Sistemas de Monitoramento e Proteção de Vibração Integrados à Plataforma de Gerenciamento de Ativos. Gilberto Gomes 24/08/2011

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1 Sistemas de Monitoramento e Proteção de Vibração Integrados à Plataforma de Gerenciamento de Ativos Gilberto Gomes 24/08/2011

2 Gerenciamento de Ativos Definição Gerenciar ativos é garantir uma maior disponibilidade dos equipamentos, reduzir a variabilidade do processo e os custos com manutenção visando maior tempo e qualidade de produção e reduzindo perdas. Com uma gestão de ativos é possível analisar a performance dos equipamentos, prognosticando problemas (preditiva), otimizando o planejamento programado de ações de manutenção (preventivas), solucionando problemas (corretivas), na busca continua de ganhos de produção.

3 Sistemas de Controle - Metso DNA Soluções Integradas em Gerenciamento de Ativos Assegurando o Life Cycle Disponibilizam várias ferramentas diferenciadas para o controle e gerenciamento da produção. Proporcionam aumento da eficiência da produção através de ganhos de performance. Reduzem os custos com ferramentas de manutenção preditiva, reduzindo os tempos de parada programadas e evitando paradas de emergência. like plant sections and departments.

4 Sistemas de Controle - Metso DNA Soluções Integradas em Gerenciamento de Ativos Assegurando o Life Cycle Proporcionam cobertura não apenas dos dispositivos de campo como válvulas, transmissores e analisadores mas também de máquinas e equipamentos de processo: Equipamentos mecânicos rotativos Bombas, motores elétricos Trocadores de calor, turbinas, compressores, caldeiras Equipamentos elétricos, transformadores, sub estações, CCM s inteligentes Redes de comunicação

5 Soluções Integradas - Gerenciamento de Ativos Metso DNA Diversos Níveis de Gerenciamento Process Condition Monitoring (Monitoração Condições Processo) Processos e sub-processos Controle de Qualidade Indicadores Performance - KPI Quality Machine Condition Monitoring (Monitoração Condições Máquinas) Runnability Monitoring Sistemas Lubrificação de Máquinas Vibração Máquinas Rotativas Automation Asset Management (Gerenciam. Ativos Automação) Informações de Manutenção Controle & performance Redes de automação e informação Field interfaces & buses Relatorios de gerenciamento Field Asset Management (Gerenciamento de Ativos de Campo) Dispositivos de campo Gerenciamento de alarmes 5

6 Soluções Integradas - Gerenciamento de Ativos Metso DNA Diversos Níveis de Gerenciamento Process Condition Monitoring (Monitoração Condições Processo) Quality Machine Condition Monitoring (Monitoração Condições Máquinas) Automation Asset Management (Gerenciam. Ativos Automação) Field Asset Management (Gerenciamento de Ativos de Campo) 6

7 Análise e Monitoramento de Vibração Machine Condition Monitoring

8 Exemplos de Falhas Detectando estes problemas, 80% de todos os problemas mecânicos em máquinas rotativas estão cobertos pelo sistema - Danos em rolamentos - Desbalanceamento - Desalinhamento - Ressonância - Folga / Desgaste - Danos de Engrenamento 8

9 Progressão Geral de Falha em Máquinas Superfície totalmente danificada Vibrações anormais começam Dano Maior na superfície Vibração Normal Superfície danificada Falha da Máquina Parada da Planta Começo da Falha Danos Secundários (Aumento da corrente no motor?) Tempo

10 Análise Geral do Monitoramento Envelope de Aceleração(gE) Falha da Máquina Parada da Planta Aceleração (g) Velocidade (mm/s) Danos secundários (Aumento da corrente no motor?) Falha Começa Detecção por Ouvir? Sentir? (ruído / temperatura?) Tempo

11 Ampla cobertura para aplicações em equipamento rotativos Máquina de Alta velocidade Máquina de média velocidade Movimento do eixo com sensores de proximidade Acelerômetros Sistema de Proteção Acelerômetros Máquina de baixa velocidade Acelerômetros com análise avançadas para longo tempo de amostras

12 Monitoramento de Máquinas em Baixa Rotação

13 Máquinas Rotativas O desafio do monitoramento da baixa rotação: Energia emitida pelas falhas é pequena. Muitas vezes, os sinais não são periódicos e não há freqüências de falha clara na análise FFT, assim, a análise deve ser baseada em sinais no domínio do tempo. Rotação baixa e comportamento do sinal não repetitivo, exigirá amostras do sinal por muito tempo para análise - até mesmo vários minutos. 13

14 Possíveis Técnicas Monitoramento por Emissão Acústica O método é baseado na detecção de ondas acústicas emitidas por um material em função de uma força ou deformação aplicada nele. Caso este material tenha uma trinca, descontinuidade ou defeito, a sua propagação irá provocar ondas acústicas detectadas pelo sistema. O ensaio por emissão acústica permite a localização da falha, captados por sensores instalados na estrutura ou no equipamento a ser monitorado. 14

15 Sensor Acústico Uma mudança transiente na energia elástica do material faz com que ondas mecânicas se propaguem por este material. O sensor acústico mede alta freqüência (~ 25 khz - 1 MHz), portanto, mede o deslocamento de superfície causados por essas ondas elásticas. Emissão Acústica é causada por: - Crescimento de um defeito - fricção - turbulência - etc Limiar de detecção Emissão acústica é tradicionalmente analisada pela quantidade de picos transientes. 15

16 Thune Press Mancal de prensa, acelerômetros e sensores acústicos 16

17 Thune Press Sinal e Espectro da emissão acústica em envelope e aceleração Sinal de vibração & FFT Emissão Acústica Sinal & FFT

18 Thune Press Emissão Acústica - Sinal de Envelope Devido ao deslizamento dos corpos rolantes e a rotação lenta da pista externa, freqüências típicas de falha do rolamento não são facilmente detectadas no espectro. Ainda assim, a forma do sinal no domínio do tempo da Emissão Acústica indicaram uma falha de pista interna. Uma volta do eixo Grupo de pulsos encontrados durante a rotaçào do Thune Press

19 Metso DNA Machine Monitoring Monitoramento de Máquinas Auxiliares Proteção e Monitoramento de Turbo-Máquinas

20 DNA Machine Monitoring: Bombas e Ventiladores Evitar paradas não programadas através do Machine Health Monitoring Monitoramento de vibração baseada na condição do equipamento rotativo - Bombas - Ventiladores - Motores - Redutores Análise para falhas mecânicas típicas - Defeitos em rolamentos - Falha em acoplamentos - Defeitos em redutores - Desalinhamento e desbalanceamento - Problemas de lubrificação 20

21 Exemplo de máquinas com sensores de vibração As máquinas podem ser de velocidade fixas ou com inversores Bomba + Motor A A A A Motor + ventilador A A A A Motor + redutor + Bomba T A A A A A A A = sensor de aceleração (vibração) 21 T = Sensor Trigger (frequência de rotação)

22 Os resultados mais importantes da vibração podem ser mostrados na tela Link para análise Status de Alarme ( amarelo ou vermelho indicando alarme ou perigo) Qualquer escala (=tag) os valores são indentificados na tela de operação 2 2

23 Tela com os pontos de medição mostrando as características de vibração com status do alarme e histórico Link para ferramenta de análise detalhada workdesk 2 3

24 Ferramenta de Análise workdesk Ferramentas para especialistas em monitoramento da condição Seleção do resultado (FFT, sinal, envelope signal, espectro) Mudança no ponto de medição Históricos atra ves de gráficos em cascata Mudança escalar na tendência 24

25 Monitoramento e Proteção de Turbinas

26 Visão Geral da Solução Operação Manutenção Relatório Controle e Proteção das máquinas Proteção para sobrevelocidade Monitoramento da condição 26

27 Medições típicas para monitoramento Turbo Gerador (Gás, Vapor ou Hydro) Processos Especifícos e Equipamentos Auxilixares Vibração relativa do eixo (x-y) Posição x/y (GAP ) Vibração absoluta de rolamento (x-y-z) Posição Axial (z) Expansão diferencial Expansão Absoluta Excentricidade de eixo Velocidade -Tacômetros Bombas de alimentação para caldeiras Exaustores de ar Ventiladores Ventiladores primários e secundários Bombas de alimentação

28 Proteção de Turbinas a Vapor Proteção de Sobrevelocidade (Overspeed) de acordo com nível SIL3 Módulos de I/O e soluções em software - I/O: AI, DI, DO - Votação 2oo3 - Exemplo: pressão/temperatura (óleo lubrificante, compressão, exaustão) Solução para proteção de Turbo Geradores com medições de: - Posição real dos eddy probes (sensores de proximidade) - Movimento do eixo com eddy probes - Expansão da carcaça com eddy probes ou LVDT s 28

29 DNA Machine Monitoring Exemplo da tela de monitoramento e proteção do Turbo Gerador 29

30 Monitoramento e Proteção Vibração e Expansão Todas as situações são mostradas para o operador Link identificando a mudança de estado workdesk 30

31 Interface do usuário para turbinas Workdesk para diagnósticos mecânicos e tendências INTERNAL Modo de seleção normal or Trip Análise ao longo do tempo ( modo normal Bloco de seleção de rolamentos Tipos de display Dados on line da posição de cada sensor 31 Date Author Title

32 Interface do usuário combina vibração das máquinas com informações de Processo Amostra do Sinal de vibração com 20 khz Espectro de Aceleração até 10 khz Espectro de velocidade até 1 khz Gráficos em barras com as caracteríticas das vibrações 32 Date/Title/Author

33 Ferramenta de Análise com cálculo de falha do rolamento Freqüências de falha do rolamento são calculadas a partir da frequência de rotação e dados da biblioteca dos rolamentos Marcar defeita na pista externa do rolamento 2 x BPFO 3 x BPFO 4 x BPFO 33 Date/Title/Author

34 Histórico de tendências 34 Date/Title/Author

35 Casos de Vibração em Máquinas Rotativas

36 Monitoramento da Condição Ferramentas básicas: monitoramento, análise e planejamento Sinais no tempo e Espectro para análise Gráficos em barra para alarmes Tendência para acompanhamento e planejamento

37 Monitoramento da Condição Princípio do Monitoramento 24/7 Sala de Controle Fácil Análise BPFO = Bearing Outer Race Defect Defeito na Pista Externa de um Rolamento

38 Monitoramento da Condição Defeito na Pista Interna De um Rolamento

39 Monitoramento da Condição Defeito no elemento rolante

40 Monitoramento da Condição Defeito de Lubrificação Aumento significativo da Tendência de vibração em 10 KHz

41 Monitoramento da Condição Defeitos em Engrenagens

42 Porque monitorar equipamento? Caso : Defeito na pista externa do rolamento de uma máquina Falha súbita ( - Euros) Custos HH 4 profissionais* 8 h * 40 Sobressalentes Rolamento Novo Custo Total da Manutenção 1650 Perda de Produção (receita) 8 h * 5, TOTAL Manuteção Preditiva ( - Euros) Custos HH 2 profissionais* 4 h * 40 Sobressalentes Rolamento Novo Custo Total da Manutenção Perda de Produção (receita) TOTAL Economia da manutenção preditiva para um rolamento com defeito ( ) 46, = 46,160 Calculos baseados: Custo HH 40 /h Receita Produção 5,650 /h 42

43 Monitoramento das condições é uma ferramenta eficiente para a manutenção preditiva Alta disponibilidade e eficiência do processo - Detecta o rápido desenvolvimento de defeitos e evita falhas repentinas na máquina - Encontra a causa raiz dos problemas - Encontra os gargalos na produção Manutenção eficiente significa ações corretas na hora certa - Propicia planejar o reparo das máquinas com as peças certas, ferramentas e recurso local. - Reduz o número e a duração das paradas para manutenção - Reduz o estoque de peças de reposição - Encontrar o melhor desempenho de componentes das máquinas e consumíveis Segurança e Meio Ambiente - O monitoramento on-line elimina os riscos de segurança na inspeção manual durante a execução do processo - Aumenta a segurança e minimiza os riscos ambientais relacionados à quebra de inesperada da máquina - Permite circunstâncias de trabalho mais seguras em função de uma 43 manutenção planejada

44 Transdutores Transdutores de vibração projetados para processos exigentes: IP66/68 Transdutores de pressão para aplicações de alta pressão Sensores magnéticos, indutivos e óticos para elementos rotativos : turbinas, motores, rolamentos, ventiladores Parâmetros de Processo através de I/O( 4-20mA) 44

45 Estrutura Básica do Sistema 45 Máquinas e Equipamentos

46 Centro de Diagnóstico Remoto

47 Arquitetura Funcional DNA Machine Monitoring Relatórios de Operação e Manutenção Expert services Relatórios e Integração com a Rede Corporativa 47 APC, RTO, PIMS, LIMS, MES, CMMS Firewall Condition Monitoring (CM) & Device Performance Monitoring (DPM) database Servidor De Engenharia 0907/metsoDNA CR Asset Management C2008 /PTi APC Systems - Advanced Process Control RTO - Real Time Operation (for planning) PIMS - Process Information Management LIMS - Laboratory Information Management MES - Manufacturing Execution Systems CMMS - Computerized Maintenance Management System

48 Porque investir em um Sistema de Monitoramento ON LINE? Monitoramento da Condição de Máquinas e Equipamentos Reduz paradas não planejadas e aumentar a disponilidade e produção Provê ferramenta de planejamento Minimiza MTBF e MTTR Protege contra acidentes pessoais (ser humano) Protege o investimento Gestão de Ativos Manutenção da Operabilidade e Monitoramento da Qualidade Propicia obter informações sobre os componentes e desempenho da máquina Detecta problemas de operacionalidade em uma fase precoce Acusa instabilidades no sistema Possibilita respostas imediatas a mudanças nos processos

49 Obrigado!!!

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