xvii encontro vitek de tÉcnicas preditivas consultoria ltda. belo horizonte – julho 2009...
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XVII ENCONTRO VITEK DE TÉCNICAS PREDITIVAS
Consultoria Ltda.
Belo Horizonte – Julho 2009
ACOMPANHAMENTO DE TURBOMÁQUINAS E
LAMINADORES POR TÉCNICAS DE
MANUTENÇÃO PREDITIVA
Eng. Daniel Teodoro
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Sumário da ApresentaçãoAplicações em Turbo-Máquinas:• Monitoramento Online• Monitoramento Offline – Análises Extras• Tribologia• TermografiaAplicações em Laminadores:• Problemas de Chatter• Monitoramento Online
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Monitoramento online
• Um sistema de Monitoramento Online eficiente para turbo-máquinas:• precisa ser capaz de trabalhar de forma automática
medindo vibração e parâmetros operacionais correlacionando e tendenciando as variáveis.
• deve saber distinguir estados de operação do equipamento.
• disponibilizar ferramentas adequadas para a análise
• possibilidade de capturar transientes
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• Estratégias Diversificadas de Estratégias Diversificadas de DetecçãoDetecção::– Níveis Globais– Bandas de Freqüência – Parâmetros de Forma de Onda– Técnicas avançadas de detecção antecipada
(Demodulação, PeakVue, SST, etc.)– Transientes Operacionais
Monitoração eficiente
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Mudanças operacionais
• Quando uma máquina muda de carga, como uma monitoração manifesta isso?
• Quando uma máquina muda de rotação, como isto se manifesta?
90% CARGA90% CARGA50%CARGA50%CARGA
90% CARGA90% CARGA
PARADAPARADA PARADAPARADA
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Monitoração eficiente
50% CARGA50% CARGA90% CARGA90% CARGA
50%CARGA50%CARGA90% CARGA90% CARGA
PARADAPARADA PARADAPARADA
COLETA C/ 90% CARGACOLETA C/ 90% CARGA
COLETA C/ 50% CARGACOLETA C/ 50% CARGA
• Gerenciamento de Informações:Gerenciamento de Informações:– Coleta de dados comandada por eventos– Estratégias de monitoração adaptativas– Alarmes ajustáveis por condição..
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Exemplo: Máquina de Rotação Variável25 - Bomba de Engrenagens
P2504 GP -08H REDUTOR, ES, LA, HORIZONTALTrend Display of Nivel Global
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Days: 30-jan-03 To 18-abr-03
PK A
ccel
erat
ion
in G
-s
900 – 1000 RPM
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25 - Bomba de EngrenagensP2504 GP -08H REDUTOR, ES, LA, HORIZONTAL
Trend Display of Nivel Global
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Days: 30-jan-03 To 15-abr-03
PK A
ccel
erat
ion
in G
-sExemplo: Máquina de Rotação Variável
900 – 1000 RPM
800 – 900 RPM
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25 - Bomba de EngrenagensP2504 GP -08H REDUTOR, ES, LA, HORIZONTAL
Trend Display of Nivel Global
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Days: 01-fev-03 To 15-abr-03
PK A
ccel
erat
ion
in G
-s
Exemplo: Máquina de Rotação Variável
900 – 1000 RPM
800 – 900 RPM
700 – 800 RPM
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Transientes
• Boa parte dos defeitos que ocorrem nas Turbomáquinas se manifestam nos transientes
• Avaliar as causas de um trip• Avaliar a passagem pelas críticas• Analisar o comportamento da máquina durante uma
instabilidade do processo• Identificação de Oil Whril / Oil Whip
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Análises Transientes
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Monitoramento Offline em Turbomáquinas
• Coletas periódicas de rotas predefinidas• Medição no painel de proteção através de cabo conectado
nas saídas bufferizadas• Medições de carcaça através de acelerômetros• Medições Extras• Monitoramento dos Equipamentos Auxiliares• Análises e dignóstico preditivo
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Medições Extras
• Análises especiais durante comissionamento• Monitoramentos de amplitudes e fase• Medição de dados transientes• Gráficos de Bode e Nyquist durante a partida/parada• Espectros em Cascata• Órbitas
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Exemplo – Roçamento e Surge
• Detecção de problema relacionado com roçamento no mancal de escora e surge em compressor de alta pressão– Incialmente o compressor de Alta Pressão apresentou alto
deslocamento axial em partida para teste ocorreu a queima do mancal de escora
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• Detectado problema de roçamento no mancal de escora em partida seguinte
Exemplo – Roçamento e Surge
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• Suspeita de problemas de turbulência no interior do compressor
Exemplo – Roçamento e Surge
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• Detectado e solucionado o problema na válvula anti-surge
Instabilidade devido a surge/stall
Após troca da Anti-surge
Exemplo – Roçamento e Surge
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LubrificaçãoPropriedades requeridas do Lubrificante para Turbinas:
1. Viscosidade adequada
3. Demulsibilidade4. Resistente a oxidação e
estabilidade térmica5. Óleo com bom aditivo
anti-ferrugem6. Boa liberação de bolhas
de ar e baixa formação de espuma
1.Suporte à carga2.Transferência de calor3.Separação de água4.Longa vida útil
5.Proteção contra corrosão
6.Incompressível
A vapor: A gás:
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LubrificaçãoPropriedades requeridas do lubrificante para
Turbinas a Gás:• Estabilidade térmica excelente para prever a formação de sedimentos• Excelente resistência à oxidação para prevenir a formação de ácidos e borra• Ótima viscosidade para ter capacidade de carga e proteção contra o desgaste além de minimizar a o sobreaquecimento do óleo.• Bom inibidor de ferrugem e corrosão para proteger componentes do ataque dos gases de combustão• Propriedades anti-desgaste para sistemas onde há engrenamentose rolamentos.
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TribologiaPráticas para avaliar e manter a qualidade do
lubrificante• Seguir os limites recomendados ao condenar um lubrificante• Avaliar RPVOT e demulsibilidade a cada 3 anos• Re-aditivar o óleo para manter boas propriedades anti-oxidação• Consultar junto ao fornecedor recursos para aumentar a demulsibilidade do óleo • Manter o sistema de filtração online e offline sempre em perfeitas condições de funcionamento para controlar a contaminação por água e particulados• Colocar respiros em locais estratégicos e manejo adequado do óleo para evitar o ingresso de contaminação no sistema.* RPVOT – Teste de oxidação em vaso de pressão rotativo
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• Realizar os seguintes testes quatrimestralmente– Viscosidade a 40°– Desgaste Metálico– Contaminação por água– Contagem de partículas: 4-, 6-, 16- µm– Acidez
• Realizar os seguintes testes anualmente– RPVOT – Teste de oxidação– Formação de ferrugem
Tribologia
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• Avaliar eficiência de isolamento térmico das turbinas• Avaliar defeitos mecânicos em equipamentos
auxiliares
Termografia
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Termografia• Avaliar os equipamentos elétricos de controle e
intrumentação de turbo-máquinas:
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Implantação de Sistemas de Monitoramento
• Cronograma, projeto...• Escolher os pontos mais representativos• Preparar a superfície• Instalar sensores nos mancais• Cabeamento dos sensores• Rede ethernet interligando os instrumentos ao servidor• Integração com sistemas de Automação via OPC/Modbus• Servidor interligado à rede corporativa• Estações de trabalho com acesso aos dados• Treinamento da equipe envolvida
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Pontos de Medição
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Ferramentas necessárias para a instalação
• Fresa de topo com broca
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MONTAGEM DE SENSORES
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Montagem em um motor e Bomba
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Cuidados com os Cabos
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Sensores – Emendas e Interligação
• O cabo do sensor deve ser suficiente para chegar a primeira caixa de junção
• Na caixa de junção será feita a interligação com um cabo de múltiplos pares trançados
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Implementação
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Implantação de Sistema Online
• Interligar os canais a partir das saídas bufferizadas ao instrumento de monitoração online.
• Instalar sensores adicionais de monitoramento em caixas de acessórios, bombas de lubrificação.
• Os instrumentos da nova geração possuem módulos de monitoração e proteção integrados
Máquinas com sensores e sistema de proteção já instalados:
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Implementação
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Ventilador primário – R3017
Resfriador Seccional Turin – R7005
Moinho de bolas – R7010
Ventilador Intermediário – R6001
Multicabo
Multicabo
CSI 4500 32ch/taco
CSI 4500 12 ch/taco
INTERLIGAÇÃO
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Esquema da rede do Sistema Online CSI 4500
Rede corporativa
FibraCabo EthernetConversor – Fibra/ethernet
Hub
CSI 4500
Rede de automação
Resfriador/MoinhoUS-MSV-03IP: 130.130.130.77Serial: C5000E69
Soprador/BombasUS-MSV-04IP: 130.130.130.78Serial: C5000E5E
VentiladoresUS-MSV-02IP: 130.130.130.76Serial: C5000E58
Torres AlpinaUS-MSV-01IP: 130.130.130.75Serial: C5000E5D
Bombas Sala DET-MSV-01IP: 130.130.130.72Serial: C5000E5F
Switch AutomaçãoSala de Operação SalaD
Torres Sala BET-MSV-03IP: 130.130.130.74Serial: C5000E65
Switch AutomaçãoLegenda:
UstulaçãoSwitch AutomaçãoSala de Operação Ustulação
Switch AutomaçãoSala de Operação Ustulação
Sala Automação
Torres Sala DET-MSV-02IP: 130.130.130.73Serial: C5000E5B
ServidorIP Automação: 130.130.130.71IP Corporativa:
Estações Clientes
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Dificuldades• Encontrar uma boa parceria (sub-contratada)• Programação de paradas para a execução• Dificuldades com a equipe de TI• Consolidação de um banco de dados – parâmetros e
limites de alarme• Educação das equipes de manutenção e operação na
área• Condições adversas de operação e manutenção dos
equipamentos
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Monitoramento Online de vibração em Laminadores
Cilindro de Encosto Superior
Cilindro de Trabalho Superior
Cilindro de Trabalho Inferior
Cilindro de Encosto Inferior
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Laminador de Tiras a Frio5 Cadeiras
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Monitoramento Online de vibração em Laminadores
Prevenir e diagnosticar o Chatter• Produto inaceitável
– Produto marcado– Arrebentamentos da tira
• Danos aos componentes do laminador– Cilindros marcados
• Marcas nos cilindros• Danos devido a arrebentamentos da tira
• Condições de Laminação indesejadas– Baixas velocidades de Laminação– Maior tempo de parada (trocas de cilindro)
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Definição de Chatter
• Cilindros e outros componentes do laminador irão se mover elasticamente
• As frequências naturais não podem ser eliminadas, apenas evitadas
Os componentes do laminador atuam como molas
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• Chatter Torsional– Ocorre na frequência de ressonância torsional de um eixo ou cardan
• Chatter Terça de Oitava– Ocorre na frequência de ressonância dos cilindros de encosto
• Chatter Quinta de Oitava– Ocorre na frequência de ressonânciados cilindros de trabalho
Chatter do Processo de Laminação
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Causas de Chatter• Cilindros
– Cilindros de trabalho excêntricos– Superfície imprópria dos cilindros de trabalho ou cilindros de
encosto (Marcas devido à imperfeições na retífica)– Cilindros tensionadores desgastados ou empenados– Cilindros escamados ou marcados
• Componentes Rotativos– Rolamentos dos cilindros de trabalho com efeitos de brinelamento
ou escamados– Dentes desgastados (Caixa de pinhões, encaixe do cardan,
chaveta)– Folgas excessivas em engrenagens, ponta do cardan, pods– Condições dos mancais dos cilindros de encosto– Desbalanceamento do cardan
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• Condições de Lubrificação Instáveis– Lubrificação excessiva da mordida do clindro causando escorregamento– Fricção excessiva na mordida do cilindro– Mudanças nos tamanhos das partículas, pH, aditivos, níveis de
contaminação
• Produto que chega– Tira já marcada por chatter entrando nas cadeiras do laminador
Causas de Chatter
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Monitoramento Online num Laminador de 5 Cadeiras
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Monitoramento Online num Laminador de 5 Cadeiras
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Caso: Cilindro de Encosto com Calo
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Caso: Chatter com Arrebentamento da Tira
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ParâmetrosDados espectrais: 2000 Hz, 3200 linhas, 3 médias em g’s
• Parametro 1 - Nível Global• Parametro 2 - Fundamentais - Faixa de freqüência: 0 a 20 Hz
Eventos que excitam a freqüência fundamental de operação dos cilindros de trabalho e encosto, bem como suas harmônicas.
• Parametro 3 - Torsionais - Faixa de freqüência: 20 a 50 HzChatter torsional
• Parâmetro 4 - Intermediaria 1 - Faixa de freqüência: 50 a 250 Hz• Parâmetro 5 - Terças de Oitava - Faixa de freqüência: 250 a 500 Hz
Faixa de freqüência criada para capturar eventos que estimulem chatter de terças de oitava. • Parâmetro 6 - Intermediaria 2 - Faixa de freqüência: 500 a 650 Hz• Parâmetro 7 - Quintas de Oitava - Faixa de freqüência: 650 a 900 Hz
Faixa de freqüência criada para capturar eventos que estimulem chatter de quintas de oitava.• Parâmetro 8 - Altas Freq 1- Faixa de freqüência: 900 a 2.000 Hz• Parâmetro 9 - Altas Freq 2 - Faixa de freqüência: 2.000 a 20.000• Parâmetro 10 - Pico a Pico na forma de Onda,• Parametro 11 - Fator de crista
DCS para captura de Peakvue
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Desafio
• O evento de chatter instantâneo ocorre neste laminador entre 2 a 5 segundos
COMO PEGAR ESTE EVENTO?
• Desativação de todos os outros DCS ativos• O nível de Trigger utilizado para ativar o DCS foi 0,3 g• Dados espectrais: 2000 Hz, 400 linhas, 1 médias em
g’s
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Desafio
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FIM
Muito Obrigado!!!!
Eng. Daniel Teodoro de Oliveira Morais