Visão geral do equipamento
O ativo monitorado é um compressor de parafuso utilizado em um sistema de refrigeração de uma planta de produção de ingredientes alimentícios. Na indústria de Alimentos e Bebidas, a refrigeração é um serviço essencial. Por isso, qualquer falha inesperada no compressor pode afetar diretamente a continuidade da produção e a qualidade dos produtos.
O compressor é acionado por um motor elétrico de 110 kW operando em velocidade variável, com rotação de até 2.960 rpm. Essa configuração permite que o sistema se adapte às variações na demanda de refrigeração, mantendo alta eficiência energética. No entanto, a presença de um inversor de frequência (VFD) pode gerar fenômenos elétricos que, ao longo do tempo, afetam a condição dos rolamentos.
Como a refrigeração desempenha um papel essencial no processo produtivo, qualquer falha inesperada no motor do compressor pode interromper a produção e comprometer a continuidade das operações. Por isso, garantir a confiabilidade desse ativo é fundamental.
Dispositivos de monitoramento e configuração do software
Os engenheiros de confiabilidade da I-care instalaram sensores de vibração sem fio Wi-care™ em todo o ativo. A configuração incluiu dois sensores no motor e dois no compressor, permitindo o monitoramento contínuo do comportamento da vibração tanto no equipamento acionador quanto no equipamento acionado.
Esses sensores coletavam continuamente dados de vibração e temperatura.
A análise de vibração foi utilizada como principal método para monitorar a condição do ativo. Além disso, a técnica de processamento I-DNA foi aplicada para aprimorar a detecção de assinaturas específicas de falhas em altas frequências, que podem indicar lubrificação insuficiente ou danos em estágio inicial nos rolamentos.
Todos os dados foram transmitidos automaticamente para o I-see™, o software de manutenção preditiva com IA da I-care, onde os sinais foram analisados e alertas foram gerados sempre que desvios das condições normais de operação eram detectados.
Em seguida, um analista de vibração da I-care revisou os dados para validar o alerta, realizar uma análise espectral detalhada e fornecer recomendações com base na evolução da falha observada.
Análise detalhada
Etapa 1 | Detecção do problema
O primeiro indício de um problema surgiu em 24 de dezembro, quando o painel do I-see™ identificou um comportamento anormal em vários pontos de medição do motor.
Uma análise mais detalhada dos dados revelou um aumento da energia vibratória associada a impactos na faixa de altas frequências, indicando a possível presença de defeitos localizados no componente.
Essa evolução anormal motivou uma análise detalhada realizada por um especialista em análise de vibração da I-care.
Etapa 2 | Análise
Os dados de vibração foram analisados em mais detalhes para identificar a origem da anomalia.
A análise espectral (FFT) do sinal de vibração revelou uma família distinta de harmônicas em 3,08× a velocidade de rotação.
Essa frequência correspondia à Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO) teórica do rolamento do motor (SKF 6314). A presença de uma família de harmônicas nessa frequência, combinada com o aumento dos níveis de impacto observado, é característica de um defeito na pista externa do rolamento, permitindo que o analista de vibração da I-care identificasse a falha.
A evolução da tendência ao longo das semanas seguintes confirmou um aumento contínuo dos níveis de impacto, indicando a progressão do defeito.
A correspondência entre a frequência identificada e a evolução da tendência observada proporcionou um elevado nível de confiança no diagnóstico.
Etapa 3 | Recomendação
Com base no defeito identificado na pista externa do rolamento e na sua progressão, o analista de vibração da I-care recomendou a relubrificação do rolamento do motor e o monitoramento contínuo dos níveis de vibração, uma vez que a melhoria das condições de lubrificação pode reduzir o atrito e limitar a progressão dos danos.
Neste caso, embora o defeito tenha sido posteriormente identificado como fluting elétrico, foi realizada uma relubrificação adicional como medida de mitigação para estabilizar a condição do rolamento e controlar a evolução do defeito até que uma intervenção definitiva pudesse ser realizada.
Etapa 4 | Monitoramento
Após a intervenção de relubrificação, a análise de vibração mostrou uma estabilização dos níveis de impacto. Esse resultado indicou que a progressão imediata do defeito havia sido temporariamente mitigada.
O ativo permaneceu sob monitoramento contínuo para acompanhar a evolução do defeito ao longo do tempo. Embora os danos no rolamento permanecessem presentes, a estabilização dos níveis de vibração indicava que o defeito não estava evoluindo rapidamente, permitindo que a máquina continuasse operando de forma controlada.
Com base nesse comportamento estável, decidiu-se adiar a intervenção e programar a substituição do rolamento durante uma parada programada no final de fevereiro.
Etapa 5 | Substituição e análise da causa raiz
Os rolamentos do motor foram substituídos durante a parada programada no final de fevereiro, conforme planejado anteriormente.
Após a substituição, o rolamento do lado de acionamento removido foi inspecionado. A inspeção revelou padrões de danos característicos de fluting elétrico, um tipo de falha comum em motores acionados por inversores de frequência (VFDs).
Esses sistemas podem induzir tensões no eixo do motor, provocando descargas elétricas através dos rolamentos e resultando nos padrões de danos característicos do fluting elétrico.
Isso confirmou que o defeito identificado por meio da análise de vibração foi causado por descargas elétricas no interior do rolamento.
Para evitar a recorrência do problema, foi instalado um anel de aterramento do eixo no motor. Essa medida corretiva foi implementada para desviar as correntes elétricas parasitas dos rolamentos, reduzindo o risco de futuros danos causados por descargas elétricas.
Etapa 6 | Eficácia
Após a substituição do rolamento, a análise de vibração confirmou uma redução significativa dos níveis de impacto, com os valores retornando às condições de referência.
A comparação espectral antes e após a intervenção mostrou o desaparecimento da família de harmônicas anteriormente identificada em 3,08× a velocidade de rotação, correspondente à BPFO do rolamento do motor. Isso confirmou a eliminação da assinatura vibratória associada ao defeito.
Essas observações validaram tanto o diagnóstico inicial quanto a eficácia das ações corretivas implementadas. Após a intervenção, nenhum padrão anormal de vibração foi detectado, confirmando o desaparecimento da assinatura vibratória associada ao defeito e o retorno do ativo às condições normais de vibração.
Resultados
Gerenciamento de um defeito em rolamento de um compressor acionado por VFD por meio de detecção precoce
O defeito no rolamento foi detectado várias semanas antes de representar risco de falha, permitindo que a equipe acompanhasse sua evolução e gerenciasse a situação de forma controlada.
Após a estabilização observada com a relubrificação, o compressor continuou operando sem interrupções até a parada programada, quando os rolamentos do motor foram substituídos conforme planejado. Essa abordagem evitou uma falha inesperada do motor em um ativo crítico do sistema de refrigeração.
A inspeção do rolamento removido confirmou que o fluting elétrico foi a causa raiz do defeito. Essa constatação permitiu a implementação de uma medida corretiva: a instalação de um anel de aterramento do eixo para reduzir o risco de recorrência.
Este caso demonstra como o monitoramento contínuo de vibração com os sensores de vibração sem fio Wi-care™ em equipamentos acionados por VFD e a análise realizada pelo I-see™, software de manutenção preditiva com IA da I-care permitem não apenas a detecção precoce de falhas, mas também uma tomada de decisão mais assertiva. Isso possibilita planejar e executar a manutenção nas condições ideais, reforçando a importância da manutenção preditiva na indústria de Alimentos e Bebidas para garantir a confiabilidade e a continuidade operacional.
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