Compreendendo Transdutores de Velocidade
A transdutor de velocidade — também chamada de velocímetro, sensor sísmico ou sensor de bobina móvel — é um dispositivo autogerador vibração sensor que produz uma tensão de saída diretamente proporcional à vibração velocidade, sem necessidade de alimentação externa e sem condicionamento de sinal. Funciona por indução eletromagnética: um ímã suspenso em molas flexíveis move-se em relação a uma bobina quando o corpo do sensor vibra, e esse movimento relativo gera uma tensão proporcional à velocidade. Como membro da transdutor sísmico família — sensores que usam uma massa interna suspensa como referência inercial — ele mede o movimento absoluto da superfície à qual está parafusado.
Os transdutores de velocidade foram o sensor de vibração dominante aproximadamente entre as décadas de 1950 e 1980 e ainda são usados em instalações de monitoramento permanente e em alguns instrumentos portáteis. Em novos projetos, no entanto, foram em grande parte substituídos por acelerômetros, que são menores, abrangem uma faixa de frequência mais ampla e alcançam as altas frequências necessárias para a detecção de defeitos em rolamentos.
1. Princípio de Funcionamento
Indução eletromagnética
O mecanismo é uma aplicação direta da lei de Faraday:
- Um ímã permanente é suspenso por molas dentro de uma bobina.
- A vibração move o corpo do sensor e a bobina junto com ele.
- Acima da ressonância do sensor, a inércia do ímã mantém-o praticamente estacionário no espaço.
- Isso produz movimento relativo entre a bobina e o ímã.
- O movimento induz uma tensão na bobina (V ∝ velocidade).
- A tensão de saída é, portanto, diretamente proporcional à velocidade de vibração.
Operação autogeradora
Como o sensor gera seu próprio sinal, não precisa de alimentação externa — uma transdução passiva de dois fios, inerentemente fail-safe (à prova de falhas), sem fonte de alimentação a perder. Essa é a característica que mantém os transdutores de velocidade relevantes em nichos específicos até hoje.
2. Características
Resposta em frequência
- Limite de baixa frequência: definido pela frequência natural, tipicamente 8–15 Hz.
- Faixa utilizável: acima de aproximadamente 2× a frequência natural, portanto, no mínimo 16–30 Hz.
- Limite de alta frequência: tipicamente 1–2 kHz.
- Resposta plana: uma região ampla e plana ao longo da faixa utilizável.
- Melhor para: 10–1000 Hz — a faixa onde a maioria dos defeitos gerais em máquinas aparece.
Sensibilidade
- Tipicamente 10–500 mV por polegada/seg (cerca de 0,4–20 mV por mm/s).
- Um valor comum é 100 mV/pol/s (≈ 3,94 mV/mm/s, ou seja, cerca de 4 V/(m/s)).
- Maior sensibilidade é adequada para aplicações de baixa vibração; menor sensibilidade é adequada para medições de alta vibração.
Tamanho e peso
- Relativamente grande — aproximadamente 50–100 mm de comprimento e 25–40 mm de diâmetro.
- Pesado, frequentemente 100–500 g.
- Muito mais volumoso que um acelerômetro.
- Essa massa pode sobrecarregar por massa e distorcer a resposta de estruturas leves.
3. Vantagens
Saída direta de velocidade
O transdutor mede a velocidade diretamente, sem etapa de integração integração. Isso corresponde à forma como os padrões de vibração de máquinas expressam os limites — ISO 20816 (o sucessor da ISO 10816) é escrito em Velocidade RMS — mantém o processamento de sinal simples e o torna uma escolha natural para avaliação baseada em severidade de vibração velocidade.
Autogerador e fail-safe
- Não requer alimentação.
- Conexão simples de dois fios.
- Não pode falhar por perda de alimentação.
- Custo do sistema mais baixo, sem necessidade de especificar fonte de alimentação.
Boa resposta em baixas frequências
- Utilizável até 10–15 Hz, melhor que muitos acelerômetros.
- Adequado para máquinas de baixa velocidade, até cerca de 600 RPM.
- Uma correspondência natural para aplicações que operam dentro de sua faixa de frequência.
4. Desvantagens
Resposta limitada em altas frequências
- Limitada a aproximadamente 1–2 kHz.
- Não consegue alcançar a alta frequência defeito no rolamento energia (5–20 kHz).
- Inadequado para análise de envelope.
- Esta é a limitação decisiva em relação aos acelerômetros.
Tamanho, peso e fragilidade
- Grande e pesado, difícil de montar em máquinas pequenas e propenso a sobrecarga de massa em estruturas leves.
- Menos portátil que um acelerômetro.
- As molas internas e o ímã móvel podem ser danificados por choques ou quedas, portanto o sensor é sensível a manuseio brusco e requer mais cuidado que um dispositivo de estado sólido.
Limitações de temperatura
- A intensidade do ímã diminui conforme a temperatura aumenta.
- Tipicamente limitada a cerca de 120 °C.
- Menor capacidade em altas temperaturas que um modo de carga acelerômetro.
5. Onde os Transdutores de Velocidade Ainda São Usados
- Instalações permanentes legadas: turbo máquinas mais antigas monitoramento sistemas, onde a substituição por modelo equivalente mantém a compatibilidade com a fiação e os racks existentes.
- Aplicações de baixa frequência: equipamentos de velocidade muito baixa (abaixo de 300 RPM) e qualquer tarefa onde a faixa de 10–1000 Hz seja suficiente e altas frequências não sejam necessárias.
- Requisitos específicos: situações que realmente necessitam de um sensor autogerado, funções intrinsecamente seguras onde não são permitidos eletrônicos alimentados, ou preferência por uma saída direta de velocidade.
6. Montagem
Como o sensor é pesado, a integridade da montagem é crítica — um transdutor de velocidade mal fixado adiciona sua própria ressonância aos dados.
- Métodos: montagem com parafuso de fixação em furo roscado (mais confiável), montagem com suporte e placas adaptadoras, ou montagem magnética onde a superfície é magnética e o sensor não é muito pesado.
- Considerações: montagem rígida é essencial, o sensor deve ser apertado com segurança para não vibrar independentemente, a face de montagem deve ser plana e limpa, e o cabo precisa de alívio de tensão para evitar puxões.
7. Alternativas Modernas e Prática de Campo
Na maioria dos novos trabalhos, o acelerômetro venceu: é muito menor e mais leve, abrange uma faixa muito mais ampla (cerca de 0,5 Hz a 50 kHz), é melhor para detecção de defeitos em rolamentos, é mais robusto e custa menos. A abordagem moderna padrão é, portanto, medir a aceleração e integrar para velocidade, obtendo a leitura de velocidade que as normas exigem, mantendo todas as vantagens do acelerômetro — e os instrumentos modernos tornam essa integração completamente transparente para o usuário.
É exatamente assim que um analisador portátil de balanceamento opera. O Balanset-1A usa acelerômetros nos mancais e integra para velocidade internamente, para que um engenheiro obtenha o valor direto de velocidade que um transdutor de velocidade forneceria para uma verificação de severidade ISO 20816 — junto com o alcance em altas frequências e o 1× amplitude e fase necessário para balanceamento em campo, nada disso que um transdutor de velocidade de 1–2 kHz poderia entregar.
8. Calibração e Manutenção
- Calibração: verificar sensibilidade (mV/pol/s ou mV/mm/s) e resposta de frequência em uma mesa vibratória, com calibration típico para aplicações críticas.
- Manutenção: manusear com cuidado para evitar quedas e choques, verificar o estado do cabo, confirmar a segurança da montagem, testar a saída periodicamente e substituir o sensor se sua sensibilidade ou resposta se desviarem.
Os transdutores de velocidade, embora em declínio em novas instalações, permanecem importantes em sistemas de monitoramento permanente existentes e em certas funções de baixa frequência, autogeradas ou intrinsecamente seguras. Compreender como funcionam, o que fazem bem e onde falham é necessário tanto para manter sistemas legados operando quanto para tomar uma decisão informada de seleção de sensor quando um transdutor de velocidade ainda é a escolha certa.
