Para monitorar a condição de máquinas alternativas, também conhecidas como compressores de pistão, 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 dessas máquinas. Portanto, foram desenvolvidas técnicas especificamente adequadas para monitorar máquinas alternativas. Uma dessas técnicas é o monitoramento da queda da haste do pistão, em que é monitorada a queda da haste do pistão como resultado do desgaste das bandas de deslizamento. Uma faixa deslizante é o componente que permite que o pistão deslize pela câmara do cilindro sem danificar a parede do cilindro. Com o tempo, essas faixas deslizantes se desgastam. Ao monitorar a queda da haste do pistão, é possível determinar quando a faixa deslizante precisa ser substituída antes que ocorram danos. O monitoramento da queda da haste contribui para uma estratégia de manutenção baseada na condição (CBM), ou manutenção preditiva.
Medições com haste de queda
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 dessas faixas de apoio 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 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 desgaste nas faixas de deslizamento, é necessário monitorar a posição (em relação ao ponto de referência) do pistão. No entanto, 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 viável. O monitoramento da queda da haste fornece informações sobre a condição das bandas de deslizamento por meio do acompanhamento das mudanças na posição da haste do pistão.
Métodos
De modo geral, distinguem-se dois métodos principais para o monitoramento da queda da 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 utilizando a tecnologia de corr eddy current s, que mede a distância entre o sensor e um objeto metálico. No caso de uma medição de queda da 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 variação na distância (posição da haste do pistão) é detectada. Essas medições permitem determinar a posição da haste do pistão; em seguida, os dados são utilizados para a análise de tendências. Essa tendência é então usada para prever quando as faixas de deslizamento estão prestes a se desgastar e precisam ser substituídas.
Medições mecânicas
Geralmente, distinguem-se dois métodos mecânicos para o monitoramento da queda da haste. O primeiro método utiliza 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 como resultado do desgaste da faixa de apoio, o bloco se desgasta até um ponto em que o nitrogênio escapa. Esse vazamento de nitrogênio causará uma diminuição no fornecimento de pressão, levando a um alarme ou à parada da máquina.
O segundo método mecânico para monitoramento da queda da haste envolve um tipo de rolo montado sob a haste do pistão. Quando a faixa de deslizamento se desgasta, a haste do pistão desce gradualmente até um ponto em que toca o rolo. Ao entrar em contato entre a haste do pistão e o rolo, este começa a girar, o que significa que, assim como no outro método mecânico, ocorre 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 realizar medições e utilizar essas medições para análise de tendências. A única função desses sistemas mecânicos é acionar um alarme quando as faixas de desgaste estão desgastadas. Não há indicação do grau de desgaste da faixa de proteção. Um sensor de proximidade mede a queda real da haste do pistão e, portanto, o grau de desgaste da faixa de proteção. Com base nas medições do sensor de proximidade, é possível traçar uma tendência, permitindo um melhor planejamento da manutenção (CBM).
Suposições
Existem algumas premissas que devem ser atendidas para se obter uma medição confiável da queda da haste. A premissa básica para o monitoramento da queda da haste é que o pistão se apoia no fundo do cilindro devido à força gravitacional. Assim, pode-se supor que uma mudança na posição da haste do pistão é proporcional à mudança na posição do pistão, devido ao desgaste da faixa de deslizamento. Também deve-se supor que o único fator que altera a posição da haste do pistão é o efeito da faixa de deslizamento desgastada.
A suposição de que a variação na posição da haste do pistão é proporcional à variação na posição do pistão decorre do princípio dos triângulos semelhantes. Esse princípio é apresentado esquematicamente na figura abaixo.
Quando um sensor de proximidade é utilizado para o monitoramento da queda da haste, a medição pode ser corrigida por meio de um determinado fator de correção. Esse fator de correção baseia-se na razão 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 faixa do anel de vedação será exibido. No entanto, a aplicação desse fator de correção pode causar problemas. Quando ocorre um erro de medição, esse valor medido incorreto será corrigido com o fator de correção, resultando em uma visão equivocada do desgaste real da faixa de deslizamento. Portanto, é muito importante que sejam realizadas medições confiáveis. Vários fatores que influenciam a confiabilidade das medições da queda da haste são discutidos a seguir.
Instalação e aplicação; pontos a serem observados
A instalação do sensor é crucial para uma medição confiável. Listamos os 5 pontos mais importantes a serem considerados:
É fundamental que o sensor seja montado o mais próximo possível do cilindro. Isso se aplica tanto a sensores de proximidade quanto a sensores mecânicos. Isso minimiza o efeito que ocorre ao aplicar o fator de correção mencionado acima a um erro de medição. Quanto mais próximo do pistão o sensor estiver montado, menor será o impacto dos erros de medição.
Para pistões maiores, a expansão térmica, no período entre uma parada a frio e um processo ativo, pode variar significativamente. Portanto, recomenda-se ajustar o alinhamento do cilindro na parte inferior da cruzeta, de modo que haja espaço para a expansão térmica. Assim que o pistão se expandir radialmente devido ao calor, a haste do pistão será elevada em relação ao sensor de queda da haste. Isso deve ser levado em consideração ao instalar e determinar a posição do sistema de queda da haste.
A suposição de que o pistão se apoia no fundo do cilindro devido à gravidade não é realista para pistões de pequeno diâmetro. Para pistões de pequeno diâmetro (menos de 150 mm), grande parte da haste do pistão está localizada no corpo do cilindro. O alinhamento inadequado ou efeitos no corpo do cilindro podem levar a um pistão flutuante. As forças radiais não empurram o pistão para baixo, mas uma combinação de forças o empurra para cima ou para o lado. Se isso ocorrer, é possível optar por instalar dois sensores de proximidade, sendo que um mede horizontalmente e o outro verticalmente (sensores 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 apresentar alguma flexibilidade. Isso ocorre especialmente no caso de pistões de grande diâmetro. 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 do sensor de proximidade pode ser medido em um ponto fixo durante a rotação do virabrequim. Isso é conhecido como acionamento por fase; define-se uma referência de fase na qual a medição é acionada.
É importante que a sonda seja montada de forma a não estar sujeita à expansão térmica ou à vibração. Se a sonda se mover em relação à haste do pistão, a medição se tornará não confiável. Além disso, para pistões de grande diâmetro, é importante utilizar uma sonda com faixa de medição maior. Quando houver expansão térmica, a haste do pistão não sairá da faixa de alcance da sonda de proximidade.
Módulo de Queda de Haste Acionada – RecipSys 200
O Módulo de Queda de Haste Acionado 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. “Acionado” significa que a medição da queda da biela ocorre em um ponto fixo durante a revolução do virabrequim. Como resultado, é possível estabelecer uma tendência confiável no devido tempo. Muitos sistemas de queda de biela existentes fazem parte de um sistema maior, adequado para grandes aplicações, 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.
