O que é um Acelerômetro? Um Guia para Análise de Vibração
Um acelerômetro é uma transdutor (ou sensor) que converte o movimento mecânico — especificamente o aceleração produzido por vibração ou choque — em um sinal elétrico proporcional. É, de longe, o sensor mais amplamente utilizado em manutenção preditiva e monitoramento de condição. Ao medir a rapidez com que um ponto em uma máquina está alterando sua velocidade, um acelerômetro fornece os dados brutos que permitem a um analista diagnosticar uma ampla gama de falhas mecânicas e elétricas — desde defeitos de rolamento para desbalanceamento e desalinhamento.
1. Definição: O Núcleo da Medição de Vibração
A aceleração é a grandeza natural para se medir em máquinas rotativas porque as forças dinâmicas que danificam uma máquina — força centrífuga de um ponto pesado, impacto de uma pista de rolamento com descascamento superficial — são proporcionais à aceleração. Um acelerômetro responde diretamente a essas forças, razão pela qual está no centro de praticamente todos os sistemas modernos de analisador de vibração e coletor de dados.
Uma das vantagens práticas do acelerômetro é que seu sinal de aceleração pode ser eletronicamente integrado uma vez para fornecer velocidade (mm/s), e duas vezes para fornecer deslocamento (µm). Um único sensor bem montado, portanto, cobre todas as três unidades clássicas de vibração, permitindo que o analista escolha aquela que melhor revela uma determinada falha.
2. Como Funcionam os Acelerômetros? O Princípio Piezoelétrico
Embora existam vários princípios físicos, a esmagadora maioria dos acelerômetros usados para máquinas industriais é baseada no efeito piezoelétrico. A sequência de funcionamento é direta:
- Cristal piezoelétrico: Dentro do sensor, uma pequena massa sísmica está presa a um piezoelétrico elemento — tipicamente uma cerâmica como PZT, ou em sensores premium, um cristal de quartzo de corte preciso.
- Aplicação de força: Quando a máquina vibra, o alojamento se move com ela. Por inércia, a massa interna resiste a esse movimento e exerce uma força sobre o cristal — igual, pela segunda lei de Newton’s, à massa vezes a aceleração.
- Geração de um sinal: Um cristal piezoelétrico sob tensão produz uma pequena carga elétrica diretamente proporcional à força aplicada e, portanto, à aceleração.
- Saída: A eletrônica interna condiciona essa carga e a transmite por um cabo até um coletor de dados ou sistema de monitoramento como uma representação analógica da aceleração naquele ponto.
Como essa carga é condicionada define duas famílias comuns. Um de saída de carga sensor entrega a carga bruta a um amplificador de carga e tolera temperaturas muito altas. Muito mais comum na indústria é o tipo IEPE (ou modo de tensão), que integra o amplificador no sensor e fornece uma tensão de baixa impedância que se propaga bem por cabos comuns de dois fios. Os projetos mais robustos usam uma cisalhamento construção, que isola o cristal da flexão da base e de transientes térmicos.
3. Tipos de Acelerômetros
Diferentes aplicações exigem diferentes sensores, cada um com suas próprias vantagens.
Acelerômetros de Uso Geral
Estes são os cavalos de batalha do monitoramento industrial. Eles geralmente oferecem uma sensibilidade de 100 mV/g e uma faixa de frequência adequada à maioria das máquinas comuns, como bombas, motores e ventiladores — aproximadamente de 2 Hz a 10 kHz.
Acelerômetros MEMS
Os acelerômetros de Sistemas Microeletromecânicos (MEMS) são baseados em silício, muito pequenos, de baixo consumo e custo-benefício. Historicamente menos sensíveis que os tipos piezoelétricos, os dispositivos MEMS modernos estão melhorando rapidamente e são comuns em eletrônicos portáteis, sistemas automotivos, monitoramento sem fio nós e instalações de monitoramento de condição de menor custo.
Acelerômetros Piezoresistivos
Usados para testes de choque e movimento de baixa frequência, esses sensores respondem até 0 Hz (aceleração DC), o que os torna úteis para medir a aceleração constante em uma centrífuga ou o movimento lento de condução de um veículo.
Acelerômetros de Alta Frequência
Projetados para capturar eventos de alta frequência, como danos em engrenagens e rolamentos em estágio inicial, esses sensores usam uma massa sísmica menor e uma frequência de ressonância mais alta, permitindo medições precisas até 20 kHz ou mais — a faixa onde técnicas como análise de envelope e o método do pulso de choque vivem.
4. Especificações Principais e Seleção
Ao escolher um acelerômetro, os engenheiros ponderam vários parâmetros:
- Sensibilidade (mV/g): Maior sensibilidade resulta em uma saída mais forte, melhor para resolver vibrações de baixo nível; 100 mV/g é o padrão industrial comum.
- Resposta em frequência: A faixa na qual o sensor lê com precisão. Ela deve abranger a frequências de falha esperada da máquina, com uma margem confortável abaixo da frequência natural (ressonante).
- Faixa de temperatura: O sensor deve suportar a temperatura da superfície onde é montado; um sensor de temperatura é frequentemente co-localizado para monitoramento combinado.
- Método de montagem: A forma como o sensor é fixado — por parafuso de fixação, adesivo ou ímã — afeta fortemente a precisão em altas frequências. Uma fixação por parafuso de fixação conforme ISO 5348 oferece o melhor acoplamento e a maior largura de banda utilizável; um ímã é conveniente para rotas de inspeção, mas reduz o limite superior de frequência. Uma fixação inadequada montagem pode introduzir um falso ressonância de montagem que se disfarça como uma falha na máquina.
Você pode estimar a penalidade de largura de banda de uma fixação específica com o Calculadora de Ressonância de Fixação de Acelerômetro antes de se comprometer com um esquema de montagem.
5. Aplicações no Monitoramento de Condição
Os acelerômetros sustentam praticamente todas as tarefas de análise de vibração , incluindo:
- Programas de manutenção preditiva: coleta de dados de rotina em uma rota para acompanhar a saúde da máquina e prever falhas.
- Diagnóstico de falhas: identificação precisa de desbalanceamento, desalinhamento, folga mecânica e desgaste do rolamento a partir do espectro de vibração.
- Teste de aceitação: verificação de que máquinas novas ou reparadas atendem às especificações de vibração, como ISO 20816 (o sucessor moderno da ISO 10816).
- Análise modal: estudo da frequências naturais e formas modais de uma estrutura.
O balanceamento em campo é um dos trabalhos mais exigentes entre esses, pois necessita tanto da amplitude e o fase da vibração de uma vez por revolução. Um instrumento portátil de dois canais, como o Balanset-1A conecta seus dois acelerômetros, bloqueia-os a um tacômetro pulso e mede diretamente a amplitude e a fase de 1× nos próprios rolamentos da máquina na velocidade de operação — transformando o sinal bruto do acelerômetro nos coeficientes de influência e massas de correção necessários para balancear o rotor no local.
