Uso de imagens termais na manutenção de máquinas agrícolas

  • Página 24 |
  • Dez 2019 |
  • Leandro M. Gimenez, Esalq

Os objetos emitem radiação em determinadas faixas do espectro para as quais o olho humano não é sensível, mas para captar muitas dessas há sensores versáteis e acessíveis. Dentre estas faixas está aquela denominada termal, através da qual é possível inferir sobre a temperatura. As faixas de comprimento de onda do termal correspondem à região do infravermelho, ou seja, uma parte do espectro em que as frequências estão abaixo daquela última visível, a vermelha. Dessa forma, quando nos aproximamos de objetos com temperaturas distintas nossos olhos não permitem a diferenciação, é necessário o sentido do tato para perceber. A termografia é a técnica através da qual se obtém imagens da temperatura de objetos sem entrar em contato com eles, a distância e de modo seguro, constituindo-se em uma das ferramentas do sensoriamento remoto.

Mas o que é temperatura? De forma simples ela pode ser descrita como uma medida da energia térmica contida em um objeto ou simplesmente a quantidade de calor. Calor é definido como uma forma de energia oriunda da movimentação das moléculas em objetos. Ao aquecer uma barra de ferro, ou seja, ao fornecer energia na forma de calor, a mesma permanece com a mesma coloração ainda que sintamos a distância a irradiação de calor por ela. Na medida em que a temperatura é elevada, a barra passa a apresentar coloração avermelhada, amarelada e finalmente branca-azulada intensa. Quanto mais calor, mais radiação térmica é emitida e em frequências maiores, passando a ser perceptível aos nossos olhos por já estar em frequências na faixa do espectro conhecida como visível. É evidente que nesses patamares as temperaturas são extremas e, por isso, precisamos mensurar em patamares bastante inferiores.

Os materiais podem ter composição que favorece emissão ou reflexão de energia térmica, sendo que bons emissores apresentam baixa reflexão e vice-versa. Na prática, isso significa que na obtenção de imagens que visam caracterizar a temperatura é necessário levar em consideração que parte do que o sensor mensura é a reflexão da radiação térmica e que isso deve ser levado em consideração na obtenção e interpretação das imagens. A parcela que interessa é usualmente a emitância, portanto, embora as câmeras utilizadas para obter imagens termais guardem muita semelhança com aquelas utilizadas para obter fotografias, sua correta operação requer algum conhecimento sobre o comportamento termal dos objetos.

Os sensores para obtenção de imagens termais oscilam desde equipamentos com especificação mais baixa que não requerem sistemas auxiliares para controle de temperatura do sensor, até os mais simples que a cada dia se tornam mais capazes de obter imagens com boa resolução, sensibilidade e frequência de leitura.

USO DAS IMAGENS TERMAIS

Imagens termais permitem identificar pontos de temperaturas extremas, regiões com temperaturas oscilando e o modo como o calor se distribui em nível de detalhe nos objetos. Este tipo de informação pode ser útil a muitos propósitos, havendo desde aplicações para o monitoramento de perdas de calor em ambientes aquecidos, passando pelo diagnóstico de inflamações em animais na área veterinária, identificação de focos de queimada quando os sensores estão a bordo de satélites ou mesmo estresse hídrico em plantas para ambientes irrigados ou em sequeiro.

Na indústria, o uso da técnica é comum no monitoramento da condição de operação de diversos equipamentos. Em painéis elétricos as imagens servem à identificação de componentes com problemas e que podem já ter sido danificados, como é o caso de fusíveis que se romperam e passam a apresentar temperatura baixa, e aqueles que estão em vias de falhar, geralmente com temperaturas maiores. Problemas como sobrecargas ou de contato inadequado nas conexões de condutores elétricos são também facilmente identificados através de imagens termais.

Em motores elétricos a técnica permite identificar a ocorrência de temperaturas acima das especificadas para o funcionamento e, se for o caso, averiguar qual parte do motor apresenta indícios de problemas. A ocorrência de pontos quentes em determinadas regiões da carcaça do motor pode indicar sobrecargas em seu uso ou mesmo falhas na dissipação do calor. Mancais também podem ser facilmente avaliados de forma segura, sem contato. Ao apresentarem problemas por falta de lubrificação ou desgaste a temperatura desses componentes se eleva e a detecção com câmeras termais fica facilitada.

MANUTENÇÃO PREDITIVA DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS

Dentre as diversas aplicações possíveis para a termografia no meio agrícola, aquela voltada à manutenção de máquinas agrícolas é promissora. As manutenções realizadas em máquinas agrícolas podem ser enquadradas em ao menos três categorias: preventiva, corretiva e preditiva. As manutenções preventivas são aquelas realizadas em função de um calendário preestabelecido, usualmente embasado em número de horas de operação, para a realização de diversas atividades de manutenção desde inspeção, reapertos e lubrificação até a troca de componentes. É uma estratégia de manutenção embasada, portanto, em dados de projeto que prevê uma durabilidade média para componentes e desse modo atua-se independentemente do desgaste ou quebra.

A manutenção corretiva é realizada nas ocasiões em que, por falta da preventiva ou por algum fator inesperado, ocorre a interrupção do funcionamento do equipamento ou o mesmo ocorre apenas de modo parcial, levando à redução pronunciada do desempenho. Usualmente esse tipo de manutenção leva a paradas maiores, podendo gerar gastos expressivos tanto diretos como indiretos.

A manutenção preditiva pode ser entendida como aquela que é realizada quando se identifica, através de procedimentos bem definidos, o momento em que é necessária a realização de alguma atividade de manutenção. Se bem conduzida é mais econômica que as demais e permite uma maior disponibilidade dos equipamentos, pois oferece alguma flexibilidade para a realização de paradas em momentos em que as máquinas não são utilizadas. Ela é embasada, portanto, na coleta de informações através de instrumentos e a comparação dessas informações com valores de referência, indicativos de desgaste ou quebra iminente. O exemplo mais comum nas máquinas agrícolas é o monitoramento da qualidade do óleo lubrificante do motor. Através de amostragens periódicas e análises para determinação de diversos compostos químicos e presença de impurezas é possível determinar se é chegado o momento de realizar a troca e mesmo o estado de desgaste do motor.

Ao permitir a identificação de um dos sinais que as máquinas usualmente apresentam quando o seu funcionamento não é adequado, ou seja, a elevação da temperatura, a termografia auxilia na realização de manutenções preditivas.

Quando do uso para identificar problemas em máquinas, o que se buscam são pontos com diferenças grandes de temperatura. Em muitas situações, principalmente em campo, quando a temperatura do ambiente pode mudar e quando há exposição à radiação solar, é necessário utilizar uma abordagem de comparação. Assim, em uma máquina que apresente diversos mancais realizam-se mensurações em todos para averiguar a ocorrência da diferença entre eles e da diferença entre a temperatura do mancal e a dos componentes imediatamente ao redor. Muitos dos problemas podem ser identificados dessa forma, sem necessariamente atentar para o valor absoluto da temperatura. Outras vezes há valores de referência bem definidos, como é o caso da temperatura de operação de óleo, motores a combustão, bombas e outros componentes. Na Figura 3 são apresentadas algumas imagens termais obtidas de tratores.

Além da própria manutenção preditiva das máquinas, a termografia pode ser empregada para assegurar o uso adequado de alguns insumos cuja aplicação se dá através das máquinas. Por exemplo a temperatura da calda armazenada em reservatórios de pulverizadores de barras ou acoplada em semeadoras ou mesmo das sementes e mudas pode ser obtida. Muitos produtos biológicos não podem ter sua temperatura oscilando além de certos limites. Este tipo de aplicação é mais simples pois há valores limites preestabelecidos.

Diversos equipamentos estão disponíveis para a realização de termografia em máquinas, havendo aqueles para inspeções rápidas, que podem inclusive ser acoplados em smartphones até câmeras para análises mais detalhadas de componentes. Uma câmera termal capaz de atender uma ampla gama de aplicações tem custo ao redor de R$ 5.000,00, valor que pode ser bem inferior ao oriundo da quebra de algum componente por erros na manutenção. Em nosso grupo temos buscado desenvolver estratégias para o uso da termografia, a técnica apresenta grande potencial na área de máquinas agrícolas sendo, entretanto, sugerida a realização de treinamentos dos responsáveis pela atividade. 

Exemplos de aplicação da termografia na indústria, na esquerda imagens obtidas com câmeras convencionais e à direita com câmeras termográficas: tons azuis e verdes representam menores temperaturas, e vermelho a branco as maiores. Na imagem superior, painel elétrico apresentando fusível central com superaquecimento; no centro, mancal com temperatura elevada e nas imagens inferiores, o motor apresenta temperatura bastante inferior ao motorredutor, indicando um problema neste último. Fonte: Fluke®

Exemplos de uso da termografia em tratores agrícolas. Em A, trator sem plataforma em vista lateral no lado esquerdo, no direito detalhe da temperatura elevada na porção que fica entre as pernas do operador. Em B, vista a partir da posição de operação em trator com cabine nas condições em que o ar-condicionado estava em funcionamento à esquerda, e quando o mesmo foi desligado. Em C são apresentados componentes do motor que estava em funcionamento, na esquerda bicos injetores e à direita bomba injetora. Em D são apresentados o eixo da TDP, demonstrando a distribuição de calor de forma distinta e na direita uma bomba injetora, que também tem temperatura distinta em suas extremidades. À esquerda é apresentado um trocador de calor que possuía algumas obstruções ao fluxo de ar da ventoinha e na direita uma tomada do sistema hidráulico. Fonte: Própria/Autor

Aplicações das imagens

Diversas aplicações da utilização de imagens termais no universo dos sistemas mecanizados podem ser vislumbradas, como:

• Eficiência dos sistemas de arrefecimento: trocadores de calor, ventoinhas, identificação de vazamentos e pontos de restrição ao fluxo e mesmo entupimento;

• Pontos de restrição ou pressão excessiva em mangueiras de óleo;

• Nos circuitos elétricos, falhas em conexões, superaquecimento de componentes, deficiência em trocadores de calor;

• Falta de lubrificação ou desgaste pronunciado em mancais, rolamentos, cabos, correntes, árvores;

• Desalinhamento entre árvores e eixos: polias, correias;

• Conforto do operador: pontos com excesso de calor no posto de operação, fluxo e temperatura do ar-condicionado;

• Riscos de incêndio em colhedoras na colheita de grãos e fibras em período seco.

Leandro M. Gimenez, Esalq

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