Monitoramento remoto de veículos fora de estrada

Veículos fora de estrada são equipamentos utilizados em ampla escala no setor de mineração, sendo o monitoramento remoto uma boaopção de manutenção para acompanhamento dessas máquinas.

Uma das técnicas aliadas da correta inspeção e manutenção preditiva desses equipamentos é a análise de vibração. Entretanto, métodos tradicionais de coleta de vibração em veículos fora de estrada podem acarretar diversos riscos aos colaboradores. Dito isso, a Vale Carajás buscou soluções que trouxessem segurança, qualidade de análise e, consequentemente, aumentassem a confiabilidade e disponibilidade desse tipo de ativo.  

Apesar de toda a robustez característica desse tipo de equipamento, projetado justamente para trabalhar com cargas muito pesadas ou com movimentos bruscos, manter esse tipo de ativo em boas condições de operação pode ser desafiador. Devido às cargas a que são submetidos e ao ambiente a que estão expostos, as chances de danos estruturais, na suspensão ou ainda em seus componentes rotativos, são grandes.  

No âmbito de componentes rotatórios são necessárias inspeções com uma certa frequência, visando garantir a saúde do ativo como um todo e a segurança das pessoas que os operam. Em termos do monitoramento da condição de operação, a análise de vibração é uma das técnicas mais difundidas e eficazes na detecção de falhas potenciais e é amplamente utilizada nesse tipo de ativo.

No contexto da Mina de Carajás da Vale, localizada no estado do Pará, no que tange à coleta de dados vibracionais desses equipamentos, alguns desafios faziam parte do dia a dia da equipe de inspeção: 

 1) Dificuldade de acesso  

A estrutura de um veículo fora de estrada, seja ele um caminhão, uma escavadora, perfuratriz ou outro tipo, em geral, é bastante fechada e protegida, visando à própria robustez do equipamento. Outros pontos ficam em altura. Tudo isso dificulta o processo de coleta de dados manual e muitas vezes deixa pontos inacessíveis para a tomada de dados.  

2) Exposição a riscos  

Até mesmo pelas questões comentada no item anterior, além de outros fatores, como trânsito de equipamentos de grande porte, a atividade de inspeção pode expor os inspetores a riscos.  

3) Outro ponto é que, para realização de monitoramento baseado em condição (CBM), através de técnicas como a análise de vibração, o equipamento deve estar em operação. Esta necessidade aumenta os riscos e as dificuldades para os inspetores que realizam a coleta de dados.  

Visto a situação e os desafios citados, a Equipe de Supervisão de Manutenção Preditiva de Serra Norte da Vale investiu em inovação tecnológica para realizar melhorias no processo de inspeção, visando maior segurança e confiabilidade dos equipamentos.  

Projeto e implementação 

A seguir será abordado o projeto de implantação dessa modernização na coleta de dados na Mina de Carajás. 

I. Instalação de sensores sem fio e coleta via App  

As primeiras iniciativas ocorreram em caminhões fora de estrada, com a instalação em diversos componentes, com destaque para as rodas motorizadas. Nesse componente, antes o procedimento de coleta de vibração era feito de formal manual e offline, envolvendo 5 profissionais de áreas distintas.

O veículo precisava parar para que um profissional entrasse no porão e remover o pinhão da roda. Um processo complexo e com risco de acidente. Após a remoção do pinhão, ainda era necessário, desmontar a carcaça das rodas motorizadas. Só após esse procedimento era então possível acoplar o acelerômetro na roda e iniciar a coleta de dados.  

Esse processo era aplicado similarmente na medição de vários outros componentes, onde os inspetores tinham muito vezes de se abaixar, chegar próximo ao componente desejado, como motor, bombas, compressores, e conectar então o acelerômetro para obtenção dos dados.  

Muitos desses procedimentos, além de inseguros, acarretavam a necessidade de parada do veículo. No processo de coleta de inspeção das rodas motorizadas, por exemplo, a inspeção mantinha o equipamento parado por cerca de 2h ou mais, gerando impactos na produção.  

Impulsionada pelos valores “Obsessão por segurança e gestão de riscos”, a equipe de Manutenção Preditiva identificou oportunidades de melhoria e buscou aprimorar esse processo de coleta. Em parceria com a Dynamox, a solução encontrada foi a utilização de sensores sem fio de vibração e temperatura, possibilitando a coleta de dados de forma remota.  

No caso da roda motorizada, o dispositivo é fixado dentro da roda e armazena os dados de vibração e temperatura em sua memória interna. Além disso, com uma periodicidade definida para cada caminhão, o inspetor realiza a coleta dos dados que estão salvos na memória interna do dispositivo, bem como obtém um espectro de vibração em uma condição estável e conhecida.

Essa condição conhecida ocorre ao colocar o caminhão em uma velocidade contínua durante uma curta trajetória. Nesse momento, com um tablet, o inspetor realiza a conexão com os sensores instalados nas rodas, a uma distância segura.

Outros equipamentos e locais também tiveram sensores instalados, entre eles: perfuratrizes, carregadeiras e escavadeiras, nos mais diversos componentes – motores, compressores, bombas, geradores, alternadores, etc.  

Automatização das coletas  

Como passo seguinte e visando retirar ainda mais o homem de campo e automatizar a coleta de dados, a Vale iniciou a instalação de gateways nos veículos. Os gateways instalados coletam dados por Bluetooth e enviam os dados por conexão via redes móveis, com um chip de dados posicionado dentro de cada dispositivo. Vários gateways foram então instalados e alimentados na opção de 24V disponível nos equipamentos. Como resultado, os dados passaram a chegar via internet diretamente na Plataforma de análise da Dynamox.  

Entretanto, outro desafio ainda se fazia presente: a repetibilidade dos dados coletados para posterior análise. Os veículos fora de estrada estão sujeitos a diversas condições de operação (carregamento, trajeto, descarregamento, manutenção…) suscetíveis a variações não controladas, como RPM não constante, acelerações e desacelerações e vibrações oriundas do trajeto.

Todos esses fatores dificultam a obtenção de medições mais padronizadas, que possuam uma certa repetibilidade e permitam comparações na análise. Visto isso, Vale e Dynamox começaram a explorar opções para a coleta. 

Trigger: dispositivo para otimizar as coletas de dados  

No contexto comentado, alinhou-se o desenvolvimento do Trigger, um módulo de hardware utilizado como acessório ao Gateway, responsável por entender sinais físicos da máquina para efetuar coletas nos melhores momentos possíveis. Os triggers possuem entradas (em verde) digitais, analógicas e também de rede CAN (rede de telemetria comum em veículos fora de estrada e que carregam consigo diversas informações úteis de operação).  

Esse dispositivo vai acoplado na porta USB de cada gateway e permite a definição de diversas regras lógicas únicas ou combinadas para que o gateway entenda qual o melhor momento de coleta de dados e dispare o comando de realização de espectros nos sensores ao reconhecer esse momento.  

As equipes Vale e Dynamox, após meses de desenvolvimento e testes conjuntos, contando com várias modificações e melhorias, chegaram a essa definição de produto para chegar em resultados como o seguinte exemplo: 

Antes:  

Máquina monitorada Caminhão fora de estrada CAT 794  

Coleta padrão Coleta de espectro  

Repetibilidade da coleta  

Níveis globais de vibração e temperatura a cada 5 min 

Depois:

Ao instalar o acessório no gateway foi possível configurar a leitura combinada dos seguintes sinais: acionamento do freio-trava, rotação do equipamento e acionamento da báscula. 

Este case de sucesso foi premiado no 25º Prêmio de Excelência da Indústria Minero-Metalúrgica no 14º Workshop Opex 2023.

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