Prevenir Falhas de Ativos Rotativos em Equipamentos de Fabrico

Prevenir Falhas de Ativos Rotativos em Equipamentos de Fabrico de Borracha e Outros Produtos

Os Sistemas de Manutenção Preditiva permitem que as instalações automatizem o processo de monitorização dos seus ativos rotativos.

Cada gestor de fábrica enfrenta um receio constante: a possibilidade de uma falha grave em ativos de produção que ocorre sem aviso, causando a interrupção da produção e, consequentemente prejudicar as receitas da empresa. Em fábrica, onde podem existir centenas de ativos rotativos, como motores, misturadores, bombas, entre outras garantir que todos estejam em bom estado e a funcionar corretamente pode ser uma tarefa exigente e complexa. Neste artigo, discutiremos como prevenir falhas de rotativos em fábricas de produção de borracha e outros produtos, com sistemas avançados de monitorização de condição.

A Necessidade de Monitorização Contínua

Com os desafios constantes que a cadeia de abastecimento enfrentou nos últimos anos, os fabricantes nem sempre conseguem obter peças de reposição com a mesma rapidez de antes. Assim sendo, há uma necessidade crítica de antecipar problemas de manutenção para evitar falhas repentinas que possam interromper a produção. Por exemplo, grandes misturadores e enormes caixas de engrenagens nas fábricas de borracha podem ter prazos de entrega de até dois anos, e as caixas de engrenagens podem custar até 200 000 euros. Portanto, é essencial monitorizar de perto estes equipamentos e resolver problemas antes que eles causem falhas e tempo de inatividade.

Evolução da Manutenção: Da Manutenção Reativa à Preventiva

A prática da Manutenção Reativa, que envolve operar os ativos até à falha, foi em grande parte substituída pela Manutenção Preventiva. Esta última prescreve verificações e manutenção de rotina em intervalos pré-definidos. Com a manutenção preventiva, a monitorização de vibração é realizada por um técnico que percorre o chão da fábrica, verificando visualmente e lubrificando equipamentos rotativos, ou recolhendo dados de vibração com um sensor móvel.

Embora a manutenção preventiva represente uma grande evolução em relação à manutenção reativa, existem ainda algumas desvantagens. Mesmo com verificações mensais ou bimestrais, há intervalos de 30 a 60 dias durante os quais algo pode dar errado. As verificações de rotina nem sempre revelam a degradação gradual de um componente. Além disso, esse processo é trabalhoso e dispendioso em termos de mão de obra.

Monitorização de Condição: Uma Solução Avançada

Para superar essas limitações, os sistemas de monitorização de condição oferecem uma abordagem mais eficiente. Estes sistemas incluem sensores e ferramentas de análise de vibração que detectam aumentos de temperatura e anomalias na vibração de forma contínua. Dessa forma, é possível identificar problemas antes que eles causem falhas significativas e interrupções na produção.

Os sensores de vibração monitorizam os equipamentos em tempo real, proporcionando dados precisos sobre o estado dos ativos rotativos. Com essas informações, os gestores podem realizar intervenções apenas quando necessário, baseando-se em dados concretos e não em intervalos fixos. Ademais, esta abordagem reduz os custos com manutenção e minimiza o tempo de inatividade.

Os sistemas de monitorização de vibração acompanham as tendências de desempenho dos ativos e enviam alertas e alarmes quando a saúde do equipamento diminui.

Manutenção Preditiva: O Futuro das Manutenções de Ativos Rotativos

A Manutenção Preditiva (ou manutenção baseada em condição) é uma abordagem avançada para a gestão de ativos rotativos, que envolve a instalação de sensores para monitorizar o desempenho dos equipamentos. Estes sensores enviam dados para um controlador, que analisa e gera relatórios sobre as tendência observadas. Este método avalia continuamente a saúde dos ativos e é considerado o mais seguro entre as três principais abordagens de manutenção.

Benefícios da Manutenção Preditiva

A Manutenção Preditiva melhora a Manutenção Preventiva de duas formas principais:

1. Monitorização Contínua: A monitorização em tempo real elimina os intervalos entre as verificações, durante os quais problemas inesperados poderiam ocorrer. Dessa forma, é possível detectar problemas antes que eles causem falhas significativas.
2. Automatização: O processo automatizado facilita o acompanhamento de um grande número de ativos, tornando a gestão de manutenção mais eficiente e menos dependente da intervenção manual.

Como Funciona a Manutenção Preditiva

Utiliza sensores de vibração e temperatura para desenvolver padrões de referência durante as condições normais de funcionamento. Com essa abordagem, é possível acompanhar as tendências dos dados de desempenho ao longo do tempo. Além disso, este método permite identificar precocemente o desgaste gradual de rolamentos e outros componentes rotativos através da análise de mudanças nas condições de vibração.

Transformadores de corrente podem ser adicionados aos motores para monitorar o consumo atual, que é um indicador chave da saúde dos ativos. Com base nos dados recebidos, a manutenção pode ser programada durante as paragens planeadas, evitando paragens não programadas e falhas inesperadas.

Dispositivos de Monitorização Sem Fios

Os fabricantes de equipamentos de automação industrial oferecem uma gama de dispositivos de monitorização sem fios que facilitam a identificação precoce de problemas nos ativos rotativos. Estes dispositivos recolhem e analisam dados de vibração e temperatura de forma acessível e eficiente. Entre os principais recursos desses dispositivos, destacam-se:

• Estabelecimento de benchmarks e limites de aviso;
• Traçado de tendências de desempenho;
• Ativação de alarmes para problemas emergentes.

Portanto, a utilização desses dispositivos torna a monitorização de ativos rotativos mais acessível em termos de custos e mais eficaz na prevenção de falhas.

As vantagens da monitorização de condição incluem:

• Permitir um aviso antecipado para agendamento de manutenção corretiva.
• Reduzir a possibilidade de danos nos ativos e o tempo de paragem não planeada associado.
• Recolher facilmente dados de locais remotos através de comunicação sem fio e enviá-los para a nuvem, para acesso remoto.
• Oferecer a capacidade de analisar tendências de dados ao longo de períodos mais longos.
• Adotar uma abordagem mais estratégica para a manutenção, reduzindo o stress e a incerteza.

Permite corrigir problemas antes que estes se tornem críticos. Quanto mais cedo o problema for resolvido, menor será o custo.

Parâmetros de Vibração: Essenciais para a Manutenção Preditiva de Ativos Rotativos

A solução de monitorização de condição Vibe-IQ® auxilia na implementação do programa de manutenção preventiva. Dos 9 parâmetros disponíveis, são utilizados na sua maioria 3 (aceleração de vibração, velocidade de vibração e temperatura).

Temperatura

Os equipamentos de monitorização de condição também avaliam a saúde de ativos rotativos monitorizando as tendências de temperatura dos rolamentos. A consciência do aumento de temperatura é uma parte importante do plano de manutenção preditiva. Enquanto as anomalias de vibração aparecem nas fases iniciais do declínio do estado de saúde dos rolamentos – muito antes de ocorrer algum dano – o aumento da temperatura dos rolamentos ocorre nas fases posteriores. Ao contrário dos parâmetros de vibração, não há uma referência para as temperaturas calculadas pelos sistemas típicos de monitorização de condição. Os limites padrão são normalmente definidos para cerca de 70°C / 158°F para um primeiro “alerta” e 80°C / 176°F para um “aviso”. Os fabricantes de motores especificam faixas de temperatura para o ativo, permitindo que os utilizadores ajustem os limites padrão de temperatura dos rolamentos conforme necessário.

Fontes e Sintomas do Declínio no Desempenho dos Rolamentos

A degradação dos rolamentos é geralmente resultado de instalação inadequada ou manutenção incorreta e pode ser detetada através de sensores de vibração e temperatura. Os rolamentos podem estar com lubrificação insuficiente ou excessiva, ou contaminados com sujidade, poeira ou líquidos. Se não forem detetadas, estas situações causam atrito e calor, o que conduzirá à falha dos rolamentos. Quando os rolamentos não possuem lubrificação adequada, eles apresentam quatro estágios de deterioração. Cada estágio possui um sintoma de aviso distinto, mas estes avisos passarão despercebidos sem o sensor de monitorização apropriado para recolher e relatar os dados.

1. Os rolamentos apresentam uma vibração de alta frequência, não audível pelo ouvido humano, mas detetável com sensores de vibração.

2. A vibração dos rolamentos gera um espectro de frequência composto pela vibração da gaiola do rolamento e pela vibração de “giro falso”. É neste estágio e nos estágios subsequentes que os sensores de vibração típicos são capazes de detetar o início de problemas nos rolamentos.

3. Aparecem deformidades nas pistas externas e internas do rolamento, o que causará outro nível de vibração, que gera uma faixa característica de frequências.

4. A vibração pode tornar-se audível, num tom alto, e a temperatura do rolamento começa a subir. Problemas com a lubrificação podem ser detetados com sistemas de monitorização de condição através da análise de aceleração de alta frequência, aceleração de pico e temperaturas do rolamento.

Fontes e Sintomas do Declínio no Desempenho da Caixa de Engrenagem

Para fabricantes de borracha, as caixas de engrenagem são um dos ativos mais críticos a serem monitorizados devido ao longo tempo de substituição e ao elevado custo associado. Portanto, detectar sinais precoces de declínio no desempenho é crucial para evitar paragens dispendiosas e garantir a eficiência operacional. A seguir, exploramos as principais fontes e sintomas do declínio no desempenho das caixas de engrenagem e como os equipamentos de monitorização de condição podem ajudar na detecção precoce.

Fontes do Declínio no Desempenho da Caixa de Engrenagem

1. Degradação dos RolamentosPrimeiramente, a degradação dos rolamentos é uma causa comum de problemas nas caixas de engrenagem. O desgaste ou falha dos rolamentos pode resultar em vibrações anormais e aumento de temperatura. Por conseguinte, monitorização contínua pode detetar essas alterações e permitir a intervenção antes que a situação se agrave.
2. Nível Insuficiente de ÓleoAlém disso, um nível insuficiente de óleo pode levar ao mau funcionamento e à falha prematura da caixa de engrenagem. A lubrificação inadequada causa fricção excessiva e desgaste dos componentes. Neste caso, sensores de temperatura e vibração podem identificar sinais de falta de lubrificação.
3. Instalação Incorreta do Motor/ Caixa de EngrenagensAdicionalmente, instalações incorretas podem resultar em desalinhamento e sobrecarga dos componentes, causando problemas na caixa de engrenagem. Para mitigar isso, monitorizar o alinhamento e as vibrações ajuda a identificar e corrigir erros de instalação.
4. Desgaste das EngrenagensPor outro lado, desgaste das engrenagens pode ser causado pelo uso prolongado ou por operações em condições adversas. Ao analisar as vibrações e o padrão de som, é possível detetar desgaste e outros problemas relacionados.
5. Contaminação da LubrificaçãoFinalmente, a contaminação da lubrificação devido a óleo muito utilizado, lascas de metal ou água pode comprometer o desempenho da caixa de engrenagem. Equipamentos de monitorização podem identificar contaminação através de alterações nas características da vibração e temperatura.

Sintomas de Declínio no Desempenho

Os sintomas de declínio no desempenho da caixa de engrenagem incluem:

• Aumento Anormal da Vibração: Sinais de desgaste, desalinhamento ou problemas nos rolamentos.
• Aumento da Temperatura: Pode indicar lubrificação inadequada ou fricção excessiva.
• Ruídos Anormais: Sons de atrito ou batidas podem ser sinais de problemas nas engrenagens ou rolamentos.
• Desempenho Irregular: Redução na eficiência e desempenho da caixa de engrenagem.

Monitorização e Diagnóstico

Os equipamentos de monitorização de condição são essenciais para detectar esses sintomas e identificar a causa raiz dos problemas. Esses sistemas utilizam sensores de vibração e temperatura para captar as assinaturas de vibração únicas associadas a diferentes condições de falha. Baseando-se nestas assinaturas, o sistema pode fornecer alertas antecipados para a equipa de manutenção, permitindo a intervenção proativa.

Portanto, a monitorização contínua da caixa de engrenagem é crucial para garantir a operação eficiente e minimizar o risco de falhas dispendiosas. Investir em tecnologia de monitorização ajuda a manter a integridade dos equipamentos e a prolongar sua vida útil.

Manutenção Preditiva com Monitorização de Condição

Os fabricantes oferecem uma variedade de soluções que incorporam sensores, controladores, software e equipamentos associados para monitorizar ativos rotativos em busca de padrões de vibração anómalos. A Banner Engineering oferece várias soluções de análise de vibração, incluindo um kit de monitorização de condição autónomo, que está totalmente pré-programado e inclui tudo o que é necessário para uma solução completa. O kit inclui um sensor de vibração e temperatura da série VT emparelhado com um controlador DXM e software de monitorização de vibração. O controlador DXM é fundamental para as soluções de monitorização de vibração da Banner. Conecta-se a uma rede de sensores sem fios e hospeda o software de análise de vibração Vibe-IQ. Através de um Kit de Soluções Banner, o controlador pode enviar localmente os dados para uma HMI para visualização do estado de saúde do ativo. O controlador DXM também pode enviar informações diretamente para a nuvem usando os Serviços de Dados na Nuvem da empresa, para conectividade IIoT. Os Serviços de Dados na Nuvem da Banner geram automaticamente painéis que revelam a saúde dos ativos rotativos e podem enviar alertas para ordens de serviço via SMS ou e-mail.

Alguns dispositivos combinam a deteção de vibração e temperatura numa única unidade.

Os sensores de vibração da Banner podem monitorizar a velocidade RMS (10 – 1000 Hz), a aceleração de alta frequência RMS (1000 – 4000 Hz) e a temperatura, em equipamentos rotativos. Através de um nó sem fios, podem enviar dados para o controlador DXM de um ativo remoto. Alguns dispositivos combinam a deteção de vibração e temperatura numa única unidade.

O software Vibe-IQ analisa os dados de vibração utilizando os valores de velocidade RMS e aceleração de alta frequência RMS para traçar tendências e relatar a condição atual dos ativos. O programa Vibe-IQ cria automaticamente a linha de base para operação normal, bem como os limites de alerta e alarme.

A maior vantagem da solução de vibração é que ela envia alertas e avisos (por e-mail ou SMS) que acionam ordens de serviço para a manutenção de ativos que precisam de atenção.

O controlador DXM processa os dados na “extremidade” da rede da fábrica (ou seja, próximo à fonte dos dados), o que permite fornecer detalhes sobre o estado de saúde dos ativos para servidores locais ou via internet para um serviço remoto de monitorização baseado em nuvem, facilitando o acesso aos dados. O controlador DXM e o software Vibe-IQ fazem todo o trabalho, de forma que, quando os dados chegam, não são necessários cálculos ou interpretações.

Adicionando uma Rede Overlay para Obter Dados Adicionais

Adicionar uma rede overlay, como o Snap Signal da Banner, pode ampliar as capacidades de monitorização de um sistema, coletando dados de outras máquinas de produção, como pressão do óleo, qualidade do óleo, temperatura ambiente, status das torres de iluminação e muito mais. Utilizando pequenos conversores em linha, o Snap Signal converte dados das máquinas num único protocolo comum e envia-os para o controlador, permitindo recolher dados de máquinas que normalmente não forneceriam dados.