Compreendendo a análise de ultrassom
Análise de ultrassons - também designado por ultra-sons aéreos e de estruturas - é um monitoramento de condições tecnologia que detecta sons de alta frequência muito acima do alcance da audição humana. Normalmente, as pessoas conseguem ouvir até cerca de 20 kilohertz (kHz); os instrumentos de ultra-sons são concebidos para detetar sons na faixa dos 20 kHz a 100 kHz. Estas emissões de alta frequência são geradas por fricção, turbulência e arcos eléctricos - três coisas que quase sempre acompanham uma falha em desenvolvimento. O instrumento detecta os ultra-sons, converte-os num sinal audível ouvido através de auscultadores e mede a sua intensidade (amplitude), que é apresentada como um nível de decibéis (dB). Com efeito, permite a um inspetor “ouvir” problemas que, de outra forma, seriam completamente silenciosos, tornando-o um complemento poderoso para análise de vibração e termografia num moderno manutenção preditiva programa.
1. Definição: O que é Análise de Ultrassom?
Na sua essência, a análise de ultra-sons consiste em captar a energia acústica que o ouvido humano não consegue registar. A física é importante aqui: as ondas ultra-sónicas têm um comprimento de onda curto e são altamente direcionais, atenuando-se rapidamente com a distância e através de barreiras sólidas. É precisamente isto que torna a técnica tão útil para a inspeção - porque o som desaparece rapidamente, a leitura mais alta aponta de forma fiável para a fonte, permitindo que um inspetor identifique com confiança uma fuga ou um contacto defeituoso.
Os ultra-sons são gerados sempre que existe fricção (um rolamento seco ou danificado), turbulência (fuga de gás através de um pequeno orifício) ou descarga eléctrica (arco voltaico, rastreio e corona). O instrumento detecta esta emissão com um sensor aéreo (um microfone ultrassónico) ou um sensor de contacto (um guia de ondas pressionado contra uma superfície para captar o som transmitido pela estrutura). O sinal captado é então condicionado e apresentado ao inspetor como um tom audível e um nível numérico de dB, pelo que o diagnóstico combina um ouvido treinado com uma medição objetiva e tendencial.
2. Como funciona: Heteródino
A tecnologia central dentro de um instrumento de ultrassom é chamada heterodinação. Este é um processo eletrónico que converte com precisão o sinal ultrassónico inaudível de frequência muito alta num sinal de frequência mais baixa dentro da gama audível, sem alterando o carácter original do som. O “assobio” de uma fuga de ar comprimido continua a soar como um assobio nos auscultadores, e o “crepitar” de um arco elétrico continua a soar como um crepitar. Esta tradução fiel é o que torna o diagnóstico tão intuitivo: um inspetor aprende a reconhecer a assinatura de cada falha de ouvido.
A heterodinâmica funciona através da mistura do sinal ultrassónico de entrada com uma frequência de referência estável gerada no interior do instrumento. A mistura produz uma diferença de frequência que se enquadra na banda audível. Uma vez que as relações de amplitude originais são preservadas, a leitura de decibéis no medidor continua a ser uma quantidade significativa e repetível que pode ser registada e acompanhada ao longo do tempo - transformando um subjetivo “parece pior” num aumento documentado em dB que suporta uma decisão de manutenção.
3. Principais aplicações em manutenção
A análise por ultrassom é uma tecnologia versátil com diversas aplicações de alto valor:
a) Detecção de vazamentos
Esta é a aplicação mais comum e financeiramente mais vantajosa. O fluxo turbulento de um gás - ar comprimido, vapor, nitrogénio ou qualquer meio pressurizado - que escapa de um tubo, válvula ou recipiente cria uma grande quantidade de ultra-sons de banda larga.
- Procedimento: Um inspetor utiliza um dispositivo de ultra-sons portátil com um sensor aéreo para analisar uma área. O instrumento é altamente direcional, pelo que, à medida que se aproxima de uma fuga, o sinal audível nos auscultadores aumenta e a leitura de dB no medidor sobe, guiando o inspetor diretamente para a fonte.
- Benefícios: Encontrar e reparar fugas de ar comprimido pode poupar a uma fábrica dezenas ou mesmo centenas de milhares de dólares por ano em energia desperdiçada. O ar comprimido é uma das utilidades mais dispendiosas numa fábrica e uma única fuga audível que não seja resolvida aumenta o custo de cada hora que o compressor é carregado para a compensar.
b) Inspeção Elétrica
Defeitos eléctricos, tais como arco, rastreamento e corona em equipamentos de média e alta tensão, todos produzem ultra-sons, muitas vezes antes de produzirem calor suficiente para serem vistos por uma câmara de infravermelhos.
- Procedimento: Um inspetor pode analisar com segurança armários eléctricos fechados a partir do exterior. Os ultra-sons gerados por uma avaria escapam através das aberturas de ar nos vedantes do armário, pelo que o painel nunca tem de ser aberto para encontrar um problema.
- Benefícios: Trata-se de uma excelente forma, sem contacto, de detetar falhas eléctricas graves antes de estas conduzirem a um evento de arco voltaico, aumentando diretamente a segurança da instalação. É também um passo de rastreio ideal para realizar antes de abertura de um painel para termografia, O painel de controlo é um painel de controlo de segurança, que ajuda a decidir se é seguro abri-lo. Ambos os métodos são compatíveis com outras técnicas não intrusivas, tais como ensaios não destrutivos.
c) Inspeção Mecânica (Lubrificação Baseada na Condição)
Os ultra-sons são também muito eficazes para avaliar o estado dos rolamentos e para orientar a prática da lubrificação - uma disciplina frequentemente designada por lubrificação acústica ou baseada no estado.
- Procedimento: Um sensor de ultra-sons de contacto é colocado na caixa da chumaceira, captando o som transmitido pela estrutura que a chumaceira irradia quando roda.
- Interpretação:
- Um rolamento saudável e bem lubrificado produzirá um som de "chiado" baixo e constante.
- Um rolamento que precisa de ser lubrificado apresenta uma leitura de dB mais elevada. Um técnico aplica massa lubrificante lentamente, parando no momento em que o nível de dB começa a descer - evitando a lubrificação excessiva que, por sua vez, causa desgaste dos rolamentos e danos nos vedantes.
- Um rolamento com um defeito em desenvolvimento, como um salpicar produz um som repetitivo de “crepitação” ou “estalido” à medida que os elementos rolantes atingem a falha, dando um efeito muito alerta precoce de falha do rolamento.
4. Ultrassom vs. Análise de Vibração
Para a análise dos rolamentos, os ultra-sons e análise de vibração são complementares e não concorrentes. Os ultra-sons são muitas vezes melhores na deteção de avarias na fase inicial (Fase 1) e de problemas de lubrificação, porque o primeiro sinal de aflição é uma emissão fraca de alta frequência muito antes de o defeito ser suficientemente grande para mover o rolamento de forma mensurável. A análise de vibrações é melhor para diagnosticar a natureza exacta de uma avaria numa fase posterior - por exemplo, distinguir uma avaria de frequência de passagem de esferas pista exterior defeito de um frequência de passagem de esferas pista interior defeito - quando a falha é visível na vibração espectro e identificável através de frequências de falhas em rolamentos. Muitos analistas de vibrações utilizam análise de envelope para extrair do sinal de vibração esses mesmos impactos precoces nos rolamentos, reduzindo a diferença entre as duas técnicas.
5. Onde o ultrassom se encaixa em um programa de campo
Os ultra-sons, os infravermelhos, a análise de óleo e a vibração analisam, cada um, uma fatia diferente do estado da máquina e os programas de fiabilidade mais sólidos combinam-nos. Os ultra-sons detectam uma fuga, um contacto com faíscas ou uma chumaceira em segundos; a vibração quantifica o estado mecânico e diz-lhe por que. Quando um ecrã de itinerário revela um tom de rumo ascendente ou um sinal de 1× elevado, a desequilíbrio, Se a máquina não for capaz de funcionar, o próximo passo natural é colocar um verdadeiro instrumento de dois canais na máquina. Um analisador e equilibrador portátil, como o Balanset-1A mede o 1× amplitude e fase nos próprios rolamentos da máquina à velocidade de funcionamento, pelo que, uma vez que os ultra-sons tenham apontado para um problema nas máquinas rotativas, é possível diagnosticar um problema de desequilíbrio e corrigi-lo no local - fechando o ciclo entre a deteção e a reparação sem enviar o rotor para uma oficina.
