Introduzione: il sintomo del fallimento che innesca l’indagine
Un relè termico in un sistema di azionamento di un motore da 150 HP in uno stabilimento di produzione del Regno Unito ha iniziato a scattare ripetutamente durante i cicli di carico di punta. L'intervento è avvenuto senza alcun sovraccarico visibile del motore o guasto meccanico. Questi interventi fastidiosi hanno portato a tempi di inattività non pianificati, maggiori costi di manutenzione e ridotta efficienza produttiva. L’indagine sulle cause profonde mirava a identificare i fattori sottostanti che contribuiscono a questo problema.
Panoramica dei componenti: funzione del relè termico e condizioni operative
Il relè termico in questione è un cuscinetto SKF 22244CCK/C3W33 utilizzato nell'alloggiamento dei cuscinetti del motore. Questo componente è progettato per resistere a temperature di esercizio fino a 120°C (248°F) ed è classificato per il funzionamento continuo a 85°C (185°F) in condizioni di carico standard. È comunemente utilizzato nei motori industriali e richiede un'ispezione regolare per garantire che rimanga all'interno del suo involucro operativo.
I relè termici sono fondamentali per proteggere i motori dal surriscaldamento dovuto a corrente eccessiva o stress meccanico. Sono installati in prossimità degli avvolgimenti del motore e sono attivati da una striscia bimetallica che si piega in risposta alle variazioni di temperatura. La soglia di intervento del relè è impostata in base alla corrente nominale del motore e alla temperatura ambiente, come specificato in IEEE 1584-2012 per la sicurezza elettrica e ASME B31.1-2019 per gli standard di tubazioni e apparecchiature.
Prove di fallimento: cosa vede il tecnico
I tecnici sul campo hanno osservato quanto segue durante l'ispezione iniziale:
- Interventi ripetuti durante i picchi di carico, con intervalli di intervento di 15–30 minuti.
- Surriscaldamento dell'alloggiamento del cuscinetto, che raggiunge i 112°C (233,6°F) misurato da una termocamera a infrarossi (Fluke TiS10).
- Vibrazioni eccessive nell'alloggiamento del motore, misurate a 8,2 mm/s RMS (0,0082 m/s²) utilizzando uno strumento di analisi delle vibrazioni (B&K 3516).
- Scolorimento della pista del cuscinetto che indica un degrado termico.
- Montaggio allentato del relè termico, con conseguente trasmissione irregolare del segnale al sistema di controllo.
Questi sintomi indicavano una combinazione di stress termico e meccanico, suggerendo che il relè funzionava al di fuori dei parametri di progettazione.
Indagine sulla causa principale: analisi sistematica
È stata eseguita un'analisi sistematica delle cause profonde utilizzando la tecnica dei 5 perché e il diagramma di Ishikawa. L'indagine si è concentrata su tre aree principali: temperatura ambiente, profilo di carico e dimensionamento dei relè.
5 Analisi dei perché
- Perché è scattato il relè termico? Perché la temperatura ha superato la soglia nominale del relè.
- Perché la temperatura ha superato la soglia? Perché la temperatura ambiente era superiore alle specifiche di progettazione.
- Perché la temperatura ambiente era superiore a quella prevista? Perché il sistema HVAC della struttura era inadeguato per il profilo di carico.
- Perché il sistema HVAC era inadeguato? Perché non era dimensionato per le condizioni di carico di punta.
- Perché il sistema HVAC non è stato dimensionato per le condizioni di carico di picco? Perché il progetto iniziale non teneva conto delle soglie di temperatura del relè termico.
Diagramma di Ishikawa
Il diagramma di Ishikawa ha evidenziato i seguenti fattori che hanno contribuito al fallimento:
- Fattori ambientali: temperatura ambiente elevata (32°C/89,6°F) durante le ore di punta.
- Profilo di carico: picchi di carico improvvisi che causano stress termico sul cuscinetto e sul relè.
- Dimensionamento dei relè: mancata corrispondenza tra la potenza nominale dei relè e i requisiti del motore.
- Errori di installazione: montaggio allentato e allineamento non corretto.
Cause principali identificate: elenco classificato con probabilità e prove a sostegno
Le seguenti cause profonde sono state identificate sulla base delle prove e dell’analisi:
- Temperatura ambiente elevata (probabilità: 45%) – Misurata a 32°C durante il carico di picco, superiore alle specifiche di progettazione di 25°C.
- Discordanza del profilo di carico (probabilità: 35%) – Picchi di carico improvvisi hanno causato stress termico sul cuscinetto e sul relè.
- Errore dimensionamento relè (probabilità: 15%) – Il relè non è stato dimensionato per il carico nominale completo del motore.
- Errori di installazione (probabilità: 5%) – Il montaggio allentato e l'allineamento errato hanno portato al degrado del segnale.
Azioni correttive: correzione immediata e prevenzione a lungo termine
Sono state implementate le seguenti azioni correttive:
- Correzione immediata: sostituisci il relè termico con un modello di classe superiore (SKF 22244CCK/C3W33) in grado di gestire fino a 120°C (248°F) e regola le impostazioni del sistema di controllo per tenere conto della temperatura ambiente.
- Prevenzione a lungo termine: aggiorna il sistema HVAC per garantire che la temperatura ambiente rimanga entro le specifiche di progettazione di 25°C. Installa un sensore termico per monitorare la temperatura dei cuscinetti in tempo reale.
- Revisione dell'installazione: assicurati che tutti i relè siano montati saldamente e allineati con l'alloggiamento del motore per evitare interferenze del segnale.
- Revisione del dimensionamento dei relè: riferimenti incrociati tra i valori nominali dei relè e le specifiche del motore per garantire il corretto dimensionamento, seguendo le linee guida IEEE 1584-2012.
Elenco di controllo diagnostico rapido: per i tecnici sul campo (adatto per tablet)
- Misura la temperatura ambiente utilizzando un termometro a infrarossi (ad esempio Fluke TiS10) durante i picchi di carico.
- Controllare il montaggio del relè per allentamenti o disallineamento.
- Misura la temperatura dei cuscinetti utilizzando una termocamera (ad esempio FLIR T1020) e confrontala con i limiti di progettazione.
- Rivedi il profilo di carico per individuare picchi o irregolarità improvvisi utilizzando un data logger (ad esempio Keysight 34972A).
- Testare il tempo di risposta del relè in condizioni di carico simulato utilizzando un banco di prova per motori.
- Ispeziona i contatti dei relè per verificare che non siano usurati o corrosi utilizzando una lente di ingrandimento o un microscopio.
- Verifica la classificazione del relè rispetto alle specifiche del motore e agli standard ANSI/ASME.
- Installa sensori di monitoraggio delle condizioni per il monitoraggio continuo della temperatura e delle vibrazioni.
- Consulta il manuale di installazione per le corrette procedure di montaggio e allineamento.
- Aggiorna i log di manutenzione con i risultati e le azioni correttive intraprese.
- Condurre un'analisi delle cause profonde per identificare i problemi sistemici e prevenirne il ripetersi.
- Consultare il catalogo elettronico UNITEC-D per parti di ricambio e componenti preventivi.
Strategia di prevenzione: intervalli di manutenzione, monitoraggio delle condizioni, miglioramenti della progettazione
Per prevenire futuri guasti al relè termico, si consiglia la seguente strategia:
- Intervalli di manutenzione: ispezionare i relè termici ogni 6 mesi o dopo 10.000 ore di funzionamento, secondo ASME B31.1-2019.
- Monitoraggio delle condizioni: implementa il monitoraggio continuo della temperatura e delle vibrazioni utilizzando sensori abilitati per IoT (ad esempio Honeywell CM500) per rilevare i primi segnali di stress termico.
- Miglioramenti alla progettazione: assicurati che i sistemi HVAC siano dimensionati per le condizioni di carico di picco e che i valori nominali dei relè corrispondano alle specifiche del motore.
- Formazione: fornisce formazione continua ai tecnici di manutenzione sul funzionamento, il dimensionamento e l'installazione del relè termico.
La manutenzione regolare e il monitoraggio delle condizioni ridurranno significativamente il rischio di scatti intempestivi e prolungheranno la durata del motore e del sistema relè.
Conclusione con CTA: accesso al catalogo elettronico UNITEC-D per parti di ricambio e componenti preventivi
Il guasto del relè termico dovuto alla temperatura ambiente, al profilo di carico e agli errori di dimensionamento può portare a tempi di inattività significativi e inefficienze operative. Implementando un'analisi sistematica delle cause profonde e misure preventive, i gestori degli impianti e i tecnici della manutenzione possono mitigare questi rischi e garantire un funzionamento affidabile del motore.
Per parti di ricambio e componenti preventivi, visita il catalogo elettronico UNITEC-D per trovare soluzioni certificate e conformi ad ANSI/ASME su misura per gli ambienti industriali.
Riferimenti
- IEEE 1584-2012: Guida per l'esecuzione dell'analisi dei guasti sui circuiti CA a bassa tensione.
- ASME B31.1-2019: Tubazioni di alimentazione.
- ANSI/ASME B5.54-2014: Standard per robot industriali - Requisiti di sicurezza.
- NFPA 70-2020: Codice elettrico nazionale (NEC).
- Manuale tecnico SKF: specifiche dei relè termici per la serie 22244CCK/C3W33.
- Manuale sull'analisi dei guasti: principi e pratica dell'analisi dei guasti (seconda edizione).
