Instrumentação industrial, diagnóstico de falhas e confiabilidade operacional

 

  Em aplicações industriais que exigem monitoramento contínuo dos gases de processo, a confiabilidade dos sistemas de análise depende não apenas da tecnologia de medição, mas também das condições elétricas, térmicas e de instalação que garantem seu funcionamento adequado.

 

  Uma falha aparentemente associada ao analisador ou à sonda pode, na realidade, ter origem em um componente externo ao instrumento, como o cabeamento de alimentação. Identificar essa diferença é fundamental para evitar substituições desnecessárias, reduzir o tempo de indisponibilidade e restabelecer a medição com segurança.

 

  Em uma visita técnica realizada no Rio Grande do Sul, a equipe da C2E Brasil acompanhou o diagnóstico de uma ocorrência envolvendo o analisador de oxigênio ENOTEC ENSitu 7000. Após uma interrupção no fornecimento de energia elétrica da instalação, o equipamento passou a apresentar um comportamento anormal durante o aquecimento da sonda, impedindo a retomada das leituras de oxigênio. A investigação permitiu identificar uma queda excessiva de tensão no circuito de alimentação em corrente contínua, causada pela combinação entre a distância de instalação e a utilização de um cabo com seção transversal insuficiente para as condições de operação observadas. Após a substituição do cabeamento, o sistema voltou a atingir sua temperatura de trabalho e restabeleceu a medição de O2.

 

  Neste artigo, apresentamos o histórico da ocorrência, os sintomas observados, os parâmetros registrados durante os testes, o diagnóstico da causa raiz e as medidas corretivas adotadas.

 

1. Características do sistema e contexto da ocorrência

 

  O equipamento avaliado foi um analisador de oxigênio ENOTEC ENSitu 7000, composto pela eletrônica de controle e pela sonda de medição aquecida.

 

Identificação do equipamento:

 

 • Modelo da eletrônica/sonda: ENSitu 7000

 • Grandeza monitorada: concentração de oxigênio (O2) nos gases de processo.

 • Alimentação nominal: 48 V DC.

 • Temperatura de trabalho da sonda: aproximadamente 800 °C.

 

  O princípio de operação desse tipo de sistema exige que a sonda alcance e mantenha uma temperatura específica para que a medição seja disponibilizada nas condições previstas de funcionamento. Portanto, o controle térmico não é apenas uma variável auxiliar: ele constitui uma condição essencial para a operação do instrumento.

 

  Após uma interrupção da alimentação elétrica da instalação, o equipamento reiniciou apresentando o código de erro E281. Embora o código tenha deixado de ser exibido após novas tentativas de desligamento e religamento, a medição de oxigênio não foi restabelecida.

 

  A persistência do problema, mesmo após a reinicialização, indicou a necessidade de investigar o comportamento do sistema durante o aquecimento, em vez de limitar a análise à ocorrência inicial do erro.

 

 

 

 

 

 

2. Comportamento operacional: a sonda aquecia, mas não atingia a temperatura de setpoint

 

  Durante os testes, foi observado um padrão recorrente no ciclo de aquecimento da sonda.

  Inicialmente, o sistema iniciava a rampa térmica normalmente, elevando gradualmente a temperatura até aproximadamente 793 °C a 797 °C. Entretanto, pouco antes de atingir o setpoint de 800 °C, a potência aplicada ao aquecedor caía abruptamente para 0%, acompanhada pela redução da tensão de aquecimento para aproximadamente 0,01 V.

 

  Sem a potência necessária para manter o aquecimento, a temperatura da sonda começava a diminuir progressivamente. Foram registrados valores de aproximadamente 760 °C, 723 °C, 540 °C e 448 °C ao longo do resfriamento.

 

  Como a temperatura de trabalho não era atingida, o equipamento não liberava a medição de oxigênio.

 

  Pelo aplicativo ENOTEC REMOTE, conectado via Bluetooth, também foi identificada a mensagem:

 

“Probe setpoint temperature not reached. To confirm errors, you need system level access at minimum.”

 

  A mensagem indicava que o setpoint térmico da sonda não havia sido alcançado e que o acesso em nível de sistema seria necessário para confirmar os erros.

 

  O aspecto mais relevante do comportamento observado era a repetibilidade da falha: o aquecimento começava normalmente, mas era interrompido quando a sonda se aproximava da temperatura de operação.

 

  Esse padrão direcionou a investigação para as condições de alimentação elétrica do aquecedor e para os mecanismos de controle e proteção do equipamento.

 

3. Análise dos parâmetros elétricos e térmicos

 

  Para compreender a ocorrência, foram acompanhados os parâmetros disponibilizados pelo aplicativo de diagnóstico, incluindo a tensão de alimentação, os sinais associados à célula de oxigênio e ao termopar, a temperatura da eletrônica e o comportamento da potência de aquecimento.

 

  Os principais valores registrados durante os testes foram:

 

 

  A tensão da célula de O2 variou entre 31,20 mV e 36,43 mV durante o aquecimento, próximo de 795 °C, aumentando posteriormente até 216,53 mV durante o resfriamento. A tensão do termopar permaneceu entre 30,77 mV e 30,84 mV durante a condição térmica registrada próxima de 795 °C.

 

  Esses valores devem ser interpretados considerando o estado operacional do instrumento. Em particular, a variação do sinal da célula durante o resfriamento não deve ser utilizada isoladamente para concluir que houve uma falha na célula de medição. O dado mais significativo para o diagnóstico foi a interrupção do aquecimento acompanhada pela queda da tensão de alimentação.

 

  A alimentação, nominalmente de 48 V DC, apresentava valores significativamente inferiores durante a demanda de potência do aquecedor. Essa diferença tornou-se um ponto central da investigação.

 

Por que a tensão de alimentação é tão importante?

 

  Em sistemas de aquecimento elétrico, a disponibilidade de potência depende das condições do circuito de alimentação. A resistência dos condutores e das conexões provoca uma queda de tensão proporcional à corrente elétrica que circula pelo circuito.

 

  De forma simplificada, a relação pode ser expressa por:

 

ΔV = I × R

 

Em que:

 • ΔV é a queda de tensão no circuito;

 • I é a corrente elétrica;

 • R é a resistência elétrica total do trecho considerado.

 

  Em corrente contínua, a resistência dos condutores depende, entre outros fatores, do comprimento, da seção transversal e do material utilizado. Quanto maior o comprimento do cabo e menor sua seção, maior tende a ser sua resistência elétrica.

 

  Quando o aquecedor demanda uma corrente elevada, uma resistência excessiva no circuito pode provocar uma queda significativa de tensão entre a fonte e a carga. Assim, mesmo que a fonte disponibilize a tensão nominal em seus terminais, a tensão efetivamente recebida pelo equipamento pode ser insuficiente durante a operação.

 

  Esse comportamento é especialmente importante em instalações industriais nas quais a eletrônica e a sonda estão afastadas do painel de alimentação.

 

 

 

4. Investigação técnica: das hipóteses à identificação da causa raiz

 

  Diante dos sintomas, foram consideradas diferentes possibilidades, incluindo uma eventual falha do elemento de aquecimento, um problema na placa eletrônica transmissora (SME), a atuação de proteções internas ou uma condição inadequada de alimentação elétrica.

  Antes da identificação da causa raiz, foram realizadas intervenções preliminares para verificar as condições físicas e elétricas da instalação.

 

Entre as ações executadas estavam:

 • Reinicializações elétricas por meio do disjuntor dedicado.Inspeção dos contatos e conexões elétricas.

 • Verificação da continuidade do circuito da resistência de aquecimento nos pinos 1 e 2 do conector da sonda.

 • Adição de lã mineral na parte externa exposta do flange/corpo da sonda, com o objetivo de reduzir as perdas térmicas para o ambiente.

 

  Apesar dessas ações, o comportamento anormal persistiu. A investigação avançou, então, para a avaliação da alimentação elétrica sob a condição de demanda do aquecedor.

 

Causa raiz identificada: queda de tensão no cabeamento de alimentação

 

  O diagnóstico identificou que a queda de tensão excessiva estava associada ao cabo de alimentação de 48 V DC.

 

  Embora a fonte instalada no painel disponibilizasse 48 V, o circuito até a sonda utilizava um cabo de seção transversal de 1 mm². A combinação entre o comprimento do percurso e a pequena seção do condutor resultava em uma resistência elevada, provocando perdas de tensão ao longo da linha.

  Durante a demanda de potência do aquecedor, a tensão observada na sonda caía para aproximadamente 39,24 a 40,1 V DC.

 

  Em circuitos de corrente contínua, a queda de tensão deve ser avaliada considerando o percurso completo da corrente, incluindo os condutores de alimentação e de retorno, além das conexões. Por isso, a verificação da tensão diretamente nos terminais do equipamento, durante a condição de maior demanda elétrica, é essencial para identificar perdas que podem não ser perceptíveis na saída da fonte.

 

  Essa condição comprometia a alimentação disponível para o sistema justamente durante a etapa de maior exigência térmica. Ao se aproximar de 797 °C, o equipamento interrompia a potência de aquecimento, e a sonda entrava em resfriamento.

 

O resultado era uma sequência de eventos interdependentes:

 

1. O sistema iniciava o aquecimento normalmente.
2. A demanda de corrente provocava uma queda significativa de tensão no cabeamento.
3. A tensão disponível na sonda tornava-se insuficiente para sustentar o funcionamento esperado.
4. A potência de aquecimento era interrompida.
5. A temperatura diminuía, impedindo que a sonda atingisse o setpoint de operação.
6. A medição de oxigênio permanecia indisponível.

 

  A falha, portanto, não foi atribuída diretamente a um defeito do elemento de aquecimento ou da eletrônica. A causa identificada estava nas condições de alimentação elétrica entre a fonte e o equipamento.

 

  Esse caso reforça um princípio importante da manutenção industrial: um sintoma apresentado pelo instrumento nem sempre tem origem no próprio instrumento. A análise deve considerar o conjunto formado pelo equipamento, sua alimentação, o cabeamento, as conexões e as condições reais de instalação.

 

 

5. A solução: adequação do cabeamento e estabilização da alimentação

 

  Após a identificação da causa raiz, foi realizada a substituição do cabo original de 1 mm² por um cabo mais curto e de maior seção transversal.

 

  A alteração teve como objetivo reduzir a resistência elétrica do percurso e, consequentemente, eliminar a queda excessiva de tensão durante a operação do aquecedor.

 

  Após a intervenção, a tensão de alimentação na condição de carga passou a permanecer entre aproximadamente 47,9 e 48 V DC, indicando que a tensão nominal estava sendo mantida no equipamento durante o aquecimento.

 

  Com a estabilização da alimentação, o sistema completou a rampa térmica normalmente, atingindo 800,4 °C. A medição de oxigênio foi então liberada, e o equipamento voltou a fornecer leituras em tempo real.

 

Os valores registrados após a correção foram:

 • Temperatura da sonda: 800,4 °C.

 • Concentração de oxigênio: 6,07% O2.

 • Sinal de saída analógica: 7,88 mA.

 • Tensão de alimentação sob carga: aproximadamente 47,9 a 48 V DC.
 

Comparação após a correção:
 

 

  A recuperação simultânea da temperatura de operação e da disponibilidade da medição, após a adequação do cabeamento, confirmou a relação entre a queda de tensão e a indisponibilidade do analisador.

 

  É importante observar que o valor de 6,07% O2 corresponde à condição do processo no momento do teste. Ele não representa, por si só, uma meta operacional ou um valor de referência aplicável a outros processos industriais.

 

  Da mesma forma, a saída analógica de 7,88 mA é um registro da condição de operação após a intervenção. Sua interpretação em termos de concentração depende da configuração da escala de saída do instrumento.

 

6. Lições técnicas para instalações industriais

 

  Embora a ocorrência tenha envolvido um modelo específico de analisador, os princípios observados são relevantes para outros sistemas de instrumentação industrial que dependem de alimentação elétrica estável e de controle térmico.

 

6.1. Verificar a tensão no equipamento, não apenas na fonte

 

  Uma medição de 48 V nos terminais da fonte não garante que a mesma tensão esteja disponível na extremidade do cabo.

  A verificação deve considerar o ponto de alimentação do instrumento, especialmente durante as condições de maior demanda de corrente. Medições realizadas apenas em vazio ou no painel podem não revelar perdas significativas que aparecem sob carga.

 

6.2. Dimensionar o cabeamento considerando distância e corrente

 

  A seção transversal do condutor deve ser compatível com a corrente prevista, o comprimento do circuito e a queda de tensão admissível para o equipamento.

  Em instalações com percursos longos, a seleção do cabo merece atenção especial. A utilização de uma seção insuficiente pode comprometer a operação mesmo quando a fonte de alimentação está corretamente dimensionada.

  O dimensionamento deve considerar também as condições de instalação, a temperatura ambiente, o método de instalação, as características do condutor e os requisitos do fabricante.

 

6.3. Avaliar o comportamento do sistema durante a partida e o Aquecimento

 

  Equipamentos que incorporam elementos aquecedores podem apresentar uma demanda elétrica diferente ao longo do ciclo de operação.

  Por isso, é importante observar a tensão, a corrente e a potência durante a rampa de aquecimento, relacionando esses parâmetros à evolução da temperatura. Uma interrupção recorrente em uma faixa específica de temperatura pode indicar que a falha aparece quando o sistema passa a exigir determinada condição de alimentação.

  O padrão observado deve orientar a investigação, sem ser tratado isoladamente como prova de defeito de um componente específico.

 

6.4. Interpretar os alarmes em conjunto com os dados operacionais

 

  A mensagem de que o setpoint não foi atingido descreve uma condição funcional: a temperatura requerida não foi alcançada.

  Ela não identifica necessariamente a origem do problema. A causa pode estar relacionada ao aquecedor, à alimentação, às conexões, à eletrônica de controle ou a outros fatores previstos pelo fabricante.

  A correlação entre alarmes, tensão de alimentação, potência aplicada e evolução da temperatura é fundamental para diferenciar o sintoma da causa.

 

6.5. Considerar o ambiente e a instalação como parte do sistema de medição

 

  O desempenho de um instrumento não depende exclusivamente de suas especificações de fábrica. O comprimento do cabeamento, a qualidade das conexões, a dissipação térmica e as condições ambientais influenciam a operação.

  No caso analisado, foi tentada uma melhoria do isolamento térmico, mas a causa raiz identificada estava no circuito elétrico. Esse resultado demonstra por que as intervenções devem ser acompanhadas de verificações que permitam confirmar sua eficácia, evitando que medidas aparentemente plausíveis sejam confundidas com a solução definitiva.

 

 

  

  O caso do ENOTEC ENSitu 7000 demonstra que a confiabilidade de um analisador de gases depende não apenas das características do instrumento, mas também das condições reais de instalação e alimentação elétrica. Neste caso, a queda de tensão no cabeamento impedia o aquecimento adequado da sonda. A adequação do comprimento e da seção do cabo restabeleceu a alimentação sob carga, permitindo que a sonda atingisse 800,4 °C e que a medição de O2 fosse recuperada.

 

  A experiência reforça a importância de um diagnóstico baseado em evidências, que combine medições elétricas, análise dos parâmetros operacionais e compreensão da aplicação para identificar a causa raiz, evitar substituições desnecessárias e reduzir a indisponibilidade dos equipamentos.

 

  Na C2E Brasil, oferecemos suporte técnico orientado à solução de problemas reais, contribuindo para a confiabilidade da instrumentação e a eficiência dos processos industriais.

 

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