Sensor monitora a qualidade do óleo em equipamentos Power Gen

Existe uma necessidade crítica no mercado de ativos móveis e fixos de capacitar as unidades de campo para determinar a qualidade do óleo sob demanda e fornecer informações complementares sobre a condição do óleo que tradicionalmente são obtidas de laboratórios de análise de óleo.

A metodologia atual de teste em laboratórios externos não é a ideal e é cara devido aos desafios logísticos de envio de amostras e ao atraso no envio de informações ao pessoal para poder tomar decisões rápidas e informadas.

Determinar a qualidade do óleo em tempo real com dispositivos de avaliação de óleo portáteis e incorporados operados por pessoal mecânico fornece a flexibilidade operacional e meios rápidos de triagem da qualidade do óleo que é a chave para estabelecer um programa para fornecer produtos de monitoramento em tempo real com base na condição para o cuidado de todos bens.

Medir a viscosidade do óleo é um método rápido para determinar a condição do óleo e é considerado um parâmetro importante na avaliação da prontidão do ativo.

O sensor de viscosidade SenGenuity ViSmart, que pode complementar a espectroscopia IR e outros sensores de propriedade em massa, pode fornecer dados de temperatura e viscosidade on-line instantâneos, não tem partes móveis com uma faixa operacional extremamente ampla e oferece conectividade plug-and-play universal para integração com e em outros produtos portáteis.

Os sensores estão no mercado há quase uma década e atualmente estão instalados em mercados que vão desde o monitoramento da condição do óleo em máquinas-ferramenta e indústrias de equipamentos rotativos até o controle de processos em aplicações de revestimento. É nesses ambientes rigorosos que os benefícios do ROI foram percebidos, e agora avaliados para ativos móveis e fixos, onde o monitoramento das condições do óleo é de suma importância.

Os sensores de onda acústica (AW) da SenGenuity oferecem uma série de vantagens sobre os viscosímetros mecânicos e eletromecânicos convencionais, pois são pequenos dispositivos de estado sólido que podem ser completamente imersos no óleo, fornecendo um fluxo instantâneo de dados de viscosidade para OEM incorporado ou verificação pontual do usuário final formulários.

Os sensores não são afetados por choque ou vibração ou por condições de fluxo, portanto, eles podem ser usados ​​em condições operacionais adversas para medir a viscosidade de zero a 500 cP com uma faixa de temperatura de -15 graus a 125 graus Celsius com um alto grau de precisão. Ao mesmo tempo, as medições do sensor não são afetadas por partículas no óleo.

Os viscosímetros mecânicos e eletromecânicos convencionais projetados principalmente para medições em laboratório são difíceis de integrar no ambiente de controle e monitoramento. Como consequência, muitas empresas dependem de decisões baseadas em dados "instantâneos" intermitentes adquiridos de amostragem periódica, onde a instrumentação convencional pode ser afetada pela temperatura, taxa de cisalhamento e outras variáveis.

Dado que os contaminantes no óleo (água, solventes e combustível) são conhecidos por degradar a viscosidade e causar danos aos componentes internos dos ativos diesel, sejam eles caminhões ou equipamentos de construção ou veículos militares ou equipamentos de geração de energia, é importante não depender apenas de dados instantâneos.

Demonstrou-se que os altos níveis de contaminação da água no combustível diesel são a causa da corrosão e da corrosão, levando ao aumento da contagem de partículas de desgaste do metal. A presença de solventes de limpeza residuais e contaminação do combustível fez com que as vedações inchassem e criassem situações de operação do motor abaixo do ideal.

O conhecimento da viscosidade em tempo real fornece um benefício significativo para medir o envelhecimento do óleo, a entrada de contaminantes durante as operações comerciais e evitar falhas mecânicas incipientes devido à perda das propriedades de lubrificação do óleo.

Este estudo de caso, junto com os dados do cliente, mostra o sensor de parafuso rosqueado de viscosidade SenGenuity ViSmart (Figura 2) que é direcionado à integração incorporada a ativos de diesel fixos e móveis.

Tecnologia do produto

A SenGenuity desenvolveu um método exclusivo para oferecer um sensor de viscosidade com uma ampla faixa dinâmica (de ar a vários milhares de cP) em um único sensor (Figura 1).

Figura 1. O sensor SenGenuity usa um guia de ondas acústicas com transdutores elétricos em uma superfície e estando em contato com o fluido na outra superfície.

O ViSmart é um viscosímetro de estado sólido de onda acústica de superfície disponível comercialmente, robusto, confiável e de baixo custo para integração com monitoramento em linha em tempo real e sistemas de controle de processo para aplicativos escalonáveis ​​(Figura 2).

Figura 2. Sensor de viscosidade de parafuso de baixo cisalhamento de estado sólido SenGenuity

O sensor não possui partes móveis (exceto a vibração da escala atômica da superfície) e, devido à alta frequência da vibração, vários milhões de vibrações por segundo, é independente das condições de fluxo do líquido e imune aos efeitos de vibração do ambiente. São utilizados componentes eletrônicos de alta temperatura que permitem uma ampla faixa de temperatura operacional para o sensor.

A importância desses sensores acústicos reside no princípio de medição distintamente diferente. Enquanto uma classe de dispositivos mecânicos mede a viscosidade cinemática (fluxo) e a outra classe mede a viscosidade intrínseca (fricção), os sensores de onda acústica (AW) medem a impedância acústica, (ωρη) 1/2, onde ω é a frequência radiana (2πF) , ρ é a densidade e η é a viscosidade intrínseca.

A medição da viscosidade é feita colocando o ressonador de ondas de cristal de quartzo em contato com o líquido. A viscosidade do líquido determina a espessura do fluido hidrodinamicamente acoplado à superfície do sensor.

A superfície do sensor está em movimento uniforme na frequência, ω =2πF, com amplitude U. A frequência é conhecida por projeto e a amplitude é determinada pelo nível de potência do sinal elétrico aplicado ao sensor. À medida que a onda de cisalhamento penetra no fluido adjacente até uma profundidade, d, determinada pela frequência, viscosidade e densidade do líquido como d =(2η / ωρ) 1/2, conforme representado na Figura 3.

Figura 3. Esta figura representa uma seção transversal do sensor mostrando transdutores na superfície inferior e moléculas de líquido (bolas de ouro) na superfície superior.

A viscosidade acústica é calculada usando a perda de energia do ressonador de quartzo para o fluido. A unidade de medida é a viscosidade acústica (AV) e é igual a ρη, (g / cm3 • cP) (densidade vezes viscosidade dinâmica).

O ressonador de onda acústica suporta uma onda estacionária em toda a sua espessura. O padrão de onda interage com eletrodos na superfície inferior (hermeticamente selados do líquido) e interage com o fluido na superfície superior.

A maior parte do líquido não é afetada pelo sinal acústico e uma camada fina (da ordem de mícrons ou micro polegadas) é movida pela superfície vibratória. Também está presente uma superfície de revestimento rígido proprietária que é à prova de arranhões e resistente à abrasão, o que permite que o sensor seja operável em ambientes extremos e permite que o sensor ViSmart seja um candidato adequado para aplicações de monitoramento com base na qualidade do combustível e da condição do óleo em dispositivos móveis e fixos mercados de ativos.

Aplicativo e dados do cliente

Um cliente em um país do terceiro mundo no setor de telecomunicações e empresas de dados possui equipamentos críticos e estratégicos de geração de energia em locais remotos. Os desafios de logística são tantos que eles preferem não ter que fazer visitas frequentes ao local. Devido à distância dos locais, eles não fazem parte da rede elétrica ou de telecomunicações e, como tal, são suscetíveis a danos climáticos, mau funcionamento de equipamentos, vandalismo e roubo de ativos.

Em parceria com fornecedores de soluções de monitoramento de site remoto, os sensores ViSmart, como parte de um pacote de solução geral, podem fornecer monitoramento seguro e confiável para a qualidade do óleo e combustível presentes nos grupos geradores de energia presentes nessas infraestruturas empresariais de telecomunicações e dados.

O objetivo do cliente era duplo. Primeiro, eles queriam ser capazes de identificar se a qualidade do óleo estava dentro dos parâmetros de desempenho operacional nominal ao longo do tempo e determinar se os intervalos de troca de óleo poderiam ser melhorados (atualmente o óleo é trocado a cada 150 a 200 horas).

A leitura de viscosidade foi identificada como o parâmetro indicador-chave (é importante observar que o sensor ViSmart também mede a temperatura). Um objetivo secundário era garantir que o sensor identificasse um evento em que um óleo não especificado fosse introduzido no conjunto gerador.

Em segundo lugar, o cliente tinha a necessidade de identificar se havia contaminação na linha de combustível, seja pela água ou querosene. Mais uma vez, a leitura da viscosidade foi identificada como um parâmetro indicador chave.

As condições de teste foram configuradas e as amostras reais de óleo foram obtidas de um conjunto gerador que fornece energia elétrica contínua (em carga variável) em vez de comprar energia comercialmente (classificação de saída de 22 kVA, 18 kW a 220 V / 60 Hz). Na Figura 4, é observada a relação entre a viscosidade do óleo 15W40 virgem e usado em função da temperatura. O óleo usado tem autonomia de 150 horas; observa-se claramente que o deslocamento da viscosidade é nominal e não há necessidade de troca de óleo.

Figura 4. Dados de viscosidade-temperatura para 15W40 novos e usados ​​

Como parte da mesma configuração, diferentes graus de óleo foram verificados quanto aos valores de viscosidade, a fim de confirmar a capacidade do sensor ViSmart de diferenciar entre os tipos de óleo. Além disso, os diferentes tipos de óleo foram introduzidos no equipamento do grupo gerador especificado 15W40 para determinar se o sensor pode notificar o cliente de um evento quando o óleo incorreto estiver presente. Os dados são mostrados na Figura 5, adquiridos a uma temperatura de 40 graus C, e mostram claramente a diferenciação na condição do óleo.

Figura 5a. Valores de viscosidade diferentes para vários estados de condição do óleo a 40 graus Celsius

Figura 5b. Valores de viscosidade diferentes para vários estados de condição do óleo a 40 graus Celsius (em detalhes)

Os dados de viscosidade também foram adquiridos a 100 graus C; e, novamente, a diferenciação nos diferentes estados de condição do óleo é observada (consulte a Figura 6). Com dados de viscosidade adquiridos em múltiplas temperaturas, é possível determinar a condição do óleo e verificar se ele está dentro de seus parâmetros operacionais.

Figura 6. Diferentes valores de viscosidade para vários estados de condição do óleo a 100 graus Celsius

Como parte da mesma configuração no equipamento de geração de energia, a viscosidade do combustível diesel, combinada com a contaminação no combustível, foi medida em várias temperaturas. A contaminação consistia em água e querosene, e todas as condições foram medidas a 25 graus e 40 graus Celsius. Como os dados na Figura 7 mostram claramente, o ViSmart é capaz de monitorar a viscosidade do combustível e garantir que está dentro dos parâmetros de desempenho.

Figura 7. Diferentes valores de viscosidade para vários estados de qualidade de combustível a 25 e 40 graus Celsius

Todos os dados acima indicam que, com lógica simples empregada na estação de monitoramento remoto, juntamente com condições de alerta e alarme, a viscosidade e a temperatura do óleo e combustível adquiridos podem monitorar as condições adequadas necessárias para que o equipamento gerador de energia funcione de forma confiável sem tempo de inatividade .

Benefícios

O sensor de viscosidade ViSmart pode ser aplicado prontamente em operações de campo ou instalado diretamente no equipamento para monitoramento contínuo da viscosidade para permitir que o pessoal mecânico teste o óleo ou combustível em minutos.

Seria complementar à carga de teste de análise de óleo de laboratório, fornecendo dados de viscosidade em tempo real e permitiria a racionalização dos custos logísticos. E como não é necessária calibração para o sensor robusto à prova de vibração e choque, uma vez que ele é instalado em ambientes industriais adversos, os custos de manutenção são extremamente baixos.

Os sensores são usados ​​atualmente em aplicações 24/7 no setor comercial, com transferência de dados em tempo real para habilidades de tomada de decisão. O sensor de parafuso roscado em linha em tempo real pode ser totalmente imerso no óleo e / ou combustível e ser usado simplesmente para verificação pontual ou monitoramento contínuo.

Fornecer dados de viscosidade em tempo real e usar o sensor continuamente forneceria as informações necessárias ao pessoal para tomar decisões críticas em aplicações de campo reais, levando à extensão da vida útil da máquina e cronogramas de manutenção, ao mesmo tempo em que complementa o outro fluxo de dados de parâmetros de qualidade do óleo obtidos nos laboratórios.