Tendências atuais na manutenção de sistemas a vácuo - Industrial Heating
Tendências atuais na manutenção de sistemas a vácuo
Publicado por Geoff Humberstone em 13 de março de 2015
O retorno sobre o investimento pode ser maximizado pela redução de paradas não planejadas por meio de uma manutenção preditiva/preventiva
Por alguma razão desconhecida, sopradores e bombas primárias de vácuo sempre parecem travar, desenvolver vazamentos de óleos ou fazer barulhos estranhos na sexta-feira à tarde. Como resultado, a produção necessária é perdida ou, em um caso pior, toda a carga do forno vira sucata.
Com a manutenção preditiva, estes tipos de interrupções se tornarão raros. A manutenção preditiva exige retirar uma peça do equipamento, ainda funcionando, baseada em horas de serviço acumuladas e sinais de vibração do equipamento. O ponto-chave é parar o equipamento e fazer os devidos reparos antes que ocorra uma falha catastrófica. Esta é a alternativa mais barata em longo prazo porque as paradas para mudança são planejadas e os custos de reforma são mais baixos, já que, geralmente, poucas peças precisam ser substituídas. Esta é uma medida muito difícil para a gerência se a norma for "usar até que quebre".
É necessária uma abordagem em duas frentes para a manutenção preditiva:
• Uma análise da vibração em todo o equipamento rotativo;
• O uso de um checklist projetado de forma customizada para cada sistema de forno.
'Uma Análise Transformada Rápida de Fourier (TRF)'
Um nível de vibração de referência precisa ser estabelecido para todas as bombas primárias e sopradores (as bombas secundárias não se encaixam mais sobre isto depois). Geralmente, este teste especializado é feito por uma pessoa terceirizada. Ela anexará discos rígidos de coleta no motor e no final do equipamento rotativo para localizar a posição do acelerômetro durante a varredura da vibração. Desta forma, a geometria do coletor se torna fixa e não uma função de quem está fazendo a varredura. Para cada localização do coletor será plotada uma análise da Transformada Rápida de Fourier (TRF) com os dados de saída do acelerômetro.
A Fig.1 mostra um gráfico para o soprador reformado do tipo Roots (também conhecidos como bombas sopradoras) com 5 HP, funcionando a 85 Hz (5.100 rpm) sob carga. Nós determinamos que esta máquina deveria ter uma amplitude de velocidade desbalanceada primária de menos de 3 centímetros/segundo para assegurar uma vida aceitável ao equipamento reformado.
Os gráficos mostram uma amplitude de 2,99 cm/s em 5.009 rpm devido ao desbalanceamento primário do sistema do rotor/impulsor do motor. O "segundo pico" para velocidade de 1,22 cm/s e rotação de 9.931 rpm (segundo harmônico) é devido às características de fluxo do soprador de lóbulo rotativo sob carga (ou seja, dois picos de descarregamento por rotação). Os picos menores são devidos às frequências de passagem dos rolamentos nos anéis internos e externos. Estas amplitudes aumentarão no equipamento com o decorrer do tempo de corrida.
A Fig.2 apresenta os dados para a extremidade de acionamento de um soprador grande do tipo Roots com 30 HP (Leybold RA9001), operando com rotação de 1.800 rpm. Veja que o primeiro desbalanceamento de 1,5 cm/s ocorre para 1.757 rpm e que vários picos pequenos se estendem para até 7.470 rpm devido às vibrações rolamento/anel. A Fig.3 é a extremidade da engrenagem da mesma máquina mostrando um desbalanceamento primário ligeiramente menor.
As figuras formam uma base de dados da vibração e são enviadas junto ao equipamento. O cliente final fará suas próprias corridas e terá seus próprios gráficos para dados de referência. Para verificar se há problemas com os rolamentos, as varreduras deveriam ser feitas quadrimestralmente ou, ao menos, duas vezes ao ano. O objetivo é verificar quando precisa ser realizada a parada do equipamento. No caso do soprador maior apresentado, as paradas deverão ocorrer a cada 3 ou 4 anos sob uma operação 24 horas x 7 dias na semana (25.000 a 35.000 horas).
Uma linha do tempo precisa ser estabelecida e esta varredura pode ser feita de diversas formas. Uma forma simples é instalar medidores de hora de 120 VCA (Voltagem Corrente Alternada) através do acionador do motor selecionado. Se houver um sistema PLC (Controlador Lógico Programável) com um HMI (Interface Homem Máquina), uma "tela de manutenção" pode ser desenvolvida para mostrar as horas acumuladas em cada motor com sugestões para os intervalos de manutenção. Medidores de hora (480 VCA) estão disponíveis para se conectar diretamente por meio do motor da bomba ou do soprador, mas será necessário um recinto fechado montado próximo ao motor com fios interconectando.
Estes são os pontos cruciais para um programa de manutenção de sucesso. O checklist precisa ser feito para todos os subsistemas em um forno a vácuo típico. Eles são preenchidos semanalmente durante uma vistoria programada. Preste atenção aos barulhos novos, vazamentos de óleo das vedações dos eixos, vazamentos de ar comprimido, etc. Itens específicos a serem checados e efetuados:
• Correias de transmissão nas bombas;
• Níveis de óleo nas bombas primárias, condição do óleo (limpo ou esbranquiçado);
• Níveis de óleo nas cavidades de vedação de lábio nos sopradores, se equipadas com isso;
• Níveis de óleo nas extremidades do motor e engrenagem dos sopradores.
• Condição do acoplamento nos sopradores se for com acionamento direto (nós temos observado acoplamentos totalmente desengatados);
• Em Roots grandes de 10m e máquinas com engrenagens grandes, cheque a presença de bolsões nas extremidades do motor e da engrenagem, se necessário drene e anote;
• Drene os reservatórios de óleo nas bombas primárias – cheque a água e ajuste a válvula de lastro de gás, se necessário, para retirar a água contaminada;
• Drene qualquer óleo próximo aos separadores de névoa de óleo, se equipado com;
• Faça a exaustão da contrapressão durante o desbaste, se equipado com aferidores;
• Registre a temperatura do óleo nas bombas primárias;
• Registre o delta P do óleo nos filtros da bomba primária, se equipada com;
• Verifique se há áreas com misturas de óleo em torno das vedações dos eixos mecânicos ou vazamentos grosseiros de óleo;
• Nível de óleo na bomba difusora (verifique leituras quentes ou frias);
• Em bombas difusoras há um ejetor de linha anterior (modelos VHS 6-10, HS-16-20-35), sinta a temperatura no cotovelo da linha anterior e se assegure de que o motor do ejetor está funcionando e adequadamente dentro da linha anterior;
• Ouça barulhos nas engrenagens/rolamentos dos sopradores;
• Barulho de "batida de óleo" no pistão rotativo da bomba primária quando a paridade está OK. Se houver um "martelamento pesado" que não seja silenciado por um pequeno lastro de gás, há excesso de folgas/rolamentos ruins na bomba;
• Nível de óleo na linha de lubrificação do ar;
• Nível de óleo na unidade hidráulica, se equipado com.
Não ignore as bombas de retenção! Bombas pequenas de acionamento direto precisam ter uma pequena quantidade de óleo drenado para assegurar que ele não esteja polimerizado. Nós vimos falhas em bombas Leybold D25B que indicavam bom nível de óleo, mas o reservatório de óleo estava completamente cheio de óleo do tipo alcatrão.
A Fig.4 mostra o formulário de um checklist típico para um forno a vácuo. As linhas "data" e "técnico" precisam ser preenchidas. Problemas específicos podem ser anotados na área "notas". Este formulário foi feito para um forno tendo um par de bombas primárias MHV HS430 com filtração interna. Este é um primeiro esboço e precisará de alguma lapidação. Para a pesquisa, nós sugerimos duas técnicas para percorrer a lista. Isto levará de 15 a 20 minutos por forno. Assumindo que o óleo da bomba esteja em boas condições.
Diretrizes para a Manutenção Preventiva
A manutenção consiste da mudança do óleo/filtro, substituição da válvula/mola da válvula, etc. A Stokes recomenda uma troca de óleo a cada 300 horas de operação porque estas bombas não têm um sistema de filtração interno. Em um sistema 24×7, isto é somente de 12 a 13 dias! Se você aderir a esta frequência de troca de óleo, você verá a vida da bomba e os custos com óleo aumentarem. As trocas de óleo deveriam ser ditadas pelos resultados da análise do óleo e não pelas horas de operação. Um forno a vácuo para têmpera em óleo operando somente alguns dias por semana precisaria de troca de óleo na bomba primária a cada quatro meses. Nós recomendamos utilizar nas válvulas primárias óleo de motor com multiviscosidade com um detergente e um pacote contra ferrugem/oxidação no pistão rotativo e na palheta. Uma pressão de base mais alta nestes óleos não é um problema visto que a maioria das aplicações envolvem um soprador lóbulo rotativo em frente à bomba. Isto faria o vácuo base da entrada do soprador somente alguns microns abaixo daquele obtido com a bomba a óleo com vácuo destilado com um pacote de aditivos mínimo ou nenhum.
As mudanças de válvulas clapper e molas devem ser anuais em bombas de pistão rotativo operando ano após ano. Faria sentido converter estas válvulas do tipo clapper para uma válvula de assento para eliminar as chances de ingestão da mola da válvula.
A frequência normal de troca de óleo em um soprador de lóbulos rotativos é de uma a duas vezes por ano, mas nós temos visto aplicações com ingestão de partículas de refratários pesados que requerem trocas de óleo semanais para manter a vida das engrenagens e rolamentos aceitável!
Os grandes sopradores a vácuo Roots têm quatro selos mecânicos lubrificados sob pressão. O vazamento normal de óleo pelo selo termina na cavidade do selo localizada na base da placa frontal. Estes bolsões precisam ser drenados para remover o óleo acumulado. Se você precisa drenar cerca de um quarto de óleo por semana, os selos mecânicos precisarão ser substituídos. Se a drenagem não for feita, o nível de óleo aumentará e transbordará por meio dos pescoços dos impulsores dentro do cilindro. Este óleo, eventualmente, pode acabar dentro da bomba primária.
As bombas difusoras deveriam ser removidas a cada 1 ou 2 anos, desmontadas e recobertas com jato de vidro. Após a remoção da montagem do jato, colocar a bomba no chão de forma que dê um fácil acesso para as chapas aquecedoras e da caldeira.
Neste momento, as chapas da caldeira podem ser inspecionadas quanto a uma curvatura excessiva (nós permitimos no máximo 9,5 mm no HS35 antes de recomendar uma nova chapa para a caldeira). Nós também recomendamos o uso dos aquecedores OEM-style porque eles se conformam melhor ao prato da chapa da caldeira do que o substituto em ferro fundido.
• Para as conexões dos aquecedores são recomendados os cabos para alta temperatura #10-538 com ressaltos Panduit P10-10RHT6-D. Isole a junção fio/conector com a fita Scotch #27.
• Verifique a corrente dos aquecedores nas três pernas. Correntes desbalanceadas significam um aquecedor aberto. Substitua o conjunto completo de aquecedores.
• A ausência dos fixadores na chapa da caldeira precisa ser corrigida por solda TIG para manter a força adequada de travamento.
• As linhas de resfriamento precisam ter a pressão nivelada com uma solução 50-50 de água quente e ácido muriático. Circule esta solução com uma bomba de diafragma plástica operada ao ar e um êmbolo de bomba com 19 litros por uma hora ou duas. Então, nivele com água limpa.
• Após a reinstalação, evacue e cheque se há vazamento de hélio nas buchas da tampa fria e tubulações, se aplicável. O vazamento de água interna na tampa fria arruinará a base do vácuo na bomba.
Nota: as bombas da série Leybold DIF têm cartuchos aquecedores, os quais podem ser extremamente difíceis de serem removidos.
Conjunto de Sensores para Bombas Stokes 412-Style
Nós fornecemos um conjunto alimentado que permite a comunicação da fábrica com a bomba via um IP de rede. A Fig.5 (imagem introdutória) mostra tal conjunto. A Fig.6 mostra o PLC Allen Bradley MicroLogix 1100 que fará a interface com o IP de rede. Isto permite o monitoramente da temperatura do óleo da bomba, o nível e a pressão da linha. Um sensor de proximidade sente a rotação do volante e avisa sobre falhas na correia de transmissão. Luzes-piloto permitem uma inspeção fácil da operação da bomba durante uma vistoria.
Para mais informações: Geoff Humberstone, Mettalurgical High Vacuum Corporation, Fennville, (Ml) – EUA. tel: +1 269-543-4291; e-mail: geoff-h@methivac.com; www.methivac.com
Fig.1. Gráfico para um soprador reformado Roots-type 5-HP a 85Hz (5.100 rpm) sob carga
Fig.2. Extremidade de acionamento de soprador grande Roots-type 30-HP (Leybold RA9001) operando a 1.800 rpm
Fig.3. Acionamento da engrenagem do mesmo equipamento mostrando um leve desbalanceamento primário
Fig.4. Formulário típico para a checagem de um forno a vácuo
Fig.5. Conjunto hidráulico acionado por motor, com comunicação entre a fábrica e a bomba via um IP de rede
Fig.6. O Allen Bradley MicroLogix 1100 PLC que permitirá a interface com o IP de rede
Mettalurgical High Vacuum Corporation, Fennville, (Ml) - EUA. tel: +1 269-543-4291; e-mail: geoff-h@methivac.com; www.methivac.com