Rolamentos com cérebro fazem máquinas inteligentes

2015 Fevereiro 04, 08:30 CEST

A revolucionária tecnologia de rolamentos inteligentes servirá de base para a criação de máquinas inteligentes, afirma Filippo Zingariello, diretor de desenvolvimento estratégico global da SKF. 

Definir uma máquina inteligente não é uma tarefa fácil. Nos primórdios da computação, pensava-se que era um computador cujas respostas às perguntas eram indistinguíveis das de humanos. Nesse sentido, a palavra "máquina" adquiriu o significado de "computador". Se você pesquisar por "máquina inteligente" no Google, você ainda encontrará muito trabalho futurístico nesse meio.

O Dicionário de termos técnicos e científicos McGraw-Hill a define como: "Uma máquina que utiliza sensores para monitorar o meio ambiente e ajusta suas ações para realizar tarefas específicas perante a incerteza e a variabilidade". Entre os exemplos citados estão robôs industriais equipados com sensores e veículos autônomos que contam com visão em vez de linhas pintadas.

Na engenharia, pensamos em máquina inteligente como um sistema mecânico que possa cuidar de si mesmo: uma máquina capaz de autodiagnóstico preciso que pode rapidamente comunicar suas condições para um operador, para que o problema possa ser resolvido assim que possível. Pode ser qualquer coisa desde um carro ultramoderno a uma máquina complexa no chão da fábrica. Esse é o significado implícito de "incerteza e variabilidade": além de reagir a mudanças no ambiente, uma máquina inteligente deve cuidar de si para que possa continuar trabalhando com máxima eficiência.

Isso não sugere que uma máquina inteligente dispense manutenção — isso é realmente um sonho futurístico – mas ela usa sua inteligência incorporada para detectar possíveis problemas e simplificar os intervalos e procedimentos de manutenção. Todas as peças mecânicas estão propensas à falha, é claro. O truque é detectar isso proativamente, como parte de um regime de monitoramento de condições planejado, e tomar providências com antecedência, em vez de esperar que a máquina falhe e então gastar tempo e dinheiro consertando-a.

As máquinas inteligentes dependerão de vários fatores críticos. O mais importante, de longe, são as informações. Sem dados, não pode haver nenhuma inteligência ou diagnóstico. Esses dados precisam ser coletados, transmitidos para análise e processados, o que, por sua vez, exige sensores, transmissão de dados e poder de computação. Na SKF, já temos ampla experiência em todas essas áreas e estamos prontos para levá-la para o próximo nível.

Introdução ao SKF Insight 

A resposta imediata pode, em princípio, parecer simplesmente um monitoramento de condições aprimorado, adicionar um conjunto de sensores a uma máquina para ler seus sinais vitais e então transmiti-los por Wi-Fi a um ponto central. Mas uma solução muito mais eficaz já existe na forma do SKF Insight: ela coleta e transmite dados de processo de maneira independente de dentro do coração da máquina usando um componente fundamental de engenharia: o rolamento.

O SKF Insight transforma um simples rolamento em uma força motriz para diagnóstico, incorporando um minúsculo sensor sem fio autoalimentado que transmite as informações em tempo real sobre as condições do processo. Ele leva o monitoramento de condições para além do que era possível anteriormente. A tecnologia, lançada em Hanover em 2013, exigiu três anos de intensa pesquisa, inclusive a fabricação de sensores menores, superando os desafios de geração de energia e o desenvolvimento de embalagens exclusivas para os sensores e dispositivos eletrônicos.

O monitoramento de condições convencional detecta os primeiros sinais de falha através da medição de vibrações causadas por alterações na superfície do rolamento. Mas isso significa que o dano já começou a acontecer. Em vez de indicar essa deterioração, o SKF Insight detecta as condições que causam a falha do rolamento, antes que elas possam ter um efeito, e disponibiliza essas informações imediatamente aos operadores.

Os circuitos eletrônicos em miniatura, alimentados pelo movimento do próprio rolamento, transmitem esses dados de processo através de um link sem fio. Não há necessidade de fonte de alimentação externa. Isso torna a tecnologia extremamente discreta, pois não há cabos entrando para fornecer energia ou saindo para fornecer o sinal. Isso significa que ele funcionará em locais onde antes era impossível. Apenas imagine tentar obter sinais de saída de uma caixa redutora rotativa, por exemplo: seria uma total confusão, com fios emaranhados por toda parte. Com o SKF Insight, os sinais podem ser obtidos de qualquer lugar, e já estamos desenvolvendo soluções em aplicações desafiadoras em turbinas eólicas e fabricação de aço.

Nós desenvolvemos o SKF Insight porque sabemos que os rolamentos raramente falham em serviço em condições operacionais normais, devido a fatores como fadiga subsuperficial. Em vez disso, a causa da falha geralmente é uso incorreto ou negligência: lubrificação insuficiente, por exemplo, ou operação do rolamento sob condições fora das especificadas originalmente. O sensor incorporado do Insight mede os parâmetros críticos que causam falha prematura do rolamento, como contaminação do lubrificante ou temperatura, permitindo que os operadores tomem ações corretivas quando a máquina ainda estiver em operação. O resultado direto é que são evitadas falhas caras e interferentes, o que reduz o custo total de propriedade de ativos e amplia a vida operacional da máquina. Ele também simplifica para os engenheiros obter uma avaliação muito mais detalhada das diversas causas que podem afetar o cálculo da vida do rolamento.

Aplicando sensores diretamente dentro do rolamento, o SKF Insight identifica o risco de falha, antes mesmo que ocorram danos microscópicos.

Os algoritmos e diagnósticos da SKF podem identificar trabalhos pesados, contaminação de lubrificante e problemas de lubrificação, permitindo que as condições operacionais sejam modificadas, evitando, assim, os danos antes que eles ocorram.

Através da integração do SFK Insight com os serviços de integridade do rolamento e diagnóstico de ativos, podemos enviar informações sobre condições operacionais reais para servidores em nuvem para diagnóstico remoto, permitindo uma melhor compreensão do risco de danos e falhas futuros.

Repensando a manutenção

O SKF Insight oferece aos engenheiros de manutenção uma nova e poderosa ferramenta para manter as máquinas em condições ideais, dando a elas capacidades que vão além do monitoramento de condições tradicional. Isso significa que a manutenção pode ser executada exatamente na hora certa (nós podemos até chamá-la de "manutenção adaptável”), em vez de ser orientada por um agendamento rígido que não está relacionado à condição real da máquina ou de seus componentes.

A tecnologia inteligente sem fio dentro do rolamento permite que os rolamentos sejam configurados em redes inteligentes, que se comunicam através de portas de entrada sem fio. A porta de entrada pode ser local para a máquina ou para a fábrica.

As informações do sistema são fornecidas ao cliente para análise, utilizando o SKF @ptitude Analyst ou enviadas através da nuvem SKF para um centro de diagnóstico remoto. A partir daqui, painéis e relatórios podem ser fornecidos ao operador da fábrica, fabricante da máquina, SKF ou qualquer outra pessoa autorizada com acesso à Internet. A inclusão da SKF na lista de "destinatários" é importante, pois sua assistência para coletar e interpretar os dados será vital graças ao profundo conhecimento de rolamentos e máquinas existente na SKF.

Como os rolamentos são autônomos, eles podem ser utilizados diretamente no coração da máquina, onde antes era impossível incorporar sensores. Isso é um grande avanço na manutenção baseada na condição em tempo real e proporciona um entendimento muito maior do ambiente operacional. Ter um profundo conhecimento das condições operacionais – em tempo real – pode até mesmo possibilitar a atualização de uma máquina, estendendo sua vida útil ou classificação de potência além de sua especificação inicial.

Os sensores se comunicam um através do outro e da porta de entrada sem fio para criar uma "topologia de rede", fornecendo informações tanto no âmbito da máquina quanto da fábrica.

O SKF Insight amplia mais a aplicação do monitoramento de condições, especialmente onde antes talvez tenha sido considerado impossível. Por causa disso, ele está sendo testado em segmentos como energia eólica, ferrovias e siderúrgicas.

Condições rigorosas

O SKF Insight também oferece vantagens de enorme potencial para setores como energia eólica, onde o custo de manutenção é astronômico. Em algumas aplicações eólicas offshore, a troca do rolamento principal em uma turbina eólica é tão cara que questiona o caso de negócios para a construção da turbina em primeiro lugar. Utilizados aqui, os rolamentos inteligentes podem monitorar cargas e condições de lubrificação em funcionamento, proporcionando tempo necessário para evitar que sejam desenvolvidas condições de processo prejudiciais.

Já estamos trabalhando com os clientes para desenvolver o SKF Insight para monitoramento de turbinas eólicas. Ele mede informações dinâmicas do rolamento no verdadeiro estado operacional e então as transmite sem fio para centros de monitoramento remoto ou para equipes de manutenção local. A solução em consideração irá monitorar a velocidade, vibração, temperatura e lubrificação do rolamento. E, o que é mais importante, pode ser retroajustada, podendo aprimorar o potencial operacional de novas turbinas e dos muitos milhares que já estão em operação no mundo inteiro.

Uma solução semelhante, mais adiante no futuro, está sendo desenvolvida para os rolamentos de ponta de eixo no segmento ferroviário. Esses componentes críticos são normalmente trocados em intervalos definidos, independentemente de suas condições. O SKF Insight cria uma maneira econômica de coletar dados de monitoramento de condições para que a vida útil do rolamento e os intervalos de troca sejam determinados com base nas condições operacionais reais, e não nas previstas.

A capacidade de monitorar e transmitir informações sobre as condições operacionais fará uma revolução nos rolamentos em termos de planejamento de manutenção, custo total de propriedade e maximização da eficiência da máquina. Os rolamentos têm sido considerados, por muito tempo, o coração das máquinas rotativas. Agora, ao incorporar inteligência neles, o SKF Insight os torna também o cérebro. Ele vai além do monitoramento de condições tradicional, para o que se pode chamar de "confiabilidade futura" – detectando possíveis problemas antes que eles ocorram, e tomando ações corretivas imediatas.

O SKF Insight já está sendo colocado para funcionar em aplicações de ponta, tais como turbinas eólicas. Mas considere a máquina na qual passamos a maior parte do nosso tempo: o carro. Pense em todos os problemas que poderiam ser evitados com esse tipo de inteligência antecipada e você verá por que a tecnologia incorporada no SKF Insight é realmente uma revolução – unindo tanto o monitoramento de condições quanto o de rolamentos.

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