A evolução do autodiagnóstico na medição de vazão

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Instrumentação para medição do vazão de gases, líquidos e sólidos, são hoje baseadas em uma variedade de princípios mecânicos, eletrônicos ou eletromecânicos. Como os fabricantes de medidores de vazão tem se desenvolvido ao longo dos anos?  Os primeiros medidores de vazão comercializados eram mecânicos, e foram desenvolvidos há mais de 100 anos e ainda hoje constituem uma parte significativa do mercado. Cerca de 60 anos atrás, os medidores de vazão eletrônicos (microprocessados) foram introduzidos e também evoluíram bastante desde então.

A evolução do autodiagnóstico na medição de vazão - Endress+Hauser

Milhões de medidores de vazão são fabricados e vendidos a cada ano por centenas de empresas, e são instalados em outras milhares de aplicações nos mais diferentes setores da indústria.

Com base em pesquisas de mercado, sabemos que, apesar dos medidores de vazão mecânicos ainda representarem uma parte significativa do mercado, a taxa de crescimento dessas tecnologias é muito mais lenta em comparação aos medidores de vazão eletrônicos. A substituição está ocorrendo, evidenciada pela elevada taxa de crescimento de tecnologias microprocessadas modernas.

Os motivos para essa migração de tecnologia são muitos, mas podemos citar entre eles a busca por medidores mais seguros, precisos, confiáveis e multivariáveis. Medidores que não sofram problemas com desgaste e que não possuam partes mecânicas a serem substituídas, como o medidor Coriolis, são fundamentais para garantir esses valores.

Além disso, opções de autodiagnóstico avançado estão disponíveis para muitos tipos de medidores de vazão eletrônicos, sendo em alguns casos capazes de fornecer uma gama de diagnóstico tão abrangente que possibilita ao usuário do equipamento estender intervalos de recalibração ou realizar testes funcionais (poof tests) de forma rápida e segura.

Requerimentos da Indústria

A indústria de processo está diante de crescentes demandas nas áreas de qualidade e segurança. Ao mesmo tempo, ocorre uma pressão para redução dos custos através da utilização mais eficiente dos recursos, evitando manutenção e reparos desnecessários, no intuito de evitar paradas de máquinas e plantas industriais. A escassez de mão-de obra qualificada é outro agravamente em relação ao aumento de custos.

Alguns fabricantes de instrumentação identificaram esta demanda da indústria há anos atrás e hoje oferecem soluções inteligentes para redução da complexidade. O objetivo é a simplicidade obtida por soluções consistentes e uniformes, sem a necessidade de conhecimentos especializados.

A economia de custos em manutenção e operação que podem ser alcançados são baseados em alguns fatores que serão melhor detalhados na sequência.

Tecnologias de medição com alta estabilidade a longo prazo

Medidores de vazão eletrônicos modernos, como o Coriolis, magnético, ultrassônico, vortex ou termal, não tem qualquer tipo de parte móvel sujeita a desgaste. Eles têm sido testados e aprovados em milhares de aplicações e são bem conhecidos por garantir resultados de medição altamente estáveis durante um longo período de tempo.

Um sistema de automonitoramento integrado permite que as condições relacionados com a qualidade ou segurança possam ser identificadas e analisadas de forma oportuna, se estas tecnologias de medição são usados em aplicações onde as condições de processo influenciam o desempenho de medição ou prejudicam a integridade do medidor.

Isso significa que as tecnologias de medição acima mencionados podem fornecer outras variáveis de medição secundárias, além da variável primária (vazão), as quais são úteis para o monitoramento e análise do ponto de medição. Em comparação com a variável primária, as variáveis secundárias fornecem informações sobre o funcionamento ou a integridade do medidor – indicadores da “saúde” do ponto de medição – e evidenciam se o desempenho de medição desvia-se das condições aceitáveis – qualidade e controle de processo.

Diagnósticos avançados

Diagnósticos avançados são baseados principalmente no monitoramento online e constante dos componentes críticos internos do medidor durante a operação, permitindo uma ação rápida em tempo hábil. O usuário do equipamento pode ser imediatamente avisado no caso do dispositivo atingir um estado crítico. Estas mensagens são tipicamente interpretadas em conformidade com a recomendação NAMUR NE 107 e exibidas pelo medidor como um evento de diagnóstico.

Isto também inclui instruções diretas de ações a serem tomadas para retomar a condição segura de operação.

Instrumentação eletrônica com diagnóstico avançado enviado ao sistema de controle
Instrumentação eletrônica com diagnóstico avançado enviado ao sistema de controle

Verificação de medidores de vazão

Para garantir a conformidade (qualidade) do produto, a ISO 9001 exige o seguinte na seção 7.6 – Controle e Monitoramento de Equipamentos de Medição:

Para assegurar resultados válidos, o equipamento de medição deve ser calibrado ou verificado, ou ambos, a intervalos especificados, ou antes do uso, contra padrões de medição rastreáveis a padrões de medição internacionais ou nacionais. Devem ser mantidos os registros dos resultados da calibração ou verificação.”

Os requerimentos da ISO 9001 fornecem a base e incentivam a prática da utilização de um sistema de referência independente para inspeção da instrumentação industrial através de verificações periódicas. Importante ressaltar que a variável primária não é verificada (ex: vazão), mas sim o correto funcionamento do dispositivo.

Na prática, uma verificação de medidores de vazão pode ser realizada de duas maneiras: ou através de um verificador externo cujas referências podem ser rastreadas ao longo do ciclo de vida através da recalibração do verificador em intervalos periódicos, ou através de uma verificação interna, que é baseada em referências redundantes (ex: redundância de processamento de sinais) e pode ser rastreável às condições iniciais encontradas em fábrica para alguns fabricantes de instrumentação.

No passado, não existia um método para assegurar a estabilidade a longo prazo de um sistema de verificação interna. Agora, com as últimas gerações de medidores de vazão, técnicas de verificação interna tornaram-se disponíveis e cada vez mais confiáveis.

A evolução da verificação interna

Verificação externa é um processo muito complexo, que requer acesso ao ponto de medição no campo. Durante a verificação, o transmissor é aberto para conexão de cabos e adaptadores especiais com o intuito de ler/simular sinais. A verificação é realizada por um técnico especializado e requer, no mínimo, 30 minutos. O processo exige conhecimento específico do instrumento a ser verificado e muitas vezes requer infra-estrutura adicional dependendo do ponto de instalação do equipamento. É por isso que a verificação externa normalmente é realizada sob a forma de um serviço, por exemplo, como parte de um contrato de serviço.

Verificação interna baseia-se na capacidade do medidor de se autoverificar através de testes integrados, que são realizados sob demanda. É por isso que a pergunta mais comum é: Como pode um sistema de verificação interna atingir a mesma confiabilidade e cobertura de teste de um verificador externo criado especificamente para fazê-lo?
Automonitoramento integrado substitui a necessidade de equipamento de teste externo somente se for baseado em referências redundantes e rastreáveis às condições iniciais encontradas em fábrica pelo medidor.

A confiabilidade do método de teste é assegurada pela calibração rastreável ou verificação das referências na fábrica e o monitoramento constante de sua estabilidade a longo prazo durante o ciclo de vida do produto.

Ao eliminar componentes adicionais durante a inspeção, os erros durante o manuseio são mitigados, com isso, a verificação interna de medidores mostra-se mais confiável do que a verificação externa quando o processo de inspeção é visto como um todo.

Autoverificação de medidor Coriolis através de redundâncias - verificação interna
Autoverificação de medidor Coriolis através de redundâncias – verificação interna

Vantagens de verificação interna

Os resultados da verificação interna são os mesmos da verificação externa: status de verificação (passou / falhou), a descrição de cada ponto analisado e sua condição atual (ex: condição da isolação elétrica dos eletrodos de um medidor magnético). No entanto, uma vez que a verificação interna é uma parte integrada na tecnologia do dispositivo, a aquisição de dados e interpretação também são feitas no próprio medidor.

Isto tem a vantagem de tornar a funcionalidade disponível para interfaces de operação e qualquer sistema de controle onde o medidor esteja integrado.

O processo de verificação depende do princípio de medição e pode durar de alguns segundos até cerca de 10 minutos. A verdadeira economia de tempo, no entanto, vem da facilidade de uso, uma vez que nenhuma interação complexa com o dispositivo é necessária para realizar uma verificação.

Medidor magnético transmitindo diagnósticos avançados ao sistema de gerenciamento de ativos
Medidor magnético transmitindo diagnósticos avançados ao sistema de gerenciamento de ativos

Segurança e qualidade

A verificação do ponto de medição pode ser realizada sob demanda através de diversas interfaces operacionais do medidor (ex: display local/IHM ou servidor web), bem como através de um sistema de controle com gerenciamento de ativos integrado.

O acesso aos medidores de campo é possível através de qualquer protocolo de comunicação digital – protocolos Hart, Profibus DP ou PA e Foudantion Fieldbus são exemplos – e o início do processo de verificação também pode ser realizado através do software de gerencimento de ativos ou até mesmo de forma contínua, onde os principais parâmetros do medidor são verificados de forma online e uma análise de tendência pode ser realizada – manutenção preditiva.

Portanto, o acesso no campo é desnecessário, o que minimiza os riscos para o pessoal envolvido e também para o processo. A qualidade dos resultados da verificação também serão otimizados, uma vez que haverá menor probabilidade de erro humano.

Com as facilidades proporcionadas pela verificação interna, as rotinas de manutenção preditiva podem ser realizadas de maneira muito mais simples e segura. Além da facilidade de acesso a função mostradas anteriormente, todo o processo de verificação dura apenas alguns minutos e existem métodos de diagnóstico avançado que inclusive não interrompem a operação do medidor.

Medidores com verificação interna devem ser capazes de armazenar históricos de resultados de verificação no transmissor. Isto gera a vantagem de disponibilizar os dados para documentação posterior e torna possível a criação de relatórios de verificação offline para obter a documentação que pode ser utilizada pelo setor de qualidade da planta. Além disso, comparando os dados de múltiplas verificações consecutivas, análises de tendência podem ser realizadas e rastreadas sistematicamente, durante o ciclo de vida do ponto de medição.

Análise de tendência extraída para avaliação de corrosão nos tubos de medidor Coriolis
Análise de tendência extraída para avaliação de corrosão nos tubos de medidor Coriolis

 

Medidores Coriolis com funcionalidade de diagnóstico avançado instalados em indústrias do segmento de alimentos e bebidas na região de Santa Catarina
Medidores Coriolis com funcionalidade de diagnóstico avançado instalados em indústrias do segmento de alimentos e bebidas na região de Santa Catarina

Conclusão

Medidores de vazão eletrônicos com possibilidade de autodiagnóstico avançado se mostram como o futuro da medição de vazão.

Estes medidores atendem aos mais diversos requisitos industriais, onde vão de encontro as exigências de testes funcionais para aplicações com foco em segurança, bem como atendem  a norma ISO 9001 – seção 7.2 – como forma de verificação periódica, desde que o método de autodiagnóstico avançado possua rastreabilidade as condições iniciais encontradas em fábrica e garanta estabilidade a longo prazo durante toda a vida útil do medidor.

As facilidades para o monitoramento da “saúde” do medidor e sua confiabilidade em processo também são um grande diferencial. De forma simples, rápida e segura é possível obter relatórios detalhados e análises de tendência, proporcionando redução de custos com intervenções desnecessárias – reparos e recalibrações – e uma suave migração da manutenção corretiva ou preventiva para a manutenção preditiva.

Bibliografia