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Monitoramento da condição da máquina usando o monitoramento do desempenho do equipamento operacional

A medição da saúde das máquinas pelo monitoramento do desempenho tem o potencial de avisar uma falha de desenvolvimento através dos níveis de mudança de um parâmetro adequado a ser medido, indicando assim uma alteração na condição de um componente, máquina ou sistema.

Por Peter Brown - Lifetime Reliability Solutions Global (LRS Consultants Global)

Os dados recolhidos das inspeções de condições de operação e as tendências de monitoramento de desempenho aparecerão cada vez mais ao lado dos dados do desempenho da planta de processo e serão usados ​​para atribuir prioridades de manutenção e maximizar o tempo de atividade e a confiabilidade do equipamento.

Monitoramento de condição e análise de processo

A maioria das características da máquina e do processo que afetam qualidade, disponibilidade, capacidade, segurança, risco e custo podem ser avaliadas continuamente ao longo da vida útil do ativo. Isso é essencial para identificar o fracasso iminente e será aplicado às áreas críticas identificadas no plano de confiabilidade.

O estado actual da saúde da planta de processo é uma informação importante relacionada à informação atual, diagnóstico e prognóstico de vários defeitos e vida útil prevista na otimização de segurança, qualidade e altas taxas de produção.

Existem as funções óbvias de monitoramento e controle do processo por razões de segurança e especificação do produto. Além disso, há informações inestimáveis ​​a serem obtidas a partir dos parâmetros do processo que podem dar uma compreensão da saúde atual do bem.

O Monitoramento de Condição historicamente se concentrou na aquisição e análise de parâmetros mensuráveis ​​que dariam informações úteis sobre a condição dos componentes da máquina e, portanto, uma previsão da probabilidade de manutenção da máquina.

A visão mais ampla do Gerenciamento de Condição deve levar em consideração o desempenho da máquina, ou o sistema de que é parte, e informar sobre excursões longe de tolerâncias aceitáveis ​​previamente definidas.

A definição de Monitoramento de Condição abrange o conceito de Monitoramento de Desempenho também: o processo de coleta e avaliação sistemática de dados para identificar mudanças no desempenho ou condição de um sistema ou seus componentes, de modo que as ações corretivas possam ser planejadas de forma econômica para manter confiabilidade.

Análise de processo de monitoramento de condição

O objetivo do monitoramento de condição por monitoramento de desempenho

Há a história clássica do técnico de monitoramento de condição que completou uma pesquisa de vibração em uma bomba depois que foi relatado como funcionando erraticamente. Ele informou que a bomba teve os níveis de vibração mais baixos já medidos e, portanto, estava em perfeitas condições. Pouco depois de receber este conselho, o operador da fábrica observou que o manômetro era muito mais baixo do que o habitual e uma investigação posterior mostrava que a bomba não estava bombeando.

A bomba foi isolada e aberta e descobriu-se que o impulsor havia sido cortado! Claro que tinha uma bela assinatura de vibração; não estava fazendo nada! Isso ilustra uma dimensão de por que o monitoramento do desempenho é necessário para dar sentido a algumas situações.

A tecnologia do Controle de Processo permite acessar muitas das informações necessárias para a maquinaria de tendência e os parâmetros de desempenho do sistema. Esses parâmetros são monitorados e os alarmes são definidos para condições fora de tolerância. Isto é particularmente verdadeiro para os sistemas mais do que a máquina individual - a menos que sejam processos críticos e o monitoramento individual possa ser justificado.

Ainda há muitas situações na indústria em que não é imediatamente aparente que o desempenho de uma determinada máquina tenha caído. Às vezes, os sistemas são auto-compensatórios sem identificar o motivo pelo qual, por exemplo, três bombas são agora necessárias para executar o trabalho anteriormente administrado por dois.

Existem outras situações em que, no curso normal dos eventos, há dados bastante insuficientes para permitir qualquer julgamento preciso sobre o desempenho a ser feito. Um exemplo seria a eficiência de combustível de um veículo pesado. A única maneira de determinar o consumo específico de combustível de um veículo em comparação com outro fazendo um trabalho similar seria instalar instrumentos e registro de dados para registrar o fluxo de combustível, a posição do acelerador, o uso do freio, a velocidade do veículo e similares.

Com os avanços contínuos nas tecnologias de sensores e uma tendência crescente para sensores de máquinas montados a bordo que permitem o monitoramento on-line, o montado de desempenho de máquinas e os sistemas em que funcionam fornecerão informações em tempo real sobre saúde e condição do equipamento e deixá-los ajuste o processo para maximizar o tempo de atividade e a confiabilidade da máquina.

Aplicações para monitoramento de desempenho de máquinas

Máquinas e sistemas para os quais pesquisas de monitoramento de desempenho podem ser exigidas de forma rotineira incluem os seguintes itens:

  • Bombas - devido ao desgaste do impulsor, desgaste do anel de vedação (re-ciclagem) ou bloqueio
  • Sistemas de ventilação - devido ao bloqueio do filtro, incrustação de lâminas ou re-ciclagem
  • Caldeiras - devido à perda de eficiência térmica por muitas razões diferentes
  • Trocadores de calor - devido a incrustação ou bloqueio
  • Turbinas de vapor - devido à incrustação de lâminas e inúmeras outras razões
  • Compressores de ar - devido ao desgaste, bloqueio do filtro, vazamento da válvula (alternativo), etc.
  • Motores a diesel ou a gás - devido à perda de compressão (anéis ou vazamento da válvula), etc.
  • Filtros eletrostáticos ou de pó de saco - devido a incrustação, curto ou vazamento

Note-se que os motores elétricos não estão incluídos na lista porque a queda no desempenho geralmente é mensurável por processos de monitoramento de condições padrão, como vibração e termografia. Talvez o parâmetro mais útil para a medição de desempenho de um motor de indução seja a velocidade em relação à carga.

Isso sempre deve ser uma constante e as variações são mensuráveis ​​com a análise de vibração. Portanto, em geral, não são necessárias pesquisas de monitoramento de desempenho para motores elétricos de propósito especial. Embora a decisão final para os motores do monitor de desempenho deve considerar o risco associado à sua falha.

Contagem de condições de estresse e sobrecarga

Um grande benefício dos motores elétricos de monitoramento de desempenho é identificar a freqüência e o número de vezes que estão sobrecarregados. Cada sobrecarga provoca tensões para os componentes do motor elétrico e para aqueles na maquinaria que ele conduz.

Cada estresse de sobrecarga destrói a vida útil das peças e faz com que o motor ea máquina anexada falhem mais cedo. Ao monitorar a extensão da sobrecarga e contar o número de vezes que ocorrem sobrecargas, podemos desenvolver uma relação entre as condições de operação e a vida operacional.

Abaixo estão algumas propostas para o monitoramento de desempenho de bombas e ventiladores - duas das máquinas mais comuns na indústria e com grande potencial de poupança em custos de energia através de estudos de eficiência rotineira.

Monitoramento de desempenho de bombas

Os fabricantes de bombas testam extensivamente todas as bombas em um tanque de teste calibrado e produzem curvas de desempenho precisas. Um diagrama típico que dá os nomes corretos para as partes de uma bomba centrífuga também é fornecido.

Para qualquer dado líquido, as variáveis ​​apresentadas nessas curvas de desempenho são as seguintes:

  • Cabeça total (descarga menos aspiração) expressa como uma dimensão vertical (por exemplo, medidores) ou como diferencial de pressão
  • Potência consumida (potência do eixo)
  • Eficiência
  • Fluxo
  • Tipo de rotor
  • Velocidade do eixo

Além das duas últimas variáveis ​​- geralmente especificadas ou conhecidas -, três dos quatro primeiros podem ser usados ​​para identificar com precisão razoável o "ponto de serviço" para uma bomba de operação. Melhor ainda se todos os quatro podem ser medidos para minimizar os erros de medição.

Em particular, a "potência" não é facilmente medida sem levar em conta a eficiência do motor e do acoplamento. Isso geralmente é uma estimativa em vez de uma medida. Da mesma forma, a "eficiência" pode variar devido ao desgaste e à recirculação e, portanto, este também não é um parâmetro diretamente mensurável.

Portanto, os únicos dois parâmetros confiáveis ​​que podem ser diretamente medidos e aplicados nos gráficos são cabeça (pressão) e fluxo.

A cabeça é facilmente medida usando manômetros. Estes são frequentemente instalados e devem ser calibrados se forem necessárias medições sérias. As instalações de calibração geralmente estão prontamente disponíveis.

O fluxo é menos facilmente medido se nenhum medidor de fluxo estiver instalado. A única opção prática neste caso pode ser usar medição de fluxo ultra-sônico. Na maioria dos casos, isso pode ser aplicado e dar resultados entre +/- 1% para 5% dependendo do método utilizado. Os medidores de fluxo ultra-sônico podem ser contratados e são relativamente fáceis de usar. Eles vêm em dois tipos, Doppler e Transit-time, para cobrir líquidos sujos e limpos, respectivamente.

Alguns medidores de fluxo de tempo de trânsito ultra-sônicos também oferecem a capacidade de medir o aumento de temperatura em toda a bomba (ou trocador de calor) e calcular a energia térmica. Este denominado "poder absorvido". Para líquidos que não a água, é necessário aplicar uma constante de "coeficiente calorífico", mas, para equipamentos relativamente baratos, pode ser esperada uma precisão de +/- 5%. Um instrumento muito mais sofisticado chamado Yates Meter está agora disponível com reivindicações de precisão geral melhor que 1%.

Quando todos os dados foram medidos e aplicados nas curvas apropriadas da bomba, será óbvio se há uma boa correlação ou erros aparentes significativos. Se todos os dados, medidos e estimados, se encaixam confortavelmente, então pode haver uma boa confiança na determinação do ponto de serviço e eficiência da bomba no sistema.

Se os dados não cabem bem, é provável que haja um problema que possa ser um ou mais destes:

  • O desgaste do rotor reduziu o diâmetro efetivo
  • A fuga em torno do anel de vedação está causando uma recirculação significativa. Gotas de fluxo
  • A "cabeça do sistema" é diferente das expectativas devido ao bloqueio ou vazamento

Outras investigações devem ser feitas até que haja confiança de que a falha é identificada e as ações de manutenção apropriadas devem ser planejadas.

Potencialmente o resultado mais valioso do teste de desempenho da bomba é a otimização da eficiência e, portanto, o uso de energia. Muitas vezes, uma mudança no tamanho do impulsor permitirá a otimização do ponto de serviço e podem resultar em economia de energia muito significativa.

Monitoramento de desempenho de fãs

Os ventiladores centrífugos são máquinas muito simples, mas podem ser extraordinariamente problemáticos em aplicações industriais típicas.

Em primeiro lugar, às vezes são mal construídos ou construídos a um preço com rigidez estrutural inadequada, rolamentos baratos, cortes de projeto e pouca consideração para as demandas operacionais e de manutenção de uma longa vida útil. A vibração induzida dos painéis de duches dos gases que fluem foi conhecida por causar uma falha prematuro no rolamento.

Em segundo lugar, muitos ventiladores têm que lidar com gases que podem ser corrosivos, carregados de sujeira, abrasivos e molhados. Isso significa condições muito duras que podem exigir manutenção significativa. Muitas vezes, essa manutenção é negligenciada, resultando em reduções significativas de eficiência.

Como as bombas, os ventiladores geralmente são fornecidos com curvas de serviço que, dependendo da qualidade do ventilador, podem ser resultados de teste reais ou apenas estimativas do projeto. Os parâmetros mensuráveis ​​para um ventilador são os seguintes:

  • Corrente do motor e, portanto, uma estimativa da potência do eixo
  • Velocidade do eixo
  • Diferencial de pressão - usando um manômetro ou dispositivo eletrônico de pressão diferencial
  • Fluxo - se os transdutores de fluxo estiverem instalados

Identifique quais dos três métodos comuns de controle de fluxo, a saber, controle do amortecedor a jusante, controle da barra de entrada e velocidade variável, são usados ​​no sistema sob medição. Note-se que os ventiladores equipados com amortecedores permitem uma variedade de condições de teste e isso pode ajudar a fornecer uma variedade de condições das quais uma curva característica pode ser estimada.

Há uma variedade de maneiras pelas quais o fluxo pode ser medido, mas as instalações do tubo de pitot são provavelmente as mais comuns. Note-se que os ultra-sons de tempo de trânsito também podem ser usados ​​de forma muito eficaz, mas os transdutores devem ser instalados no duto olhando diretamente um do outro para o outro. Não é possível fazer medições confiáveis ​​através da parede do duto como para líquidos.

Novamente, é desejável que as curvas de teste dos fabricantes estejam disponíveis para qualquer teste. No entanto, estimativas razoáveis ​​podem ser feitas a partir de testes no local e usando fórmulas de livro de texto para eficiência

Informador de Indústria de Processos

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