WO2023173184A1

WO2023173184A1 - Dispositivo sensor para um equipamento

Info

Publication number: WO2023173184A1
Application number: PCT/BR2022/050098
Authority: WO
Inventors: Lucas BITTENCOURT DE OLIVEIRA; Lucas Henrique DOS SANTOS TAVARES; Marco Aurelio SCIEPIET; Vinicius SELL GONÇALVES
Original assignee: Weg Equipamentos Eletricos S.A.
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-09-21

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo sensor para fixação em uma carcaça de um equipamento, o dispositivo compreendendo um invólucro (1) configurado para fixação na carcaça de um equipamento por meio de um sistema de fixação compreendo uma bucha (4) com uma parte cilíndrica interna ao invólucro e uma parte de aba (4a) configurada para contatar a carcaça do equipamento quando o dispositivo está nela fixado, o invólucro (1) alojando uma pluralidade de sensores para medição de dados relacionados à condição operacional do equipamento, pelo menos um processador configurado para receber os dados medidos pelos sensores; e pelo menos um meio de comunicação sem fio para comunicação com um servidor remoto ao dispositivo, em que o invólucro (1) compreende um corpo de invólucro (2), que recebe, em uma extremidade, uma placa de circuito impresso (11) que recebe um sensor acústico (12) para medição de ruído estrutural, a placa de circuito impresso (11) estando em contato com a parte de aba (4a) da bucha (4).

Description

“DISPOSITIVO SENSOR PARA UM EQUIPAMENTO”

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo sensor para um equipamento e, mais especificamente, a um dispositivo sensor para monitorar o estado operacional de equipamentos cuja operação gera vibração e ruído.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Os sensores de monitoramento de operação de equipamentos - como motores e geradores elétricos, transformadores, bombas, moto-redutores, etc. - são cada vez mais usuais e populares. Eles permitem observar a condição operacional das máquinas e, assim, auxiliam na manutenção dos equipamentos de forma otimizada, diminuindo o número de falhas e, consequentemente, de paradas indesejadas.

[0003] Esse tipo de dispositivo é normalmente fixado à superfície da carcaça do equipamento, para que possa realizar o sensoriamento das condições operacionais, como temperatura, vibração, geração de ruído, etc. Assim, é comum que esse tipo de dispositivo tenha sensores de vibração, temperatura, campo magnético e sensor acústico alojados em um invólucro fixado ao equipamento.

[0004] O documento WO 2016168055 mostra um módulo sensor que possui um suporte de montagem que também é fixado na carcaça de uma máquina - por exemplo, uma bomba - usando um adesivo epóxi. O módulo compreende um invólucro com eletrônica encapsulada que inclui sensores configurados para responder à condição da máquina, incluindo sensores de temperatura e acelerômetros.

[0005] O documento BR 202017015546-9 mostra um dispositivo de monitoramento de condições para o monitoramento de uma máquina elétrica que compreende uma pluralidade de sensores, incluindo pelo menos uma unidade de medição de campo magnético, um sensor de vibração, um sensor de temperatura e um sensor acústico.

[0006] Uma questão importante associada aos dispositivos de monitoramento fixos à carcaça da máquina é a capacidade de realizar o sensoriamento das condições de operação de maneira efetiva, permitindo a coleta de dados com qualidade suficiente para alimentação de um sistema de análise local ou remoto. Uma vez que os sensores são fixados na carcaça da máquina, eles estão sujeitos à interferência das condições do ambiente externo, as quais podem afetar significativamente os dados coletados.

[0007] Assim, permanece no estado da técnica a necessidade por um dispositivo sensor para fixação à carcaça de um equipamento que seja capaz de coletar dados com alta qualidade para a análise das condições operacionais de um equipamento.

OJETIVOS DA INVENÇÃO

[0008] Assim, é um dos objetivos da presente invenção proporcionar um dispositivo sensor para fixação à carcaça de um equipamento que seja capaz de coletar dados com alta qualidade para a análise das condições operacionais de um equipamento.

[0009] É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um dispositivo sensor para fixação à carcaça de um equipamento que seja capaz de coletar dados do equipamento com pouca ou nenhuma interferência do ambiente externo. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0010] A presente invenção atinge esses e outros objetivos por meio de um dispositivo sensor para fixação em uma carcaça de um equipamento, o dispositivo compreendendo um invólucro configurado para fixação na carcaça do equipamento, sendo que o invólucro é fixado à carcaça por meio de um sistema de fixação compreendendo uma bucha com uma parte cilíndrica interna ao invólucro e uma parte de aba configurada para contatar a carcaça do equipamento quando o dispositivo está nela fixado. O invólucro aloja uma pluralidade de sensores para medição de dados relacionados à condição operacional do equipamento, pelo menos um processador configurado para receber os dados medidos pelos sensores; e pelo menos um meio de comunicação sem fio para comunicação com um servidor remoto ao dispositivo. O invólucro compreende um corpo de invólucro, que recebe, em uma extremidade, uma placa de circuito impresso que recebe um sensor acústico para medição de ruído estrutural, a placa de circuito impresso estando em contato com a parte de aba da bucha.

[0011] Em uma concretização da invenção, pelo menos uma região de um espaço interno definido pelo corpo de invólucro recebe um material de encapsulamento em resina para formar uma região interna encapsulada; e em que pelo menos parte da placa de circuito impresso e pelo menos parte da parte cilíndrica da bucha está na região encapsulada.

[0012] O corpo de invólucro pode ser fechado por uma tampa.

[0013] A pluralidade de sensores compreende ainda pelo menos um sensor de vibração, pelo menos um sensor de temperatura de superfície, pelo menos um sensor de temperatura ambiente e pelo menos um sensor de fluxo magnético.

[0014] Em uma concretização da invenção, o dispositivo compreende ainda uma segunda placa de circuito interno, afastada da dita uma placa de circuito interno, em que o pelo menos um sensor de temperatura ambiente é disposto na segunda placa de circuito interno e em que o pelo menos um sensor de temperatura de superfície é disposto na dita uma placa de circuito interno. Pelo menos um elemento de comunicação remota pode ser disposto na segunda placa de circuito interno.

[0015] O dispositivo pode compreender ainda pelo menos uma bateria para alimentação de energia, a bateria sendo disposta em um suporte de bateria disposto no corpo de invólucro. Em uma concretização da invenção, o dispositivo compreende duas baterias e dois suportes de bateria dispostos no corpo de invólucro.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0017] Figura 1 - é uma vista em perspectiva superior de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0018] Figura 2 - é uma vista em perspectiva inferior de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0019] Figura 3 - é uma vista em perspectiva superior de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção, o dispositivo sendo mostrado sem a tampa superior;

[0020] Figura 4 - é uma vista em perspectiva da tampa superior de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0021] Figura 5 - é uma vista em perspectiva superior do corpo de invólucro do dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0022] Figura 6 - é uma vista superior do corpo do invólucro de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção; [0023] Figura 7 - é uma vista inferior do corpo do invólucro de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0024] Figura 8 - é uma vista em perspectiva traseira de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção, o dispositivo sendo mostrado sem a parte de corpo do invólucro;

[0025] Figura 9 - é uma vista em perspectiva frontal de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção, o dispositivo sendo mostrado sem a parte de corpo do invólucro;

[0026] Figura 10 - é uma vista em perspectiva superior de um corte transversal do invólucro de um dispositivo sensor de acordo com uma concretização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0027] As figuras 1 a 10 mostram uma concretização de um dispositivo sensor para fixação à carcaça de um equipamento de acordo com a presente invenção. Na concretização ilustrada, o equipamento é uma máquina elétrica, mas deve ser entendido que o dispositivo sensor poderia ser utilizado para o monitoramento de outros equipamentos cuja operação gera vibração e ruído.

[0028] O dispositivo sensor é fixado à carcaça do equipamento e é capaz de coletar dados da condição operacional do equipamento.

[0029] O dispositivo sensor compreende um invólucro preferencialmente de material polimérico. Na concretização da invenção mostrada nos desenhos, o material polimérico é um policarbonato, mas diferentes materiais poderiam ser usados, desde que obedecidos aos critérios de qualidade e confiabilidade de operação.

[0030] O invólucro 1 é configurado para alojar uma pluralidade de sensores das condições operacionais do equipamento, incluindo, mas não se limitando, a sensor de vibração, sensor de temperatura de superfície, sensor de temperatura ambiente e sensor de fluxo magnético. O funcionamento desses sensores em um contexto de um dispositivo sensor de condições operacionais de equipamentos é conhecido dos técnicos no assunto e, portanto, não será aqui detalhado.

[0031] O invólucro 1 compreende um corpo de invólucro 2 e uma tampa 3, que fecha o corpo de invólucro. O invólucro 1 é fixo à carcaça por meio de um sistema de fixação que compreende uma bucha 4 para recepção de um elemento de fixação 5. Na concretização preferida da invenção, a bucha 4 compreende uma parte cilíndrica e uma parte de aba. A parte cilíndrica recebe o elemento de fixação 5 e a parte de aba 4a auxilia na fixação à máquina.

[0032] Como mostrado na figura 3, a parte superior do corpo de invólucro 2 compreende uma placa de circuito interno superior 6 em que podem ser dispostos elementos de comunicação com um dispositivo remoto.

[0033] A parte superior do corpo de invólucro 2 pode compreender ainda um tampão 7 para a bucha 4 do sistema de fixação e um botão de interface 8. O botão 8 pode, por exemplo, ser utilizado para acionar um modo de configuração para o sensor, sendo que tal configuração pode ser executada em um dispositivo portátil conectado sem fio com o sensor. A parte superior do corpo de invólucro 2 pode compreender elementos adicionais, como, por exemplo, um LED indicador.

[0034] O corpo de invólucro 2 aloja ainda pelo menos um suporte de bateria 9. Como mostrado na figura 5, na concretização ilustrada, o corpo de invólucro aloja dois suportes de bateria 9. Tais suportes de bateria 9 podem ser melhor visualizados nas figuras 8 e 9, as quais mostram o dispositivo sensor com o corpo de invólucro oculto do desenho.

[0035] Os suportes de bateria 9 suportam as baterias 10 que alimentam o dispositivo. Embora a concretização ilustrada do dispositivo faça uso de duas baterias, deve ser entendido que concretizações alternativas poderiam utilizar uma ou mais baterias.

[0036] As figuras 6 e 7 mostram, respectivamente, vistas superior e inferior do corpo de invólucro 2. Como pode ser visto nessas figuras, o corpo de invólucro 2 é preferencialmente formado como uma peça única, a qual possui aberturas para as passagens dos componentes e para a fixação da tampa 3.

[0037] As figuras 8 a 10 mostram os elementos do dispositivo que são alojados no corpo de invólucro. Assim, as figuras 8 e 9 mostram o dispositivo sensor com o corpo de invólucro oculto do desenho, e a figura 10 mostra o dispositivo sensor com o corpo de invólucro ilustrado seccionado e tampa, elementos da parte superior e baterias ocultas.

[0038] Como pode ser visto nas figuras 8 a 10, o corpo de invólucro 2 inclui uma segunda placa de circuito impresso 11 . A segunda placa de circuito impresso 11 conecta um sensor acústico 12 para captação do som ultrassónico transmitido por uma estrutura (structure-borne sound - SBS), que também pode ser compreendido pela medição de ruído estrutural.

[0039] A transmissão SBS tem propagação mais rápida, emite mais de um tipo de onda e possui uma menor dissipação de energia sonora. Além disso, a transmissão SBS sofre pouca influência de ruídos externos, uma vez que o som externo, ou do ambiente, geralmente tem pouca energia para excitar e se propagar pela estrutura.

[0040] Assim, ao utilizar um sensor acústico 12 para medição de ruído estrutural, o dispositivo da presente invenção é capaz de detectar falhas em estágios inicial e moderados nos rolamentos do equipamento, cujos transientes ultrassónicos produzidos não são capazes de ser detectados por sensores de som audível de transmissão por ar (airborne sound - ABS).

[0041] O uso do sensor de SBS possibilita, por exemplo, que o dispositivo da presente invenção detecte defeitos incipientes como falha de lubrificação, o que não é possível com o uso de sensores de ABS.

[0042] Deve der notado que, como melhor ilustrado nas figuras 9 e 10, a placa 11 , que suporta o sensor acústico para medições de ruído estrutural 12 está em contato com a bucha 4 e sua parte de aba 4a. Por sua vez, a aba parte de aba 4a fica em contato com a carcaça do equipamento quando o dispositivo da presente invenção é fixado à carcaça do equipamento. Esse contato direto permite uma leitura extremamente eficiente do sensor de ruído estrutural 12, a qual se faz ainda mais eficiente pelo fato da bucha 4 ser preferencialmente construída em material metálico.

[0043] De fato, uma vez que geralmente nos metais a velocidade do som se propaga muito mais rápido, a construção da bucha 4 em material metálico configura uma solução eficiente de propagação do ruído estrutural.

[0044] Na concretização preferida da invenção mostrada nas figuras, a região do corpo de invólucro 2 que recebe a placa 11 pode ser encapsulada em resina, de forma que os componentes eletrônicos ali conectados são também encapsulados.

[0045] O encapsulamento, que abrange também parte da bucha 4 e do sensor de ruído estrutural 12, confere rigidez ao conjunto e contribui para a medição mais precisa dos ruídos do equipamento em que o sensor é fixado, uma vez que o encapsulamento em resina proporciona isolamento dos ruídos externos. Dessa forma, é possível obter componentes sonoros de ultra frequência com pouca contaminação de ruídos ambientes através do sensor de ruído estrutural 12, em que elementos de pós processamento - tal como aplicação de kurtosis (k) e filtro digital para descarte de informação abaixo de 10 kHz - são utilizados para evidenciar os fenômenos representativos de falhas precoces de rolamento do equipamento.

[0046] Nesse sentido, deve ser ressaltado que na concretização preferida da presente invenção, os dados coletados pelos sensores são enviados, via módulo de comunicação sem fio, para um servidor (gateway, celular ou outro meio aplicável), nos quais tais dados são processados na nuvem para identificação de falhas. A identificação de falhas pode ser realizada de forma automatizada ou via inspeção visual dos dados.

[0047] Essa característica da presente invenção, de processamento remoto, otimiza os recursos de processamento e permite maior flexibilidade na construção dos algoritmos de processamento que farão a análise dos dados coletados pelo sensor. Essa característica também possibilita a construção de um dispositivo local - ou seja, de fixação na máquina - de menor complexidade e, consequentemente, de menor custo.

[0048] A construção do dispositivo sensor de acordo com a presente invenção é realizada preferencialmente com duas placas de circuito impresso 6, 11. Isto porque os elementos sensores podem ser dispostos em cada uma das placas 6, 11 de acordo com a melhor eficiência de operação. Em uma concretização da presente invenção, na placa de circuito impresso superior 6 são dispostos preferencialmente, mas não limitado, os elementos de comunicação e sensor de temperatura ambiente e na placa de circuito impresso inferior 11 são dispostos preferencialmente, mas não limitado, os elementos de medição (sensores) dos dados de operação do equipamento.

[0049] Assim, em uma concretização da invenção, enquanto o sensor de temperatura ambiente é disposto na placa de circuito impresso superior 6, um sensor de temperatura de superfície, destinado a medir a temperatura na bucha 4, é disposto na placa de circuito impresso inferior 11 .

[0050] A distribuição das placas de circuito impresso da configuração preferencial permite tornar a medição de temperatura superficial mais precisa, devido a distância entre o sensor da placa inferior, que mede a temperatura na bucha, e o sensor da placa superior que mede a temperatura ambiente. Ainda, a configuração preferencial permite conectar os dois polos das baterias e também possibilita o encapsulamento parcial do circuito.

[0051] Tendo sido descritos exemplos de concretizações da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apenas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo sensor para fixação em uma carcaça de um equipamento, o dispositivo compreendendo um invólucro (1 ) configurado para fixação na carcaça de um equipamento, o invólucro (1 ) sendo fixado à carcaça do equipamento por meio de um sistema de fixação compreendo uma bucha (4) com uma parte cilíndrica interna ao invólucro e uma parte de aba (4a) configurada para contatar a carcaça do equipamento quando o dispositivo está nela fixado, o invólucro (1 ) alojando uma pluralidade de sensores para medição de dados relacionados à condição operacional do equipamento, pelo menos um processador configurado para receber os dados medidos pelos sensores; e pelo menos um meio de comunicação sem fio para comunicação com um servidor remoto ao dispositivo, caracterizado pelo fato de que o invólucro (1 ) compreende um corpo de invólucro (2), que recebe, em uma extremidade, uma placa de circuito impresso (11 ) que recebe um sensor acústico (12) para medição de ruído estrutural, a placa de circuito impresso (11 ) estando em contato com a parte de aba (4a) da bucha (4).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a bucha (4) é uma bucha de material metálico.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma região de um espaço interno definido pelo corpo de invólucro (2) recebe um material de encapsulamento em resina para formar uma região interna encapsulada; e em que pelo menos parte da placa de circuito impresso (11 ) e pelo menos parte da parte cilíndrica da bucha (4) está na região encapsulada.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o corpo de invólucro (2) é fechado por uma tampa (3).

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de sensores compreende ainda pelo menos um sensor de vibração, pelo menos um sensor de temperatura de superfície, pelo menos um sensor de temperatura ambiente e pelo menos um sensor de fluxo magnético.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma segunda placa de circuito interno (6), afastada da dita uma placa de circuito interno (11 ), em que o pelo menos um sensor de temperatura ambiente é disposto na segunda placa de circuito interno (6) e em que o pelo menos um sensor de temperatura de superfície é disposto na dita uma placa de circuito interno (11 ).

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um elemento de comunicação remota disposto na segunda placa de circuito interno (6).

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma bateria (10) para alimentação de energia, a bateria sendo disposta em um suporte de bateria (9) disposto no corpo de invólucro (2).

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende duas baterias (10) e dois suportes de bateria (9) dispostos no corpo de invólucro.