Melhorar a fiabilidade eletromecânica utilizando o ESA

Figura 1. Avarias comuns do motor (CF=Frequência central, RS = Velocidade de funcionamento, LF=Frequência de linha)

A Análise de Assinatura Eléctrica (ESA) é uma tecnologia de manutenção preditiva (PdM) que utiliza a tensão de alimentação do motor e a corrente de funcionamento para identificar falhas existentes e em desenvolvimento em todo o sistema do motor. Estas medições funcionam como transdutores e quaisquer perturbações no sistema do motor provocam a variação (ou modulação) da corrente de alimentação do motor. Ao analisar estas modulações, é possível identificar a origem destas perturbações do sistema motor. O teste de motores energizados utilizando o ESA fornecerá informações valiosas para motores AC de indução e DC, geradores, motores de rotor bobinado, motores síncronos e motores de máquinas-ferramenta utilizados para testes PdM, colocação em funcionamento e resolução de problemas.

As formas de onda de corrente e de tensão são recolhidas utilizando o instrumento portátil ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) ESA e, em seguida, através de uma análise Fast Fourier, o técnico é capaz de avaliar o estado elétrico e mecânico do sistema do motor.

As avarias do sistema do motor (quer estejam relacionadas com a alimentação de entrada, com a parte eléctrica ou mecânica do motor, com o acoplamento mecânico ou com a carga accionada) têm todas assinaturas únicas quando se utilizam técnicas de AEE (ver Figura 1). Assim, com informações sobre o motor e o sistema do motor, são identificadas as frequências de falha relevantes e todo o sistema pode ser avaliado.

São reveladas numerosas indicações de desempenho nos domínios do tempo e da frequência que fornecem as informações necessárias para determinar a “saúde” do motor e o impacto da carga fornecida. Isto permite “ver” a verdadeira velocidade de funcionamento, a frequência de escorregamento do motor, a frequência da malha da engrenagem, os componentes da unidade de tração e as velocidades de rotação das engrenagens.

As transformadas rápidas de Fourier (FFT) são utilizadas para criar um espetro de alta e baixa frequência. Os picos destes espectros correspondem às velocidades de rotação dos diferentes componentes da máquina. Por exemplo, no caso de uma ventoinha accionada por um motor elétrico através de uma correia, os picos correspondem à velocidade do motor, à frequência de passagem dos pólos, à velocidade da ventoinha e à velocidade da correia. Se for utilizada uma caixa de velocidades em vez de uma transmissão por correia, aparecerão picos espectrais na velocidade de rotação das engrenagens e nas frequências de engrenamento das engrenagens.

Realização de análises de assinaturas eléctricas

Os dados da placa de identificação não são necessários durante o processo de recolha de dados, mas a análise automática pode ser efectuada introduzindo a tensão da placa de identificação do motor, a velocidade de funcionamento, a potência nominal e a corrente de carga total durante o processo de análise. As falhas comuns do sistema mecânico entre o motor e a carga devido ao desgaste e à aplicação incluem o desalinhamento da correia ou da transmissão direta, o desgaste da correia ou do inserto, problemas de tensão da correia e desgaste da roldana. A carga pode ter vários tipos de falhas, consoante o tipo de carga. As mais comuns são as peças gastas (por exemplo, vedantes), componentes partidos (engrenagens, ventoinha, pás do impulsor, etc.) e rolamentos.

O software do SCE permite que o técnico introduza informações sobre o sistema mecânico (ver Figura 2) e, em seguida, as frequências relevantes são automaticamente calculadas (o software fornece cursores para localizar essas frequências nos espectros). A análise do equipamento acionado inclui equipamento com correias, engrenagens e pás. Note-se que as informações sobre o sistema mecânico não são necessárias para a análise eléctrica e mecânica do motor e só são relevantes quando é necessário analisar a carga mecânica.

Figura 2. O software de análise da assinatura eléctrica automatiza os cálculos e fornece cursores de frequência

Como exemplo, vejamos os dados de baixa frequência de um ventilador do coletor de pó 1 que é acionado por um motor de indução de 150 quilowatts, 400 volts, 260 amperes e 1485 RPM (ver Figura 3). Repare no pico BLT – é a frequência da correia, ou a velocidade da correia. Existem múltiplos da BLT, que são mostrados em ambos os espectros. Os espectros inferiores mostram o pico da frequência da linha e que existem bandas laterais em ambos os lados da frequência da linha que estão na frequência BLT. O facto de estarem presentes frequências de correia, especialmente a 4,3 Amps, é significativo. As bandas laterais são avaliadas pelo facto de estarem presentes. Além disso, múltiplos da frequência da correia – por isso, suspeito de algum(ns) problema(s) com este coletor. No entanto, o técnico que recolheu estes dados e efectuou a análise inicial optou por monitorizar esta máquina em vez de efetuar mais inspecções ou testes.

Figura 3. Este ventilador de recolha de pó é acionado por um motor de indução de 150 quilowatts, 400 volts, 260 amperes e 1485 RPM.

Foi também testada uma máquina irmã, a Dust Collector Fan 2. Na Figura 4, repare que a carga do motor é inferior à do Ventilador 1 (194A vs. 220A), mas o pico da BLT é de 8,3A; enquanto que o Ventilador 1 tinha um pico de apenas 4,3A. A partir deste teste inicial, não podemos concluir que se trata de um problema grave, mas sim de um sinal de aviso de que algo está diferente nesta máquina em comparação com a primeira.

Figura 4. Resultados do ensaio do ventilador do coletor de pó 2.

Como estes dados foram recolhidos durante a fase de deteção do processo de trabalho PdM, o passo seguinte é iniciar a fase de análise. Como parte da fase de análise, o técnico fez uma inspeção visual rápida de ambas as máquinas e notou que a correia da ventoinha 2 tem um movimento excessivo em comparação com a ventoinha 1. O passo seguinte é efetuar algum trabalho adicional que pode incluir a recolha de dados adicionais com a ESA ou a utilização de outros instrumentos como parte da fase de análise.

Conclusão

O motor elétrico é um excelente transdutor quando se utiliza a Análise da Assinatura Eléctrica, uma vez que é possível avaliar a potência de entrada, o estado elétrico e mecânico do motor e a carga accionada. No que diz respeito à qualidade da energia, controlos, estado do estator e do rotor, folgas de ar, rolamentos, alinhamento e carga, uma falha em desenvolvimento pode ser detectada e acompanhada para fins de Manutenção Preditiva – mas é necessário ter primeiro o equipamento certo para efetuar a Análise da Assinatura Eléctrica.

Esta história de aplicação é a primeira parte de uma série de três partes sobre a utilização do SCE para avaliar o estado de sistemas mecânicos accionados por motores.

Para mais informações, visite www.alltestpro.com.

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