mandando informação em tempo real para software de gerenciamento
preditivo, que também recebe dados dos coletores conhecidos também como “Off-lines”.
Grande parte desses softwares reúne
não apenas uma tecnologia Preditiva como vibração, mas também tecnologias como:
Análise de óleo, análise termográfica e análise elétrica. Com a junção de todas
essas tecnologias em um banco de dados é possível ter uma análise precisa da
condição da máquina.
Figura 6 – Gerenciador de ativos
Citamos que temos coletores de dados
para monitorar as várias máquinas espalhadas na planta e o sistema On-line para
as grandes máquinas, que são críticas no processo industrial. Mas e os
equipamentos que têm alto nível de importância e não tem uma coleta de dados
considerada ideal para o seu grau de criticidade? Para esses equipamentos foram
desenvolvido os transmissores de vibração wireless que monitoram constantemente
o equipamento e tem um custo menor que um sistema online, levando em
consideração Hardware e principalmente infraestrutura de instalação.
Figura 7 – Sistema de monitoramente Off-line e Sistema de Monitoramento On-line
TRANSMISSOR DE
VIBRAÇÃO WIRELESS
Os transmissores de vibração
Wireless são capazes de fornecer informações ricas sobre a saúde das máquinas
rotativas através do Nível global de vibração, Forma
de onda, espectro, Peakvue e a temperatura. As informações podem ser visualizadas em
software dedicadas para análise Preditiva, como também em qualquer Host
compatível com EDDL.
O transmissor pode ser composto por
até dois sensores do tipo acelerômetro com baixo consumo de tensão ou um sensor
conjunto acelerômetro e temperatura, ambos em um único sensor.
Os transmissores Wireless podem ser instalados
de duas formas:
Primeira forma é usar verdadeiramente
sem fio, utilizando uma bateria dedica com longo tempo de duração, podem durar
até 10 anos, quando se utiliza o tempo de coleta de dados (Taxa de atualização
definidas para 2 horas) ou uma vida operacional de 3 – 4 anos, quando se utiliza
o tempo padrão de coleta (taxa de atualização definida de 30 minutos).
Outra forma também de instalação dos
transmissores é utilizando uma alimentação local, fornecendo um funcionamento
ilimitado, mesmo no tempo de atualização mínimo de uma vez por minuto.
Figura 8 – Transmissores Wireless de vibração
em funcionamento
O fornecimento de informação pode
ser diretamente para sala de controle via MODBUS ou OPC. Os dados de vibração são um bom indicador dos
problemas dos tais, como por exemplo, o desalinhamento do eixo,
desbalanceamento ou folgas mecânicas. Em contraste, a leitura PeakVue fornece uma medição confiável
dos impactos sobre a máquina. Como o PeakVue
aumenta o sinal, ele fornece uma indicação direta de um problema em
desenvolvimento, tais como: lubrificação inadequada, falta de rolamento ou
defeito da engrenagem. Os processos também induzem falhas nas máquinas, como
por exemplo, a cavitação, são detectados por um aumento em ambas as vibração do
conjunto e as leituras PeakVue.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO
É possível realizar vários tipos de
aplicações diferentes para monitoramento de vibração utilizando a tecnologia
Wireless, mas uma das aplicações onde podemos entender bem o porquê do sistema
wireless é o monitoramento das condições dos ventiladores das torres de
resfriamento. Muitas das plantas possuem esse tipo de etapa no processo e por
conta disso sabem da dificuldade para se realizar o monitoramento utilizando a
tecnologia Off-line, pois para se
colocar o sensor, muitas vezes faz-se necessário o desligamento dos
ventiladores. Ou então, é instalada uma interface que elimina desligar o
ventilador para monitoramento, mas que também não envia informação constante
para um sistema de forma satisfatória. O sistema On-line convencional tem custo
muito elevado para esse tipo de aplicação, por conta disso a aplicação dos
transmissores wireless tem sido a melhor solução para esse tipo de processo.
Vejamos um exemplo deste tipo de aplicação:
Figura 9 – Sistema de vibração para
monitoramento de torres de resfriamento
Nessa aplicação utilizando dois
transmissores, sendo um com sensor de vibração e temperatura e o segundo com dois
pontos de vibração, é possível extrair informações e visualizar problemas como
as folgas mecânicas, que são os desgastes excessivos do acoplamento podendo
levar a falhas mecânicas. As Folgas de rolamento também podem causar problemas graves
na máquina.
No ventilador o impulsor muitas
vezes tem furos nas lâminas para remover a condensação, estes podem encher-se
com água, causando desbalanceamento. Outro problema é o defeito de rolamentos, frequentes
em equipamentos que operam sobcarga pesadas e extremas condições ambientais. Dentes
quebrados, lascados ou Desgastados são causas de desvio do eixo maior na
engrenagem de entrada, o que provoca um mau entrosamento das engrenagens e que gera
um atrito. O Desalinhamento do eixo pode ser devido
ao comprimento dele numa torre de resfriamento e a alterações térmicas que o
eixo sofre, o desalinhamento é um problema comum. Tensão dentro do eixo pode
danificar o acoplamento, causar fadiga de rolamento e até mesmo levar à ruptura
do eixo.
As condições extremas da torre de resfriamento
geram muitos problemas com lubrificação. Tendo desgaste e danos causados por
dentes de engrenagem, uma lubrificação insuficiente contribui a uma falha
prematura do equipamento. No entanto, a inacessibilidade de uma torre de
resfriamento torna virtualmente impossível de se realizar, às vezes uma análise
precisa de graxa e de óleo.
CONCLUSÃO
Com o avanço da tecnologia, o
sistema wireless tem se tornado uma realidade nos processos industriais,
facilitando a aplicação de monitoramento em muitas etapas de processo onde anteriormente
era difícil pensar em um controle constante da condição do processo ou máquina.
O monitoramento de vibração com transmissores Wireless vem ajudando a monitorar
máquinas com nível alto de importância no processo e que no passado não tinham
um monitoramento ordenado e satisfatório. O baixo custo de instalação, os altos
níveis de diagnósticos, informações e a facilidade de integração da Preditiva
com a Automação estão tornando realidade a integração desse tipo de tecnologia.
BIBLIOGRAFIA
Artigo: Cooling tower monitoring by Emerson Process
Manual: CSI 9420
Wireless Vibration Transmitter
