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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

[email protected]


Consultoria Ltda.


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


Consultoria Ltda.


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



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• Suspeita de problemas de turbulência no interior do compressor



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• Detectado e solucionado o problema na válvula anti-surge

Instabilidade devido a surge/stall

Após troca da Anti-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

http://www.dell.com/us/en/biz/products/model_precn_precn_350.htm




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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


Consultoria Ltda.


• 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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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


Consultoria Ltda.


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


Consultoria Ltda.


Desafio


Consultoria Ltda.


FIM

Muito Obrigado!!!!

Eng. Daniel Teodoro de Oliveira Morais

[email protected]

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