ÍNDICE DE CONTEÚDO
Introdução
O monitoramento baseado em condição (CbM) envolve o monitoramento de máquinas ou ativos usando sensores para medir o estado atual de integridade. A manutenção preditiva (PdM) consiste em técnicas, como CbM, aprendizado de máquina e análise, para prever as próximas falhas da máquina ou dos ativos. Ao monitorar a saúde da máquina, é extremamente importante selecionar os sensores mais adequados para garantir que as falhas possam ser detectadas, diagnosticadas e até mesmo previstas.
A melhor estratégia de PdM é aquela que utiliza com eficiência o maior número possível de técnicas e sensores para detectar falhas antecipadamente e com um alto grau de confiança. Portanto, não há uma solução de sensor que sirva para todos. Aqui, buscaremos esclarecer por que os sensores de manutenção preditiva são vitais para a detecção precoce de falhas em aplicações de PdM, além de explorar seus pontos fortes e fracos.
Linha do tempo: Falha de sistema
A Figura 1 mostra uma linha do tempo simulada de eventos, desde a instalação de um novo motor até a falha do motor, juntamente com o tipo de sensor de manutenção preditiva recomendado. Quando um novo motor é instalado, ele está na garantia. Após vários anos, a garantia irá expirar e é neste ponto que uma rotina de inspeção manual mais frequente será implementada.
Se surgir uma falha entre essas verificações de manutenção programada, há uma probabilidade de tempo de inatividade não planejada. Nesse caso, o que se torna de vital importância é ter o sensor de manutenção preditiva correto para detectar possíveis falhas o mais cedo possível. Por esse motivo, vamos nos concentrar em sensores de vibração e acústicos. A análise de vibração é geralmente considerada o melhor ponto de partida para o PdM.
Considerações sobre falha de sensores e falha de sistemas
Mais de 90 por cento das máquinas rotativas em aplicações industriais e comerciais usam rolamentos. A distribuição de componentes com falha de um motor indica que é crucial focar no monitoramento do rolamento ao selecionar um sensor PdM. Para detectar, diagnosticar e prever possíveis falhas, um sensor de vibração deve ter baixo ruído e recursos de largura de banda ampla.
Algumas das falhas mais comuns associadas a máquinas rotativas e alguns requisitos de sensor de vibração correspondentes para uso em aplicações PdM são mostradas na Tabela 1. Para detectar falhas o mais cedo possível, os sistemas PdM normalmente requerem sensores de alto desempenho. O nível de desempenho do sensor de manutenção preditiva usado em um sistema está correlacionado à importância daquele sistema monitorado ser continuamente capaz de operar de forma confiável no processo geral e relativo a seu custo.
Sensores para PdM
A análise de sinais de microfone ultrassônico de um sistema microeletromecânico (MEMS) permite o monitoramento da saúde do motor em locais onde há presença de ruído audível aumentado, porque detecta sons no espectro não audível ( 20kHz a 100kHz), onde há muito menos ruído. Os comprimentos de onda dos sinais audíveis de baixa frequência variam normalmente de aproximadamente 17 mm a 17 m de comprimento. Os comprimentos de onda dos sinais de alta frequência variam de cerca de 3 mm a 16 mm de comprimento. Quando a frequência do comprimento de onda aumenta, a energia aumenta, tornando o sinal de ultrassom mais diretivo. Isso é extremamente útil ao tentar localizar uma falha em um rolamento ou caixa.
Os acelerômetros são os sensores de vibração mais comumente usados, e a análise de vibração é a técnica de PdM mais amplamente empregada, usada principalmente em grandes equipamentos rotativos, como turbinas, bombas, motores e caixas de engrenagens. A Tabela 2 mostra algumas das especificações críticas a serem consideradas ao selecionar sensores de vibração e acústicos MEMS de alto desempenho em comparação com o sensor de vibração piezoelétrico padrão ouro.
* Os módulos acelerômetros MEMS podem custar mais de US$ 30, mas são soluções de sistema completo, enquanto todas as outras partes referenciadas são apenas sensores.
** Chave: Pior, Médio, Melhor
Embora seja difícil recomendar um único sensor de vibração para uso em um sistema PdM, os acelerômetros têm uma história de sucesso e continuam a evoluir e melhorar. A Analog Devices oferece uma variedade de acelerômetros MEMS de uso geral, baixo consumo de energia, baixo ruído, alta estabilidade e alto g, bem como módulos de nó de borda inteligentes mostrados na Figura 2. O sensor de vibração triaxial ADcmXL3021 é um excelente exemplo de solução de módulo PdM dedicado. A Analog Devices foi a primeira a comercializar com uma família de acelerômetros MEMS com capacidade para PdM (20kHz + largura de banda, densidade de ruído 25μg / √Hz) e continua sendo o único fornecedor de acelerômetros MEMS com esses níveis de desempenho.
Figura 2: Módulo MEMS CbM de três eixos com ADC integrado, processador e FFT (Fonte: Analog Devices)
Ao escolher o sensor de vibração mais adequado para sua solução de PdM, o verdadeiro desafio está em instalar os sensores para atender aos modos de falha em potencial mais prováveis de seus ativos. Os microfones MEMS ainda não provaram ser robustos o suficiente para detectar com segurança todos os modos de falha baseados em vibração nos ambientes mais adversos. Em contraste, os acelerômetros, o padrão da indústria para detecção de vibração, foram implementados com sucesso e executados de forma confiável por décadas. Os microfones ultrassônicos MEMS têm mostrado um desempenho promissor na detecção de falhas de rolamentos antes dos acelerômetros, e essa relação simbiótica potencial pode fornecer a melhor solução de PdM para as necessidades de análise de vibração de seu parque de máquinas no futuro.
Artigo escrito por Chris Murphy e publicado no blog da Mouser Electronics: Choosing the Most Suitable Predictive Maintenance Sensor
Traduzido e Adaptado por Equipe Embarcados.
