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Role Responsibility Technical General Manager Area manager Operations manager Support compliance and utilization of vibration collection and analysis strategies across the MdB fleet Budget owner for the execution of the best practices around vibration analysis strategies and provide the necessary financial investments to have high quality asset monitoring to ensure asset health and reliability Technical General Manager Asset Reliability Manager Equipment Strategy and Reliability Manager Offshore Installation Manager Disclose the guide to their respective hierarchical coordination departments for mutual understanding of the vibration analysis process Ensure that strategic decisions on predictive maintenance tasks by vibration analysis are based on the concepts contained herein Support the quote request and approval process to include all key collection and analysis concepts included in this guide and ensure the best vibration analysis assessment and proper integration of techniques Maintenance Strategy Coordinator Rotating Equipment Reliability Coordinator Rotating Systems Maintenance Technical Coordinator Disseminate the guide to their respective hierarchical engineering departments for mutual understanding of the vibration analysis tool Support Turbomachinery Engineers and Rotating Equipment Engineers in the technical content of this guide Monitor the compliance of the execution of the Vibration Analysis and results provided by a thirdparty company for the entire fleet and propose management actions when applicable TIER 2 Reliability Rotating Equipment Reliability Engineer Maintenance Strategy Engineers Demand excellence in the results of vibration analyzes collected in the fleet and provide the definition of current statuses and limits for rotating equipment whenever new updates are published in manuals and service bulletins Receive interpret provide feedback and comply with all Vibration Data Analysis Technical validation of vibration analysis reports and addressing of maintenance notes and work orders for all deviations captured in the analysis Analyze and approve recommendationsaction plans and propose a due date according to the criticality of the results for their execution For the most critical results and action plans validate and approve the execution in each FPSO under your responsibility TIER 2 Technical TIER 1 Engineers Specialists in Turbomachinery Rotating Equipment Engineer Maintenance Engineers Understand the vibration analysis guide to support the implementation strategies of action plans directed internally and to third party contractors and MdB employees Comply with all planning and execution recommendations for work orders received from the vibration analysis process led by TIER 2R Support the TIER 1 team during the execution and interpretation of action plans addressed after the vibration analysis results provided by TIER 2R For the most critical results and action plans validate and approve the execution carried out by third parties in each FPSO under your responsibility Page 6 71 A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 2 38 Nota 1 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO4 11 OBJETIVO4 12 ESCOPO4 13 RESPONSABILIDADES5 14 SIGLAS ABREVIATURAS E DEFINIÇÕES5 15 REFERÊNCIAS7 151 DOCUMENTOS7 152 NORMAS7 16 FIGURAS8 17 TABELAS8 2 ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO9 21 MANUTENÇÃO9 211 CONTEXTO9 212 CONCEITOS FUNDAMENTAIS9 213 FINALIDADE DA MANUTENÇÃO INDUSTRIAL10 214 TERMOS E DEFINIÇÕES IMPORTANTES10 22 TIPOS DE MANUTENÇÃO12 221 MANUTENÇÃO CORRETIVA12 222 MANUTENÇÃO PREVENTIVA13 223 MANUTENÇÃO PREDITIVA13 224 MANUTENÇÃO PROATIVA15 3 MANUTENÇÃO BASEADA EM CONDIÇÕES16 31 CONCEITOS E FUNDAMENTOS16 32 ESTRATÉGIAS METODOLOGIA17 33 IDENTIFICAÇÃO DA FALHA18 4 DEFININDO O PROCESSO DE CBM19 41 PASSOS PARA IMPLEMENTAÇÃO19 411 ETAPA 1 MAPEIE SEUS ATIVOS MODOS DE FALHA E LINHAS DE BASE20 412 ETAPA 2 EXECUTE UM FMEA PARA O ATIVO LISTADO20 413 ETAPA 3 IDENTIFIQUE O COMPORTAMENTO CONDICIONALDADOS DISPONÍVEIS20 414 ETAPA 4 ENTENDA E USE A CURVA DE FALHA POTENCIAL PF20 415 ETAPA 5 APROVEITE A TECNOLOGIA OU TÉCNICA DE MANUTENÇÃO21 416 ETAPA 6 ESTABELECER LINHAS DE BASE E LIMITES DE ALARMES22 417 ETAPA 7 INTEGRAR COM O SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE MANUTENÇÃO DA EMPRESA SAP22 418 ETAPA 8 CRIE UM PROGRAMA DE TREINAMENTO SÓLIDO PARA A EQUIPE22 42 FORMAS DE MONITORAMENTO22 421 MONITORAMENTO SUBJETIVO22 422 MONITORAMENTO OBJETIVO22 423 MONITORAÇÃO CONTÍNUO22 5 TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO BASEADAS EM CONDIÇÕES23 51 TABELA DE APLICAÇÃO DAS TÉCNICAS DE CBM23 52 ANÁLISE DE VIBRAÇÃO23 521 MONITORAMENTO OFFLINE VIBRAÇÃO IMPLEMENTAÇÃO24 53 ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE26 531 ESTRATÉGIAS DE LUBRIFICAÇÃO27 A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 3 38 54 TERMOGRAFIA ELÉTRICA27 55 RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO DE MOTORES ELÉTRICOS28 56 ANÁLISE DE ÓLEO DE ISOLAMENTO29 57 DETECÇÃO DE RUÍDO ULTRASSÔNICO29 58 ANÁLISE DE CAPACIDADE DO BANCO DE BATERIAS30 59 INSPEÇÃO SENSITIVA31 510 DESCARGAS PARCIAIS32 511 ASSINATURA DAS VÁLVULAS DE CONTROLE33 6 FERRAMENTAS COMPLEMENTRES34 61 INDICADOR DE SAÚDE HEALTH SCORE34 62 CONFIGURAÇÃO DO PRÉALARME SYSTEM 135 63 PDM PAINÉIS DE MONITORAMENTO PREDITIVO35 631 FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE RECONHECIMENTO DO ALARME36 64 EFICIÊNCIA DA MANUTENÇÃO PREDITIVA36 641 MONITORAMENTO36 642 ANÁLISE36 643 RECOMENDAÇÃO37 644 AÇÃO CORRETIVA37 645 FLUXOGRAMA DA AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DA MANUTENÇÃO PREDITIVA37 A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 4 38 1 INTRODUÇÃO 11OBJETIVO A manutenção pode ser entendida como todas as ações que são realizadas para manter ou conservar determinado ativo Para que este ativo se mantenha em perfeitas condições a manutenção usa estratégias para corrigir quando acontece alguma falha Trazendo para o cenário industrial estas ações contribuem para o correto funcionamento de máquinas e equipamentos com o objetivo de evitar paradas inesperadas A manutenção CBM ou Manutenção Baseada em Condições é uma estratégia de manutenção que busca avaliar a condição operacional do ativo com base em dados e informações coletadas durante o monitoramento Dessa forma é possível identificar a necessidade de manutenção preventiva ou corretiva de forma mais eficiente reduzindo o tempo de indisponibilidade e os custos associados Este guia apresenta como um processo específico utilizado para identificar políticas a serem implementadas para gerenciar antecipadamente modos de falha que podem causar a falha funcional de qualquer ativo físico em um determinado contexto operacional Este documento se destina a ser usado para avaliar qualquer processo de monitoramento para mitigareliminar os modos de falha dos ativos Este processo está alinhado à Filosofia de Manutenção da EMPRESA de modo a possibilitar a gestão adequada do programa de manutenção contribuindo para a obtenção de alta disponibilidadeconfiabilidade de todos os equipamentos otimizando o retorno sobre o capital investido Os conceitos do Guia de Manutenção Baseada em Condições apresentados neste documento são aplicáveis aos projetos de novas embarcações bem como às embarcações já em operação desde o início do projeto e ao longo de sua vida operacional 12ESCOPO Este guia está dividido em quatro pilares estratégicos para a definição de um programa de manutenção baseado em CBM Conceitos fundamentais Identificação dos ativos Ferramentas e técnicas de manutenção Planejamento e execução Cada capítulo aborda conceitos básicos definições e estratégias de monitoramento baseado nas melhores práticas de engenharia para um programa de manutenção baseado na condição com o objetivo de alcançar competividade por meio da redução de custos e maior disponibilidade dos ativos A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 5 38 13RESPONSABILIDADES Título Responsabilidade Departamento de Engenhari a de Manutenção Mapeia quais ativos principais com alta criticidade devem ter um plano de manutenção baseado no monitoramento de condições Usa as premissas e técnicas desta diretriz para elaborar a estratégia de CBM adequada para cada ativo É responsável pela implementação das açõesestratégias definidas neste documento se comprometendo com as metas e estratégias de manutenção e confiabilidade da planta Analisa implementa e acompanha todas as iniciativas e programas de manutenção de CBM como lubrificação vibração e análise de óleo e assim por diante Gerentes de Operações Toma ciência da estratégia de manutenção baseada em condição e seus benefícios a fim de melhor alocar os recursos para atendêla integralmente OIM Toma ciência da estratégia de manutenção baseada em condição e seus benefícios a fim de melhor alocar os recursos para atendêla integralmente Superintendente de Manutenç ão Responsável pela alocação de recursos offshore da melhor forma para atingir plenamente as Metas de MMS para as tarefas de Manutenção Baseada em Condições Mantém o fluxo de trabalho de feedback para o Engenheiro de Confiabilidade para solicitar melhoria Engenheiro de Manutenção Planejar e prover recursos para execução do escopo de todas as intervenções importantes nos equipamentos da unidade de produção sejam elas relacionadas à manutenção corretiva preventiva ou preditiva Mantém o fluxo de trabalho de feedback para o Engenheiro de Confiabilidade para solicitar melhorias 14SIGLAS ABREVIATURAS E DEFINIÇÕES Item Description Adiamento O adiamento de uma tarefa de manutenção programada CBM Condition Based Maintenance Manutenção Baseada em Condição Abordagem de manutenção baseada no monitoramento das variáveis do equipamento que visa evitar intervenções desnecessárias Uma manutenção corretiva planejada deve ser programada se as variáveis monitoradas que representam a condição do equipamento apontam para uma tendência de falha em um futuro próximo A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 6 38 Item Description Classificação de Gravidad e É uma medida do grau de dano lesão ou perda impacto mais provável de ocorrer associado a um evento de risco Esse impacto pode afetar negativamente o Cliente sua marca e as partes interessadas ou ser o nível esperado de oportunidade não realizada de ganho que poderia ser perdida Classificação de prioridad e É um processo de priorização para definir a sequência de execução para todas as ordens de trabalho CMMS previstas CMMS Sistema Computadorizado de Gestão de Manutenção CMMS Um sistema CMMS é um software de computador que ajuda as equipes de manutenção a manterem um registro de todos os ativos pelos quais são responsáveis agendar e rastrear tarefas de manutenção controlar e planejar todos os trabalhos preventivospreditivos e manter um registro histórico do trabalho que realizam Os sistemas CMMS permitem que a equipe veja quantos itens estão armazenados quantos foram usados em reparos e quando novos itens precisam ser solicitados por um processo interno de compra sobressalente Gestão de integridade de ativos É o meio que garante que as pessoas sistemas processos e recursos que proporcionam integridade estão instalados em uso e são adequados para a finalidade ao longo de todo o ciclo de vida do ativo InibirSobrepor Ação para desativar qualquer sistema de intertravamentoproteção do equipamento Instalações Todas as embarcações e equipamentos necessários para a produção armazenamento e descarregamento de óleo da interface do flange na cabeça do poço submarino até o flange de descarga da mangueira de descarregamento MAE Major Accident Event Evento de acidente grave identificado em HAZID OPS Padrões de desempenho operacional Um padrão estabelecido pelo operador do desempenho exigido de um sistema equipamento pessoa ou procedimento que é usado como base para gerenciar o risco de um MAE Probabilidade A frequência o número de eventos por unidade de tempo ou probabilidade de ocorrência de um evento PTW Permissão para Trabalho RCM Manutenção Centrada em Confiabilidade Risco Envolve a consideração da gravidade dos efeitos ou consequências de um perigo identificado e da probabilidade de sua ocorrência RTF Operar até a falha SCE Elemento Crítico para a Segurança Definidos como os sistemas documentos e equipamentos de segurança e seus controles que são projetados para prevenir detectar controlar ou mitigar um Evento de Acidente Grave MAE ou facilitar a fuga e sobrevivência de pessoas A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 7 38 Item Description TBM ou FTM Manutenção baseada no tempo Abordagem de manutenção baseada no cal endário horas de funcionamento ou ciclo do equipamento Deve ser usada quando o monitoramento de condição for impossível ou economicamente não atraente 15REFERÊNCIAS 151 DOCUMENTOS Document number Document Name 3500MSB60MNSTD0017 Guia de análise de vibração 3500MSB60MNSTD0012 Guia de análise de óleo Lubrificante 3500MSB60MNSTD0014 Guia de estratégia de lubrificação 3500MSB60OPSTD0038 Guia de análise de óleo Isolante 3500MSB60 OPSTD0036 Guia de termografia elétrica 3500MSB60 MNSTD 0013 Guia de preditiva de válvulas 3500MSB60MNPS0003 Monitoramento de Condição 3500MSB60 MNSTD0003 Filosofia da manutenção 3500MSB60PRSTD0005 Filosofia de Operação 3500MSB60MNPS0004 Análise de Causa Raiz 152 NORMAS Document number Document Name Padrão SAE JA1011 Critérios de Avaliação para Processos RCM ReliabilityCentered Maintenance Manutenção Centrada na Confiabilidade NBR 5462 Confiabilidade e Mantenabilidade ISO 13372 Monitoramento de condições e diagnóstico de máquinas ISO 10816 Mechanical Vibration Evaluation of machine vibration by measurements on nonrotating parts ISO 7919 Mechanical Vibration Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts API 670 Machinery Protection Systems ABNT NBR 170943 Máquinas elétricas girantes NBR 15940 Baterias estacionárias chumboácidas reguladas por válvula Requisitos e métodos de ensaio NBR 16487 Baterias estacionárias chumboácidas ventiladas Requisitos e métodos de ensaio API 689 Coleta e troca de dados de confiabilidade e manutenção de equipamentos ANSIISATR7525022000 Medição da resposta da válvula de controle a partir de entradas de etapas ANSIISATR7525012000 Procedimento de teste para medição da resposta da válvula de controle a partir de entradas escalonadas ISA 75 Procedimento de teste para medição de resposta da válvula de controle A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 8 38 16FIGURAS Figura Nome da Figura Figure 01 Padrões de taxa de falha Figure 02 Curva PF Figure 03 Relação entre custo de manutenção e tipos de manutenção Figura 04 Curva PF Uso de manutenção proativa para obter uma extensão do ciclo de vida Figure 05 Gráfico de tendência Figure 06 Gráfico de tendência detalhado Figure 07 Procedimento para identificar qual ativo deve ser coberto pela CBM Figure 08 Curva PF Estratégia de Manutenção x Custos Figure 09 Fluxo de decisão para seleção dos equipamentos de vibração offline Figure 10 Campo de audibilidade Figure 11 Uso dos sentidos para inspeção Figure 12 Fluxo de trabalho de reconhecimento de alarme Figure 13 Fluxograma da avaliação da eficiência da manutenção preditiva Figure 14 Fluxo de decisão para avaliação do pilar da ação corretiva 17TABELAS Tabela Descrição da Tabela Tabela 01 Exemplo de análise FMEA Tabela 02 Tabela de aplicação das técnicas de CBM A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 9 38 2 ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO 21MANUTENÇÃO 211 CONTEXTO Em 1978 Stanley Nowlan e Howard Heap da United Airlines conduziram um estudo com o objetivo de determinar os requisitos ideais para a manutenção de aeronaves e melhorar a confiabilidade dos novos jatos Boeing 747 O estudo revelou que os preceitos fundamentais dos engenheiros de projeto e manutenção estavam equivocados em relação à vida útil confiável específica de cada aeronave e seus componentes como motores Eles acreditavam que após essa vida útil os componentes precisariam ser substituídos ou passar por revisões gerais para evitar falhas No entanto essa crença foi desafiada pela realidade Daí surgiu o conceito de Manutenção Centrada em Confiabilidade RCM que hoje é definido no Padrão SAE JA1011 Critérios de Avaliação para Processos de Manutenção Centrada em Confiabilidade Esse padrão destinase a ser usado por organizações que possuem ou utilizam ativos físicos ou sistemas que desejam gerenciar de forma responsável O RCM é um processo específico para identificar as políticas que devem ser implementadas para gerenciar os modos de falha que poderiam causar a falha funcional de qualquer ativo físico dentro de um contexto operacional específico1 A mudança na crença predominante sobre a correlação entre idade e falha foi apoiada pela identificação de Padrões de Falha A figura abaixo associa as probabilidades condicionais de falha à idade operacional para uma variedade de itens elétricos e mecânicos revelando não apenas um ou dois mas seis padrões de falha1 Figura 1 Padrões de taxa de falha Os padrões demonstram que 89 das falhas não estão associadas à idade do equipamento e seus componentes Para esses casos a manutenção preventiva baseada no tempo é ineficaz 212 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Manutenção se define como o conjunto de ações técnicas e administrativas aplicado em todas as áreas de uma indústria com a finalidade de fiscalizar e manter A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 10 38 instrumentos e máquinas em pleno funcionamento Esta definição está registrada na norma NBR 5462 Confiabilidade e Mantenabilidade da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT Em outras palavras manutenção industrial é o conjunto de práticas e ações aplicadas nas linhas de produção de uma empresa visando prolongar o máximo possível a vida útil das máquinas seus elementos e instalações Essas ações tendem a diminuir a necessidade de manutenções corretivas e possíveis paradas na linha de produção das indústrias além de reduzir os custos com reparos não planejados além de manter os padrões de qualidadeO termo manutenção também pode estar relacionado com a conservação periódica ou seja com os cuidados e consertos que são feitos entre determinados períodos de tempo com o intuito de buscar a preservação Desde a Revolução Industrial a manutenção tem sido um desafio pois apesar do grande progresso oriundo dos avanços tecnológicos essa ainda é uma atividade desafiadora devido a fatores como complexidade custo e concorrência que aliados a uma nova filosofia de organização e responsabilidades fizeram da manutenção uma das atividades que mais mudaram nas últimas décadas Literaturas apresentam diferentes definições para manutenção cada uma dentro de um momento e um ambiente distinto porém sempre apresentando elementos comuns que possibilitam identificar o conceito e a função da manutenção Assim conceituar manutenção envolve vários aspectos dentre eles disponibilidade confiabilidade função do sistema segurança meioambiente custos administração e supervisão o que a torna parte fundamental dentro de uma organização 213 FINALIDADE DA MANUTENÇÃO INDUSTRIAL O principal objetivo da manutenção é garantir o bom funcionamento dos ativos e equipamentos de uma linha de operação por meio de intervenções nos processos previamente mapeados Essas intervenções são praticadas para evitar a degradação dos elementosa de máquinas e equipagens provocada pelo desgaste natural ou pelo uso inadequado desses recursos Com essas ações preservativas é possível garantir que a empresa consiga maximizar seu potencial produtivo manter a excelência de seus produtos a satisfação dos clientes e a lucratividade de seu negócio Além disso é função também da manutenção industrial garantir a segurança de tudo que está envolvido no processo de fabricação pessoas ativos instalações ou meioambiente Por tudo isso a manutenção de uma empresa deve ser vista como uma área de investimento e não de desperdício um setor estratégico e fundamental para a saúde de sua performance operacional 214 TERMOS E DEFINIÇÕES IMPORTANTES Diversos termos empregados na gestão de componentes equipamentos e sistemas encerram conceitoschave para compreensão e desenvolvimento das atividades de manutenção Dentre os mais importantes destacamse abaixo 2141 ATIVO Termo generalista dado a estruturas componentes equipamentos e sistemas que A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 11 38 desempenham uma ou mais funções numa empresa É uma forma rápida usada para mencionar tudo aquilo que esteja sob gestão de manutenção Ex bomba filtro motor sistema elétrico etc 2142 FUNÇÃO DE UM ATIVO É a finalidade para qual um determinado item foi concebido ou projetado Como exemplo podese considerar uma bomba de água Sua função principal ou primária é bombear transferir água de um determinado ponto para outro 2143 DESEMPENHO É a capacidade de atender ou cumprir requisitos especificados com uma determinada competência ou eficiência O conceito de desempenho está relacionado à durabilidade e à capacidade de um sistema realizar sua função e consequentemente contribuir para que o sistema também permaneça em funcionamento adequado durante o período de utilização considerado e à compatibilização dos sistemas às exigências dos usuários independentemente dos componentes a serem usados No caso da bomba de água além de possuir a função de transferir água de um determinado ponto a outro deve também apresentar desempenho mínimo aceitável em termos de volume de água bombeada e pressão funções secundárias Durante sua vida útil os ativos estão sujeitos a vários estresses que levam à deterioração de sua condição e que levam à perda de desempenho Uma vez que essa situação é inevitável quando um item é colocado em serviço o mesmo deve possuir capacidade de desempenhar sua função com certa folga em relação ao desempenho mínimo requerido 2144 DEFEITO OU FALHA POTENCIAL Um ativo está numa condição de defeito ou de falha potencial quando apresenta sintomas de degradação que não provocam a sua perda de função não existe quebra e seu desempenho está acima da capacidade mínima requerida 2145 FALHA OU FALHA FUNCIONAL Quando um item perde a capacidade de realizar sua função devido quebra ou porque seu desempenho é menor que a capacidade mínima requerida 2146 DISPONIBILIDADE É a condição operacional de um ativo estar disponível para utilização em um determinado momento ou durante um determinado período de tempo A disponibilidade de um item não significa que esteja funcionando mas que encontrase em condições de funcionar 2147 CONFIABILIDADE É a probabilidade de um ativo funcionar corretamente em condições definidas durante um determinado período de tempo ou de ainda estar em condições de trabalho após um determinado período de funcionamento É a capacidade de um item para realizar sua função específica nas condições e com o desempenho definidos durante um período de tempo determinado 2148 MANTENABILIDADE Mantenabilidade manutenibilidade ou manutenabilidade é a probabilidade de que um ativo avariado possa ser colocado novamente em seu estado operacional em um período de tempo predefinido quando a manutenção é realizada em condições determinadas e é efetuada com os meios e procedimentos estabelecidos A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 12 38 22TIPOS DE MANUTENÇÃO A gestão da manutenção é uma atividade essencial para garantir maior disponibilidade segurança e durabilidade aos ativos da empresa Existem no entanto diferentes tipos de manutenção e cada um deles apresenta vantagens e desvantagens que precisam ser consideradas Existem diversos tipos de manutenção e cada um deles possui uma forma de aplicação e um momento certo para ser executado Cada segmento tem suas particularidades e precisam conhecer bem os tipos de manutenções para saber qual será o mais adequado para a seu ativo ou sistema Logo entre os tipos de manutenção é escolhido aquele ou aqueles que melhor atendem a uma lista de prérequisitos que envolvem custos ramo de atividades normas de qualidade indicadores e muitos outros Os tipos de manutenção podem ser classificadas em Manutenção Corretiva Manutenção Preventiva Manutenção Preditiva Manutenção Proativa 221 MANUTENÇÃO CORRETIVA Segundo a Norma NBR5462 Confiabilidade e Mantenabilidade a Manutenção Corretiva é a manutenção efetuada após a ocorrência de uma falha destinada a recolocar um item em condições de executar uma função requerida A Manutenção Corretiva também é conhecida como Manutenção Reativa por abordar os problemas das máquinas somente quando eles aparecem como uma forma de reação ao problema A manutenção corretiva pode ser dividida em duas classes 2211 MANUTENÇÃO CORRETIVA NÃO PLANEJADA ou simplesmente manutenção corretiva como é mais usual também é um tipo de gestão aplicada a itens após sua falha Pode ser um tipo de gestão baseada em consertaquandoquebra sem qualquer preocupação ou avaliação a pertinência da adoção de tal técnica eou devido à impossibilidade de prevenção de todas as falhas mesmo na existência de um programa de manutenção preventiva de ótima qualidade 2212 MANUTENÇÃO CORRETIVA PLANEJADA é a correção que se faz em função de um acompanhamento preditivo detectivo ou até pela decisão gerencial de se operar até a falha RTF Runtofailure Esta técnica de gestão aplicada a itens após sua falha e sem qualquer medida de prevenção contra ela Não é uma técnica cujo resultado seja devido má gestão ou falta de manutenção mas sim deliberada e conscientemente planejada Neste tipo de gestão quando o item falha deve necessariamente ser substituído por outro podendo posteriormente ser reparado ou não A técnica RTF pode ser aplicada quando Sem consequências econômicas de segurança e operacionais A parada de funcionamento do item é evidente O custo de prevenção da falha é mais alto que a substituição O custo do item e de sua substituição é baixo A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 13 38 A taxa de falhas é baixa O tempo de substituição é pequeno Item é redundante 222 MANUTENÇÃO PREVENTIVA A NBR5462 Confiabilidade e Mantenabilidade define como manutenção preventiva a atividade efetuada em intervalos predeterminados ou de acordo com critérios prescritos destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um item Essa estratégia tem como premissa básica identificar falhas potenciais e defeitos antes de sua ocorrência ou desenvolvimento evitando a deterioração dos sistemas abaixo dos níveis de segurança e confiabilidade desejados mantendo um bom estado de funcionamento sendo realizada através de tarefas periódicas que incluem inspeções e verificação das condições serviços de operação atividades de calibração e ajustes alinhamentos testes reparos e substiuições de componentes Nas instalações industriais as paradas para a manutenção constituem uma preocupação constante para a programação da produção Se as paradas não forem previstas ocorrem vários problemas tais como atrasos no cronograma de fabricação indisponibilidade do ativo elevação de custos etc Para evitar esses problemas as empresas introduziram o planejamento e a programação da manutenção A manutenção preventiva é o estágio inicial da manutenção planejada e obedece a um padrão previamente esquematizado Ela estabelece paradas periódicas com a finalidade de permitir os reparos programados assegurando assim o funcionamento perfeito da máquina por um tempo predeterminado 223 MANUTENÇÃO PREDITIVA A preditiva se define por um conjunto de atividades de acompanhamento das variáveis ou parâmetros que indicam a performance ou desempenho dos equipamentos de modo sistemático visando definir a necessidade ou não de intervenção Quando a intervenção fruto do acompanhamento preditivo é realizada estamos na verdade realizando uma manutenção corretiva planejada A Manutenção Preditiva também conhecida de manutenção preventiva baseada em condição ou Manutenção Baseada em Monitoramento de Condições é comumente conhecida da língua inglesa como ConditionBased Maintenance CBM Predictive Maintenance PdM Diferentemente da manutenção preventiva periódica que executa serviços de manutenção eou correção no ativo mesmo que não existam defeitos aparentes a gestão de manutenção preventiva baseada em condição somente realiza intervenções em equipamentos após a constatação de um defeito real e da avaliação da evolução de sua deterioração Esse tipo de manutenção consiste na inspeção e medição monitoramento de parâmetros de funcionamento de máquinas e sistemas por meio de aparelhos específicos especialmente desenvolvidos para essa finalidade Visto que todos os ativos se deterioram com o uso por meio desses aparelhos é possível acompanhar a evolução de um defeito ao longo do tempo avaliar sua tendência de degradação e escolher o melhor momento para aplicação de ações de correção antes da falha conforme exemplo abaixo por meio da curva PF figura 02 A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 14 38 Figura 2 Curva PF A Curva PF é uma ferramenta de grande valia para traçar as estratégias corretas e garantir a confiabilidade operacional dos ativos O entendimento desta curva consiste no eixo horizontal X que representa o tempo de serviço de um ativo O eixo vertical Y representa o desempenho ou performance do ativo A curva mostra que o desempenho ou condição de um recurso ou componente declina ao longo do tempo levando a falha funcional ou seja sua perda de função para o qual se destinava Notese que à medida que o tempo passa o defeito evolui cada vez mais rápido aumentando a taxa de inclinação da curva O objetivo da curva PF é determinar o tempo ou a distância entre a falha potencial e a falha funcional Na manutenção preditiva várias tecnologias são utilizadas para o monitoramento do ativo Normalmente as principais inspeções ou testes preditivos realizados são Medição e análise de vibrações Análises de óleos lubrificantes e isolantes Termografia elétrica Análise por ultrasom Entre outros Os dados coletados são então registrados e comparados com históricos existentes dados de referência fornecidos por normas e experiência de pessoal técnico desenhos e manuais de fabricantes etc de modo a checar a existência de defeito e respectiva tendência de evolução Caso seja encontrado algum defeito com taxa elevada de degradação uma ordem de serviço é emitida e o reparo efetuado antes que ocorra a falha Caso o parâmetro esteja em condições normais ou com uma taxa baixa ou estável de degradação numa próxima inspeção passa por nova medição para fins de checagem de seu estado de deterioração Os resultados encontrados levam também a reavaliar o programa de inspeções Na medida em que as tendências de deterioração são avaliadas as frequências de inspeções podem ficar sujeitas a alterações podendo aumentar ou não e até diminuir A estratégia da manutenção é uma prática que deve ser adotada para garantia da qualidade dos serviços e a confiabilidade dos ativos com os prazos bem especificados de reparo Muitos problemas podem ser evitados com a realização da manutenção como receitas que deixam de ser obtidas e custos de reparo dos equipamentos que poderiam ser extremamente reduzidos conforme podemos observar no gráfico abaixo que apresenta uma comparação de custos entre os tipos de manutenção A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 15 38 Figura 3 Relação entre custo de manutenção e tipos de manutenção 224 MANUTENÇÃO PROATIVA A Manutenção Proativa difere da Preditiva por ser direcionada a elementos sistêmicos de Manutenção ao invés da análise dos próprios ativos Essa abordagem está intimamente associada ao zelo e busca controlar as condições que podem levar esses ativos ao desgaste em oposição à própria deterioração A manutenção proativa emprega várias técnicas para estender a vida útil dos ativos por meio de melhores projetos especificações de equipamentos e instrumentos instalações testes de aceitaçãorecebimento e precisão de montagem procedimentos de operação e manutenção falhas no processo de análise de causa raiz grupos de confiabilidade RCM cadeia confiável de fornecedores de serviços e materiais As melhores práticas de manutenção proativa aumentam a vida útil operacional dos ativos até que apareçam os primeiros sintomas de defeitos Figura 4 Curva PF Uso de manutenção proativa para obter uma extensão do ciclo de vida As técnicas proativas também incluem Flanges de Torque Calibrado e A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 16 38 Conexões Rosqueadas Conjuntos Rotativos de Balanceamento Armazenamento de peças sobressalentes Testes de aceitaçãorecebimento Alinhamento da máquina Procedimentos técnicos Plano de lubrificação Limpeza de lubrificante Armazenamento de lubrificante 3 MANUTENÇÃO BASEADA EM CONDIÇÕES 31CONCEITOS E FUNDAMENTOS Manutenção Baseada em Condições ou Monitoramento da Condição consiste num conjunto de atividades de acompanhamento das variáveis ou parâmetros que indicam a performance ou desempenho dos ativos de modo sistemático visando definir a necessidade ou não de intervenção Quando a intervenção fruto do acompanhamento preditivoé realizada estamos na verdade realizando uma manutenção corretiva planejada As estratégias de manutenção baseadas na condição podem utilizar uma variedade de diferentes tipos de dados de monitoramento de condição e por vezes uma combinação de vários tipos Aqui estão alguns dos métodos monitoramento de condição mais comuns Temperatura Vibração Análise do óleo TérmicoInfravermelho Ultrasônico Elétrica O monitoramento baseado em condições é uma estratégia da manutenção preditiva que envolve a medição contínua dos ativos e muitas vezes com dados em tempo real O monitoramento é essencial para estabelecer uma base de dados que permitirá um diagnóstico e consequentemente uma recomendação de correção ao desvio As atividades de monitoramento de condição devem ocorrer com frequência para prever a falha potencial Os seguintes ramos de análise de dados devem ser considerados Análise de tendências Reconhecimento de padrões Comparação de dados Testes comparados a limites e faixas Correlação de múltiplas tecnologias Análise estatística de processos A ISO 13372 define o monitoramento de condição como uma detecçãocoleta de informações e dados que indicam o estado de uma máquina O monitoramento de condições permite distinguir comportamentos anômalos comparando os dados coletados com os parâmetros de linha de base permitindo a detecção e o relatório de eventos anormais na máquina ou sistema Na verdade ela afirma que o monitoramento de condição é o processo de monitoramento de um parâmetro de condição da máquina de tal modo que uma mudança significativa seja indicativa de uma falha em desenvolvimento Isso pode estar relacionado a uma variável específica e quando este parâmetro está fora do intervalo definido o sistema aciona um aviso ou alarme para agir e evitar a falha A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 17 38 A Manutenção Baseada em Condição pode identificar estresse e mudanças físicas nas condições do equipamento do desempenho operacional e do ambiente para contribuir para a redução de falhas do ativo incluindo detecção de causa raiz em um curto espaço de tempo e ajudando a selecionar ações subsequentes na tomada de decisão Os dados da CBM permitem que o pessoal de manutenção execute a manutenção no momento exato em que ela é necessária antes da falha 32ESTRATÉGIAS METODOLOGIA As estratégias de manutenção são definidas de acordo com a criticidade do equipamento Dentre as estratégias de manutenção aquela que suporta o conceito CBM é a manutenção preditiva A Manutenção Preditiva pode ser aplicada a diferentes famílias de ativos para as quais considera suas variáveis disponíveis bem como ao processo no qual está instalada para realizar um diagnóstico A manutenção preditiva pode usar algumas fórmulas e algoritmos para descobrir exatamente quando a manutenção futura será necessária Esta metodologia se preocupa com as alterações que ocorrem no comportamento normal do ativo Para chegar às informações que traduzem a instabilidade de um equipamento há necessidade de se estabelecer uma análise sobre o equipamento que consiste na coleta dos dados Para o desenvolvimento da análise dos dados o analista deverá estudar o equipamento para compreender sua cadeia de funcionamento e então descobrir a origem das falhas bem como as conseqüências destas nos outros componentes O conhecimento do funcionamento permite com segurança obter os dados necessários à análise dentro de uma estreita margem de erros Descobrir as causas de uma falha é mais importante do que a simples troca de um componente danificado Para a elaboração de um diagnóstico preciso os envolvidos no problema precisam saber qual o mecanismo de deterioração que leva à geração de falhas e como uma falha exerce ação nos componentes associados A operação de um equipamento ou mesmo componente em perfeitas condições fornece alguns dados que são denominados parâmetros vibrações temperatura pressão etc permitindo executar o diagnóstico com boa margem de segurança Concluindo um diagnóstico e uma recomendação é gerada a partir de uma alteração nestes parâmetros Assim um processo de manutenção baseada na condição envolve três etapas princiais 321 IDENTIFICAÇÃO DE ATIVOS CRÍTICOS E PARÂMETROS A SEREM MONITORADOS identificação dos ativos que têm um impacto significativo sobre as operações e determinação dos principais parâmetros que precisam ser monitorados para avaliar sua condição de forma eficaz 322 COLETA ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DE DADOS Utilização das técnicas de monitoramento de condições como monitoramento baseado em dados de vibração análise de óleo termografia e outros para coletar informações sobre a condição dos ativos Análise e interpretação desses dados para identificar desvios padrões anomalias ou possíveis problemas 323 TOMADA DE DECISÕES E AÇÕES COM BASE NA AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES Com base na análise dos dados coletados se faz necessário uma tomada de decisão embasadas com evidências técnicas para orientação A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 18 38 sobre as ações de manutenção Isso pode incluir a programação de tarefas de manutenção a realização de reparos ou o pedido de peças de reposição 33IDENTIFICAÇÃO DA FALHA A análise da falha consiste em prever com antecedência a falha de um ativo por meio de instrumentos aparelhos e sensores que exercem vigilância constante predizendo a necessidade de reparo Esta tendência pode ser percebida nos gráficos abaixo Figura 5 Gráfico de tendência Descrição dos campos dos gráfico de tendência Região 01 monitoramento periódico normal conforme frequência definida Região 02 desenvolvimento do modo de falha acompanhamento do defeito Região 03 análise do modo de falha ação corretiva planejada Região 04 ação corretiva realizada antes da ocorrência da falha Importante Após a intervenção no ativo há um retorno à zona 1 As ações a serem tomadas em um ativo serão controladas através de medições de variáveis que apresentam curva de tendência ao longo do tempo conforme detalhamento abaixo A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 19 38 Figura 6 Gráfico de tendência detalhado Análise de falhas ou a identificação da falha é um processo que consiste em analisar a ocorrência de um determinado problema seu grau de severidade e encontrar a causa raiz dessa falha Essa análise pode ser realizada de diversas formas e cada método terá uma melhor funcionalidade conforme a situação O documento EMPRESA 3500MSB60MNPS0004 detalha a investigação da análise de causa raiz do desvio apresentado no ativo 4 DEFININDO O PROCESSO DE CBM A definição do processo de CBM é estabelecida na Filosofia de Manutenção da EMPRESA De acordo com o fluxo abaixo é possível identificar quais ativos devem ser cobertos pela CBM considerando o nível de impacto no meio ambiente saúde segurança e perdas econômicas Figura 7 Procedimento para identificar qual ativo deve ser coberto pela CBM 41PASSOS PARA IMPLEMENTAÇÃO A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 20 38 Abaixo estão algumas diferentes etapas para a implementação efetiva da estratégia de CBM 411 ETAPA 1 MAPEIE SEUS ATIVOS MODOS DE FALHA E LINHAS DE BASE Imediatamente após a identificação do ativo em relação à criticidade você deve mapear todos os seus ativos e seus possíveis modos de falha O monitoramento de condição não funciona para todos os ativos portanto saiba quais não oferecem suporte a sensores ou outras ferramentas e técnicas de monitoramento 412 ETAPA 2 EXECUTE UM FMEA PARA O ATIVO LISTADO A metodologia fornecerá um melhor entendimento sobre os modos de falha ou desvios relacionados ao equipamento e quais técnicas podem apoiar a determinação dos modos de falha identificados pelo monitoramento de condição Isso pode alertálo sobre um problema com tempo suficiente para ajustar as condições do processo ou corrigilo de forma econômica Se a resposta for sim o ativo é provavelmente um bom candidato para manutenção baseada em condições A filosofia de manutenção baseada em confiabilidade RCM também deve ser consultada para auxiliar nesta etapa do processo Tabela 1 Exemplo de análise FMEA 413 ETAPA 3 IDENTIFIQUE O COMPORTAMENTO CONDICIONALDADOS DISPONÍVEIS Depois que os ativos e seus modos de falhadesvios são definidos é realmente importante mapear quais parâmetros de operação comportamento condicional e dados estão disponíveis para fornecer um aviso prévio de falha iminente para permitir ações para mitigar a falha 414 ETAPA 4 ENTENDA E USE A CURVA DE FALHA POTENCIAL PF A curva PF demonstra a relação entre a quebra da máquina o custo e como isso A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 21 38 pode ser evitado Baseiase no fato de que o equipamento pode estar nos estágios iniciais de falha mesmo que pareça estar funcionando bem Ao longo do eixo X da curva está o tempo Conforme você avança no tempo a máquina se move do ponto de falha potencial ao ponto de falha real funcional Conforme você avança no tempo também há casos em que as falhas podem ser detectadas antes da falha total Ao longo do eixo Y está a condição da máquina A máquina progride da condição de trabalho máxima até o ponto de falha e em seguida desce até a falha real A parte mais importante da curva PF é o intervalo PF O intervalo PF é o tempo entre a falha potencial de um ativo e sua falha funcional prevista Para uma CBM bem sucedida você deve garantir que seus intervalos de inspeção sejam menores que o intervalo PF para que possa detectar uma falha assim que ela se torne detectável mas antes que de fato ocorra Ajustar os intervalos de manutenção também é crucial para otimizar a manutenção baseada em condições Compreender a curva PF e o intervalo PF é a chave para construir uma estratégia de CBM eficiente A curva e o intervalo PF permitem que você determine com que frequência você deve concluir uma tarefa de CBM A frequência da manutenção é reduzida assim como os custos e compromissos de tempo associados à manutenção A curva PF também pode ser utilizada para representar a relação entre as estratégias de manutenção e os custos relacionados como pode ser visto para um caso específico conforme imagem abaixo Quanto mais tarde a intervenção mais custosa será a intervenção Entretanto nem sempre é fácil precisar a função de degradação de um ativo ou todos os seus sistemas o que requer análises mais profundas eou utilização de elementos adicionais de monitoramento A implantação da CBM parte geralmente da constatação de que a estratégia de manutenção preventiva periódica não consegue atingir os patamares de eficiência custos disponibilidade e confiabilidade necessários Figura 8 Curva PF Estratégia de Manutenção x Custos 415 ETAPA 5 APROVEITE A TECNOLOGIA OU TÉCNICA DE MANUTENÇÃO A manutenção baseada em condições combina diretrizes recomendadas com dados de reparo e desempenho para determinar quais tarefas precisam ser concluídas e com que frequência Quando esses parâmetros forem decididos você verificará qual tecnologia ou técnica se aplica melhor ao respectivo caso A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 22 38 416 ETAPA 6 ESTABELECER LINHAS DE BASE E LIMITES DE ALARMES Reunir dados históricos e estabelecer linhas de base para condições operacionais normais e parâmetros de desempenho de seus ativos essenciais Essas linhas de base servirão como referências para comparação ao analisar dados em tempo real para identificar anormalidades ou possíveis falhas Determinar os limites de alarme para os parâmetros monitorados além dos quais o desempenho do equipamento é considerado anormal ou a falha é iminente Quando os dados ou tendência das amplitudes ultrapassam esses limites alarmes ou notificações devem ser acionados para iniciar ações de manutenção 417 ETAPA 7 INTEGRAR COM O SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE MANUTENÇÃO DA EMPRESA SAP Integrar o programa CBM ao seu sistema de gerenciamento de manutenção existente da EMPRESA Essa integração garante que a execução das atividades os dados e os resultados das análises sejam usados de forma eficaz para planejar programar e executar atividades de manutenção 418 ETAPA 8 CRIE UM PROGRAMA DE TREINAMENTO SÓLIDO PARA A EQUIPE Para que a estratégia de CBM seja a mais eficiente e eficaz possível é vital que todos os membros da equipe de manutenção sejam devidamente treinados no conceito de CBM seus benefícios e como usar os sistemas Isso aumentará a adesão eliminará os erros do usuário e aumentará a confiabilidade em todo o processo 42FORMAS DE MONITORAMENTO A avaliação do estado de um ativo se dá através da medição acompanhamento ou monitoramento de parâmetros Esse acompanhamento pode ser feito de três formas 421 MONITORAMENTO SUBJETIVO Dáse pela percepção de que algum parâmetro esteja fora do comum por exemplo colocar a mão na caixa de mancal e perceber que a temperatura está acima do normal pegar um pouco de lubrificante da máquina nos dedos e comparar a viscosidade escutar ruído acima do comum na caixa de marcha etc Portanto é o acompanhamento que se dá através dos sentidos visão audição tato e olfato Pode ser feito por qualquer um inclusive o próprio operador Este acompanhamento deve sempre ser incentivado e já é feito muitas vezes sem mesmo ser percebido Entretanto não deve ser usado como único método porque há risco de a percepção não ocorrer ou de ocorrer uma com interpretação errônea 422 MONITORAMENTO OBJETIVO É feito com base em medições utilizando equipamentos ou instrumentos especiais Considerase objetivo por fornecer um valor de medição do parâmetro que está sendo acompanhado que não depende dos sentidos do operador do instrumento É importante que os operadores sejam treinados e os instrumentos estejam aferidos e calibrados 423 MONITORAÇÃO CONTÍNUO Aplicado a grandes máquinas com prioridade de monitoramento em tempo real através de hardware e software dedicados A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 23 38 5 TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO BASEADAS EM CONDIÇÕES 51TABELA DE APLICAÇÃO DAS TÉCNICAS DE CBM A tabela abaixo deve ser usada como uma diretriz para vincular uma técnica de inspeção selecionada ao tipo de equipamento e intervalo de medição ou amostragem Técnica Tipo de equipamento Disciplina Análise de vibração Bombas compressores motores geradores e turbinas Rotativo Análise de óleo lubrificante Bombas compressores motores motores diesel geradores guindastes e turbinas Rotativo Termografia Elétrica Painéis elétricos Elétrica Resistência de isolamento de motores elétricos Motores Elétricos Elétrica Análise de óleo de isolamento Transformadores elétricos de alta tensão e transformadores tratadores eletrostáticos Elétrica Detecção de ruído ultrassônico Bombas motores motores diesel compressores geradores a diesel e de turbina turbinas condensadores trocadores de calor painéis elétricos e transformadores Rotativo estático ou elétrico Análise de capacidade do banco de baterias Bancos de baterias de sistemas acionados por bateria Elétrica Inspeção sensitiva Para todos equipamentos Rotativo elétrica instrumentação e estático Descargas parciais Motores elétricos Elétrica Assinatura de Válvulas de controle Válvulas de controle Instrumentação Tabela 2 Tabela de aplicação das técnicas de CBM 52ANÁLISE DE VIBRAÇÃO Vibração é o movimento alternativo de um corpo ao redor de uma posição de equilíbrio causado por forças externas ou internas Os níveis de vibração são bons indicadores para se conhecer o comportamento e a saúde de um equipamento A Análise de Vibrações é uma técnica que permite avaliar e identificar os modos de falha nos componentes de um equipamento rotativo além de verificar a taxa de variação das forças dinâmicas geradas Os efeitos principais das vibrações são riscos de acidentes desgaste prematuro de componentes quebras inesperadas aumento dos custos de manutenção gastos de energia fadiga estrutural baixa qualidade dos produtos ambiente de trabalho inadequado entre outros Através da implementação de um plano de preditiva e suas abordagens o controle eou eliminação destes efeitos podem ser realizados das seguintes maneiras Eliminação das fontes balanceamento substituição de peças defeituosas aperto de bases soltas etc Isolamento das partes colocação de um meio elástico amortecedor de modo a reduzir a transmissibilidade da vibração Atenuação da resposta alteração da estrutura reforços massas auxiliares mudança de frequência natural etc O monitoramento de ativos da EMPRESA para a técnica de análise de vibração A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 24 38 possui três critérios de abrangência a serem seguidos conforme definido na Filosofia de Operação da EMPRESA 3500MSB60PRSTD0005 Monitoramento Offline aplicado aos equipamentos rotativos não cobertos pelo monitoramento online contínuo e intermitente Baseiase na execução de rotas periódicas com a utilização de coletor portátil manual Estes dados por sua vez são descarregados em softwares apropriados para posterior análise Monitoramento Online Intermitente aplicado a equipamentos rotativos sem o monitoramento online contínuo Consite em sinais coletados por amostragem em modo multiplexado Monitoramento Online Contínuo aplicado a grandes máquinas com prioridade de monitoramento em tempo real através de hardware e software dedicados A EMPRESA detalha esta técnica em seu Guia Analise de Vibração 3500 MSB60MNSTD0017 onde é possível compreender sua aplicação conceitos parâmetros e limites utilizados além dos critérios de avaliação e caracterização dos modos de falha Este guia abrange a técnica de análise de vibração tanto para o monitoramento offline e quanto para o monitoramento online 521MONITORAMENTO OFFLINE VIBRAÇÃO IMPLEMENTAÇÃO Para inclusão dos equipamentos no plano de monitoramento offline de vibração é necessário a utilização do diagrama de decisão destinado a esta técnica Os critérios de seleção tem como base principal selecionar os equipamentos passíveis de identificação dos principais modos de falhas através da técnica de análise de vibração offline absoluta medição de carcaça baseado na criticidade de acordo com a filosofia de manutenção EMPRESA potência tempo de operação disponibilidade de equipamento reserva associação à um sistema crítico além da disponibilidade de acesso ou possibilidade de instalar sensores fixos para execução do monitoramento Este fluxo tem como objetivo selecionar os equipamentos para associação ao plano e com isso assegurar a efetividade do serviço de monitoramento offline de máquinas rotativas otimizando custos globais de manutenção garantia de recursos utilizados de forma qualificada e a continuidade operacional das unidades de produção da EMPRESA através da maior confiabilidade dos equipamentos monitorados Todos os equipamentos rotativos que participam dos processos diretamente relacionados à Floating Production Storage and Offloading FPSO devem ser formalmente avaliados nesse diagrama de decisão quanto as suas características e ao seu grau de importância no processo Esta classificação de ativos é a base para a aplicação do monitoramento offline de vibração respeitando as particularidades de cada unidade de negócio da EMPRESA Outros equipamentos que não estão relacionados diretamente ao processo de um FPSO poderão ser avaliados de forma exclusiva e excepcional de acordo com a necessidade da unidade de produção Outras exceções também poderão ser avaliadas individualmente de acordo com a necessidade da embarcação A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 25 38 Figura 9 Fluxo de decisão para seleção dos equipamentos de vibração offline A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 26 38 Equipamento alternativo Monitoramento offline de carcaça não é adequado para identificar e prever de forma antecipada os principais modos de falha destes tipos de equipamentos em geral Portanto não é recomendado aplicação da técnica de análise de vibração offline absoluta Outras técnicas de predição podem ser avaliadas para este tipo de equipamento Monitoramento online com software dedicado Os equipamentos que detêm sistemas dedicados de monitoramento de dados dinâmicos não requerem a redundância de coleta de dados de vibração offline Portanto não é recomendado aplicação da técnica de análise de vibração offline absoluta Vale ressaltar que os equipamentos com monitoramento online apenas de valor global não é suficiente para um diagnóstico preditivo adequado o que requer um complemento de monitoramento offline de vibração Avaliação da criticidade Conforme EMPRESA Filosofia da Manutenção 3500 MSB60 MNSTD0003 para os equipamentos com criticidade 5 e X cabe a adoção da Manutenção Corretiva Planejada ou funcionamento até a falha RTF Run to Fail Portanto apenas os equipamentos com criticidade SCE123 e 4 estão suscetíveis a aplicação do monitoramento offline de vibração Equipamento opera de forma contínua por mais de 20 minutos Para se tornar efetiva a análise offline de dados dinâmicos em equipamentos rotativos é necessária a estabilidade operacional e térmica do conjunto monitorado Essa estabilidade geralmente se dá após 20 minutos de operação contínua do equipamento rotativo Portanto a aplicação da técnica de análise de vibração offline absoluta não é recomendada para uma condição de operação inferior a 20 minutos Outras técnicas de predição podem ser avaliadas para este tipo de equipamento Potência do equipamento Equipamentos de baixa potência geralmente estão associados a sistemas não críticos quanto ao custo de manutenção tempo de reparo e sobressalentes com curto tempo de reposição Portanto quando caracterizados aos itens citados acima a aplicação da técnica de análise de vibração offline absoluta não é economicamente recomendada Equipamentos com potência menor que 2cv e sem equipamento standby podem estar sujeitos ao monitoramento de vibração offline desde que estejam associados à um sistema crítico e que sua indisponibilidade possa causar perda operacional em até 72 horas Fácil acesso aos pontos de monitoramento Avaliar acesso físico aos mancais dos equipamentos para instalação de sensor de coleta de dados Caso o equipamento não tenha acesso avaliar a implantação de sensores fixos Equipamentos sem acesso e que não permitem instalação de sensores fixos não é recomendada aplicação da técnica de análise de vibração offline absoluta Outras técnicas de predição podem ser avaliadas para este tipo de equipamento 53ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE A análise de óleo é uma das mais importantes ferramentas da manutenção preditiva e permite realizar avaliações laboratoriais rápidas e precisas sobre o lubrificante utilizado nos equipamentos Com a análise de óleo tornase possível detectar tanto os desgastes das peças móveis dos equipamentos quanto a presença de substâncias contaminantes Com um diagnóstico preciso a partir da análise de óleo é possível identificar rapidamente e até mesmo antecipar possíveis desvios tanto do ativo quanto do próprio lubrificante evitando comprometer a condição de operar ou qualidade do produto A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 27 38 Em geral a análise do óleo está ligada principalmente à economia seja de tempo de recursos manutenção e aumento da vida útil Os principais benefícios desta técnica são Melhor uso dos equipamentos Prevenção de problemas Redução do desgaste das peças Redução do número de trocas de óleo Redução de custos em geral O primeiro passo é a coleta do óleo realizada por um profissional com conhecimento da máquina Tratase de um procedimento que pode influenciar na análise portanto precisa ser feito com atenção A amostra colhida precisa representar o todo e não estar suscetível a contaminações O passo seguinte é o ensaio em que são definidos os parâmetros do óleo bem como suas condições de aplicação As análises laboratorias estão divididas em três principais categorias Propriedades do fluido incluindo condições físicas e químicas Contaminação identificação e medições Detritos de desgaste mecanismos de degradação e suas fontes com foco em aspectos tribológicos Todo o detalhamento técnico das análises laboratoriais utilizadas para cada tipo de óleo e sua família de equipamentos além dos procedimentos de amostragem estão descritos no Guia EMPRESA 3500MSB60MNSTD0012 Análise de Óleo Lubrificante 531 ESTRATÉGIAS DE LUBRIFICAÇÃO A gestão da lubrificação é um dos processos mais desafiadores nas disciplinas de Manutenção uma vez que inclui tarefas de manutenção proativa preventiva preditiva baseada em condições e corretiva O documento EMPRESA 3500MSB60MNSTD0014 Guia de estratégia de lubrificação visa fornecer os conceitos gerais e orientações relacionadas aos pilares de Lubrificação a serem seguidos pelas equipes de gestão engenharia e manutenção da EMPRESA em toda a nossa frota Este documento se divide em sete pilares estratégicos que incluem Seleção Recepção e Armazenamento de Lubrificantes Manuseio e Aplicação Desenvolvimento de Planos de Lubrificação Controle de Contaminação e Processo de Análise de Óleo Descarte Ambiental 54TERMOGRAFIA ELÉTRICA É a técnica de inspeção não destrutiva realizada com a utilização de sistemas infravermelhos para a medição de temperaturas ou observação de padrões diferenciais de distribuição de calor com o objetivo de proporcionar informações relativas à condição operacional de um componente elétrico equipamento ou processo A termografia infravermelha possibilitanos enxergar padrões térmicos invisíveis que correspondem a muitos problemas elétricos de alto custo O fluxo de corrente normal por exemplo ao percorrer uma conexão corroída ou mal apertada resultam em uma operação anormal temperaturas elevadas devido ao aumento da resistência elétrica Antes de este calor excessivo causar um dano ou explosão os padrões são facilmente visualizados por meio de uma câmera de imagem infravermelha As inspeções elétricas A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 28 38 são o carro chefe da indústria termográfica por ser rápida e excelente relação custo benefício O valor principal da termografia está na localização de problemas que podem ser problemas na superfície do contato elétrico alta resistência num ponto em particular sobrecarga ou desbalanceamento de carga Uma vez que o problema tenha sido localizado a termografia e outros métodos de teste bem como a experiência e o bom senso são usados para diagnosticar a natureza do problemas A termografia pode oferecer a informaçãochave sobre o padrão que pode leválo ao diagnóstico do problema Localizar problemas antes que ocorram falhas é tremendamente valioso Alguns benefícios da inspeção de sistemas elétricos incluem Aumento da segurança Melhoria da confiabilidade do sistema Redução das manutenções não programadas e do tempo de parada Redução nos custos de reparo e manutenção Melhoria no processo produtivo e na satisfação dos clientes Garantia da qualidade de novas instalações e reparos Diretrizes para a execução da inspeção termográfica infravermelha em sistemas elétricos com propósito de garantir a integridade e operacionalidade bem como antecipação de possíveis falhas com base nos padrões conhecidos práticas recomendáveis da indústria e a legislação vigente com o objetivo de garantir a segurança das pessoas e confiabilidade dos equipamentos estão descritos no documento EMPRESA 3500MSB60OPSTD0036 Guia de termografia elétrica 55RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO DE MOTORES ELÉTRICOS As máquinas elétricas possuem papel fundamental em qualquer processo produtivo tanto no quesito de força motriz quanto como fonte de energia Assim para qualquer parada de uma máquina elétrica impactos significativos serão sentidos no processo produtivo As máquinas elétricas girantes são submetidas continuamente a estresses elétricos mecânicos térmicos e ambientais principalmente aos contaminantes que degradam os componentes da máquina e comprometem sua vida útil O principal componente que é degradado numa máquina elétrica é o sistema de isolação dos enrolamentos A vida útil dos isolantes normalmente define a confiabilidade de funcionamento de uma máquina elétrica Componentes como água poeira calor frio umidade atmosfera corrosiva resíduos químicos vibrações e inúmeras outras condições podem afetar a confiabilidade operacional e a vida útil de equipamentos elétricos O isolamento dos motores elétricos é extremamente prejudicado por estas condições sendo uma das avaliações com maior peso quando analisadas as causas das falhas do equipamento Dentro das falhas elétricas as falhas no isolamento representam uma porção significativa para estas serem levadas com leviandade À medida que a vida útil de um motor depende principalmente do seu isolamento o mesmo deve ser verificado nas condições de funcionamento em um intervalo regular de tempo O estado de limpeza e umidade de um motor pode ser monitorado pelos testes de resistência de isolamento Testes complementares tais como Índice de Polarização IP Índice de Absorção IA e Isolação podem fornecer informações valiosas sobre o estado de deterioração e ajudarão a predizer possíveis falhas do sistema A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 29 38 Para o teste de resistência de isolamento de motores a EMPRESA segue as diretrizes estabelecidas na norma ABNT NBR 170943 Máquinas elétricas girantes Parte 3 Motores de indução trifásicos Métodos de ensaio Esta parte da NBR17094 especifica os métodos de ensaios aplicáveis para a determinação das características de desempenho de motores de indução trifásicos 56ANÁLISE DE ÓLEO DE ISOLAMENTO Em equipamentos elétricos isolados a óleo o fluído dielétrico tem a função de atuar como um isolante elétrico e como fluído de troca de calor o que assegura o funcionamento adequado do equipamento As propriedades físicoquímicas dos óleos minerais vegetais e fluidos silicones por exemplo garantem que estes fluídos possam ser utilizados com essa finalidade e que os equipamentos elétricos operem de forma segura A análise físicoquímica de óleo isolante abrange diversos ensaios nos quais cada um fornece um resultado essencial para a obtenção de um diagnóstico completo das condições físicoquímicas do fluído isolante tanto novo quanto em uso Através da análise físicoquímica de óleo isolante pode ser feita a avaliação das condições do fluído isolante empregado em equipamentos elétricos isolados a óleo Através da análise físicoquímica de óleo isolante é possível a avaliação do mantenimento das propriedades físicoquímicas dos fluidos dielétricos Este tipo de acompanhamento é essencial para a programação de manutenções que evitam a ocorrência de defeitos e falhas nos equipamentos elétricos como os transformadores Esta deve ser realizada por laboratórios especializados e capacitados que possa indicar a necessidade de manutenções quando pertinente Desvios como arco corona e sobreaquecimento são tipos de falhas que podem ser detectadas pela Análise cromatográfica antes que o problema possa se tornar mais crítico A análise cromatográfica é o método atual mais adequado de análise de gases gerados no transformador cujos resultados muito contribuem para detecção de possíveis falhas que estão ocorrendo ou que possam ocorrer no transformador sendo bem distinta da Análise físicoquímico do óleo isolante O documento EMPRESA 3500MSB60OPSTD0038 Guia de amostragem análise de óleo isolante e gases dissolvidos descreve as diretrizes para a execução de amostra as análises com propósito de antecipar as possíveis falhas e práticas recomendáveis da pela legislação vigente garantindo a segurança das pessoas e ativos 57DETECÇÃO DE RUÍDO ULTRASSÔNICO Ultrasom é o termo físico atribuído a ondas acústicas que ocorrem na faixa de freqüência acima do limite da audição do ser humano 20 KHz As ondas acústicas ou som propriamente dito são classificados de acordo com suas frequências e medidos em ciclos por segundo ou seja o número de ondas que passam por segundo pelos nossos ouvidos A unidade ciclos por segundos é normalmente conhecida por Hertz abreviatura Hz Assim sendo se tivermos um som com 280 Hz significa que por segundo passam 280 ciclos ou ondas por nossos ouvidos Note que frequências acima de 20000 Hz são inaudíveis denominadas freqüências ultra sônicas e as abaixo de 20Hz infrasom O ouvido humano é sensível a sons com freqüências situadas na faixa de 20 a 20000 Hz aproximadamente A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 30 38 Figura 10 Campo de audibilidade As principais aplicações para a técnica de ultrassom são Detecção de Fugas Vazamento de gás ou ar Válvulas Inspeção Elétrica Corona Tracking Arco Inspeção Mecânica Falhas em rolamentos lubrificação 58ANÁLISE DE CAPACIDADE DO BANCO DE BATERIAS Os bancos de baterias são responsáveis por alimentar sistemas críticos tais como UPS GTG baleeira bote de resgate rápido guindaste fire pump gerador de emergência sistemas de comunicação entre outros em momentos de queda de energia garantindo uma parada segura do equipamento Uma fonte de alimentação ininterrupta UPS e uma série de baterias banco de baterias são os principais componentes dos sistemas de energia de reserva Para manter o controle sobre as operações da planta até que os sistemas possam ser desligados com segurança ou até que o gerador auxiliar seja inicializado o UPS faz backup do sistema de controle digital DCS Embora a maioria das baterias usadas nos sistemas UPS contemporâneos sejam livres de manutenção elas ainda podem deteriorarse devido a curtoscircuitos internos sulfatação corrosão ressecamento e falha de vedação Para garantir que o backup esteja preparado em caso de interrupção um monitoramento contínuo com testes que que meçam a vida útil da bateria é necessário O principal recurso para procedimentos padrão de manutenção de baterias é o Instituto de Engenheiros Eletrônicos e Elétricos através da IEEE 1188 Recommended Practice for Maintenance Testing and Replacement of ValveRegulated LeadAcid VRLA Batteries for Stationary Applications e IEEE 450 Recommended Practice for Maintenance Testing and Replacement of Vented LeadAcid Batteries for Stationary Applications ambas possuem normas equivalentes pela ABNT que são ABNT NBR 159402011 Baterias estacionárias chumboácidas reguladas por válvula Requisitos e métodos de ensaio e ABNT NBR 142222012 Baterias estacionárias chumboácidas ventiladas Requisitos e métodos de ensaio respectivamente Uma técnica importante para avaliar a saúde e a condição das baterias em bancos de baterias de UPS e retificadores é a medição de condutância a condutância é a capacidade de uma bateria de conduzir corrente elétrica e está relacionada à resistência interna No entanto a condutância mede a capacidade de condução de corrente em todo o espectro de frequências enquanto a resistência interna é uma medida em uma A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 31 38 frequência específica A medição de condutância pode ser realizada usando um testador de condutância de bateria que aplica um sinal de corrente alternada AC de baixa amplitude e frequência variável à bateria e mede a tensão resultante A relação entre a corrente aplicada e a tensão medida é usada para calcular a condutância da bateria A condutância é uma medida útil para avaliar a saúde geral da bateria e identificar possíveis problemas como envelhecimento sulfatação e perda de capacidade identificando tendências de degradação prematura e falhas iminentes Baterias com baixa condutância podem ter dificuldade em fornecer energia suficiente durante uma falha de energia ou uma demanda de carga elevada 59INSPEÇÃO SENSITIVA A inspeção sensitiva é uma das técnicas mais utilizadas em estratégias de manutenção preditiva Ela pode ser entendida dentro da área de manutenção como a técnica da utilização dos sentidos para captar informações no que se refere à integridade física dos equipamentos industriais com o objetivo de diagnosticar potenciais falhas Mesmo utilizando uma prancheta e um papel a sensitiva é extremamente importante para execução da coleta de dados em campo O seu enfoque principal está na busca por identificar situações anômalas Os desvios são inúmeros e variam de equipamento para equipamento por exemplo anomalias em ruído temperatura vibração existência de vazamentos folga desalinhamentos desgaste além de situações ligadas à segurança das pessoas e ao meio ambiente É necessário que mesmo pequenas observações sejam anotadas para um bom resultado da inspeção sensitiva sendo fundamental a elaboração detalhada das rotas usando formulários e definindo o tipo de inspeção a ser feita e os pontos a inspecionar para cada tipo de equipamento Na maioria dos casos a inspeção sensitiva tem como objetivo alimentar a engenharia ou planejamento de manutenção com essas informações que normalmente são utilizadas para detecção de falha em estágio inicial Como a percepção humana pode falhar é importante a combinação das informações sensitivas com outros instrumentos de medição como analisadores de vibração termografia ultrassom etc A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 32 38 Figura 11 Uso dos sentidos para inspeção 510 DESCARGAS PARCIAIS Descargas parciais DP são fenômenos elétricos que ocorrem em isolamentos de sistemas de alta tensão como transformadores motores geradores cabos e interruptores As descargas parciais são pequenas descargas elétricas que ocorrem dentro ou na superfície do material isolante devido à presença de imperfeições como bolhas de gás vazios contaminação ou defeitos de fabricação As descargas parciais não envolvem a ruptura completa do isolamento e portanto não causam uma falha imediata do equipamento No entanto a ocorrência repetida de descargas parciais pode levar à degradação progressiva do material isolante eventualmente resultando em falha do isolamento e possíveis danos ao equipamento A detecção e monitoramento de descargas parciais são importantes para a manutenção preditiva de equipamentos elétricos de alta tensão A análise de descargas parciais pode ajudar a identificar problemas potenciais no isolamento antes que causem falhas no sistema permitindo ações corretivas para prolongar a vida útil do equipamento e garantir a confiabilidade do sistema Existem várias técnicas para medir e monitorar descargas parciais incluindo Medição de corrente de descarga parcial Esta técnica envolve a medição da corrente de descarga parcial gerada pelo fenômeno de DP pode ser realizada de maneira contínua ou em intervalos periódicos desde que o sistema de capacitores ou toroides próprios estejam instalados nos equipamentos Detecção acústica Esta técnica utiliza sensores acústicos para detectar o som gerado pelas descargas parciais Detecção de emissões eletromagnéticas Esta técnica utiliza sensores para detectar as emissões eletromagnéticas geradas pelas descargas parciais Detecção de emissões ultravioleta Esta técnica utiliza câmeras ultravioleta para detectar a emissão de luz ultravioleta gerada pelas descargas parciais Esses eventos indesejados podem ser desencadeados por uma variedade de fatores incluindo Ativos envelhecidos Condições climáticas adversas Defeitos de fabricação Erros de projeto A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 33 38 Falta de isolamento Falhas mecânicas Materiais de baixa qualidade Sobrecarga do sistema elétrico Todos os tipos de descargas parciais manifestamse por meio de sinais de alta frequência como luz som eou arcos elétricos Além disso dependendo do meio dielétrico seja ele gás líquido ou sólido podem ocorrer reações químicas Esses eventos são caracterizados por uma variedade de fenômenos físicos e químicos que ocorrem no local tais como Pulsos eletromagnéticos conduzidos e irradiados Luminosidade Ruído acústico Acréscimo de temperatura Reações químicas 511 ASSINATURA DAS VÁLVULAS DE CONTROLE A válvula de controle é um equipamento que trabalha diretamente em contato com os fluídos de processo e são responsáveis por reduzirem ou aumentarem o fluxo de passagem ou seja projetada para operar modulando de modo contínuo e confiável de acordo a necessidade momentânea com um mínimo de histerese e atrito no engaxetamento da haste A manutenção preditiva de válvulas de controle contempla diagnósticos de válvulas de controle e bloqueio apresentados de forma individual um relatório por equipamento gerando assim um histórico da evolução ao longo tempo ao se repetir periodicamente os serviços de diagnóstico onde os serviços realizados incluem ajustes gerais da válvula com regulagens e ajustes nos acessórios periféricos posicionador e atuador quando necessário e possível de acordo com as condições do equipamento Atualmente estes serviços de diagnóstico são efetuados através das ferramentas Valvelink ou Flowscanner Com o monitoramento contínuo é possível compilar gráficos em tempo real contendo as características físicas do conjunto válvula atuador posicionador Através da análise dos dados e gráficos é possível concluir o real status de saúde da válvula de controle seguido assim com as ações recomendadas para sua melhora A análise dos dados permitem as seguintes análises Condição dos internos da válvula danos na gaiola obturador sede esfera Atrito da haste com as gaxetas Atrito do eixo com as buchas Estado do atuador mola e vazamento do diafragma Medição do curso da haste Calibração do bench set do atuador Força de assentamento obturador na sede Calibração do posicionador Medição da banda morta Linearidade do conjunto válvula atuador posicionador Resolução máxima e mínima de resposta da válvula Medir e avaliar os tempos de abertura e fechamento Se esta for equipada com booster informar os dois valores de velocidades com e sem o booster A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 34 38 Avaliar comportamento dinâmico da válvula na condição do processo a fim de encontrar a melhor sintonia no loop em relação à resposta da válvula de controle visando a redução da variabilidade e aumentando dos lucros Todos os diagnósticos são baseados na norma ISA75 que é Procedimento de teste para medição de resposta da válvula de controle Este padrão define o teste e o relatório de gráficos e resposta ao degrau de válvulas de controle que são usadas em aplicações de controle O documento EMPRESA 3500MSB60MNSTD0013 apresenta diretrizes para execução de atividades de manutenção preditiva em válvulas de controle com base na análise de diagnósticos possibilitando localizar qualquer disfuncionalidade em estágio inicial a fim de mitigar qualquer tipo de falha visando garantir a integridade das válvulas em operação segurança do processo das pessoas e do meioambiente com base nos padrões e normas conhecidas práticas recomendáveis da indústria e a legislação vigente 6 FERRAMENTAS COMPLEMENTRES 61INDICADOR DE SAÚDE HEALTH SCORE O indicador de saúde de um equipamento é um sistema de pontuação utilizado para monitorar a eficiência geral do equipamento ou sistema por meio de verificações regulares dos seus parâmetros de condição O seu resultado é uma porcentagem absoluta essencial para indicar a condição ou confiabilidade da máquina Para chegar a um número ou pontuação quantificável uma série de verificações de integridade são realizadas na máquina É baseado em três principais fatores requisitos de manutenção condições operacionais e histórico operacional O valor inicial máximo é 100 e conforme as condições dos parâmetros operacionais podem ser aplicados descontos sobre o valor inicial Os parâmetros operacionais são avaliados quanto aos principais itens Condições de processo Condições dinâmicas Condições do óleo lubrificante Sistemas auxiliares Com base nos resultados encontrados o valor inicial pode ser descontado conforme itens abaixo Condição normal desconto 0 Problema potencial 100 5 x Números de parâmetros de condição Condição de alarme desconto 100 2 x Números de parâmetros de condição Condição crítica desconto 100 Não monitorado desconto 100 2 x Números de parâmetros de condição Posteriormente é calculado a média aritmética de cada parâmetro operacional do subsistema sistema individualmente e por último do navio Maiores detalhes dessa ferramenta complementar estão disponiveis no Anexo I Guia de implementação Health score A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 35 38 62CONFIGURAÇÃO DO PRÉALARME SYSTEM 1 Equipamentos rotativos estão sujeitos a modos de falhas conforme a norma API 689 1st Edição Vibração é um dos modos de falha identificados e pode ser identificada por técnica de monitoramente de preditiva Baseado nessa premissa foram configurados préalarmes na atual ferramenta online System 1 de monitoramento de vibração a fim de identificar esse modo de falha de maneira incipiente através das características vibracionais de cada falha e realizar as manutenções corretivas onde aplicável Os limites vibracionais disponíveis em normas ou manuais dos equipamentos consideram a vibração global como limites para realizar uma intervenção mecânico Contudo esse método pode não ser tao eficaz devido Aproximadamente 25 das falhas podem deteriorarse visivelmente ao se aproximarem da falha sem causar uma mudança significativa nos níveis gerais ou pelo menos sem fazer com que a amplitude geral se aproxime do seu nível de alarme As amplitudes vibracionais globais podem reduzir em alguns momentos quando as falhas se tornam mais severas Exemplo falhas em rolamentos problemas de engrenagens etc Alguns modos de falhas vibracionais são identificados sem causar um aumento significante do valor global Com base nesses pontos acima foram desenvolvidas configurações de bandas de alarmes espectrais para diferentes equipamentos e configurações a fim de prever alterações no seu comportamento vibracional identificando a sua causa raiz de forma incipiente Maiores detalhes dessa ferramenta complementar estão disponiveis no Anexo II 63PDM PAINÉIS DE MONITORAMENTO PREDITIVO A ferramenta Digital PdM é a aplicação atualmente utilizada pelos engenheiros de confiabilidade EMPRESA Tier 2 que são responsáveis pela manutenção baseada em condições dos ativos A ferramenta digital tem como principal objetivo apoiar as tarefas diárias do engenheiro Identificar automaticamente as características dos Modos de Falha em dados de séries temporais dos sensores Reduzir o tempo gasto pelos engenheiros para analisar manualmente dados de séries temporais para monitoramento de condições Otimizar o tempo do engenheiro compilando informações de muitas fontes de dados e permita uma solução rápida e mais precisa dos problemas Gerenciar as recomendações de monitoramento baseadas em condições para garantir a execução adequada e a priorização das atividades de manutenção corretiva Estão incluídas no escopo do fluxo de trabalho as seguintes atividades Processo de reconhecimento de alarmes diários Criação de Desvio de Condição CD e gerenciamento do ciclo de vida Monitoramento de KPIs de desempenho e melhoria contínua A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 36 38 631 FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE RECONHECIMENTO DO ALARME Figura 12 Fluxo de trabalho de reconhecimento de alarme 64EFICIÊNCIA DA MANUTENÇÃO PREDITIVA Manutenção preditiva é a manutenção baseada na condição do equipamento que consiste em monitorar a condiçãointegridade atual do ativo a fim de identificar o modo de falha no estágio inicial e emitir as recomendações necessárias para restabelecer a sua performance operacional A metodologia da eficiência da manutenção preditiva se baseia em 04 pilares de avaliação são eles Monitoramento Análise Recomendação Ação Corretiva 641 MONITORAMENTO O monitoramento da condição consiste na coleta de dados dados estes sendo obtidos por sistemas online offline ou ensaios laboratorias considerando pontos e direções de coleta locais de amostragem disponibilidade e procedimentos de testes entre outros meios de adquirir a base de dados para análise 642 ANÁLISE Mensurar o resultado deste pilar consiste em analisar os dados com evidências técnicas do pilar de monitoramento e parâmetros correlacionados ao diagnóstico É importante ressaltar que os dados técnicos de análise devem justificar o modo de falha analisado com atribuição de notas de acordo com o volume e tipo de dados aquisitados que garantam a qualidade mínima requerida nas análises A PRINTED VERSION OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED Page 37 38 643 RECOMENDAÇÃO Mensurar a eficiência deste pilar consiste em correlacionar o modo de falha analisado e a contramedida proposta e esta associada a uma nota de manutenção devidamente apontado no SAP 644 AÇÃO CORRETIVA A análise deste pilar consiste em confrontar o status de entrada da condição do ativo INPUT e o status desta condição após a execução da manutenção corretiva recomendada OUTPUT Além desta avaliação é importante também reconhecer se esta ação seguiu as recomendações da Preditiva Esta avaliação deve seguir o seguinte fluxo Figura 13 Fluxo de decisão para avaliação do pilar da ação corretiva Esse indicador de eficiência da manutenção preditiva permite mensurar a eficiência da manutenção preditiva através de seus pilares e essa verificação da eficiência deve concluir o ciclo da manutenção recomendada para o ativo sendo possível identificar se as ações executadas efetivamente eliminaram a causa raiz do problema de acordo com a análise e contramedida sugerida O fluxo de avaliação da eficiência da manutenção preditiva é realizado em duas etapas sendo a primeira a partir do somatório dos pilares de manutenção preditiva que devem ser validados somente após a avaliação da segunda etapa que consiste a partir do resultado alcançado pela ação corretiva realizada 645 FLUXOGRAMA DA AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DA MANUTENÇÃO PREDITIVA Figura 14 Fluxograma da avaliação da eficiência da manutenção preditiva PRINTING OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED PRINTING OF THIS DOCUMENT IS NOT CONTROLLED INDEX 10 INTRODUCTION 5 Page 2 71 7 7 42 42 40 39 37 34 34 34 34 33 33 32 30 30 29 29 28 25 23 21 20 20 19 19 19 19 18 17 17 16 16 15 14 14 13 13 13 13 11 11 10 10 10 9 8 8 5 5 5 Online monitoring 423 Intermittent Online Monitoring 422 Offline monitoring 421 Types of Monitoring 42 Proximity sensor 412 Casing sensor 411 Selection of Vibration Sensors 41 VIBRATION DATA ACQUISITION AND MONITORING 40 Sensitive Inspection 326 Additional Data Collection 325 Stop and startup of equipment 324 Soft foot 323 Bump Test 322 Phase Measurement 321 Premises for Special Data Collection in the Field 32 Operational Parameters 318 Time signal storage 317 Spectral bands 316 Alarm limits 315 Configuration of Monitoring Points 314 Standardization of Nomenclature of Monitoring Points 313 Equipment Identification 312 Databook 311 Database 31 PARAMETERIZATION 30 Operating Conditions at the Time of Collection 29 Proximity Sensor 282 Casing sensor 281 Vibration data collection sensors 28 Demodulation 27 Frequencies of failure modes 261 FFT Spectrum Analysis 26 Waveform 25 Engineering Units SI 244 Acceleration 243 Velocity 242 Displacement 241 Measurement Parameters 24 Amplitude 234 Frequency 233 Period 232 Harmonic Motion 231 Basic Vibration Concepts 23 Application 22 Definition 21 VIBRATION ANALYSIS FUNDAMENTAL CONCEPTS 20 REFERENCES 15 ACRONYMS ABBREVIATIONS AND DEFINITIONS 14 RESPONSIBILITIES 13 SCOPE 12 PURPOSE 11 43 Monitoring Criteria 46 431 432 433 434 435 51 52 53 54 61 Unbalance 62 Eccentricity 63 Misalignment 64 Soft foot 65 651 652 653 66 67 68 69 Cavitation Page 3 71 70 70 69 69 68 65 62 62 61 59 59 58 58 57 56 55 54 54 53 53 52 52 52 51 51 48 47 47 47 47 Roller bearing defects OIL WHIP Oil film swirling OIL WHIRL Oil film instability Defects in Sleeve Bearings Blade pass frequency BPF Failures in Belts and Pulleys Coupling Failures Clearance between components Tightening Clearances Structural Clearances Mechanical clearances CHARACTERIZATION OF FAULT MODES AND DIAGNOSTICS 60 Process and Operation Conditions Recognizing Changes in the Condition of Machines Vibration Severity Criteria Use and Application of Technical Standards CONDITION ASSESSMENT CRITERIA 50 Sensitive inspection Safety Criteria During Data Collection Postmaintenance monitoring Monitoring Intervals CBM Plan Equipment List 610 Gear Failures 611 Electrical issues 612 Ressonance 613 6131 6132 614 10 INTRODUCTION 11 PURPOSE The Vibration Analysis is one technique that allows to evaluate and identify the failure modes in the components of a rotating equipment in addition to verifying the rate of change of the dynamic forces generated In this way it is possible to define the origin and criticality of vibration in equipment caused by different deviations such as unbalance misalignment backlash lack of mechanical stiffness bearing failure defective gears among others Following the recent growth of the EMPRESA fleet and the challenges of standardizing improvements it became necessary to create documents that guide the technical and operational teams regarding vibration analysis This document is a guideline intended to provide the concepts and general guidelines related to the pillars of the vibration analysis technique to be followed by EMPRESAs technical engineering and maintenance teams throughout our fleet as well as contracted companies Everyone directly or partially involved in carrying out the data collection and analysis activity must understand and apply the concepts in accordance with this guide It is important to highlight that this document is not intended to make the reader a vibration analysis expert but rather to help create typical methods and concepts used in evaluating and diagnosing machinery by vibration analysis throughout EMPRESA The objective here is also to establish the standards across the entire EMPRESA fleet to optimize decisionmaking and facilitate daytoday decisions and necessary improvements to ensure the reliability of our equipment also providing Safety of equipment and processes Increased operational availability Failure reduction Reduction of maintenance costs Reduction of downtime Reduction of spare parts inventory Increased productivity 12 SCOPE This Guide is divided into four strategic pillars for a predictive maintenance program based on vibration analysis Fundamental Concepts Settings Monitoring Analysis and Diagnosis Each chapter addresses basic concepts definitions and monitoring strategies of the best engineering practices for a conditionbased maintenance program with the objective of achieving accurate diagnoses and recommendations thus making the necessary actions and countermeasures with lowest impact on production and maintenance costs For this document Page 4 71 issuing some international standards such as API and ISO were also consulted to support the applied definitions As a dynamic document this Guide should be revised as necessary 13 RESPONSIBILITIES Role Responsibility Page 5 71 Number Identification Definition API Standard 610 Centrifugal Pumps for Petroleum Petrochemical and Natural Gas Industries API Standard 610 Centrifugal Pumps for Petroleum Petrochemical and Natural Gas Industries API Standard 612 Petroleum petrochemical and natural gas industries steam turbines specialpurpose applications API Standard 613 Special Purpose Gear Units for Petroleum Chemical and Gas Industry Services API Standard 613 Special Purpose Gear Units for Petroleum Chemical and Gas Industry Services API Standard 614 Lubrication Shaft Sealing And ControlOil Systems and Auxiliaries for Petroleum Chemical And Gas Industry Services for Special Purpose Applications API Standard 616 Gas Turbines for the Petroleum Chemical and Gas Industry Services API Standard 616 Gas Turbines for the Petroleum Chemical and Gas Industry Services API Standard 617 Axial and Centrifugal Compressors and ExpanderCompressors API Standard 670 Machinery Protection Systems API Standard 692 Dry Gas Sealing System for Axial Centrifugal Rotary Screw Compressors and Expanders Page 7 71 ASME PC 10 Compressors and Exhausters ISO 10816 Evaluation of Machine Vibration by Measurements on Nonrotating Parts ISO 20816 Mechanical vibration Measurement and Evaluation of Machine Vibration ISO 7919 Evaluation of Machine Vibration by Measurements on Rotating Shafts VDI2056 Standards of Evaluation for Mechanical Vibrations of Machines 3500MSB60 MNSTD0003 Maintenance Philosophy 3500MSB60 PRSTD0005 EMPRESA Operations Philosophy 3500MSB60 MNSTD0010 Condition Based Maintenance Guide 3500MSB60 MNPS0003 Condition Monitoring 20 VIBRATION ANALYSIS FUNDAMENTAL CONCEPTS 21 DEFINITION Vibration is the reciprocating motion of a body around an equilibrium position caused by external or internal forces Vibration levels are good indicators for knowing the behavior and health of equipment Vibration will occur due to an excitation force that causes harmonic motion as shown in the figure below Figure 1 Harmonic shaft movement Page 8 71 The vibratory motion of a machine is the result of the dynamic forces that excite it This vibration propagates through all parts of the machine as well as to the structures connected to it Usually a machine vibrates at several different frequencies with their respective amplitudes Wear and fatigue are effects of continuous vibration and outside operational reliability levels which in turn are responsible for most failure modes in rotating equipment Every machine presents a certain level of noise and vibration due to its normal work operation as well as excitations from external sources However a portion of these vibrations is caused by incipient defects or disturbing secondary sources which act on the quality of machine performance Any increase in the vibration level of a machine from its baseline is the first sign of an aggravation of a deviation in the dynamic behavior of the equipment and the beginning of some failure mode such as misalignment shaft warping or bending bearing wear among others In summary the vibration signals collected from an equipment as well as their related amplitudes bring information about its dynamic condition health and consequently help the analyst to take a better decision for the right moment for an intervention or maintenance to be carried out Each equipment presents a characteristic way of vibrating and each machine element induces its own excitation generating specific signals frequencies and amplitudes Usually these elements are bearings rotors gears etc The dynamic behavior of the machine is a composition of signals from all components defects and excitations arising from the movements In this way a careful plan of predictive maintenance by vibration analysis can indicate the main failure modes present in the equipment 22 APPLICATION Considering the forms of application and the different types of equipment the predictive technique by vibration analysis can identify numerous failure modes including Mass imbalance Misalignment of shafts and pulleys Widespread gaps and loose bases gear teeth Bearings Electric sources Others The main effects of vibrations are risk of accidents property damage premature wear of components unexpected breakdowns increased maintenance costs energy costs structural fatigue poor product quality inadequate work environment among others Through the implementation of a predictive plan and its approaches the control andor elimination of these effects can be achieved in the following ways Elimination of sources balancing alignment replacement of defective parts tightening of loose baseplates etc Isolation of the parts placement of an elastic dampening medium in order to reduce the transmission of vibration Response attenuation alteration of the structure reinforcements auxiliary masses natural frequency change etc 23 BASIC VIBRATION CONCEPTS 231 HARMONIC MOTION The bestknown form of periodic motion is simple harmonic motion which can be represented by a mass suspended by a spring that is displaced from its equilibrium position and will move around that point with simple harmonic motion If we build a graph relating the distance of the mass to the equilibrium position and time the curve obtained will be a sinusoid Page 9 71 Figure 2 Simple harmonic movement We say that there is vibration when this cycle is repeated several times in a unit of time The time taken to complete a cycle is called Period and the number of cycles in a unit of time is called the frequency of motion 232 PERIOD The Period is the time required for the formation of a wave that is the interval necessary for a movement performed by a body to be repeated As in the example below the period T corresponds to the duration of one complete turn of the shaft Figure 3 Period Page 10 71 233 FREQUENCY It is the number of complete movements or cycles that occur during the given period This frequency f of the vibrational motion is defined as the inverse of its period T It is possible to measure the period from the sine wave formed and from this obtain the frequency of origin of the movement The period of a wave is the temporal measure of a complete cycle of its movement in seconds or milliseconds for example In this way we have the equation f1T where f Frequency in Hz T Period in seconds 234 AMPLITUDE It is the amount of movement energy contained in the vibration signal defining the status and criticality of the failure modes present in the rotating equipment The amplitudes are mainly responsible for defining the maintenance strategy to be applied as well as the best time for intervention as mentioned above Figure 4 Signal amplitude There are four different ways to quantify the amplitude level of a vibration measurement PeaktoPeak Peak RMS and Mean Value PeaktoPeak measurement indicates the vibration level from the top of the positive peak to the bottom of the negative peak of a waveform This measurement refers to the total displacement amplitude of the equipment in relation to a reference zero Indicating the maximum wave path this value can be useful where the vibratory displacement of a machine part is critical for maximum stress or where mechanical gap is a limiting factor Peak measurement indicates the vibration level from the top of the positive peak to the reference zero line of the waveform This is a particularly valid value for indicating shocks of short duration but it only indicates the occurrence of the peak not considering the total course of the wave RMS measurement represents the RMS root mean square wave value The RMS value is the most frequently used because it considers a certain measurement time interval and gives a value that is directly related to the energy of the Page 11 71 vibration that is its destructive capacity It is noteworthy that international standards use the RMS measurement as the reference Rectified MeanValue measurement represents 0637 Peak of the sine wave This calculated value is accurate only when the measured wave is a pure sine wave The figure below represents the different ways of expressing a vibration level in a sine waveform Figure 5 Quantification modes of signal amplitude It is possible in possession of a determined amplitude value to convert the vibration amplitude level according to the relation below Mean Value 0637 Peak Mean Value 090 RMS PeaktoPeak 2 Peak Peak 1414 RMS Peak 157 Average Value RMS 0707 Peak RMS 111 Average Value 24 MEASUREMENT PARAMETERS Vibration analysis has three measurable characteristics displacement velocity and acceleration Although these three parameters are mathematically related they represent distinct characteristics For a proper vibration measurement it is necessary to select the ideal vibration measurement parameter and the most suitable type of sensing thereby having a greater probability of identifying the characteristic and severity of the failure mode 241 DISPLACEMENT Displacement measurements highlight low frequency components Often applied engineering units are mils or microns Displacement is the change in the distance or position of an object relative to a reference point Displacement is normally measured with a sensor known as a probe or proximity sensor Proximity sensors generally monitor vibration and displacement of the shaft relative to the bearing and are commonly used on sleeve bearing machines Page 12 71 242 VELOCITY It is the parameter normally chosen for evaluation of vibration severity and it has the widest range of linear and stable coverage for the main failure modes of an equipment It is a less representative parameter for extreme low and high frequency components Usually measured in millimeters per second mms or inches per second ins 243 ACCELERATION It is the parameter that best represents the high frequency components is the rate of change in velocity from zero to peak and is usually measured in units of gravitational force g in the metric system or meter per second squared ms² This means that higher frequencies generate higher levels of acceleration signals Figure 6 Frequency response curve 244 ENGINEERING UNITS SI The vibration parameters measured in metric units are Displacement mm microns Velocity mms ins Acceleration g or ms² 25 WAVEFORM The waveform or amplitude in the time domain is the complex sum of all the individual frequencies that exist in the vibration monitoring of a machine To correctly analyze the waveform in time we must first understand what it is and then decide on its use in analyzing problems in our machines and systems The waveform can optimize the analysis of vibrations It should not be considered a primary tool but rather a tool to provide additional information It is worth mentioning that certain failure modes have their identification in the initial stages using the waveform and consequently its nonuse would imply in the loss of tracking the initial development of the deviation As mentioned above time domain analysis is often used in addition to frequencydomain analysis especially for low speeds Thus it becomes extremely important to learn to interpret it aiming to detect changes in dynamic behavior as early as possible Page 13 71 Figure 7 Waveform The waveform analysis process is sometimes difficult and confusing which makes the technique rarely used to its full potential The key to successfully using waveform data is knowing exactly how and when to use it in order to complement conventional analyses We can highlight but not limited to the profiles below for your application Low speed applications 100 RPM Beating or shortterm impacts Mechanical Clearances Misalignment Imbalance Gears Transients Indication of real amplitude in situations where impacts occur such as assessing the severity of the bearing defect 26 FFT SPECTRUM ANALYSIS The decomposition of a complex periodic vibration signal into its different sinusoidal components each represented by its amplitude A and its frequency F is carried out by a time x frequency transformation called the Fast Fourier Transform This mathematical function transposes the signal in the time domain to the frequency domain The representation of the obtained signal is called frequency spectrum The Fast Fourier Transform is directly obtained by modern spectral processors and analyzers Page 14 71 Figure 8 Fast Fourier Transform 261 FREQUENCIES OF FAILURE MODES The failure mode frequencies can be basically divided in 3 ways SubHarmonics Harmonics and Inter Harmonics That is they will most often have a multiple or fraction nonmultiple ratio of the axis rotation of the analyzed point Sub harmonics Sub harmonic frequencies are frequencies referring to components that are running at a lower rotation than the frequency of the main axis at the analyzed point These frequencies are usually related to bearing cage defects shaft instability phenomena among others Harmonics The harmonic frequencies are frequencies of components or phenomena that are running at the same rotation of the main axis analyzed or its multiple N x the passage of the component at each rotation of the axis The main failure modes related to rotation harmonics are unbalance misalignment backlash among others Inter Harmonics Inter harmonic frequencies are the frequency of components or phenomena that are running above the rotation frequency of the main axis of the analyzed point but not multiples of the rotation Usually these frequencies are related to the main failure modes of bearing components 27 DEMODULATION The demodulation spectrum is a filtered signal which aims to separate highfrequency signals from lowfrequency signals and this occurs through a socalled bandpass filter The band pass filter high allows you to easily visualize the low frequency signals of the vibrational components generated at high frequency as a modulated signal This artifice allows the easy visualization of failure modes still in the initial stage of development in the equipment Figure 9 Demulation filter Page 15 71 Demodulation spectrum in general have the goal of identifying excited failure modes with cyclic and repetitive peaks generated at high frequency which typically are 28 VIBRATION DATA COLLECTION SENSORS 281 CASING SENSOR Also called an absolute measurement transducer it is commonly used in rolling bearing equipment and measures the total vibration existing in the equipment through the bearing The transducer when fixed to a vibrating surface produces at its output terminals a voltage proportional to the acceleration to which it is subjected Its operating principle is based on the use of piezoelectric ceramic discs which in turn have the physical property of generating electrical discharges when applied to efforts Piezoelectric accelerometers are generally preferred for measurements covering a wide range of frequencies The way the transducer is fixed at the measurement point changes its resonant frequency and consequently its range of response to the desired frequencies Page 16 71 Figure 10 Spectrum with signals of bearing failure in high frequency Electrical defects Gears Bearings Lubrication problems Figure 11 Accelerometer cross sectional 282 PROXIMITY SENSOR They are also called relative measurement transducers and generally applied in equipment with sleeve bearings Proximity probes or sensors are sensitive to the displacement of a surface of known material and operate without contact with the surface to be monitored having their greatest capacity in representing amplitudes and signals at low frequency Its use is recommended in equipment where small displacements can damage rotating parts or where such displacements are not perceived in the frame The measurement set with displacement transducer is formed by components that are electrically connected to each other they are Proximity probe or sensor displacement transducer Extension cable Proximitor Page 17 71 Figure 12 Displacement transducer 29 OPERATING CONDITIONS AT THE TIME OF COLLECTION One of the most important considerations when acquiring vibration data is the operating condition of the equipment The collection of vibration data should preferably be carried out during steadystate operation under normal and known operating conditions In this way the correct detection of changes in behavior that may represent incipient failure modes is obtained thus avoiding unnecessary interventions in the equipment due to changes in the process only In general the limits for monitoring the condition of equipment are based on data reported by manufacturers alarm lists and international standards However a baseline that is a reference standard of normal operation for each equipment should be established as a reference point for trend tracking especially for equipment operating for a significant period For equipment with varying operational states it may be necessary to establish a baseline for each of these moments 30 PARAMETERIZATION 31 DATABASE The vibration analysis technique goes through several stages until the final result starting with the definition of which equipment should be monitored and the best evaluation strategy until the registration of the relevant parameters for each equipment The definition of measurement parameters alarm levels and frequencies of failure modes requires knowledge of the technical and operational characteristics of each equipment and these complete the basic requirements for building a complete and effective database EMPRESA understands that the vibration database is the basis for robust and consistent predictive establishing itself as the main source of information for monitoring and analysis of data acquired through conditionbased maintenance offline and online monitoring During the construction of the database a lot of information and configurations are necessary to guarantee the quality of the information such as the technical data of the equipment alarm limits measurement parameters engineering units signal resolution number of averages among others Therefore some assumptions are necessary for the reliability of EMPRESA results Page 18 71 311 DATABOOK The vibration databook is a compiled document composed of information that shows the technical details of the equipment As a good practice the databook must be generated in the project implementation To prepare the databook it is recommended to visit the place where the equipment is installed collect data in the data sheet alarm list equipment manual and others When necessary information is not available in the documentation contacting the equipment manufacturer is recommended The vibration databook shall contain the information below not limited to TAG Name and description of the equipment Maintenance plan number from CMMS Equipment criticality Driver type Manufacturer Model Rotation speed Power Lubrication type Model and designation of bearings Number of gear teeth if appliable Number of rotor blades if appliable Coupling type Equipment family identification Photos sketches drawings 312 EQUIPMENT IDENTIFICATION It is necessary to accurately identify the equipment and vibration data collection points in loco in order to obtain efficient communication and quality of the collected data In this way it is possible to obtain reliable and assertive diagnostic results and recommendations When the equipment and vibration data collection points are well identified in the field the entire process becomes safer and simplified The correct and accurate identification in addition to facilitating the monitoring process and optimizing the employees time enables the repeatability of data acquisition which in turn is an extremely important action to guarantee the reliability of sampled and trendable data 313 STANDARDIZATION OF NOMENCLATURE OF MONITORING POINTS The nomenclature used to identify the points for data collection is based on numbering the bearings in the set in ascending order starting from the driving equipment to the driven equipment in the Vertical Horizontal and Axial directions as shown in the figure below Page 19 71 Figure 13 Identification of data collection points In the case of intermediate machines such as a gearbox for example the marking of the points must follow the same sequence that is the direction of movement with a nomenclature similar to that mentioned above The parameters used in the collection must also be informed in the registration of the point For a better understanding follow the table with an example of some points of a set formed by Engine Gearbox and Pump Equipment Bearing Position Direction Parameters Abbreviation Motor Bearing opposite coupling side 1 Horizontal Velocity NDE Bearing 1HV Motor Bearing opposite coupling side 1 Vertical Velocity NDE Bearing 1HV Motor Bearing coupling side 2 Horizontal Acceleration DE Bearing 2HA Motor Bearing coupling side 2 Axial Envelope DE Bearing 2AE Gearbox Bearing coupling side of motor 3 Horizontal Velocity DE Bearing 3HV Gearbox Bearing opposite coupling side of motor 4 Vertical Acceleration NDE Bearing 4VA Gearbox Bearing opposite coupling side of pump 5 Horizontal Velocity NDE Bearing 5AE Pump Bearing coupling side with gearbox 7 Axial Envelope DE Bearing 7AE Table 1 Description of point nomenclature 314 CONFIGURATION OF MONITORING POINTS 3141 FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS During the parameterization process of the vibration data collection points it is extremely important to correctly use the engineering units and their respective magnitudes in order to guarantee the full capacity of the tool to be used in the monitoring analysis and identification of failure modes in the stage initial For each type of bearing sensors and region of failure modes to be analyzed the appropriate engineering unit must be used according to the examples below 3142 MEASUREMENT PARAMETERS ENGINEERING UNITS AND FREQUENCY RANGE Displacement This measurement parameter is used in machines with sleeve bearings and the main point to be monitored is the movement of the shaft moving part in relation to the bearing fixed part and captured by a proximity sensor The engineering unit to be used preferably should be in microns µm PKPK Regarding the frequency range the recommendation is to use 10 to 1000Hz Velocity This measurement parameter is used in machines with rigid bearings where the shaft is supported on roller bearings This magnitude uses a velometertype sensor for its acquisition however in many predictive monitoring programs by vibration analysis it is very common to also use the accelerometer considering the integration of the collected signal The engineering unit used should preferably be millimeters per second mms RMS Regarding the frequency range the recommendation is to use 10 to 1000 Hz Page 20 71 Acceleration This measurement parameter is also used in machines with rigid bearings where the shaft is supported on roller bearings This quantity uses an accelerometertype sensor for its acquisition As indicated in item 243 of this document the high frequency regions are best evaluated using acceleration where generally the natural frequency of the bearing steel is in the range of 25 to 6 kHz and is excited through the impacts caused by the passage of the rotating elements in the deformations in the raceways of the bearing The preferred engineering unit used should be gravitational acceleration g 0PK Regarding the frequency range the recommendation is to use 1000 to 10000 Hz Demodulation As indicated in item 27 of this guide demodulation is a filtered signal with the aim of detecting frequencies that are modulating around a carrier frequency It is mostly applied in rigid bearings bearings and is captured with an accelerometer type sensor As in most cases demodulation is used to identify bearing defects at an early stage through the excitation of the natural steel of this component that occurs in the high frequency region 25 to 6 kHz The engineering unit used for this measurement is directly related to the technology used in signal processing therefore it should be defined at the beginning of the project between the parties involved In any case it is good engineering practice to use quantities measured in g 0PK especially as literature and technical references use this standard Regarding the frequency range the recommendation is to use 10 to 1000 Hz associated with a band pass filter from 1000 to 10000 Hz 3143 MINIMUM RESOLUTION OF SPECTRA The resolution is fundamental to determine the quality and accuracy of the failure modes diagnoses analyzed in the frequency spectra The resolution is directly proportional to the quality of the acquired data the higher the resolution the higher the quality of the signals and the accuracy of identifying the failure mode during the spectral analysis However spectra collected with high resolution can reduce the speed of data collection in the field and compromise the space in the memories of portable data collectors mainly Therefore it is important to consider during the registration of the dynamic data collection point a resolution that is minimally adequate for each evaluated magnitude where the minimum acceptable number is 1600 lines 3144 MINIMUM NUMBER OF AVERAGES The number of averages similar to the resolution mentioned in the previous topic is essential to guarantee the quality and accuracy of the dynamic data collected such as amplitude and frequency Therefore the greater the number of averages the better the quality and precision of these data during the analysis of the dynamic behavior of an equipment However the use of a high number of averages requires more time to collect data in the field and consequently may compromise the execution of an extensive route of a monitoring plan It is recommended that the minimum number of 3 averages during dynamic data collection is enough to guarantee the necessary quality for an accurate predictive analysis It is worth remembering that for machines that work with variable speed it is important that the average is synchronous with the simultaneous use of a tachometer to measure the speed during the collection of dynamic data In a practical way as described in the items above the table below summarizes the recommended minimum requirements for the parameterization of the measurement points Quantities of Measurement Units of Engineering Quanfitication of Amplitude Frequency Range Minimum Resolution Application Minimum of Averages Sensor Displacement Microns um Peak to peak PKPK 10 to 1000 Hz 1600 Lines Journal bearing 3 averages Proximity Velocity mms RMS 10 to 1000 Hz 3200 Lines Rigid bearings bearings 3 averages Acceleromete r Acceleration g Zero to peak 1000 to 3200 Lines Rigid 3 averages Acceleromete Page 21 71 0PK 10000 Hz bearings bearings r Demodulation g Zero to peak 0PK Spectrum O to 1000Hz 3200 Lines Rigid bearings bearings 3 averages Acceleromete r Band pass filter 1000 to 10000 Hz Table 2 Configuration of monitoring points 315 ALARM LIMITS 3151 ALARM ZONES For the parameterization of alarm limits in conditionbased maintenance programs the first aspect to be considered and defined are the alarm regions and their main characteristics Below we can check the main work zones of a piece of equipment and their characterization in a monitoring program Figure 14 Typical monitoring zones Baseline Condition identified in new and commissioned machines normally without the presence of defects Equipment operating within this zone is normally considered acceptable for unrestricted longterm operation Pre alarm Region Region of greatest interest for conditionbased maintenance programs In this zone failure modes can be identified in very incipient stages making the necessary actions and countermeasures of less impact and low cost We highlight that the vibration analysis when the equipment is in this region can be made using spectral bands Alarm1H Amplitudes recorded in this zone are normally considered unsatisfactory for longterm continuous operation At this stage the failure mode can be clearly characterized Increasing the frequency of data collection is recommended at this stage as well as having defined the corrective action plan to be planned Alarm2HH Amplitudes recorded in this zone are normally of enough severity to cause damage to the machine At this stage it is recommended to stop the equipment for immediate intervention 3152 ALARM SEVERITY LEVELS As for their severity the alarm limits for condition monitoring programs must be based on three main bases Page 22 71 Manufacturers operating and maintenance manuals alarm lists International standards The parameterization of the alarm limits of the zones defined as Alarm1H and Alarm2HH is normally based on the operation and maintenance manuals of the manufacturers and their respective alarm lists In general terms the calibration of the alarm in these regions is defined by the manufacturer by aspects of the design of the project and its safety implications for the equipment and installations For cases where reference values for the referred alarms are not indicated in the documentation follow the guidelines below 31521 DISPLACEMENT MEASUREMENTS For equipment with sleeve bearings and measurements in displacement the parameterization of the alarms must be based on the relationship between the bearing clearance and the application of a multiplication factor in order to ensure the safe operation avoiding the contact of the shaft with the structure of the bearing Below are the reference values as indicated by ISO 7919 Mechanical Vibration Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts for the setup of the alarms Alarm1H Bearing clearance x 06 Alarm2HH Bearing clearance x 07 Example Considering equipment with sleeve bearings and a clearance of 150 µm the alarm limits would be Alarm1H 150 x 06 90 µm Alarm2HH 150 x 07 105 µm 31522 VELOCITY MEASUREMENTS Velocity monitoring has proven to be extremely effective for monitoring rotating equipment especially roller bearings It is quite representative for identifying the main failure modes of rotating equipment as well as its structure In general based on the main standards applied to the monitoring of rotating equipment the equipment must follow the criteria defined below Support Class Velocity mms RMS Rigid AlarmlH 45 Alarm2HH 71 Flexible Alarm1H 71 Alarm2HH 110 Table 3 Vibration limits in velocity parameter The recommended values above should be applied for measurements in the horizontal vertical and axial directions Special cases that for some reason do not fit within the limits defined above must be evaluated and defined separately by a multidisciplinary group 31523 ACCELERATION MEASUREMENTS As indicated in the main standards for monitoring rotating equipment acceleration measurements should not be applied as protection for equipment only as reference values for condition monitoring Therefore Alarm2HH values with a tripping function should not be applied to the equipment being used only as complementary measures in the evaluation of the condition and to support the diagnosis In this way the equipment must follow the criteria defined below Page 23 71 Acceleration g Pk AlarmlH 60 Alarm2HH 100 Table 4 Vibration Limits in the Acceleration parameter The recommended values above should be applied for measurements in the horizontal vertical and axial directions Special cases that do not fit the limits defined above must be evaluated and defined separately by a multidisciplinary group 31524 HIGH FREQUENCY DEMODULATION MEASUREMENTS Highfrequency demodulation measurements like acceleration measurements are also not used to protect rotating equipment having as their main function to support analyzes and diagnostics Due to the complexity and nature of the processing of this signal reference values are normally used for the setup according to the baseline region of the applied frequency filter Therefore a specific value for the limits of Alarm1H and Alarm2HH would not be recommended as the tendency of this parameter is the factor of greatest interest and criterion for defining changes in the status of the equipment As for its application this quantity is based on identifying and characterizing failure modes in its initial stage especially for bearings and gears Note The measurement parameters and engineering units applied to the items described above follow the same criteria defined in item 314 of this guide 3153 GLOBAL PREALARM SEVERITY LEVELS One of the strategies for monitoring the condition of rotating equipment by vibration analysis is the parameterization of pre alarms In the same way as the spectral bands subject discussed below the global vibration levels can also be classified into different prealarm levels The main objective of prealarms is to identify failure modes at an early stage indicating any change in behavior and allowing a more accurate and welltargeted diagnostic analysis In order to define the prealarm set point for the global level we must consider some factors among them the baseline is the key point for the adjustment The global baseline value indicates the initial andor current condition of the rotating equipment as described in item 3151 of this document The adjustment value for the prealarm must consider a percentage of the global baseline value for each measurement point according to the criteria defined below Baseline up to 25 of the value of Alarm1H Prealarm set point Baseline15 Baseline up to 50 of the value of Alarm1H Prealarm set point Baseline13 Baseline up to 75 of the value of Alarm1H Prealarm set point Baseline115 Baseline up to 90 of the value of Alarm1H Prealarm set point Baseline110 Baseline greater than 90 of the value of Alarm1H Prealarm set point baseline105 The prealarm set point must be adjusted to a new value whenever a failure mode is identified and all the diagnostic mapping of the studied case is available In this way a new level would be considered for the parameterization of the prealarm set point and from this new point consider the assumptions for identifying changes in behavior 316 SPECTRAL BANDS Monitoring by spectral bands is a tool to aid in the diagnosis and optimization of the predictive monitoring plan of rotating equipment by vibration analysis with the objective of directing the analysis by frequency bands and alarm limits for each failure mode and its respective equipment family 3161 CONFIGURATION Frequency bands should be created from typical failure modes for each equipment family The range of each frequency band can be defined in two ways The first by the direct relationship of the number of orders for synchronous measurements and the other in fixed frequency bands A minimum of 01N of rotational synchronous frequency range and 10 Hz of fixed frequency range is recommended Page 24 71 The alarm limits represent the acceptable vibration energy for each frequency range indicated above For this parameterization the alarm limits defined by the manufacturer in Alarm1H or according to the values established in item 315 must be considered as the maximum acceptable amplitude reference for each frequency range It is recommended that the value for each frequency range is always lower than Alarm1H in order to represent a prealarm as described in item 3151 of the pre alarm region In general terms it would be a percentage of the level established by Alarm1H also considering the level of severity and criticality of each failure mode for the respective equipment As an example of arrangement for frequency bands but not limited to these the models below are presented Centrifugal Compressor Failure Modes Frequency Band Alarm limits Oil Whirl Instability 042x to 048x rpm 020 x Alarm1 Unbalance 1x rpm 090 x Alarm1 Misalignment 2x to 3x rpm 040 x Alarm1 Mechanical Clearance 4x to 10x rpm 030 x Alarm1 Rub 15x 25x 35x 45x rpm 010 x Alarm1 Blade Pass Frequency Number of blades x rpm 015 x Alarm1 Lateral Resonance Fixed frequency according manual 015 x Alarm1 Tortional Resonance Fixed frequency according manual 015 x Alarm1 Oil in the Coupling 082 to 090x rpm 015 x Alarm1 Table 5 Compressor failure modes Centrifugal Pump Failure Modes Frequency Band Alarm limits Oil Whirl Instability 042x to 048x rpm 02 x Alarm1 Unbalance 1x rpm 09 x Alarm1 Misalignment 2x to 3x rpm 040 x Alarm1 Mechanical Clearance 4x to 10x rpm 030 x Alarm1 Rub 15x 25x 35x 45x rpm 010 x Alarm1 Blade Pass Frequency Number of blades x rpm 035 x Alarm1 Cavitation Number of blades x rpm100Hz 015 x Alarm1 Tortional Resonance Fixed frequency according manual 015 x Alarm1 Table 6 Failure modes in centrifugal pumps Gearbox Failure Modes Frequency Band Alarm limits Oil Whirl Instability 042x to 048x rpm 02 x Alarm1 Rotation frequency of shaft input pinion 1x rpm input shaft 090 x Alarm1 Rotation frequency of shaft output crown 1x rpm output shaft 090 x Alarm1 Misalignment 2x to 3x rpm 050 x Alarm1 Mechanical Clearance 4x to 10x rpm 040 x Alarm1 Tortional Resonance Fixed frequency according manual 015 x Alarm1 Gearing Frequency N gear teeth x rpm 040 x Alarm1 Table 7 Gear Multiplier failure modes Page 25 71 Electric Motor Failure Modes Frequency Band Alarm limits Oil Whirl Instability 042x to 048x rpm 020 x Alarm1 Unbalance 1x rpm 090 x Alarm1 Misalignment 2x to 3x rpm 040 x Alarm1 Mechanical Clearance 4x to 10x rpm 025 x Alarm1 Electric Failures 2x power frequency 010 x Alarm1 Tortional Resonance Fixed frequency according manual 010 x Alarm1 Bar pass Frequency Number of bars x rpm 020 x Alarm1 Table 8 Electric motor failure modes Screw Compressor Failure Modes Frequency Band Alarm limits Oil Whirl Instability 042x to 048x rpm 020 x Alarm1 Unbalance 1x rpm 090 x Alarm1 Misalignment 2x to 3x rpm 040 x Alarm1 Mechanical Clearance 4x to 10x rpm 030 x Alarm1 Rub 15x 25x 35x 45x rpm 010 x Alarm1 Passagem do Lóbulo Macho Número de lóbulos x rpm 040 x Alarm1 Passagem do Lóbulo Fêmea Número de lóbulos x rpm 020 x Alarm1 Tortional Resonance Fixed frequency according manual 010 x Alarm1 Table 9 Screw compressors failure modes Spectral bands for equipment that use roller bearings must be assembled according to the configuration of the installed bearing following their characteristic frequencies Failure Modes Frequency Band Alarm limits BPFO Ball Pass Frequency Outer Race Frequency according to bearing size 080 x Alarm1 BPFI Ball Pass Frequency Inner Race Frequency according to bearing size 060 x Alarm1 BSF Ball Spin Frequency Frequency according to bearing size 050 x Alarm1 FTF Fundamental Train Frequency Frequency according to bearing size 020 x Alarm1 Table 10 Failure modes for bearing equipment Failure modes not covered in the table above should be discussed and developed by a multidisciplinary team 317 TIME SIGNAL STORAGE It is critical for waveform data analysis to ensure a correct database setup Thus the following items must be considered when registering and configuring a collection point Engineering units Resolution Averages Page 26 71 Engineering units The choice of engineering unit is of fundamental importance to precisely quantify the amplitudes found and consequently determine the severity of the identified failure modes Engineering units and measurement parameters should generally be selected based on the frequencies of interest that is according to the failure mode to be investigated as already detailed in item 3142 Resolution For standard waveform analysis it is recommended to use a minimum of 4096 samples which corresponds to 1600 lines This ensures that the collected data has during routine monitoring sufficient accuracy and key events are captured EMPRESA suggests additional collections with higher resolution greater than or equal to 8192 samples for alarmed equipment or in diagnostic studies Averages Averaging minimizes the effect of random variations or noise spikes on the vibration signals When you measure vibration various spectra are acquired and calculated to produce an average spectrum Ideally a vibrating signal will be free of any noise or interference that could make analysis difficult Unfortunately this rarely happens there are always constant and uncontrollable changes in the vibration of a machine that add noise to the signal In the Figure below it is possible to observe the results of the signals with the application of averages Figure 15 Waveform with applied averages The synchronous time average must be used to synchronize data acquisition for a specific axis with a minimum use of 3 averages as already described in Item 3144 318 OPERATIONAL PARAMETERS 1 Operational Parameters Good conditionbased maintenance practices as well as international standards guide that the data collection for vibration analysis should be carried out when the equipment and its main components reach their stable operating conditions are Page 27 71 preferably in permanent regime and at their best efficiency point In this way all vibration data collection must have in its records the association with the operating conditions of the equipment at that moment During vibration data collection it is necessary to record process conditions such as Flow Suction pressure Discharge pressure Suction temperature Discharge temperature In addition to the process data mentioned above it is important that bearing temperatures are also recorded at the time of vibration data collection 32 PREMISES FOR SPECIAL DATA COLLECTION IN THE FIELD Within the scope of predictive maintenance by analysis of vibrations in industrial equipment there are situations where the use of certain special advanced techniques of field analysis are necessary In this way it becomes essential to refer to certain advanced techniques that allow a quick and safe diagnosis in certain applications and certain problems 321 PHASE MEASUREMENT Phase provides an indication of motion relative to a known reference such as a rotating shaft or another position on a equipment It essentially provides a time value between events For rotating equipment this time is given in degrees as most phase analysis involves comparing a vibration signal with shaft rotation For example the time between the point of maximum vibration amplitude at a measurement location on a equipment and a mark on a shaft can indicate the position of the heavy spot on an unbalanced rotor Bent shaft Phase measurement has a very wide application both for absolute measurements rolling bearings and relative measurements journal bearings including complementing and confirming diagnosis of failure modes identified with other analysis tools However in order to have a high reliability of the analyzed data it is extremely important to guarantee the reference of the installed sensors and the historical data for comparison and identification of the change in the dynamic behavior of a rotating machine Therefore to perform the phase measurement it is important to consider the studied frequency define a reference point for amplitude and phase measurement to be compared to another point or any part of the analyzed structure It is important during the reading to compensate the physical position between the sensors for the correct registration of the phase relationship of the vibration between these points Phase measurement is a complementary tool to the main failure modes as exemplified in the following table Page 28 71 Table 11 Phase measurement diagnostics 322 BUMP TEST The impact test or bump test is a vibration analysis technique that allows us to identify resonances and their modes and propose modifications in structures and machine components to change their natural frequencies or even design dynamic vibration absorbers to attenuate the energy of resonance The operating principle of this technique is very simple that is the system is subjected to an impact then vibrating freely at its natural frequency In this way the bump test consists of measuring the vibrational response of a system to an impact with a common hammer not instrumented that will excite all the frequencies of the system Thus it is possible to determine the natural frequency where there is a peak in the response due to the existence of resonance Page 29 71 Figure 16 Impact test Spectrum and signal in time Other ways to perform this test Impact Test with the Machine Running Using the Negative Mean Impact Test Using Delay Impact Test Using Modal Hammer Figure 17 Modal Hammer Therefore whenever there is a need to confirm an MRI diagnosis in an equipment andor its structure it is recommended to perform a bump test It is important to consider the analyzed frequency in the center of the spectrum range considering a margin of at least 50 Hz more or less for the total window to be analyzed Page 30 71 The measurement must be carried out in online mode on the data collector and in order to have a quick response from the instrument during data collection it is important to configure the smallest number of averages and at a resolution enough to be able to separate the analyzed frequencies The table below indicates a basic configuration for carrying out this test Quantities of Measuremen t Units of Engineering Quanfitication of Amplitude Frequency Range Minimum Resolution Minimum of Averages Sensor Velocity mms RMS Frequency of interest 50 Hz 800 lines 1 average Acceleromete r Table 12 323 SOFT FOOT For a technical and robust investigation a vibration data collection carried out on the feet of the equipment helps in the development of a previous study of a root cause analysis of high vibrations With these tests it is possible to identify the dynamic movement of the machine region of greater amplitude and direction verify the rigidity of the structure and also classify whether or not the machine is in resonant condition Thus EMPRESA establishes that this measurement is mandatory for a severe andor recurrent evaluation of a structure base or misalignment diagnosis During the study it is necessary to create sketches to understand the fragile points of the structure Example Figure 18 Vibration measurement performed when fixing the equipment For these measurements it is not necessary to store spectra or images in the time domain Only the mapping of vibration amplitudes according to the parameterization below Quantities of Measuremen t Units of Engineering Quanfitication of Amplitude Frequency Range Minimum Resolution Minimum of Averages Sensor Velocity mms RMS 10 a 500hz 800 lines 3 average Acceleromete r Table 13 Parameterization for soft foot verification 324 STOP AND STARTUP OF EQUIPMENT The starting RunUp and stopping CoastDown tests are intended to identify structural natural frequencies and critical speeds of the equipment Bode and Nyquist diagrams Polar diagnostic tools are usually used which are normally used in large machines that operate at speeds above the critical set Page 31 71 The evaluation of this test must follow the following criteria Register the signature during the equipment starting ramp Register the signature during a stable load condition of the equipment with a minimum of 20 minutes of operation under load Register the signature during the equipment stop ramp Multichannel equipment must be used for dynamic vector signals Signals must be synchronized to record all points monitored in real time at the same time The signature of the equipment must include for all monitored points the record of orbits spectra single and waterfall shaft center line bode chart polar chart 325 ADDITIONAL DATA COLLECTION The main objective of collecting additional data is to investigate vibration signals from a rotating equipment with resolution characteristics and frequency range different from the one set at the collection point for the routine predictive inspection route It is used to be able to separate discrete frequency peaks in an analysis and diagnosis such as for example separating electrical and mechanical frequencies or clearly identifying bearing failure frequencies The basic setting for this measurement should be 006 Hzline as shown in the figure below Figure 19 Parameterization for additional spectrum collection 326 SENSITIVE INSPECTION Sensitive inspection is a technique widely used in the predictive maintenance strategy It can be understood within the maintenance area as the technique of using the senses to capture information regarding the physical integrity of assets with the aim of diagnosing potential failures Sensitive inspection is extremely important for identifying integrity deviations as well as for association with field vibration data collection In this way all vibration data collection must have in its records a group of sensitive inspection parameters but not limited to these such as Abnormal noises Temperatures out of specification Leaks in general Fixing equipment and structures Protections for moving parts Preservation of the painting Corrosion structures piping supports valves etc Deviations found during the sensitive inspection must be reported and recorded in the appropriate database 40 VIBRATION DATA ACQUISITION AND MONITORING Page 32 71 41 SELECTION OF VIBRATION SENSORS The choice of a sensor to be used in a vibration monitoring system depends on the type of machine and its bearings 411 CASING SENSOR There are speed and acceleration contact sensors and the standard sensor used in the EMPRESA fleet is the accelerometer due to its greater stability in keeping calibrated if compared and covering a greater frequency range in relation to speed transducers Due to the large response range typically 2Hz to 60kHz accelerometers are generally used in rolling bearings Figure 20 Accelerometer fixed to the rolling bearing Conditions that affect the accelerometer by changing its reading Environmental Typical generalpurpose accelerometers can tolerate temperatures up to 121C At higher temperatures the piezoelectric ceramic will begin to depolarize causing a permanent loss of sensitivity Cable Noise Connection cables must be free of noise in order not to generate erroneous signals that could impact the results Page 33 71 obtaining accurate results from monitoring data Irregular mountings result in a change in the sensors resonant frequency which can severely limit the useful frequency range of the accelerometer A magnetic base is a simple connection method when the measurement point is a flat ferromagnetic surface In addition to fixing the magnetic base electrically isolates the accelerometer 4111 USE OF CASING SENSOR During data collection with portable equipment the accelerometer is powered by the instrument when turned on and will remain so until the data collector is turned off at the end of the collection process If an accelerometer is mounted with a magnet it takes some time for the amplifier circuit to stabilize after the mounting shock This is known as settling time The time it takes for the sensor circuit amplifier to stabilize after temporary mounting is directly related to the process of fixing it Therefore if the accelerometer is rigidly mounted to the machine allowing the magnet to impinge on the mounting surface the mounting shock will saturate the amplifier and a long stabilization time will be required But if the magnetic mount is mounted smoothly to the mounting surface with little or no shock to the accelerometer the stabilization time will be minimal It is always preferable in portable data collection to mount the accelerometer as smoothly as possible to avoid any sensor shock or amplifier saturation This allows the measurement process to start faster saves time between measurements and provides greater reliability of the collected data To ensure that there is no shock at the time of collection it is recommended to adopt a data collection as shown in the image below fixing the sensor in two steps Page 34 71 The method of attaching the accelerometer to the measurement site is one of the most critical factors in Sensor Attachment Figure 21 Spectrum with noise Figure 22 Positioning modes of a housing sensor When measuring vibration with a portable sensor it is mandatory to also evaluate the positioning of the sensor in the equipment avoiding surfaces with paint sludge or dirt areas of unloaded bearings housing divisions and structural gaps Figure 23 False support of an accelerometer 412 PROXIMITY SENSOR Proximity sensors are used for vibration monitoring in hydrodynamic bearings Its linear response range to vibration frequencies 0Hz to 1200Hz being widely used to identify failure modes characterized at low frequency The main objective in the application of this type of sensor is to capture the vibration or relative position of the monitored shaft in relation to the bearing where the change in the magnetic field generated by the sensors occurs caused by the shaft approaching or moving away from them and converted into an electrical signal to a transducer proximitor In a simplified way we can say that the proximitor excites the probe with an RF signal of approximately 2 MHz This produces a magnetic field at the tip of the probe as shown below The proximitor demodulates the probe signal and provides a modulated DC voltage that is directly proportional to the distance between the probe tip and the target commonly called the gap The AC part of the signal is directly proportional to the rotor vibration Therefore proximity sensor can provide both rotor position and vibration displacement The rotor position can be used to determine the average shaft position in a radial bearing or the axial position in a thrust bearing This is a very important diagnostic tool as a severe change in shaft position in a hydrodynamic bearing can indicate a bearing damaged by excessive wear Page 35 71 Figure 24 GAP read configuration From the transducer it is possible to collect the vibration displacement signal of the monitored shaft and thus define limits for machine protection and analysis of the vibration signal in software dedicated to the monitoring system Proximity sensors are usually installed in pairs on the bearing separated by 90º Figure 25 Proximity sensors configuration Page 36 71 4121 USE OF PROXIMITY SENSORS Proximity sensors are mostly used in online protection and monitoring systems for large machines where high reliability is required in monitoring and diagnosing the failure modes of hydrodynamic bearings generally applied to this type of equipment The main advantages of measuring with proximity sensors over other types of measurement is that it provides the actual displacement of the shaft not the vibration transmitted to some other part of the equipment In addition proximity sensors are very robust and reliable if installed and monitored correctly allowing even high diagnostic accuracy when graphical data are well interpreted While proximity sensors are very robust and reliable just like any other condition monitoring device these devices have some concerns to consider in order to ensure accurate monitoring and diagnostics The main concerns are According to item 6113 of the API 670 standard for new equipment the reading surfaces of the shaft where the proximity sensor reads must be polished and must not present a combined runout mechanical and electrical that exceeds up to 25 of the maximum limit of vibration or 6 microns peak to peak Reading surfaces must be kept free of scratches corrosion demagnetization and other imperfections that could cause false signals If the reading surface has a scratch the vibration monitor will not be able to distinguish this defect from actual shaft vibration In this case the FFT will show the defect as a 1X vibration being a tool not very suitable for this diagnosis To identify such anomaly temporal waveform and orbit are the best diagnostic tools Due to the above the proximity sensor reading region must be protected during all rotor handling repair or storage If any small damage to the reading surface happens the effect can be circumvented by vector compensation of the displacement data runout compensation This is done by collecting a slow rotation vector for each sensor and subtracting it from the displacement vector measured with the equipment in operation The slow rotation vector is the actual displacement vector at a very low rotation speed where the shaft is just rotating in the bearings no real vibration It should be noted that as this is a vector subtraction the magnitude of the resulting or compensated displacement vector is not always smaller than the measured displacement it only depends on the phase difference between the slow displacement and the displacement vector More accurate compensation of vibration data is performed with real waveform compensation where a time waveform is recorded at low speed instead of just a vector It is worth remembering that in equipment that has vibration protection systems it is possible to acquire dynamic data with portable collectors through the buffered outputs BNC of the front cards of the protection racks since these outputs contain the untreated signal from the proximitor In this way it is possible to collect a picture of the dynamic condition of the shaft in the bearings of the monitored equipment storing this data in an offline vibration monitoring system During data collection in a protection system with buffered outputs BNC it is important to ensure that the sensor is not powered by the portable data collector It is also important to define the arrangement and description of the points to be measured following the architecture and description indicated in the parameterization of the protection racks and in the PIDs of the equipment It is also important to carry out the measurement on the pair of sensors of the same bearing synchronized with the rotation and phase reference PKPHASE later allowing the use of tools for diagnosing machines with hydrodynamic bearings For this measurement it is essential to use good quality cables without splices During data collection it is recommended that there is no sudden movement of the cables to avoid any type of interference in the collected signal 42 TYPES OF MONITORING The type of condition monitoring through vibration analysis considers factors such as safety integrity power complexity required availability and impact in case of unplanned failure including the costs of lost production and repair Therefore the criterion for monitoring an asset is directly related to the type of machine its operational characteristics and its effects on production EMPRESAs asset monitoring for the vibration analysis technique has three scope criteria to be followed as defined in EMPRESA do Brasils Operating Philosophy 3500MSB60PRGD0005 Page 37 71 Offline Monitoring applied to rotating equipment not covered by continuous and intermittent online monitoring It is based on the execution of periodic routes using a manual portable collector These data in turn are downloaded into appropriate software for further analysis Intermittent Online Monitoring applied to rotating equipment without continuous online monitoring Consists of signals collected by sampling in multiplexed mode Continuous Online Monitoring applied to large machines with realtime monitoring priority through dedicated hardware and software 421 OFFLINE MONITORING The forces representative of the mechanical behavior of the machine are transmitted from the rotor to the structure through the bearings therefore the vibrations are then measured in the bearings of the equipment Vibration measurements must be taken in three directions horizontal vertical and axial Horizontal and vertical measurements are also called radial measurements In addition to monitoring the three directions it is important to ensure that data collection always occurs at the same pointspositions for the reliability of trend graphs Offline vibration data collection can be carried out basically in two ways directly on the bearings and equipment structures using accelerometer sensors or through the signals generated by the equipment protection racks measuring from the buffered output of these points For data collection with accelerometers measurements must be performed on the bearings andor equipment structures in the horizontal vertical and axial directions as indicated in the figures below Figure 26 Measuring points on a pedestal Page 38 71 Figure 27 Measuring points on a bearing box Figure 28 Measuring points on a bearing of general equipment Page 39 71 Figure 29 Measuring points on a vertical equipment Field measurement points must be clearly identified to maintain accurate repeatability of monitored points on all equipment 422 INTERMITTENT ONLINE MONITORING This monitoring model as its name classifies it does not collect data in real time but by sampling according to previous configuration and according to the equipment and system contemplated these are the socalled multiplexed signals This technology consists of sending several signals through a single transmission medium using a multiplexer With the exception of the sampling rate of the signals and some specificities of the applied hardware this monitoring approach resembles continuous realtime online monitoring in other respects Its instrumentation coverage monitoring criteria and signal evaluation are exactly the same as described in the following chapter 423 ONLINE MONITORING To achieve high reliability large machines need a sophisticated predictive vibration analysis program when compared to general purpose machines This reliability is due to the possibility of online monitoring 24 hours a day of the dynamic data of the equipment storing historical data for long periods and with a sufficiently high processing speed In many current online monitoring systems it is also possible to concentrate other equipment data such as operating conditions and bearing temperature allowing correlation with the simultaneously acquired dynamic data detailed in item 4351 of this document and considerably increasing accuracy of the diagnosis In online monitoring it is possible to include the identification of the main failure modes of this equipment and even the natural frequencies of a system and thus determine if a potential resonance occurs for example Therefore any large machine engaged in a major operating process will require this highest level of dynamic condition monitoring and analysis which includes understanding the importance of transients startshutdown rotor dynamic conditions advanced signal processing and many other concepts Likewise different dynamic data plot configurations are required for accurate equipment evaluation Bode Nyquist Waterfall Cascade axis centerline and time waveform plots are examples Therefore it is recommended to implement online monitoring for large machines Generally these online monitoring systems allow us to proactively act from the data monitored in real time which in turn are associated with a bearing vibration protection rack and specific instrumentation for online monitoring as shown in the figure below Page 40 71 Figure 30 Online monitoring system It is also an essential part of machine troubleshooting to use measured vibration to tune a rotordynamic model so that it can accurately predict both stability and forced response changes This will allow the engineer to make changes to the equipment design to potentially reduce vibration to an acceptable level For example one of the hardest concepts to overcome in vibration analysis is that regardless of the source of vibration many vibration problems have one thing in common they all have a synchronous component ie 1x There are numerous industry published vibration troubleshooting charts that list different causes of vibration and the subsequent source of excitation However if you review these charts youll notice that 7080 of sources list 1x vibration as a symptom In this item of the guide we will explain the basic concepts and the importance of the different graphic plotting options specific to this type of monitoring in addition to those already mentioned in offline casing monitoring indicated in item 2 of this guide which is also common in online monitoring It is also important to consider the strengths and weaknesses of proximity sensors already reported in item 4121 of this guide to ensure that the machine analyst identifies possible limitations In addition it is also important the relative location of the natural frequencies of the analyzed rotor to the operating speed will be analyzed and how this can change the vibration produced To put all these concepts in focus we will comment below on the main graphical tools used in the online monitoring of a large machine 4231 BODE PLOTS At the most basic level the Bode plot is just vibration amplitude and phase versus shaft speed However it can potentially provide a wealth of information not available in steadystate graphs such as the FFT The most common use of the Bode plot is the identification of natural frequencies present in the analyzed equipment The most common ones are called critical speeds which occur when the rotational speed of the shaft coincides with a lateral mode and produces a resonance This appears as an amplitude spike and phase shift on the Bode plot Identifying natural frequencies is especially critical in turbomachinery because unlike most equipment they operate above or close to one or more natural frequencies or modes Although overall vibration can also be plotted against shaft speed the Bode plot is not really a tool for identifying nonsynchronous vibration This is a function that is best performed using an FFT in waterfall graph form to be discussed later The Bode plot is more powerful in identifying high synchronous vibration Page 41 71 An important point in Bodes data collection and graphical analysis is to compensate for the signals coming from the runout of the reading surface The importance of compensation and the effect it has on recorded vibration is shown in the Bode plot below As can be seen the magnitude of the compensated vector blue starts at a value of zero compared to the uncompensated values that start at approximately 02 mils The slow spin vector for this probe is approximately 022 mils at 21 As mentioned above it is extremely important to note that the offset amount is not always less than the gross amount As the phase of the synchronous vector changes the vector subtraction increases and the magnitude of the compensated vector decreases Figure 31 Bode graphic 4232 POLAR PLOTS The polar plot presents the same data as the Bode plot just in a different display format On the polar graph the magnitude of the displacement vector is measured radially from the center of the graph and the phase is plotted circumferentially A resonance is indicated on a polar plot by the speed at which the amplitude is a maximum of one loop ie approximately 180 degrees of phase shift Figure 32 Graphic Polar 4233 WATERFALL PLOTS Waterfall plots are multiple FFT spectra that are plotted against velocity cascade or time Both graphs are excellent for identifying nonsynchronous vibration issues that occur during transient conditions A disadvantage of waterfall charts is the data acquisition time DAT required for the FFT which is defined by Page 42 71 DAT NL Fmax Where NL the number of lines in the spectrum and Fmax is the maximum frequency in the spectrum The DAT is the minimum time required to acquire the number of samples for each spectrum This is important because if the speed of the machine in question is changing too quickly some data may be lost during the acquisition time Alternatively most online monitoring systems have the ability to acquire multiple vector samples ie 1x 2x etc between spectra which allows for much faster vector data acquisition during transient events Figure 33 Waterfall graphic 4234 SHAFT CENTERLINE Two vibration diagnostic plots that are only available for proximity sensors are axis centerline and orbit As already explained in this guide the proximity sensor system produces a DC and AC signal If two orthogonal sensors are used the signals from these two probes can be combined to provide meaningful information about machine behavior The DC signal represents the average axis position of the proximity sensor tip The most common application is when the spindle speed is changing typically at start and stop As the shaft slides over a film of oil it rises from the bottom of the bearing as speed increases Below is a typical graph of the shaft centerline of a centrifugal compressor startup The character of this chart depends greatly on the individual machine type bearing design and application Shaft centerline graphs are very good for determining if the shaft is being constrained by a stationary component or if the bearing clearance is out of tolerance too low or too high Likewise trends in shaft position over time can be used to determine if a bearing has been damaged for example Page 43 71 Figure 34 Shaft Centerline graphic Start Up Behavior 4235 ORBIT PLOTS The shaft orbit graph is created by plotting the time waveform ie AC components of two sensors orthogonal to each other which represents the rotational motion of the shaft within the bearing A separate illustration of how the axis orbit is produced from two proximity probe signals is shown in the following figure In addition plotting the orbit is only possible when the proximity sensors are associated in the measurement configuration Figure 35 Orbit graphic However it is important to point out that for successful online monitoring of a large machine the use of these tools requires extensive experience and indepth knowledge of rotodynamics and machine elements Page 44 71 43 MONITORING CRITERIA For a careful conditionbased maintenance program using the predictive technique by vibration analysis some important steps must be followed 431 CBM PLAN EQUIPMENT LIST The list of assets to be included in the vibration analysis monitoring program requires technical budgetary and production criteria as already described in the EMPRESA Condition Based Maintenance Guide 3500MSB60MNGD0010 432 MONITORING INTERVALS The purpose of periodic measurements is to detect the problem at its initial stage therefore this guide defines that the recommended periodic monitoring is performed at least every 30 days with shorter intervals and may be recommended for highly critical equipment or for machines with problems with operating modes failure already detected If vibration axial position or bearing temperature are unusual above defined values for prealarm region or with an observed deterioration trend it is recommended to carry out evaluations more frequently as needed Periodic monitoring must be carried out following the maintenance plan recorded in the CMMS for offline monitoring also considering the condition and criticality of the equipment For example for monitoring equipment that has redundancy and no known problems monitoring can be performed as described above on monthly samples However if the installed asset has a status of Alarm1H where its operational condition begins to be affected the sampling frequency can be increased to weekly For assets with a status of Alarm2 HH where operability is already affected when available for collection even more frequent sampling is recommended to ensure sufficient data for further analysis advisable every few days For equipment with realtime online monitoring systems the monitoring approach is based on prealarm triggers recorded in the System 1 software global value spectral bands polar graph etc In the same way as the other monitoring models for rotating equipment it is recommended to intensify the evaluation and diagnosis of the equipment based on a prealarm of a change of behavior The main objective would be to identify the developing failure mode and its corrective actions before the equipment reaches unsatisfactory vibration levels The values configured for prealarm in any of the System 1 diagnostic tools must be readjusted from the identification of the failure mode and its control actions In this way it becomes possible to identify changes of behavior from this new monitoring point 433 POSTMAINTENANCE MONITORING Vibration monitoring of assets after maintenance and repair requires special attention for acceptance These tests guarantee a perfect understanding of the new operating condition of the set It is noteworthy that for any value above the acceptance zone defined in item 315 of this document an analysis of the signals must be immediately initiated and the equipment not released for operation To guarantee operational reliability and a comprehensive evaluation of the equipment an extraordinary periodic monitoring is recommended in the first hours of operation as follows Two 02 collections in the first hour of operation 2 samples One 01 collection every 2 hours from the second hour of operation 4 samples The collected signals must be compared to the previous signals for diagnosis validation and the suggested recommendation 434 SAFETY CRITERIA DURING DATA COLLECTION Standardizing a data collection activity for later analysis levels knowledge facilitates execution programs minimizes sampling time and ensures the reliability of the collected signals and the safety of those involved in the activity During data collection in addition to all the criteria defined by the HSSE department described in the document Guide to Safe Practices 3500MSB6015GD0054 it is extremely important to pay attention to some security points as indicated below Page 45 71 Fix the accelerometer correctly and safely thus avoiding contact with moving parts of the equipment Do not remove guards from rotating parts Keep away from moving equipment Do not leave parts of the uniform device handle or collection cable exposed and loose Do not use adornments during data collection Pay attention to the axial positioning of the sensors due to their proximity to the rotating parts 435 SENSITIVE INSPECTION The master database is essential for a wellstructured predictive maintenance program In this context sensitive inspection should be one of the complementary modalities of condition monitoring Its application provides important results that increase the quality of diagnoses Thus during vibration data collection it is necessary to include and verify the sensitive inspection points listed in item 326 of this document The registration of these deviations must occur via a data collector and consequently downloaded in the analysis software for registration and consultation whenever necessary Sensitive inspections make a significant contribution to analysis and diagnostics for specific failure modes Disturbances such as excessive noise high punctual temperatures among others are examples of conditions mapped during sensitive inspection that can contribute to directing the root cause analysis Below is a table that correlates some of the main vibration analysis diagnoses with examples of field observations through sensitive inspection to support the analysis but not limited to these DIAGNOSIS OBSERVATIONS UNALIGNMENTUNBALANCE Anchoring of pipes Damaged expansion joints Loose fixing screws Cracks in bases and support columns Infiltration between the base of the machine SOFT FOOT Loose shims Rusty shims Excess shims Lack of fixing screw COUPLING FAILURE Excessive leakage in coupling Missing screw in coupling High temperature in coupling Coupling rub with protection Damaged coupling blades BELT AND PULLEY FAILURE Damaged pulley Tensioned belt Loose belt Belts pulley bumping into the protection STRUCTURAL PROBLEMS Deteriorated base Cracks in structure Corrosion Damaged damping system Motor without grounding High motor casing temperature Page 46 71 ELECTRICAL FAILURE MECHANICAL CLEARANCE Open motor connection box Abnormal noise in the motor Fan bumping into protection MECHANICAL CLEARANCE LUBRIFICATION Loose fixing screws broken Axial axis displacement LUBRIFICATION GEAR FAILURE Lubricant leakage in bearings High temperature in bearings Low oil level Contaminated lubricant Damaged retainer damaged grease pin Abnormal noise GEAR FAILURE BEARING Abnormal noise in the box Oil leakage observed Abnormal heating in bearings BEARING BEARING FAILURE Abnormal noise High temperature in bearings Lubricant deficiency excess BEARING FAILURE PASS BLADE FREQUENCY High temperature in bearings Contaminated lubricant Oil leakage PASS BLADE FREQUENCY Table 14 Diagnostics table and field observations Abnormal noise on pump High temperature in pump bearing Abnormal noise in pump bearing Excessive gasket leakage Lubricant leakage in bearings Leak in pump casing It is noteworthy that some observations listed above may be related to different diagnoses 4351 PROCESS DATA In conditionbased maintenance programs for rotating equipment the correlation of dynamic data with the process data of the analyzed equipment is critical to ensure excellent diagnostic accuracy Currently several process control systems allow sending data to be available in condition monitoring systems for rotating equipment either offline or online It is important to consider for each equipment family the process variables to be monitored in the conditionbased maintenance program As an example of monitoring process conditions associated with the dynamic condition of equipment we can highlight the control of the operating point of centrifugal pumps where it is possible to correlate the dynamic condition with four operating zones as shown in the figure below Page 47 71 Figure 36 Pump operating ranges For each operational zone it is possible to map the expected failure modes for each region Figure 37 Failure modes of centrifugal pumps outside their ideal operating zone For centrifugal compressors process monitoring takes place through performance curves where it is possible to assess the efficiency of the equipment in the process and correlate the operating point with the dynamic condition An example of this is the correlation of vibrational instability as a function of compressor operation in the surge region Figure 38 Performance curve of a compressor Finally for both machines we can see that there are ideal operating zones that should be the target condition for both the design and the operation phases Page 48 71 This monitoring can even be performed with specialist programs or through equations configured in programmed and conventional systems 4352 CONDITION STATUS TREATMENT Dealing with the status of an equipment within the condition monitoring process consists of identifying potential nonconformities in equipment and processes before they happen allowing maintenance teams to take preventive actions The process involves constant monitoring of the conditions of processes and equipment and the crossing of this information generates diagnostic reports to remedy the deviations found The entire flow of activities related to monitoring analysis and actions are described in document Condition Monitoring 3500MSB60MNPS0003 4353 COMPLEMENTARY DATA COLLECTION During the monitoring of rotating equipment eventually to ensure high accuracy in the diagnosis additional data collection is necessary Generally these collections have the function of seeking a correlation for data already collected and thus ratifying or rectifying a hypothesis raised in the initial state of the analysis The main complementary measurements indicated in item 32 of this document must be acquired during investigations of some failure modes as shown in the table below Complementary data collection Failure Modes Investigated Phase Measurement Unbalance Misalignment Mechanical Looseness Bent Shaft Resonance Bump Test Resonance Structural Problems Mechanical Looseness Pé Manco Verification Misalignment Unbalance Mechanical Looseness Machine Start and Stop Natural Frequency Change Rub Loose Rotating Components Additional Spectrum Collection Electrical Defect Bearing Failures Gear failure Cavitation Mechanical Looseness Inspeção sensitiva Bearing Failure Brushing Cavitation Lubrication Mechanical Looseness General Leaks Complementation of Auxiliary Systems Studies Lubrication System Seals Heat Exchangers Filters Table 15 50 CONDITION ASSESSMENT CRITERIA 51 USE AND APPLICATION OF TECHNICAL STANDARDS One of the objectives of the technical standards is to provide the technical maintenance inspection or monitoring professional with sufficient general and specific information to determine the severity of vibration of rotating machinery and its consequences In them we observed the best parameterization for assessing the condition criteria for determining severity current illustrations in addition to text reviews and technical conceptualization for wide application In general the standards have a conservative view of vibration levels and their boundary conditions which aim to ensure the longterm and safe operation of rotating equipment As mentioned in item 3152 of this document in addition to the basic information provided by the manufacturers the international technical standards must be used as basic guides for orientation in the processes of assessing the condition of rotating equipment Page 49 71 52 VIBRATION SEVERITY CRITERIA As already mentioned in previous chapters of this document technical references from manufacturers or standards help to translate and understand the values obtained from monitoring by vibration analysis allowing the assessment of the condition of an asset and its operational status These references can be categorized in two ways The first is through limits that represent some physical constraint such as the maximum change in axial position of a shaft without contact occurring These limits are usually obtained or derived from information provided by the equipment manufacturer In the second category are the qualitative limits of parameters such as vibration In this category the limit almost always does not represent a physical restriction but a value determined by experience type of machine andor normative references as already described in item 315 of this document In the final analysis the best reference to follow is probably obtained through the letters published by instrument and machine manufacturers All changes in the severity levels of an asset whether through the manufacturers operation and maintenance manuals alarm lists or even standards must be accompanied by an evaluation and interpretation of this change in any alarm zone Equipment classified as Alarm1H and Alarm2HH must have a maintenance note registered in the CMMS with priority for opening the notes according to the RBWS matrix described in the Maintenance Philosophy document 3500MSB60MNGD0003 These notes must contain all fields duly filled in especially regarding the title diagnosis recommendations and observations It is important to point out that in order to conclude these notes a corrective action report must be attached together with its closure Just as no change in the status of a piece of equipment should occur without a justification or a report that justifies this change 53 RECOGNIZING CHANGES IN THE CONDITION OF MACHINES As indicated in item 3151 of this document the preferred region for taking action in conditionbased maintenance programs is the prealarm region A prealarm is considered to be any change in the amplitude condition or in the behavior below the alarm limit Alarm1H defined in the alarm lists or through the guidelines in this manual During a process of evaluating and diagnosing the behavior of an equipment the focus should be on changes in behavior from a known condition The main failure modes in rotating equipment are characterized by some change in their baseline behavior which does not necessarily represent a significant change in their amplitudes We highlight for this diagnostic model through changes in behavior the application of spectral bands and prealarm limits for global vibration levels according to the criteria indicated in item 3153 and 316 of this document The identification of behavior alterations in addition to be the basis for the identification of failure modes in their incipient stage also allows us a perfect understanding of the equipment and its expected variations From these observations parameterization and monitoring criteria can be adjusted making condition monitoring through vibration analysis techniques even more effective 54 PROCESS AND OPERATION CONDITIONS The evaluation of the process conditions is a basic and essential item in the evaluation of the condition of a rotating equipment Any intervention recommendation is not advisable without a correct assessment of the operating conditions of the main equipment and its auxiliary systems For a clear definition of the frequencies excited by the equipment and their correct meaning it is necessary to know the operating mode of the systems in order to elaborate an accurate diagnosis and consequently intervention recommendations Therefore as defined in item 318 of this document the process data must be known and mapped during data collection for vibration monitoring In the case of centrifugal pumps for example international standards indicate that the recorded amplitudes may have an expected increase for some projects of up to 30 in their baseline at flows outside the preferential operation region but still within the allowed operation region Page 50 71 Special attention should be given to equipment operating under different operating conditions and with varying speeds or loads Measurements must be performed under all conditions where the equipment operates for extended periods The maximum values measured under these conditions must be considered when defining the severity of the vibration When comparing measurements it is important that the operating conditions are the same or very close for evaluating the equipment 60 CHARACTERIZATION OF FAULT MODES AND DIAGNOSTICS 61 UNBALANCE Rotating equipment with nonhomogeneous mass distribution generate changes in its dynamic behavior a phenomenon known as unbalance The dominant vibration will occur at the rotor rotation frequency and will have greater amplitude in the radial directions horizontal and vertical with the axial level lower except for cantilevered rotors The phase angle will be offset by 90º between the horizontal and vertical directions Figure 39 Typical signals of unbalance In addition to the waveform and frequency spectrum shown in figure 39 another very valid and efficient way to evaluate an unbalance is through the orbit format for equipment that has proximity sensors installed in their bearings Page 51 71 Similar amplitudes on the X and Y axes Circular orbit Periodic waveform simple and without impacts There is no presence of multiple signs of rotation harmonics Axial vibration present for cantilevered equipment Axial vibration with low amplitudes for doublesupported equipment Predominance of the component at 1x rpm in the frequency spectrum Spectral characteristics of unbalance Figure 40 Typical orbit of unbalance Note 1 It is important to note that an unbalance diagnosis will always have an evident spectrum with a peak 1x rpm but not always 1x rpm will be an unbalance 62 ECCENTRICITY Eccentricity occurs when the center of rotation is outside the geometric center of a rotating part The highest vibration occurs at 1x rpm of the eccentric component in the direction of the rotor centerlines Attempting to balance an eccentric rotor often results in reduced vibration in one of the radial directions Eccentricity of a rotating machine component will generate vibrations in radial directions with the frequency of rotation of the rotor This vibration will appear in the frequency spectrum as if it were an imbalance Eccentricity forces are highly directional meaning that there will be horizontal rather than vertical forces or vice versa This phenomenon is very common in belts gears long shafts as well as irregularly mounted couplings When vibration measurements in the radial directions show levels 2 to 3 times higher for one direction eccentricity tests should be performed Figure 41 Typical spectrum of eccentricity Page 52 71 63 MISALIGNMENT Misalignment is the deviation in relative position between the shaft centerlines of the shaft of a driven equipment and a driving equipment such as a pump and motor For a correct and precise alignment the use of laser optical tools is recommended but it is also possible to obtain good alignment results through dial indicators Three types of misalignment can be identified angular parallel and mixed misalignment the latter being a combination of the first two Angular misalignment happens when the centerline of the shafts forms an angle change between parts High axial vibrations at 1x rpm can characterize angular misalignment which can also be accompanied by high levels in multiples of rotation of 2x rpm 3x rpm in radial directions Parallel misalignment occurs with changing the parallelism between the shafts The predominant vibration in this case appears in the radial direction at 2x shaft rpm Parallel misalignment can be classified as vertical or horizontal The highest level of vibration occurs in the direction of misalignment ie if the misalignment is vertical the greatest vibration will appear vertically High levels also appear in the axial direction at 1x rpm Figure 42 Typical signals of Misalignment When misalignment is present in equipment with sleeve bearings the shape of the orbit must be as shown in the figures below Figure 43 Orbit with movement restriction Note 2 The shape of the misalignment orbit is directly related to the motion restriction applied to the equipment Page 53 71 Different amplitudes of the X and Y axes Flattened orbit Repetitive waveform with two or more peaks in each cycle offset between the coupled sides 180 Predominant vibration of components at 1x rpm 2x rpm and up to 3x rpm in radial and axial directions Significant presence of the component at 2x rpm in the axial direction Misalignment characteristics 64 SOFT FOOT The soft foot can influence the dynamic behavior of equipment significantly altering its operational condition It has a relevant impact on some failure modes such as misalignment unbalance and mechanical looseness as indicated in item 4353 of this document Among the main causes for this failure mode we can highlight 65 MECHANICAL CLEARANCES Mechanical backlashclearances is a common diagnosis in vibration analysis it happens when the rotating components of equipment have reduced rigidity increasing their degree of freedom There are several ways and parts of equipment that can characterize the phenomenon of accentuated gaps Among the main ones we can mention bases structures skids and equipment components bearings shafts housing etc It is characterized by the formation of several harmonics of rotation from 1x to 10x rpm In certain and advanced cases of degradation the spectral data may also show subharmonics and interharmonics Waveforms typically show high random impact patterns and in some cases may appear truncated Page 54 71 Figure 44 Soft Foot Spectrum Irregularity in equipment support feet flatness and leveling Irregularities in the base flatness and leveling Irregularity of shims excess dirt inadequate sizing Figure 45 Mechanical Clearance spectrum There are three main types of mechanical looseness that equipment is subject to 651 STRUCTURAL CLEARANCES Mechanical looseness due to lack of rigidity is most often caused by structural problems In the evaluation of the phase between the measurements carried out in the vertical directions of the equipment foot x base x skid a variation of 180 can be identified Problems of this nature show signs like an imbalance with 1x rpm highlighted However what differentiates it from unbalance is the predominance of vibration in one of the radial directions Vibration values around 25 to 3 times higher in one radial direction compared to the other is a strong indication of structural looseness Figure 46 Structural Clearance spectrum Page 55 71 652 TIGHTENING CLEARANCES Mechanical clearances due to failure to fix or tighten points of the structure or equipment are characterized by a very extensive harmomic series as mentioned earlier It is a failure mode that can be easily validated through sensitive inspections in addition to spectral evaluations Figure 47 Tightening Clearance spectrum 653 CLEARANCE BETWEEN COMPONENTS They are usually caused by improper fit between components in rotating equipment Among its main features we highlight the formation of several harmonics of rotation in addition to subharmonics and interharmonics due to the nonlinearity between the elements with clearance and the dynamic forces acting on the system They are very representative for bearing adjustment irregularities with the shaft or with the housing Phase is generally unstable and can vary greatly from one measurement to another Can also cause interharmonics of exact multiples of 12x rpm Figure 48 Looseness between components spectrum Page 56 71 66 COUPLING FAILURES Mechanical couplings are machine elements used for power transmission making connections between equipment shafts These have the function of absorbing shocks compensating for small misalignments transmitting torque and reducing vibrations helping to reduce wear and tear on equipment and increase its useful life As for the characterization of failure frequencies for coupling defects we can identify several forms of vibration signal these forms vary depending on the type and characteristics of the coupling installed in the equipment Vibrations from a defect in the coupling normally present multiple vibrations of the shaft rotation frequency at 1X 2X 3X or 4X rpm with the formation of the most representative peaks following an increasing line up to the 4th harmonic as shown in the figure below Figure 49 Coupling failure Spectrum Note 3 Spectra can have excited peaks corresponding to the number of bolts in the coupling Another spectral characteristic is for disc couplings which can present spectra of 1x rpm 67 FAILURES IN BELTS AND PULLEYS The set of belts and pulleys are flexible elements of machines normally used for the transmission of torque between the components of a machine configuring a force and movement transfer system However the pulleys and belts must be in good condition and not show wear or deviations in their operation Belt tensioning is very important in all types of transmission not only from the point of view of wear and efficiency but also because of the loads imposed on the bearings and of course vibrations Loose belts tend to slip wear out sharply and favor the appearance of standing waves On the other hand belts that are too tight also have increased wear radially load the bearings and increase the vibration levels of the belt itself The vibration frequency of a belt is easily calculated by multiplying the perimeter of one of the pulleys by its frequency and dividing by the length of the belt Page 57 71 Figure 50 Belt frequency spectrum The observed amplitudes in this failure mode are normally unstable sometimes pulsating with the rotation of the driving or driven equipment On equipment with timing belts pulley wear or misalignment is indicated by high amplitudes in timing belt frequency Figure 51 Misalignment pulley spectrum If the belts are identified as a source of vibrations and the levels are excessive the alignment of the pulleys the condition of the grooves and the belts themselves must be checked Page 58 71 Figure 52 Belt resonance spectrum Belt resonance causes high amplitudes if the natural frequency of the belt approaches or coincides with the driver rotation or driven pulley rotation This natural frequency of the belt can be altered either by changing belt tension or belt length It can be detected by tensioning and then reducing the tension of the belt while measuring the response of the signals on the pulleys or bearings Note 4 It is recommended as a good practice to use pulleys and belts from the same manufacturer 68 BLADE PASS FREQUENCY BPF The blade pass frequency or BPF occurs at the frequency corresponding to the number of rotor blades x shaft speed The frequency of blade passage occurs due to the proximity of the blades of a rotor to a diffuser or due to eccentricity between rotors and stators in flux machines The BPF and its harmonics can also coincide with the natural frequency of the system causing resonance and amplification of vibration levels The BPF can be excited due to sharp bends in the piping obstructions that impair flow or if the pump or fan impeller is offcenter within its casing Blade Pass Frequency Number of blades x Rotation frequency Figure 53 Blade pass spectrum Note 5 This frequency is inherent in flow machines such as pumps fans and compressors and even if present it may not be a problem However high amplitudes can cause fatigue in mechanical and structural components Page 59 71 69 CAVITATION Cavitation occurs when a liquid suffers a drastic drop in pressure reaching the vapor pressure of the liquid at the temperature it is at and thus changing its physical state from liquid to gas with the formation of bubbles in the liquid medium being subsequently subjected to a increase in pressure and return of the vapor to the liquid state causing the implosion of the bubbles This phenomenon can be observed for example in centrifugal pumps when the suction pressure drops below the vapor pressure of the liquid rising as it approaches the discharge The energy dissipated by exploding steam bubbles can cause rotor wear and a characteristic noise Cavitation generally generates a wide band of random frequencies Can be superimposed harmonics of the frequency of blade passages This phenomenon can normally be associated with insufficient suction pressure Cavitation destroys the inner walls of pumps if no correction or adjustment is made to operational or design conditions It can also wear the rotor blades causing damage to the equipment The sound produced by cavitation is equivalent to that of stones passing through the pump One of the possible correction modalities is to put the pump in operation at the best efficiency point BEP Figure 54 Cavitation spectrum 610 GEAR FAILURES Gears allow power transmission with or without changing speed The rotation ratio between the shafts is linked to the number of teeth in the gears in contact Page 60 71 Vibrations produced by irregular gear teeth or improper contact provide vibrations at the frequency calculated by number of teeth times shaft rotation Fe Z x RPM where Fe gear frequency Z Number of teeth RPM Rotation speed It is important to highlight those excitations originating from gears do not always characterize a problem In a normal spectral signature the equipment rotation frequency will always be observed together with the gearing frequency GMF Usually the GMF has operating speed lateral bands or sidebands around it and all peaks are of low amplitude The characterization of the beginning of problems with the gearing will occur with the alteration of this natural way of vibrating from the registered baseline The sidebands mentioned above are components normally originated in the gearing modulation excited with a spacing equal to the modulating frequency which is generally the speed of rotation of the gears thus containing important information for the elaboration of an accurate diagnosis of the gears Figure 55 Normal spectrum of frequency gear Page 61 71 The analysis of wear or mechanical backlash on the gear teeth has the excitation of the gearing frequency accompanied by sidebands corresponding to the rotation of the faulty gear The increase in these sidebands is an indicator of a change in gear condition Figure 56 Gear with attrition spectrum Gear misalignment excites harmonics at 2x rpm gear frequency with small sidebands at 1x rpm frequency It is important to ensure that the point setting has a maximum frequency high enough to observe all the harmonics of the meshing frequency Figure 57 Misalignment between gears spectrum A cracked or broken tooth generates high amplitude at 1x rpm of the faulty gear This is best identified on the time domain waveform which will show pronounced peaks each time the faulty tooth is engaged Page 62 71 Figure 58 Waveform with broken or cracked tooth 611 ELECTRICAL ISSUES In electric motor evaluations depending on the analyzed failure mode it is sometimes necessary to determine the origin of the problem whether electrical or mechanical For this it is necessary to know the following characteristics Electrical net frequency FR 60Hz ou 50Hz Rotor speed rpm datasheet data Number of bars of the rotor NR Number of poles pares Np With these data it is possible to determine the fundamental frequencies inherent in the motor spectra such as 1 Nominal motor speed frequency Fn RPM60 2 Rotation frequency of the rotating magnetic field Fs Fap 3 Slip Frequency g FsFn Fs 4 Passage frequency of rotor bars FRBFP R x Fr 5 Frequency of electrical fault Fe 2 x Fr It is important to point out that excitation from the peaks of electrical frequencies and passing bars do not always characterize a problem The normal spectrum will show rotation frequencies of the equipment together with the mentioned frequencies Page 63 71 Figure 59 Motor normal spectrum An electrical problem in the stator blades shorted generate high amplitude vibration signals excited at a frequency equal to twice the motor supply frequency 2xFe Figure 60 Electric failure spectrum A good spectral resolution is essential to distinguish very close frequencies due to the small differences in the harmonic components of the rotation and the harmonic components of the supply frequency The 2xFe peak should not be confused with the 2x 4x or 6x harmonic of the rotation frequency FR Another important observation is related to the supply frequency for motors with a frequency inverter because in this case the excited frequency will be 2 x Fe of the inverter Problems related to the motor rotor are indicated by sidebands equal to twice the line supply frequency 2 x Fe around the rotor bus passing frequency FRBFP and its harmonics Page 64 71 Figure 61 Spectrum of Rotor bar pass frequency One way to help the evaluation of an electrical fault is through the waveform This failure mode presents a characteristic modulation in its format Figure 62 Waveform of electric failure The identification of the spectral characteristics presented above does not necessarily imply the existence of defects as previously described If the evolution of the monitored signals suggests the appearance of a defect on the engine it is generally advisable to carry out additional tests and evaluations in order to be able to distinguish the origin of the phenomena 1 Investigation of amplitude modulations This is a phenomenon whose amplitude varies periodically according to the waveform presented above This phenomenon occurs due to the dynamic eccentricities of the rotor manifested by audible noise and a continuous variation of vibration levels around the frequencies manifested in the spectra 2 Cut off the motor supply motor with load Magnetic faults disappear after cutting off the motor supply Page 65 71 3 Measurements with the motor uncoupled The magnetic defects evolve with the square of the flux intensity absorbed by the motor At no load this intensity is low and the contribution of magnetic defects is therefore very low Defects of mechanical origin are therefore preponderant 612 RESSONANCE Resonance occurs when the frequency of the excitation force is very close to or equal to the natural frequency of the system It causes a significant increase in amplitude that can cause premature damage or even lead the system to complete collapse The excitation forces in equipment normally come from the work performed or from its activations Other sources can also generate energies in the form of vibration for the system such as bases foundations fixtures structures transmission elements etc The natural frequency of a system does not change with rotation The main reasons for changing the natural frequencies of a system would be the change in stiffness or mass of the system Figure 63 Resonance Spectrum It is important to emphasize that a balancing diagnosis of rotors working close to resonance is most of the time impractical due to phase angle instability When resonance is suspected impact testing becomes the most effective identification method To perform a simple impact test turn off the machine to be analyzed apply the sensor to the suspected location and direction and with a modal rubber or plastic hammer strike the structure with enough force to excite a vibration high enough to overcome background noise Do not use metallic hammers because they tend to excite localized natural frequencies and not the structural ones in addition to being able to damage the machine For best results it is recommended that the machine be excited regularly at a rate of one or two impacts per second and the same amount of force to sustain the resonant frequencies within a reasonable range Page 66 71 Figure 64 Specific Spectrum of Bump Test 613 DEFECTS IN SLEEVE BEARINGS The main vibration frequency components associated with sleeve bearing problems in addition to mechanical clearances are excitations related to oil film instability Such instability problems are classified as Oil Whirl or Oil Whip Machines using sleeve bearings are designed based on the assumption that the rotating elements and shafts operate in a balanced and therefore centered position 6131 OIL WHIRL OIL FILM INSTABILITY Oil film instability occurs at 042 048 x rpm and is normally very severe when amplitudes exceed 50 of the nominal bearing clearances Oil whirl is an excitation of the oil film where a deviation from the normal working condition attitude angle and eccentricity ratio generated by the oil wedge displaces the shaft around the bearing The destabilizing force in the direction of rotation results in a precession It can be caused by the coincidence between the precession frequency and the natural frequency of the shaft changes in oil viscosity lubricant pressure and external preloads Page 67 71 Figure 65 Oil whirl spectrum 6132 OIL WHIP OIL FILM SWIRLING Oil film swirling occurs when the machine operates above the second critical rotor frequency When the rotor exceeds the second critical speed the precession or instability can be very close to the critical rotor speed and cause large vibrations that the oil film cannot withstand The eddy frequency will synchronize with the critical speed generating a peak that will not disappear even with increasing rotational speed Figure 66 Oil whip spectrum 614 ROLLER BEARING DEFECTS The bearings are responsible for positioning the shaft on the bearings housing ensuring the transmission of efforts to the structure Bearings generate four characteristic frequencies arising from defects in the outer race inner race cage and rolling elements Page 68 71 Figure 67 Bearing frequency characteristics Bearing wear evolves in four distinct phases Initially the problems appear at ultrasonic frequencies between 20 and 60 KHz in a second stage small defects excite the natural frequencies of the bearing components due to the impacts caused by the passage of the spheres in the frequency range of 500 to 2KHz As wear progresses discrete frequency harmonics and sidebands with 1 x rpm spacing appear Many bearings are changed when they reach this point probably because of the noise they produce In the final stage when damage is severe violent impacts exciting natural frequencies occur as a track passes through the load zone The fundamental characteristic of defects in tracks and rolling elements of a bearing are interharmonic peaks as described in Item 318 of this document Figure 68 Bearing failure Spectrum A bearing cage defect is usually found from 035x to 045x the machine rotation and it is worth mentioning that this type of defect does not present high levels of vibration Page 69 71 Figure 69 Train bearing failure Spectrum The determining equations of bearing failure frequencies take into account their constructive form To calculate these equations it is necessary to know the diameters of the spheres pitch diameters and tracks in addition to the contact angle and rotation speed Each bearing has its characteristic frequency according to the dimensions mentioned It is common for each manufacturer to provide these frequencies according to the bearing manufactured Figure 70 Calculation of failure bearing frequency 615 LUBRICATION PROBLEMS The lubricant is the great ally of the bearings sleeve or roller ones playing a fundamental role in avoiding direct contact between the rotating and stationary parts reducing friction frictional wear and dissipating the heat generated In machine components where lubrication is present continuous monitoring of vibration and temperature can be an important ally in detecting the initial lubrication failure and consequently preventing the most severe deviations Lubrication failure spectra show wideband signal excitations of random frequencies with no defined peaks Page 70 71 Figure 71 Lubrification failure spectrum Note 6 These signals are identified in the acceleration parameter Page 71 71