Monitoramento de vibração:Uma abordagem híbrida

Você tem um programa de monitoramento de vibração com base em rota trimestral ou mensal, mas ainda está tendo falhas. O problema é que o monitoramento baseado em rota fornece apenas uma leitura instantânea. Para muitos ativos, os problemas podem se desenvolver de forma rápida e frequente, sem aviso prévio.

Um bom exemplo disso é um defeito na gaiola do rolamento. Um defeito da gaiola pode progredir da primeira indicação até a falha completa do rolamento em questão de uma semana, ou mesmo dias - e dependendo do tempo, o monitoramento baseado em rota pode não detectá-lo. Uma possibilidade é mudar para monitoramento contínuo de vibração. Infelizmente, implementar um programa de monitoramento de vibração contínuo completo pode ser um desafio e, para alguns ativos, pode ser um exagero. O que você pode fazer?

A solução é aplicar uma abordagem híbrida que incorpora o monitoramento contínuo de vibração e o monitoramento periódico baseado em rota. Use a ferramenta certa para o tipo certo de ativo. Gargalos de processo críticos e ativos relacionados à segurança, como ventiladores ou ventiladores de resfriamento, são ideais para monitoramento contínuo (consulte a figura 1), enquanto ativos de baixo risco ou baixa velocidade são mais adequados para monitoramento baseado em rota. Essa abordagem híbrida é uma forma eficiente de melhorar seu programa de manutenção sem quebrar o banco e sem deixar que o perfeito seja inimigo do bom.

Figura 1:O espectro de vibração da linha de base do rolamento (à esquerda) obtido pelo Dynapar OnSite ™ Online Condition Monitoring System mostra a maior amplitude na frequência fundamental de rotação (ponto vermelho). No espectro obtido após o surgimento de um defeito de rolamento (direita), a amplitude da frequência fundamental foi reduzida (ponto vermelho) mesmo com o aumento dos harmônicos 2X e 3X; harmônicos de ordem superior se correlacionam com a folga do rolamento.

Equilibrando prós e contras

Se há uma verdade em engenharia, é que não existe uma solução perfeita, apenas a melhor abordagem para um determinado problema. O estabelecimento de um programa de monitoramento híbrido começa com a compreensão dos pontos fortes e fracos das duas abordagens.

O monitoramento baseado em rota envolve fazer leituras manuais em intervalos determinados pelo histórico do ativo ou extrapolados dos cronogramas de manutenção preventiva. É uma boa abordagem para monitorar um grande número de pontos. No lado negativo, a ferramenta de monitoramento representa um investimento substancial. Fazer leituras precisas requer técnicos treinados, sejam internos ou terceirizados.

Os dados são normalmente armazenados e gerenciados localmente e o volume aumenta substancialmente com o tempo. Finalmente, a análise e a interpretação das leituras requerem perícia que tem um custo, quer envolva o treinamento de um engenheiro de equipe, a contratação de um técnico qualificado ou o trabalho com um serviço de confiabilidade de terceiros.

A análise de vibração on-line contínua usa sensores em rede instalados no equipamento para coletar dados e encaminhá-los a um servidor local ou nuvem para análise e alertas. A frequência das leituras torna o monitoramento on-line contínuo da vibração muito eficaz na detecção de defeitos de rápido desenvolvimento. Embora o equipamento tradicionalmente seja caro, uma nova geração de sistemas de monitoramento de condição baseados em nuvem e econômicos está tornando a tecnologia prática para uma gama mais ampla de ativos.

Como sempre, existem compensações. Mesmo aplicado em intervalos discretos, o monitoramento on-line contínuo das condições gera grandes quantidades de dados. Na maioria dos casos, esses dados são transferidos para a nuvem para armazenamento, no entanto. O software amigável baseado em nuvem pode ser usado para executar automaticamente análises pré-configuradas em relação aos dados, reduzindo a quantidade de experiência necessária para converter a saída do sensor em informações acionáveis.

A ferramenta certa para o ativo certo

A abordagem de monitoramento ideal para um determinado ativo equilibra com sucesso o custo do monitoramento com a probabilidade de que a frequência descubra problemas a tempo de evitar tempo de inatividade não programado. Para fins de escolha de uma modalidade de monitoramento, considere o risco introduzido pela falha. Isso inclui o risco de ocorrência de falha; a duração dessa falha; e o impacto dessa falha em termos de segurança humana, segurança ambiental e produção geral. Finalmente, considere a acessibilidade dos ativos para leituras manuais e para reparos.



Depois de tabular esses fatores, combine o aplicativo com a abordagem de monitoramento mais adequada para o aplicativo.

Os seguintes ativos são adequados para monitoramento baseado em rota de vibração:

Ativos estáveis: Ativos com tempos médios entre falhas (MTBFs) de um ano ou mais podem ser rastreados de forma muito eficaz usando monitoramento baseado em rota em uma base mensal ou trimestral. Investir em um sistema para obter dados continuamente sobre esse tipo de ativo é um exagero. É improvável que o monitoramento on-line contínuo aumente significativamente o tempo de atividade em comparação com as técnicas baseadas em rota. O que vai aumentar é a quantidade de dados "estou bem" que precisam ser capturados, analisados ​​e armazenados.

Ativos de baixo risco: Se um ativo tem uma unidade de reserva direta, peças sobressalentes no estoque que podem ser instaladas rapidamente ou é improvável que afetem a produtividade geral da instalação e / ou operação, pode ser considerado risco de baixo risco. Esses ativos são bons candidatos para monitoramento baseado em rota.

Ativos de baixa velocidade: O monitoramento baseado em rota é muito eficaz para ativos rotativos de baixa velocidade. A maioria dos sistemas de monitoramento contínuo tem redução significativa de baixa e alta frequência no espectro de vibração. Isso limita sua eficácia para ativos operando em velocidades abaixo de cerca de 600 RPM.

Para uma aplicação, basta olhar para os fornos industriais usados ​​para tudo, desde torrar cereais matinais à cura de tintas automotivas. Os motores que alimentam os transportadores nesses fornos podem funcionar a 25 RPM enquanto carregam cargas pesadas, expondo-os a tensões significativas. O monitoramento baseado em rota fornece monitoramento eficaz não apenas para vibração, mas para outras variáveis ​​de processo para dar uma maior visão sobre a saúde geral do ativo.

Essas classes de ativos são melhor monitoradas usando o monitoramento de condição online:

Ativos que falham com frequência - apesar do monitoramento baseado em rota: Defeitos de rápido desenvolvimento requerem monitoramento mais frequente do que uma programação baseada em rota pode fornecer normalmente. Se um ativo está falhando a cada seis meses ou menos, apesar das leituras manuais regulares, considere o monitoramento de vibração online contínuo. Ele fornece melhor proteção e uma solução mais econômica do que uma abordagem baseada em rota.

Ativos críticos: Os ativos que atuam como gargalos para outras operações devem ser monitorados continuamente. Um transportador que atua como ponto de estrangulamento para toda uma linha de processamento, por exemplo, deve ser monitorado para garantir a operação contínua se o custo da falha for alto, mesmo que o custo do ativo não seja, deve ser considerado crítico.

Por exemplo, o piso de produção de 100.000 pés quadrados que abriga a linha de processamento de um grande produtor de alimentos era servido por um único soprador de telhado. Quando falhou, a produção teve que ser encerrada. Um reparo simples pode custar US $ 120.000. Uma falha catastrófica pode ultrapassar US $ 1 milhão. Dada a natureza crítica do ativo, ele deveria ser monitorado regularmente. Como resultado da neve e gelo e outros impedimentos, ele era verificado apenas algumas vezes por ano.

Para fornecer um aviso prévio de desenvolvimento de defeitos, o serviço de confiabilidade de terceiros da empresa instalou um monitor de vibração online contínuo. A unidade começou a coletar dados em 4 de outubro. Por volta do meio do mês, o gráfico de dados de tendência de vibração RMS para um dos rolamentos começou a aumentar, indicando um defeito no rolamento (consulte a figura 2). Após consulta, optou-se por dar continuidade às operações durante o acompanhamento do ativo, de forma a agendar a reparação de forma a minimizar o impacto na produção.

Em 3 de novembro, o defeito piorou abruptamente. O sistema enviou alertas. A equipe revisou os dados, monitorando o sistema de perto até o final do turno. Nesse ponto, o problema era audível. A máquina foi desligada e reparada durante a noite. O monitoramento contínuo tornou possível estender a produção, evitando despesas com falhas catastróficas.

Figura 2:Dados do Sistema de Monitoramento de Condições Dynapar OnSite mostram um salto dramático na tendência de vibração RMS em 24 de outubro quando o defeito se formou pela primeira vez, seguido por um aumento acentuado em 3 de novembro, quando o rolamento ficou crítico.

Recursos de difícil acesso: O monitoramento contínuo de vibração online oferece uma solução para ativos de difícil acesso para leituras manuais. Em um exemplo recente, o rolo do enrolador em uma máquina de papel estava passando por falhas frequentes de rolamento como resultado da variação de velocidade constante. O monitoramento baseado em rota não pôde ser usado porque o rolo não pôde ser acessado enquanto a máquina estava funcionando, devido a questões de segurança. A variação contínua de velocidade também significava que o monitoramento de vibração simples não era suficiente.

A empresa instalou um sistema de monitoramento de vibração on-line contínuo com armazenamento e análise de dados baseados em nuvem. A análise baseada na web converteu dados de forma de onda de tempo em forma de onda RMS e espectros de vibração. Usando leituras de velocidade do codificador, a análise automatizada dimensionou os dados de vibração de forma adequada.

Em 24 de janeiro, os níveis de vibração acionaram um alerta. Com o sistema de monitoramento contínuo, a fábrica conseguiu manter a linha em funcionamento até o dia 5 de fevereiro, quando foi feita a troca do mancal (ver figura 3).

Figura 3:A tendência RMS da vibração do rolamento do rolo bobinador mostra o surgimento do defeito (inserção) em 24 de janeiro (seta vermelha). Os níveis de vibração voltaram à linha de base após o reparo em 5 de fevereiro.

Alcançar um ativo como um ventilador de torre de resfriamento ou um motor de elevador pode exigir precauções de segurança extraordinárias (e um conforto com alturas). E alguns ativos são simplesmente uma dor de cabeça para monitorar, talvez por causa de espaços apertados, porque o gabinete aquece até três dígitos no verão ou porque o acesso ao ativo requer a remoção de guardas de proteção.

Ativos relacionados à segurança: Quaisquer ativos cuja falha apresente risco de lesão imediata ou morte devem ser rastreados por monitoramento de vibração on-line contínuo. Isso inclui ativos cuja falha pode causar danos imediatos aos operadores próximos e aqueles cuja falha pode criar uma situação perigosa, para o pessoal e a instalação como um todo.

Um fabricante de produtos de madeira estava sofrendo um alto índice de falha de coletores de pó usados ​​para capturar serragem em suas instalações de manufatura. A captura de poeira é crítica para a segurança - a dispersão da serragem no ar cria um ambiente explosivo Classe 1 / Divisão I. Quando os coletores de poeira diminuem, a produção também diminui. A operação precisava encontrar um sistema de alerta precoce para ajudar a prevenir a falha.

A aplicação é crítica para a segurança e crítica para a produção, portanto, é melhor atendida pelo monitoramento on-line contínuo de vibração. A granularidade dos dados não apenas identificou problemas e falhas antecipadas, mas também ajudou a diagnosticar a causa raiz. O sistema de monitoramento foi configurado para capturar dados de vibração uma vez por hora. Visto ao longo de um mês, a tendência de vibração RMS mostrou uma queda.

Quando o técnico de confiabilidade visualizou a forma de onda do tempo, ele percebeu que os picos causados ​​pelo impacto dos rolos do rolamento contra as pistas caíram temporariamente por 24 a 48 horas após a lubrificação, antes de aumentar novamente. Para testar a teoria de que o problema era a lubrificação insuficiente, eles aumentaram a quantidade de lubrificante dispensada a cada mês. As falhas diminuíram imediatamente e o desempenho melhorou.

Recursos com problemas: Quando o monitoramento baseado em rota detecta um defeito em desenvolvimento, a manutenção pode escolher entre fazer o reparo imediatamente ou atrasar o reparo enquanto continua a monitorar o problema. O reparo imediato evita o custo de substituição de um ativo que ainda tem uma vida útil viável, mas envolve um risco calculado de que o ativo não falhe entre as leituras. O monitoramento baseado em rota torna-se cada vez menos econômico quando as frequências aumentam para semanais ou mesmo diários. O monitoramento on-line contínuo não apenas faz leituras em intervalos curtos o suficiente para detectar mudanças rápidas nas condições, mas pode ser configurado para enviar alertas automaticamente quando a vibração exceder certos limites.

Ativos de velocidade variável: Certas classes de ativos aceleram e desaceleram constantemente, o que pode causar falha prematura do rolamento. Os rolos de vento / desenrolamento no processamento da teia, por exemplo, freqüentemente falham como resultado deste modo de operação.

As instalações modernas podem ter centenas, senão milhares de pontos potenciais de falha. Nenhuma abordagem de monitoramento de condição pode ser eficaz em todos os casos. O monitoramento baseado em rota é inadequado para rastrear defeitos de rápido desenvolvimento. Mesmo a última geração de sistemas de monitoramento de vibração on-line contínuo e acessível torna-se cara para um grande número de pontos. A melhor abordagem é uma estratégia híbrida.

Audite as instalações e determine quais ativos são bons candidatos para sistemas on-line contínuos e quais são melhor atendidos pelo monitoramento baseado em rota. Ao construir um programa de monitoramento híbrido, você pode agilizar a manutenção, aumentar o tempo de atividade, garantir a segurança e maximizar a produtividade e a lucratividade em toda a operação.

Sobre o autor

Derek Lammel, especialista em confiabilidade, Dynapar Corporation. Derek Lammel, um Analista de Vibrações Categoria III, tem ampla experiência em vários pilares de manutenção preditiva, utilizando análises de vibração, termografia, análise de óleo e tecnologias de ultrassom. Derek passou 9 anos na Marinha dos Estados Unidos trabalhando no exterior na manutenção de aviação com o Patrol Wing Reconnaissance Squadron 45. Derek ingressou na Dynapar em 2019 e é o especialista no assunto em análise de vibração para produtos e serviços da Dynapar. Antes de ingressar na Dynapar, Derek trabalhou para a SKF Reliability Systems como engenheiro de confiabilidade de campo em vários setores, como celulose e papel, produção de aço, alimentos e bebidas e mineração, desenvolvendo estratégias de previsão para aumentar o tempo de atividade dos clientes.