Multe industrii se bazează pe operarea continuă a activelor critice, cum ar fi motoarele și pompele. Aceste dispozitive trebuie să funcționeze pentru a permite clienților să primească produsele alimentare sau serviciile de alimentare cu apă de care au nevoie. Eșecul în furnizarea acestor produse sau servicii poate duce la sancțiuni financiare semnificative sau chiar la sancțiuni legale pentru companii.
Companiile apelează din ce în ce mai mult la programe de întreținere predictivă, care încearcă să evite aceste consecințe prin eliminarea defecțiunilor neașteptate și, prin urmare, a timpilor de nefuncționare neplanificați. Un astfel de program monitorizează starea de sănătate și performanța utilajelor pentru a evalua care dintre acestea sunt mai susceptibile la defecțiuni și când. Înarmat cu aceste informații, personalul de întreținere poate investiga mai eficient starea unui utilaj, poate programa sarcinile de întreținere pentru a se adapta la programele de producție și poate efectua reparații înainte ca un utilaj să se defecteze.
Lucrul în acest mod poate produce unele beneficii semnificative, inclusiv:
- Costuri de întreținere – reduse cu 50%
- Defecțiuni neașteptate – reduse cu 55%
- Timpul destinat reparațiilor și reviziilor – redus cu 60%
- Stocul de piese de schimb – redus cu 30%
- Timpul mediu între defecțiuni (MTBF – Mean Time Between Failures) – crescut cu 30%
- Timpul de funcționare – crescut cu 30%
Conform Manualului inginerului specialist în instalații (Plant Engineer’s Handbook) (2001), o reducere cu 10% a costurilor de întreținere poate produce același beneficiu financiar cât o creștere cu 40% a vânzărilor pentru o fabrică tipică de producție.
Analiza vibrațiilor: un instrument cheie pentru întreținerea predictivă
Unul dintre principalele instrumente care poate furniza date pentru un program de întreținere predictivă constă în analiza vibrațiilor. Măsurarea vibrațiilor poate permite inginerilor să reacționeze în timp real la schimbările în starea unei componente și permite monitorizarea de la distanță a stării acesteia.
Tipul cel mai comun de senzori de vibrații este reprezentat de accelerometre, care trebuie să fie în contact direct cu mașina sau componenta măsurată. Accelerometrele piezoelectrice sunt cele mai utilizate din categoria accelerometrelor. Acestea sunt populare deoarece produc un semnal puternic și clar la majoritatea frecvențelor, deși accelerometrele piezorezistive, care produc variații ale rezistenței, sunt, de asemenea, din ce în ce mai frecvente.
Senzorii tip microfon sunt, de asemenea, populari. Aceștia pot detecta modificări în sunetele de înaltă frecvență și reprezintă o modalitate rentabilă de a furniza informații de bază, fiind adesea utilizați alături de accelerometre.
Tensometrele funcționează prin intermediul unei rețele conductoare de electricitate, care se deformează atunci când o componentă suferă vibrații. Aceste deformări modifică rezistența electrică a rețelei și, prin citirea timpului necesar pentru trecerea unui curent electric prin ea, se poate evalua vibrația obiectului.
Se pot utiliza, de asemenea, tehnici fără contact de analiză a vibrațiilor bazate pe, curenți turbionari (sau Foucault) și laser. Deoarece nu este nevoie să intre în contact cu echipamentul, acestea sunt ideale pentru utilizarea cu echipamente fragile.
Există, de asemenea, tehnici de analiză a vibrațiilor bine stabilite care pot fi utilizate în întreținerea predictivă, precum analiza accelerației maxime, analiza frecvenței și tehnicile de inteligență artificială. Unii furnizori pot asigura echipamente compacte de analiză a vibrațiilor capabile să ofere indicații privind problemele legate de vibrații la motoare, componente hidraulice și alte utilaje legate de producție.
IIoT stimulează adoptarea analizei vibrațiilor
Unul dintre factorii majori care determină implementarea senzorilor și tehnicilor de analiză a vibrațiilor este adoptarea continuă a Internetului industrial al Lucrurilor (IIoT). Pe măsură ce companiile de producție adoptă conectivitatea la nivelul întregii fabrici pentru a partaja date de la senzori și instrumente interconectate, accesarea și analiza datelor și introducerea acestora în programele de întreținere predictivă se face mai ușor. Acest lucru facilitează mai mult ca oricând încorporarea senzorilor de vibrații într-un program de monitorizare și întreținere și va duce, fără îndoială, la o mai mare varietate de opțiuni și la o mai mare adoptare a acestor dispozitive.
Reducerile de costuri generate de analiza vibrațiilor permit utilizatorilor de utilaje de producție, în special de dispozitive rotative, cum ar fi motoarele, pompele, compresoarele și turbinele, să profite din punct de vedere financiar de pe urma implementării acestei tehnologii.
Concepții greșite în analiza vibrațiilor
Există o serie de concepții greșite și neînțelegeri cu privire la analiza vibrațiilor și la necesitatea de a o introduce ca pilon important al unui program de întreținere predictivă. Acestea includ:
“Utilajele noastre nu vibrează, deci nu ne așteptăm ca ele să cedeze în curând.”
Toate mașinile vibrează și, deși este normal ca motoarele să genereze vibrații mici, vibrațiile mari sau orice schimbări în tiparul de vibrații al unui motor ar putea indica probleme. Vibrația totală experimentată de un motor poate fi pusă pe seama mai multor elemente. Cunoașterea acestor posibile cauze permite o mai bună diagnosticare a ceea ce se întâmplă cu motorul.
Una dintre cauzele principale ale vibrațiilor este orice dezechilibru într-un motor, adică un loc în care o greutate dezechilibrată se deplasează în jurul axei mașinii, provocând vibrații ale componentelor rotative. Aceste tipuri de dezechilibre pot fi cauzate de defecte de turnare, erori de prelucrare sau chiar probleme de întreținere, cum ar fi palele murdare ale ventilatorului.
Rulmenții pot fi o altă cauză majoră a vibrațiilor, rulmenții slăbiți putând duce la vibrații care se răspândesc la alte componente. Lipsa de lubrifiere, izolarea slabă sau contaminarea pot uza rapid componentele rulmenților, în timp ce o cale de rulare uzată a rulmenților poate crea mișcare de fiecare dată când un rulment trece peste zona deteriorată.
Angrenajele sunt, de asemenea, o sursă potențială de vibrații dacă devin nealiniate. Dinții uzați sau rupți ai angrenajelor se pot măcina unii pe alții, provocând o vibrație potențial periculoasă.
“Nu avem nevoie de o analiză a vibrațiilor – dacă mașinile noastre funcționează la cald sau fac zgomote neobișnuite, le putem investiga atunci.”
Așteptarea până când există semne ușor de detectat ale unei defecțiuni iminente este o economie falsă. Până atunci, o defecțiune catastrofală ar putea fi la doar câteva zile sau ore distanță. În schimb, un program de analiză a vibrațiilor executat corespunzător ar putea detecta o posibilă defecțiune cu multe luni înainte ca aceasta să se producă.
Figura 1 prezintă indicii detectabile ale unei defecțiuni într-o componentă și intervalele de timp în care aceste semne devin evidente. Indicatorii ușor de detectat, cum ar fi zgomotul și căldura excesivă, care pot fi percepute de oameni, sunt semne de defecțiune iminentă. Cu toate acestea, în momentul în care sunt detectate, poate fi prea târziu pentru a interveni, iar întreruperile de producție sau daunele catastrofale sunt perspective reale.
Dimpotrivă, schimbările în profilul de vibrații al unei componente sau al unei mașini pot fi detectate cu multe luni înainte de apariția unei defecțiuni.
Figura 1: Graficul prezintă diverși indicatori ai unei defecțiuni potențiale și intervalul de timp în care pot fi detectați cu diferite metode.
Multe departamente de întreținere a instalațiilor operează după o filozofie de funcționare până la defecțiune, fără a lua nicio măsură până când mașina nu se defectează efectiv. Prin urmare, costurile de întreținere și pierderile de producție sunt ridicate. În schimb, beneficiile detecției timpurii a vibrațiilor includ predictibilitatea, siguranța, costuri mai mici și o mai bună fiabilitate.
“Analiza vibrațiilor este prea dificilă și costisitoare.”
Analiza datelor privind vibrațiile necesită software, hardware, instruire, o infrastructură semnificativă de informații despre active și un program disciplinat. Deși analiza cea mai complexă a semnăturilor de vibrații cu cauze multiple ar putea fi lăsată mai bine în seama analiștilor specializați în vibrații, se pot face multe lucruri pentru a detecta problemele de bază cu echipamente relativ ieftine.
Un exemplu în acest sens este instrumentul de măsurare a vibrațiilor Fluke 805, un aparat ușor de utilizat care oferă citiri precise și repetabile. Acest aparat de măsură are o scală de severitate cu patru niveluri și un procesor încorporat care calculează starea rulmenților și vibrațiile generale folosind alerte scrise, la fel de ușor de înțeles.
Senzorii săi pot citi o gamă largă de frecvențe, de la 10 Hz până la 20.000 Hz, suficient de largă pentru a acoperi profilurile de vibrații ale majorității mașinilor și componentelor. 805 are o interfață simplă de utilizare care necesită doar introducerea intervalului de turații (RPM) și a tipului de echipament. Fluke oferă, de asemenea, testerul de vibrații 810, un instrument mai avansat, cu un motor de diagnosticare care utilizează o bază de date despre vibrații din lumea reală.
Deși sunt necesare anumite cheltuieli pentru a configura un program de analiză a vibrațiilor, costurile neefectuării unei analize a vibrațiilor pot fi semnificativ mai mari. De exemplu, o analiză realizată de ABB Motors a subliniat costurile potențiale care pot apărea în cazul în care un motor se defectează. Analiza a luat în considerare un motor de 315 kW cu o eficiență de 95,5% utilizat într-un proces continuu. La un cost al energiei de 11p/kWh și în condițiile în care motorul funcționează timp de 8 400 de ore pe an, costul de funcționare a motorului pe o durată de viață de 20 de ani ar fi de 6 094 704 £. Această sumă este extrem de mare în comparație cu prețul de achiziție tipic de 18.000 de lire sterline.
Cu toate acestea, costul nefuncționării motorului este la fel de semnificativ. Analiza a citat exemplul unui motor utilizat în industria petrolului și a gazelor naturale, în cazul căruia o singură defecțiune ar putea duce la pierderi de 220.000 de lire sterline pe oră. O singură defecțiune de 10 ore pe durata de viață de 20 de ani a unui motor ar duce la pierderi de 2,2 milioane de lire sterline.
Pierderi mari sunt, de asemenea, posibile în industrii precum cea auto, a turnării metalelor și a produselor alimentare și a băuturilor. Pierderile potențiale cauzate de timpii de nefuncționare neprogramați au determinat peste 70% dintre utilizatorii de motoare să menționeze fiabilitatea ca fiind prioritatea numărul unu a programelor lor de întreținere a motoarelor, potrivit Reliable Plant.
“Nu avem personalul necesar pentru a efectua analiza vibrațiilor.”
Dacă o organizație este suficient de mare pentru a avea o echipă dedicată fiabilității, atunci monitorizarea și analiza vibrațiilor ar trebui să facă parte din responsabilitățile acestei echipe. Tehnicienii de întreținere pot fi instruiți prin cursuri online conform standardului ISO 18436 pentru doar câteva sute de lire sterline. Unul dintre avantajele menținerii unui program intern de analiză a vibrațiilor este oportunitatea de a evalua tendințele din cadrul utilajelor. Personalul intern cunoaște mașinile, procesele, condițiile și istoricul și poate folosi aceste cunoștințe pentru a completa informațiile primite de la instrumentele de monitorizare.
Cu puțină pregătire și cu un echipament de monitorizare ieftin, pot fi colectate date care pot indica o stare de defecțiune. În cazul în care este necesară o analiză sofisticată, pot fi aduși consultanți specializați care să utilizeze tehnici mai avansate pentru a analiza probleme dificile.
“Procurarea echipamentelor de analiză a vibrațiilor este prea lungă și dificilă.”
Un număr din ce în ce mai mare de furnizori oferă echipamente specializate de monitorizare și analiză, ceea ce contribuie la generalizarea analizei vibrațiilor prin creșterea gradului de conștientizare a beneficiilor sale. Farnell oferă soluții de la o serie de furnizori, inclusiv Fluke, Kemet, Omron, Murata, Amphenol Wilcoxon, TE Connectivity și Rohm. Câțiva dintre acești furnizori au, de asemenea, resurse online pentru a oferi puncte de dovadă a analizei vibrațiilor și a aplicării sale practice.
“Uzina noastră se confruntă cu condiții dificile care împiedică utilizarea senzorilor de vibrații sensibili.”
Domeniile cu medii dificile, cum ar fi cele industriale, auto și aerospațiale, utilizează deja pe scară largă senzorii de vibrații. Deși acestea sunt industrii dificile, o analiză atentă a unor aspecte precum structura carcasei/conectorului, materialul elementului de detecție, condiționarea semnalului și cablarea a arătat că provocările nu sunt insurmontabile. Producătorii de renume pot oferi consultanță cu privire la soluții adecvate pentru majoritatea aplicațiilor. De fapt, cererea de senzori sofisticați care sunt, de asemenea, rezistenți la condiții meteorologice severe, cum ar fi senzorii MEMS, cu ultrasunete, fără fir și cu fibră optică, este în creștere.
Concluzie
În prezent, tot mai multe companii conștientizează necesitatea de a implementa un program de întreținere predictivă, în special pentru activele de producție critice. Analiza vibrațiilor este un element cheie pentru realizarea acestui pas. Numeroși producători și distribuitori de componente electronice oferă senzori, echipamente și software de analiză, asistență tehnică profesională și instruire pentru a ajuta clienții în orice etapă de dezvoltare.
Luând măsuri pentru a implementa un program de monitorizare și analiză a vibrațiilor ca parte a unui regim de întreținere predictivă la nivelul întregii companii, managerii fabricilor pot pune în aplicare un sistem care va aduce beneficii imense și de lungă durată, cum ar fi prevenirea timpilor de nefuncționare, reducerea costurilor, menținerea sănătății activelor, îmbunătățirea productivității și construirea unei reputații de furnizor de încredere.
Farnell element14 | ro.farnell.com
