Para monitorar a condição de máquinas alternativas, também conhecidas como compressores de pistão, os métodos tradicionais de medição de vibração foram aplicados por muito tempo. No entanto, ficou claro que essas medições não são confiáveis para monitorar a condição desse tipo de maquinário. Portanto, foram desenvolvidas técnicas que são especificamente adequadas para monitorar máquinas alternativas. Uma dessas técnicas é o monitoramento da queda da haste, em que se monitora a queda da haste do pistão como resultado do desgaste das bandas de deslocamento. Uma banda de deslocamento é o componente que faz com que o pistão deslize pela câmara do cilindro sem danificar a parede do cilindro. Com o passar do tempo, essas bandas se desgastam. Ao monitorar a queda da haste do pistão, é possível determinar quando a banda do cavaleiro precisa ser substituída antes que ocorram danos. O monitoramento da queda da haste contribui para uma estratégia de manutenção baseada em condições (CBM) ou manutenção preditiva.
Medições de queda da haste
O monitoramento da queda da biela é aplicado a máquinas alternativas que utilizam anéis de apoio para sustentar o pistão dentro do cilindro. O objetivo do monitoramento da queda da biela é determinar o desgaste desses anéis de apoio. O desgaste desses anéis pode levar ao contato (atrito) entre o pistão e a parede do cilindro, causando danos. O monitoramento do desgaste das faixas de apoio permite que os operadores programem com eficiência a substituição dessas faixas durante uma parada programada para manutenção ou inatividade já agendada. Além disso, a detecção precoce do desgaste das faixas de apoio dá ao operador tempo para desligar a máquina antes que ocorram danos excessivos e falhas (perigosas) na máquina.
Para detectar o desgaste nas faixas do piloto, a posição (em relação ao ponto de referência) do pistão precisa ser monitorada. Entretanto, medir a queda real do pistão é muito difícil devido à alta pressão na câmara de pressão. Em vez de medir a queda real do pistão, mede-se a queda da haste do pistão, o que é muito mais acessível. O monitoramento da queda da haste fornece informações sobre a condição das bandas do cavaleiro, monitorando as alterações na posição da haste do pistão.
Métodos
Em geral, dois métodos principais são distinguidos para o monitoramento de queda de haste:
Medições com sonda de proximidade
Nas medições com sonda de proximidade, a sonda é montada verticalmente acima ou abaixo da haste do pistão. Uma sonda de proximidade funciona usando a tecnologia eddy current, que mede a distância entre o sensor e um objeto metálico. No caso de uma medição de queda de haste, ela mede a distância entre o sensor e a haste do pistão. Quando a haste do pistão se move em relação ao sensor, a alteração na distância (posição da haste do pistão) é detectada. Essas medições possibilitam determinar a posição da haste do pistão e, em seguida, as medições são usadas para criar tendências. Essa tendência é então usada para prever quando as bandas de rodagem estão próximas do desgaste e precisam ser substituídas.
Medições mecânicas
Em geral, dois métodos mecânicos são distinguidos para o monitoramento de queda de haste. O primeiro método usa um bloco de material abrasivo com um espaço interno que contém nitrogênio. Esse bloco é colocado diretamente sob a haste do pistão. Quando a haste do pistão cai em decorrência do desgaste da banda de acionamento, o bloco se desgasta até o ponto em que o nitrogênio escapa. Esse vazamento de nitrogênio causará uma diminuição no fornecimento de pressão, levando a um alarme ou ao desligamento da máquina.
O segundo método mecânico para o monitoramento da queda da haste envolve um tipo de rolete que é montado sob a haste do pistão. Quando a faixa de rodagem se desgasta, a haste do pistão cai gradualmente até o ponto em que toca o rolete. Após o contato entre a haste do pistão e o rolete, o rolete começará a girar, o que significa que, como no outro método mecânico, haverá vazamento de nitrogênio. Da mesma forma, esse vazamento de nitrogênio causará uma diminuição no fornecimento de pressão, levando a um alarme ou ao desligamento da máquina.
A maior desvantagem dos sistemas mecânicos de queda de haste é a incapacidade de fazer medições e de usar essas medições para criar tendências. A única coisa que esses sistemas mecânicos fornecem é um alarme que é acionado quando as faixas do cavaleiro estão gastas. Não há indicação do grau de desgaste da faixa do cavaleiro. Um sensor de proximidade mede a queda real da haste do pistão e, portanto, o grau de desgaste da fita do cavalete. Usando as medições do sensor de proximidade, é possível criar uma tendência, o que permite um melhor planejamento de manutenção (CBM).
Premissas
Há algumas suposições que devem ser atendidas para que se obtenha uma medição confiável da queda da haste. A suposição básica para o monitoramento da queda da haste é que o pistão se inclina na parte inferior do cilindro devido à força gravitacional. Portanto, pode-se presumir que uma mudança na posição da haste do pistão é proporcional à mudança na posição do pistão, devido ao desgaste da faixa de rolamento. Também é preciso presumir que a única coisa que altera a posição da haste do pistão é o efeito do desgaste da faixa do cavalete.
A suposição de que a alteração na posição da haste do pistão é proporcional à alteração da posição do pistão vem do princípio de triângulos semelhantes. Esse princípio é exibido esquematicamente na figura abaixo.
Quando uma sonda de proximidade é usada para o monitoramento da queda da haste, a medição pode ser corrigida com o uso de um determinado fator de correção. Esse fator de correção baseia-se na relação resultante da diferença entre a queda medida da haste do pistão (B1) e a queda real do pistão (B2). Ao aplicar esse fator de correção à medição da queda da haste, o desgaste real da banda do cavaleiro será exibido. Entretanto, a aplicação desse fator de correção pode causar problemas. Quando ocorrer um erro de medição, esse valor medido incorreto será corrigido com o fator de correção, resultando em uma visão errada do desgaste real da faixa de rolamento. Portanto, é muito importante que sejam feitas medições confiáveis. Vários fatores que influenciam a confiabilidade das medições de queda da haste são discutidos a seguir.
Instalação e aplicação; pontos de atenção
A instalação do sensor é fundamental para uma medição confiável. Listamos os 5 pontos de interesse mais importantes:
É fundamental que o sensor seja montado o mais próximo possível do cilindro. Isso vale tanto para sensores de proximidade quanto para sensores mecânicos. Isso minimiza o efeito que ocorre quando se aplica o fator de correção mencionado anteriormente a um erro de medição. Quanto mais próximo o sensor estiver montado do pistão, menor será o impacto dos erros de medição.
Para pistões maiores, a expansão térmica, no período entre um desligamento a frio e um processo ativo, pode diferir significativamente. Portanto, recomenda-se alinhar o alinhamento do cilindro na parte inferior da cruzeta para que haja espaço para a expansão térmica. Assim que o pistão se expandir radialmente devido ao calor, a haste do pistão será levantada em relação ao sensor de queda da haste. Isso deve ser levado em conta ao instalar e determinar a posição do sistema de queda da haste.
A suposição de que o pistão se inclina na parte inferior do cilindro devido à gravidade não é uma suposição realista para pistões de pequeno diâmetro. Para pistões com diâmetro pequeno (menos de 150 mm), uma grande parte da haste do pistão está localizada na carcaça do cilindro. O alinhamento inadequado ou os efeitos na carcaça do cilindro podem levar a um pistão flutuante. As forças radiais não abaixam o pistão, mas uma combinação de forças empurra o pistão para cima ou para o lado. Se isso ocorrer, você pode optar por colocar duas sondas de proximidade, em que uma mede horizontalmente e a outra verticalmente (sondas X-Y).
O comprimento da haste do pistão também pode afetar a medição. Quanto mais longa for a haste do pistão, maior será a probabilidade de ela ser flexível até certo ponto. Esse é especialmente o caso de pistões com diâmetro grande. A flexibilidade da haste do pistão pode afetar a medição da queda da haste. Para reduzir o efeito da flexão da haste do pistão na medição da queda da haste, o sinal da sonda de proximidade pode ser medido em um ponto fixo durante a rotação do virabrequim. Isso é conhecido como acionamento por fase; uma referência de fase é definida na qual a medição é acionada.
É importante que a sonda seja montada de forma que não esteja sujeita a expansão térmica ou vibração. Se a sonda se mover em relação à haste do pistão, a medição não será confiável. Além disso, é importante que os pistões com diâmetro grande coloquem uma sonda que tenha uma faixa maior. Quando houver expansão térmica, a haste do pistão não se moverá para fora da faixa da sonda de proximidade.
Módulo de queda de haste acionada - RecipSys 200
O Módulo de Queda de Haste Acionada de dois canais (RecipSys 200) foi desenvolvido pela Istec International e é adequado para monitorar a condição das faixas de apoio do pistão de uma máquina alternativa. “Acionada” significa que a medição da queda da haste ocorre em um ponto fixo durante a revolução do virabrequim. Como resultado, é possível estabelecer uma tendência confiável no devido tempo. Muitos sistemas existentes de queda da biela fazem parte de um sistema maior, adequado para aplicações de grande porte, e, portanto, exigem um investimento oneroso. O RecipSys 200, por outro lado, é muito econômico e, portanto, aplicável a aplicações de pequeno, médio e grande porte.
