Neste artigo apresenta-se a monitorização temporária de vibrações e um caso prático de aplicação.

1 Com a monitorização de vibrações temporária saiba sempre como está a máquina que o preocupa

Na monitorização de vibrações temporária os sensores wireless são ligados através do monitor alternativamente a:

  • Rede informática fabril;
  • Um servidor externo, através de um cartão 4G,

Monitorização de vibrações temporária – caso prático motores

2 O controlo de condição de máquinas críticas

Desde sempre, que foi óbvio, que as máquinas críticas merecem uma vigilância especial, encontrando-se situações em que esta necessidade colidia com o que era possível, como sejam, por exemplo, as duas situações a seguir descritas.

2.1 Situação A – monitorização temporária de vibrações – caso prático

Atualmente é comum existirem máquinas críticas cujo acompanhamento de condição é efetuado com base em medições regulares, efetuadas com um analisador de vibrações portátil. Este acompanhamento é normalmente efetuado a intervalos regulares, por exemplo, semanalmente com um analisador de vibrações. Existem muitas instalações em que estas máquinas não estão duplicadas e em que a sua paragem implica uma perda de produção e onde se torna essencial que as paragens para manutenção sejam planeadas para poderem ser otimizadas.

Quando um alerta é despoletado imediatamente se colocam duas questões:

  1. Qual a causa?
  2. Quanto tempo vai a máquina funcionar, sem ocorrer uma paragem por avaria?

A primeira questão é respondida através de um diagnóstico por análise de vibrações, frequentemente tendo por base a utilização de um analisador de vibrações.

A resposta à segunda está dependente do diagnóstico efetuado e da avaliação do grau de severidade da avaria, sempre efetuado com uma base probabilística. As máquinas nestas condições entram numa fase de vigilância, em que é normal que o intervalo entre inspeções seja encurtado, para se tentar determinar a velocidade de evolução das avarias.

Associada à segunda questão está sempre outra, que consiste em saber se a máquina pode ser operada até à próxima paragem, já planeada.

A dificuldade desta previsão está relacionada com a evolução dos modos de falha e no facto de alguns deles terem uma probabilidade de ocorrência com caracter aleatório, como se pode ver na Figura 1, a seguir apresentada.

Figura 1 – Probabilidade de ocorrência de modos de falha de uma componente, ao longo da sua vida útil

É nesta altura que surge a necessidade de se obter informação sobre a máquina, com mais frequência, por exemplo, de hora a hora.

No passado, com inspeções efetuadas com equipamentos portáteis, isto era inviável.

Figura 2 – A necessidade urgente de se conhecer a velocidade real da evolução da avaria.

2.2 Situação B – monitorização temporária de vibrações – caso prático

Outra situação, que também é de algum modo comum, consiste na existência de máquinas críticas, vigiadas por sistemas permanentes de monitorização de vibrações protetivos, que são paradas pelo acionamento de um relé, pela medição de vibrações excessivas do monitor, mas em que os seus gestores técnicos não dispõem de nenhuma informação sobre o que as fez parar.

Máquina sem alarme

Máquina com alarme

Figura 3 – Dilema do gestor técnico – intervir ou não intervir?

Nesta situação são confrontados com as seguintes alternativas:

  • Arrancar a máquina e correr o risco de a destruir;
  • Efetuar uma Intervenção de manutenção na máquina e correr o risco de não encontrar nada.

Também nesta altura se sente a necessidade de dispor de mais informação, agora de diagnóstico, para uma eventual decisão sobre intervir ou não na máquina, ser efetuada com mais e melhor informação.

Monitorização de vibrações temporária – caso prático a necessidade de mais informação
Figura 4 – A necessidade de dispor mais informação sobre as máquinas, para poder tomar as melhores decisões….

3 As dificuldades associadas à monitorização temporária de vibrações

Embora esta possibilidade tivesse existido sempre, e algumas vezes fosse utilizada, a realidade consiste em que associada à sua implementação estavam tantas dificuldades, ou seja custo, que, na verdade, praticamente nunca era utilizada. Exemplos de dificuldades:

  • Instalação de sensores e cabos;
  • Acesso à informação.

4 – Sistema wireless – a solução para a monitorização  temporária de vibrações

Os sistemas wireless são a resposta atual a estas necessidade.

Monitorização de vibrações temporária – caso prático o sistema wirelessFigura 4 – Sistema wireless de monitorização de vibrações

O facto de não existirem cabos de ligação e de alimentação aos sensores facilita muito a sua instalação.

Figura 5- Acesso à informação sobre as últimas medições na máquina através de browser.

Também o facto de os resultados das medidas ser acessível através de browser permite que todos os interessados tenham acesso à última informação mais relevante.

Figura 6- Acesso à informação detalhada sobre as últimas medições na máquina através de aplicação cliente-servidor.

Para quem pretende saber mais, as aplicações do tipo cliente-servidor permitem acesso a informação mais completa.

5 – O sistema de monitorização wireless

5.1 Esquema geral

O sistema de monitorização de condição inteligente wireless, foi concebido para pontos de medição dispersos e sem cabos. Integra sinais de vibração, temperatura e velocidade de rotação.

O hardware do sistema inclui o monitor wireless RH560, o sensor integrado de vibração e temperatura wireless RH505 e sensor de velocidade wireless RH509. O software para PC on-line MOS3000 é usado para monitorar as condições em tempo real da máquina, ajudar os utilizadores a identificar com antecedência a falha da máquina e evitar tempo de inatividade não planeado.

Monitorização de vibrações temporária – caso prático - as interfaces com o utilizador
Figura 7 – Esquema geral do sistema wireless de monitorização temporária de vibrações

O monitor wireless RH560pode ser ligada à rede informática fabril ou, com um cartão 4g, a um servidor remoto.

5. 2 O transdutor de vibrações wireless

sensor de vibrações e temperatura R505Figura 8 – Transdutor de vibrações wireless RH505

O transdutor de vibrações wireless, utilizado na monitorização temporária de vibrações é, de facto, um poderoso analisador de vibrações, com sofisticadas capacidades de análise de espetro de frequência.

As suas características são as seguintes

  • Sensor de aceleração e temperatura interna, recolhe sinais de velocidade, aceleração, deslocamento e temperatura simultaneamente.
  • O sinal de vibração pode ser exibido como forma de onda e de espectro no software.
  • A comunicação Zigbee, para uso no local, proporciona forte capacidade anti interferência e transmissão de até 100 metros a partir do coletor de dados.
  • Φ42mm * h65mm , pequeno volume, fácil de manter.
  • A conceção de baixo consumo de bateria recolhe dados a cada duas horas. Esta operação é sustentável por 2 anos ou mais.
  • Função inteligente de auto-verificação, aviso de anormalidade a qualquer momento.
  • Exia ⅡCT4 pode ser utilizado na área 0, IP67, à prova d’água e de poeira.
RH505 Sensor de vibração e temperatura integrado Wireless
Parâmetro de medição de vibração
Gama de aceleração±50 g
Linearidade1%
Gama de frequência (±3dB)2 Hz-15kHz
Medição de temperatura
Gama de Temperatura-40~125 ℃
Precisão de Temperatura±1 ℃ (-40℃~125℃)
Parâmetros elétricos e mecânicos
AlimentaçãoBaterias Lithium – thionyl chloride, 3.6V, 3.3Ah
Método de Comunicação2.4GHz IEEE 802.15.4
Dimensões46 mm × 94 mm (Diâmetro * Altura)
Peso188 g
Parâmetros ambientais
Temperatura de serviço-40~70 ℃
Grau IPIP67

Medições efetuadas:

  • Parâmetros: deslocamento, velocidade, aceleração, temperatura
  • Nível: RMS, pico-pico, kurtosis,
  • Aquisição e processamento: forma de onda; espetro, envelope;
  • Máximo número de amostras da forma de onda:128000
  • Número de linhas do espetro. 400, 800,1600,3200
  • Cursores: simples, harmónico, frequências características

5.3 Tacómetro Wireless RH509

As máquinas podem ser equipadas com um tacómetro wireless para se conhecer a sua velocidade de rotação.

Figura 9 -Tacómetro Wireless RH509

As suas características são as seguintes:

Tacómetro Wireless RH509
Características de medição
Gama de medida60~3000 RPM
Precisão de medida60~3000 RPM ±0.5 RPM
Distância de resposta17 -19 mm
Parâmetros elétricos e mecânicos
AlimentaçãoBateria Lithium – thionyl chloride , 3.6V 2.4Ah
Método de Comunicação2.4GHz IEEE 802.15.4
Dimensões37 mm × 94 mm (Diâmetro * Altura)
Peso85 g
MontagemSuporte
Parâmetros ambientais
Temperatura de serviço-20~70 ℃
Grau IP gradeIP67

5.4 Periodicidade das medidas

As medidas são efetuadas com três periodicidades distintas:

  • Nível global de vibrações periódico (por exemplo: 3 minutos);
  • Espetro de frequência periódico (por exemplo: 1 hora)
  • Quando ocorre um alarme do nível global de vibrações podem ser recolhidos espetros .

5.5 Alarmes por e-mail e SMS

Quando o nível de alarme é atingido o sistema pode ser parametrizado para enviar um e-mail ou SMS para os interessados.

5.6 O software MOS3000

O programa MOS3000 existe com duas interfaces: no browser e no programa cliente-servidor.

Interface no browserInterface no programa cliente-servidor

Figura 10 -Interfaces no programa MOS 3000

A interface no browser disponibiliza uma informação mais simples, com tendências e últimos valores medidos.

A interface no programa cliente-servidor disponibiliza todas as funcionalidades de diagnóstico necessárias para os técnicos efetuarem análise de vibrações.

Apresentação: tendência, espetro, multi-espetro, mapa espetral, Cepstro, envelope, etc

6 – Exemplo prático de aplicação de análise de vibrações como monitorização de vibrações temporária

Um turbo-gerador com algumas dezenas de Megawatts, com um sistema protetivo baseado em proximitors, parou algumas vezes por vibrações excessivas, medidas pelo monitor permanente.

Os gestores do activo pretendiam saber se haveria um problema na máquina ou seria o um problema no monitor. Para isso foi montado um sistema de monitorização de vibrações temporário, com um acelerómetro wireless na chumaceira onde o monitor de vibrações, ocasionalmente assinalava vibrações excessivas.

O sistema foi parametrizado para efetuar as seguintes medições:

  • Aceleração – forma de onda – cada 2 minutos
  • Aceleração – valor global – cada 30 segundos
  • Velocidade – espetro (2-1000 Hz) e valor global – cada 2 minutos

A seguir pode-se ver o gráfico correspondente às medições efetuadas entre 23 de agosto e 17 de setembro.

Monitorização temporária de vibrações - caso prático - entre 23 de agosto e 17 de setembro.

Figura 11 – Monitorização temporária de vibrações – caso prático – entre 23 de agosto e 17 de setembro.

Como se pode ver no gráfico, neste período ocorreram paragens da máquina, no dia 28 e 30 de agosto, acionadas pelo monitor de vibrações protetivo, que mediu vibrações excessivas.

A seguir podem-se detalhes do gráfico de vibrações, da paragem no dia 28 de agosto.

Detalhe da monitorização temporária de vibrações - caso prático - no dia 28 de agosto,

Figura 12 – Detalhe da monitorização temporária de vibrações – caso prático – no dia 28 de agosto, onde se podem ver três paragens com subidas de níveis de vibrações claros nas duas últimas.

Neste gráfico com medições de dois em dois minutos, pode-se ver que no dia 28 de agosto, ocorreram três paragens. Neste gráfico, as duas últimas evidenciam subidas do nível de vibrações antes da paragem.

A seguir pode-se ver o mapa espetral correspondente a este período.

Mapa espetral correspondente à monitorização temporária de vibrações - caso prático - no dia 28 de agosto.

Figura 13 – Mapa espetral correspondente à monitorização temporária de vibrações – caso prático – no dia 28 de agosto.

A seguir pode-se ver um detalhe do gráfico anterior.

Detalhe do gráfico da figura 13 - monitorização temporária de vibrações - caso prático 
Figura 14 – Detalhe do gráfico da figura 13 – monitorização temporária de vibrações – caso prático

No gráfico a seguir apresentado pode-se ver um espetro recolhido no início de uma das paragens.

 Figura 15 – Espetro de frequência recolhido no início de uma paragem, correspondente à monitorização temporária de vibrações - caso prático - no dia 28 de agostoFigura 15 – Espetro de frequência recolhido no início de uma paragem, correspondente à monitorização temporária de vibrações – caso prático – no dia 28 de agosto

Neste espetro, pode-se ver que a componente sub-síncrona é predominante e corresponde aproximadamente a 72 mícrons pico-pico, de vibração absoluta. Medida em vibração relativa, seria, provavelmente, bastante mais.

Nestes gráficos pode-se ver que:

  • A componente à velocidade de rotação, a 50 Hz, é quase sempre predominante;
  • Existe permanente uma vibração sub-síncrona a 16,25 Hz, quase sempre menor que a vibração síncrona;
  • Nalguns momentos, a coincidir com as paragens, a componente sub-síncrona, torna-se predominante.

Esta componente sub-síncrona foi relacionada com instabilidades da pelicula de óleo, motivadas por variações de temperatura do óleo. A altura das paragens, coincide com um período do Verão com temperatura ambiente média bastante elevada.

7 – Conclusão

Por este exemplo, pode-se ver a informação adicional fornecida por um sistema wireless de monitorização de vibrações temporária e a sua utilidade no apoio à decisão.

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