Uma usina siderúrgica evita falhas catastróficas com monitoramento de condições

Jul 01, 2023

À medida que a Indústria 4.0 se move rapidamente do reino das ideias para a realidade, grandes avanços foram feitos no uso da tecnologia industrial da Internet das Coisas (IIoT) para conduzir uma operação e manutenção de fábrica mais inteligentes e eficientes. Por exemplo, uma siderúrgica integrada no sudeste dos Estados Unidos percebeu o valor de investir nessa tecnologia depois de enfrentar repetidos desafios com quatro de suas bombas submersíveis.

Apesar de serem uma pequena parte do sistema, essas bombas submersíveis desempenham um papel vital no processo de fabricação do aço. No entanto, como eles experimentaram um curto tempo médio entre falhas (MTBF) e foram propensos a falhas inesperadas, eles representam um risco para a produção.

Cansada de gastar dinheiro e tempo em reparos de emergência, a fábrica tomou a iniciativa de instalar um sistema de monitoramento de condições sem fio que forneceu uma visão clara da integridade do equipamento. Este sistema permitiu prever falhas iminentes com tempo suficiente para minimizar os danos. Com aviso prévio, eles podem agora desenvolver um plano de ação cuidadosamente considerado para reformar o equipamento.

As bombas submersíveis em causa foram instaladas numa fossa de águas residuais do sistema de desaguamento; todas as quatro bombas foram necessárias para a operação manter o poço em um nível de água aceitável. A instalação apresentou problemas de confiabilidade desde a inicialização, com o MTBF médio sendo inferior a seis meses. Se alguma das bombas falhasse, as bombas restantes não poderiam esvaziar satisfatoriamente o poço. O modo de falha foi historicamente tão grave que um reparo não foi possível e/ou econômico.

A siderúrgica contratou uma empresa de reparos de serviços pós-venda para examinar o projeto e analisar por que o equipamento estava apresentando essas falhas recorrentes. A equipe de engenharia examinou atentamente o projeto da bomba e a interação das bombas e seu sistema para identificar os pontos fracos do projeto.

O estudo concluiu que o poço instalado da bomba estava subdimensionado para as condições de operação exigidas. Infelizmente, as condições não podiam ser alteradas, e redesenhar o poço seria um esforço caro e demorado. Após cuidadosa consideração, a fábrica decidiu que não era viável alterar o projeto do sistema. Compreendendo que a causa raiz da degradação da bomba não poderia ser abordada, a equipe de manutenção da siderúrgica buscou uma tecnologia que pudesse ajudar a mitigar a natureza inesperada das falhas para gerenciar seu custo e impacto geral. No entanto, como eram bombas submersíveis, os meios para avaliar com precisão a integridade do equipamento eram um desafio. Felizmente, uma solução foi proposta para a fábrica que permitiria avaliar a integridade do equipamento e avaliar o risco da operação contínua. Esta solução foi um sistema de monitoramento de condição sem fio.

As bombas submersíveis são frequentemente negligenciadas quando se trata de monitoramento de condições. Eles estão submersos, inacessíveis para a maioria dos instrumentos, e muitas vezes são considerados como um ativo que corre até a falha. Os indicadores de vazamento de vedação e os controles de sobrecarga do motor melhoraram ao longo dos anos, mas as tendências de condição mecânica permanecem incomuns. Isso é agravado pelo fato de que muitos novos sistemas de monitoramento IIoT no mercado não desenvolveram um meio viável de coleta automatizada de dados em equipamentos submersos.

Com esses desafios em mente, foi desenvolvida uma solução que usa acelerômetros com fio conectados a um transmissor sem fio acima do solo. Esses acelerômetros submersíveis e dispositivos de comunicação sem fio foram fornecidos à siderúrgica para monitorar melhor o desempenho mecânico na condição submersa. Os níveis de vibração em tempo real na bomba e no motor foram coletados continuamente usando este sistema. Os dados coletados foram transmitidos sem fio para a nuvem para acesso remoto, armazenamento e análise de forma automatizada, com medições realizadas em intervalos de alta frequência.

O monitoramento fornecido foi além do hardware e do software para aproveitar a experiência humana da equipe de engenharia da empresa de serviços pós-venda. Esses engenheiros e o usuário final trabalharam juntos para avaliar os níveis de vibração mecânica, correlacionar os dados com o nível de submersão e outros parâmetros hidráulicos e detectar os primeiros sinais de degradação em rolamentos e outros componentes.