Monitoramento de condições de máquinas: sensores de temperatura que detectam falhas precocemente

Cada máquina no chão de fábrica já está lhe dizendo como é. Um rolamento que funciona alguns graus mais quente do que no mês passado, um cárter de óleo da caixa de velocidades que sobe mais rapidamente do que a temperatura ambiente, um enrolamento do motor que aquece sob carga: estes são sinais silenciosos e geralmente aparecem bem antes de uma avaria. O monitoramento das condições das máquinas é simplesmente a prática de ouvir esses sinais propositalmente, em vez de esperar que uma falha se anuncie.

Porque a nossa própria oficina constrói sensores de temperatura e instrumentos de controle, passamos muito tempo pensando nessa primeira camada da cadeia. Veja como a temperatura se encaixa em um programa de monitoramento moderno, onde os sensores pertencem e como manter os dados confiáveis ​​o suficiente para serem usados.

O que o monitoramento de condições de máquinas realmente cobre

O monitoramento da condição é o processo de coleta e análise de dados do equipamento enquanto ele está funcionando normalmente, a fim de avaliar seu estado. Nada é desmontado, nada é parado. As medições são feitas continuamente ou em intervalos, comparadas com um estado bom conhecido e usadas para decidir se a intervenção é necessária.

Ajuda a separar a estratégia da camada de detecção que a suporta:

• Manutenção corretiva: execute até que algo quebre e depois repare.
• Manutenção preventiva: serviço de acordo com um calendário ou horário de funcionamento, independentemente de a máquina precisar ou não.
• Manutenção baseada em condições: atua somente quando um valor medido ultrapassa um limite definido.
• Manutenção preditiva: analise a tendência dos dados e preveja quando esse limite será atingido.

O monitoramento de condições é a camada de detecção e análise por trás de tudo isso. Não substitui uma estratégia de manutenção; dá a alguém algo factual em que se apoiar.

Por que a temperatura costuma ser o primeiro sensor a ser instalado

A maioria dos problemas mecânicos se anuncia como calor. O desgaste do rolamento aumenta o atrito. O desalinhamento carrega uma extremidade de um eixo. O lubrificante quebra e para de transportar a carga. O isolamento elétrico degrada e a resistência aumenta. O equipamento de processo fica sobrecarregado ou sujo. Em cada um desses casos, a energia é convertida em calor em algum lugar, e esse calor é mensurável do lado de fora da habitação.

A detecção de temperatura também é a técnica mais fácil de modernizar. Uma sonda de superfície, um sensor magnético ou um RTD rosqueado podem ser instalados em uma máquina existente sem reprojetá-la, e um único ponto de medição é barato em comparação com um canal de vibração completo. Esse baixo custo inicial é o motivo pelo qual o monitoramento de temperatura geralmente é onde o primeiro programa de monitoramento de condição começa.

Não é um quadro completo por si só. Uma falha em desenvolvimento no rolamento é frequentemente visível nos dados de vibração antes de aparecer como um aumento de temperatura, porque o calor precisa de tempo para se acumular. Usadas juntas, a vibração e a temperatura cobrem bem os pontos cegos uma da outra.

Comparando as principais técnicas de monitoramento de condições

Nenhuma técnica única captura tudo. A maioria dos programas bem-sucedidos combina dois ou três, escolhidos de acordo com o ativo e os modos de falha que são importantes para ele.

Monitoramento de temperatura na prática

Onde os sensores de temperatura ganham seu lugar

Os pontos que valem a pena instrumentar são aqueles onde o calor aparece primeiro ou onde a consequência do superaquecimento é grave:

• Enrolamentos de motor e blindagens finais, onde a vida útil do isolamento diminui rapidamente a cada grau extra.
• Caixas de rolamentos em bombas, ventiladores, sopradores e transportadores.
• Cárteres de óleo da caixa de engrenagens, onde a temperatura do óleo monitora a carga e a condição de lubrificação.
• Linhas de descarga do compressor e coletores de exaustão.
• Zonas de fornos, fornos, câmaras de tratamento térmico e linhas de processamento de alumínio.
• Tubulações e vasos de processo na produção química, petroquímica e de alimentos.
• Armários de controle e salas de transformadores, onde um aumento lento geralmente precede uma falta.

Escolhendo entre um RTD e um termopar

Estas são as duas famílias de sensores que construímos todos os dias, e a escolha geralmente se resume à faixa de temperatura, expectativa de precisão e quão severo é o ambiente.

Abaixo de cerca de 400°C, onde um ponto de monitoramento precisa permanecer confiável por anos, um detector de resistência de platina geralmente é a melhor resposta. Um RTD de aço inoxidável Classe A 316, como as unidades PT100 que fornecemos para operação de motores e bombas, mantém bem sua calibração e produz um sinal limpo e linear que é fácil de identificar.

Sonda de termômetro RTD série WZPK Pt100 Classe A Para pontos industriais de baixa temperatura abaixo de 400°C, esta sonda SS316 Pt100 Classe A suporta monitoramento linear estável acima de -200 a 450°C. Ver Produto →

Acima dessa faixa, os termopares assumem o controle. Eles são robustos, baratos e tolerantes a vibrações e ciclos térmicos repetidos, razão pela qual dominam aplicações em fornos, fornos e exaustão. Para um ponto de forno industrial de 1200 C, uma sonda tipo K com revestimento de aço inoxidável e um flange de montagem adequado é um ponto de partida prático.

Sensor termopar tipo K de aço inoxidável de alta temperatura Para fornos, fornos e pontos de exaustão acima da faixa RTD, esta sonda tipo K de aço inoxidável cobre aplicações de termopares de 1200°C. Ver Produto →

Dois detalhes são mais importantes do que a folha de dados. Primeiro, combine a montagem com a superfície: um sensor que não faça contato sólido com a caixa do rolamento lerá a temperatura do ar, não a temperatura do metal. Segundo, combine o material da bainha com o ambiente, porque a corrosão destrói mais sensores do que o superaquecimento.

Mantendo o sinal honesto entre a máquina e o sistema de monitoramento

Um bom sensor ainda pode produzir dados inúteis. Cabos longos captam ruído elétrico de inversores e contatores. O fio de extensão do termopar do tipo errado apresenta seu próprio erro em cada conexão. O aterramento deficiente cria loops que aparecem como oscilações lentas na tendência, e as oscilações lentas parecem exatamente um problema de processo.

As respostas usuais são diretas: use fio de compensação ou extensão correto para termopares, mantenha os cabos de sinal longe dos cabos de alimentação, aterre a blindagem em uma extremidade e converta o sinal bruto em um circuito de corrente robusto próximo à máquina. Um transmissor de temperatura faz essa conversão, recebendo um sinal de termopar ou RTD de baixo nível e fornecendo uma saída estável de 4 a 20 mA que pode percorrer centenas de metros até um PLC ou DCS sem degradação.

Transmissor de temperatura de dois fios integrado com isolamento total Converte sinais de RTD ou termopar em um loop estável de 4–20 mA, com isolamento de 3,75 kV e opções HART/PROFIBUS-PA. Ver Produto →

O isolamento total entre a entrada e a saída compensa o pequeno custo extra nas instalações de monitoramento, porque elimina totalmente o problema do circuito de terra, em vez de reduzi-lo.

De uma leitura a uma decisão de manutenção

Os dados se tornam úteis quando alguém sabe como é o normal. Isso significa registrar uma linha de base durante a operação estável, com carga conhecida e temperatura ambiente conhecida. Sem uma linha de base, um limite de alarme é apenas uma suposição.

Uma vez que existe uma linha de base, vale a pena observar três coisas:

• Valor absoluto, comparado com o limite do fabricante ou do processo.
• Desvio da linha de base para a mesma condição operacional.
• Taxa de variação, que muitas vezes importa mais do que o valor em si, uma vez que uma subida rápida aponta para um problema ativo.

A partir daí, os limites podem ser definidos com significado real: um nível de aviso que aciona uma inspeção e um nível de desarme que protege a máquina. É nesse segundo nível que entram os instrumentos de controle. Um controlador de temperatura PID com relé ou saída analógica pode atuar diretamente na medição, fechando uma válvula, desligando um aquecedor ou sinalizando um alarme sem esperar que um humano perceba uma tela.

Uma sequência prática para um primeiro programa

1. Crie um registro de equipamentos e classifique cada ativo por criticidade, para que o esforço vá onde a falha mais dói.
2. Registre as leituras da linha de base em condições operacionais normais e estáveis.
3. Identifique os modos de falha importantes para cada ativo e escolha as técnicas que podem detectá-los.
4. Selecione o hardware de detecção por alcance, ambiente, montagem e precisão necessária, e não apenas pelo preço.
5. Instale sensores com contato térmico sólido e documente exatamente onde cada um está posicionado.
6. Colete e crie tendências de dados de forma consistente, com a mesma carga e condições ambientais sempre que possível.
7. Defina limites de alerta e desarme e anote o que cada limite deve acionar.
8. Revise os resultados periodicamente e refine os limites à medida que a experiência real se acumula.

A ordem é importante. As fábricas que compram sensores antes de definir os modos de falha geralmente acabam com dados que ninguém utiliza.

Indústrias onde o monitoramento de temperatura tem seu peso

O valor do monitoramento da condição é mais alto quando uma parada não planejada é dispendiosa ou onde o superaquecimento cria um risco à segurança. As plantas petroquímicas e químicas monitoram as temperaturas dos reatores e das linhas porque as variações afetam a qualidade do produto e a segurança do processo. As instalações de gás natural monitoram as temperaturas do compressor e do aquecedor em locais remotos e sem vigilância. As máquinas alimentícias precisam de temperaturas repetíveis por motivos de qualidade e higiene, e os instrumentos analíticos dependem de temperaturas internas estáveis ​​para obter resultados precisos.

Você pode ver os setores que fornecemos regularmente em nosso página de aplicativos da indústria , juntamente com os arranjos de detecção adequados a cada um.

Acertando a camada do sensor na primeira vez

O monitoramento das condições das máquinas raramente é limitado por software. A parte difícil é produzir uma medição na qual você possa confiar durante anos em um ambiente quente, vibrante e às vezes corrosivo. Isso se resume a escolher o elemento sensor correto, montá-lo corretamente e proteger o sinal no caminho para o sistema de controle.

Se você estiver planejando uma instalação de monitoramento ou substituindo sensores que não se mostraram confiáveis, nossa equipe terá prazer em analisar os pontos de medição com você e recomendar um arranjo prático. Você pode entre em contato conosco aqui , e nós o ajudaremos a combinar termopares, RTDs, transmissores e controladores com as máquinas específicas que você precisa observar.