Compreendendo os transdutores de velocidade
A transdutor de velocidade — também designado velómetro, sensor sísmico ou sensor de bobine móvel — é um sensor autogerador vibração sensor que produz uma tensão de saída diretamente proporcional à vibração velocidade, sem alimentação externa nem condicionamento de sinal. Funciona por indução eletromagnética: um íman suspenso em molas suaves move-se relativamente a uma bobine quando o corpo vibra, e esse movimento relativo gera uma tensão proporcional à velocidade. Como membro da família de transdutor sísmico — sensores que utilizam uma massa interna suspensa como referência inercial — mede o movimento absoluto da superfície à qual está aparafusado.
Os transdutores de velocidade foram o sensor de vibração dominante aproximadamente entre as décadas de 1950 e 1980, continuando a ser utilizados em instalações de monitorização permanente e em alguns instrumentos portáteis. Nos novos projetos, porém, foram em grande parte substituídos por acelerómetros, que são mais pequenos, abrangem uma gama de frequências mais alargada e atingem as altas frequências necessárias para a deteção de defeitos em rolamentos.
1. Princípio de funcionamento
Indução eletromagnética
O mecanismo é uma aplicação direta da lei de Faraday’s:
- Um íman permanente está suspenso por molas no interior de uma bobine.
- A vibração desloca o corpo e a bobine com ele.
- Acima da ressonância do sensor’s, a inércia do íman mantém-no praticamente estacionário no espaço.
- Isso produz movimento relativo entre a bobine e o íman.
- O movimento induz uma tensão na bobine (V ∝ velocidade).
- A tensão de saída é, portanto, diretamente proporcional à velocidade de vibração.
Funcionamento autónomo
Uma vez que o sensor cria o seu próprio sinal, não necessita de alimentação externa — uma transdução passiva a dois fios que é intrinsecamente segura em caso de falha, sem fonte de alimentação que possa ser perdida. É esta característica que mantém os transdutores de velocidade relevantes em nichos específicos ainda hoje.
2. Características
Resposta em frequência
- Limite de baixa frequência: definido pela frequência natural, tipicamente 8–15 Hz.
- Gama de utilização: acima de cerca de 2× a frequência natural, portanto um mínimo de 16–30 Hz.
- Limite de alta frequência: normalmente 1–2 kHz.
- Flat response: uma região ampla e plana ao longo da gama utilizável.
- Melhor para: 10–1000 Hz — a banda onde surgem a maioria das avarias em máquinas industriais.
Sensibilidade
- Tipicamente 10–500 mV por inch/sec (cerca de 0.4–20 mV por mm/s).
- Um valor comum é 100 mV/in/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.
Dimensões e peso
- Relativamente grande — cerca de 50–100 mm de comprimento e 25–40 mm de diâmetro.
- Pesado, frequentemente entre 100–500 g.
- Muito mais volumoso do que um acelerómetro.
- That mass can mass-load e distorcer a resposta de estruturas de baixo peso.
3. Advantages
Saída de velocidade direta
O transdutor mede a velocidade diretamente, sem integração etapa. Isso corresponde à forma como as normas de vibração em máquinas expressam os limites — ISO 20816 (a sucessora da ISO 10816) está redigida em Velocidade RMS — mantém o processamento de sinal simples e torna-o uma solução natural para aplicações baseadas em velocidade Intensidade de vibração assessment.
Auto-gerador e à prova de falhas
- Não requer alimentação elétrica.
- Ligação simples a dois fios.
- Não pode falhar por perda de alimentação.
- Custo de sistema inferior, sem necessidade de especificar fonte de alimentação.
Boa resposta em baixa frequência
- Utilizável a partir de 10–15 Hz, melhor do que muitos acelerómetros.
- Adequado para máquinas de baixa velocidade até cerca de 600 RPM.
- Uma solução natural para aplicações que operam dentro da sua banda de frequência.
4. Desvantagens
Resposta em alta frequência limitada
- Limitado a aproximadamente 1–2 kHz.
- Não alcança a alta frequência defeito no rolamento energia (5–20 kHz).
- Inadequate for análise de envelope.
- Esta é a limitação decisiva face aos acelerómetros.
Dimensão, peso e fragilidade
- Grandes e pesados, difíceis de montar em máquinas de pequenas dimensões e propensos a sobrecarregar estruturas leves.
- Menos portátil do que um acelerómetro.
- As molas internas e o íman móvel podem ser danificados por choque ou queda, pelo que o sensor é sensível a manuseamento brusco e requer mais cuidado do que um dispositivo de estado sólido.
Limitações de temperatura
- A força do íman diminui com o aumento da temperatura.
- Tipicamente limitado a cerca de 120 °C.
- Menor capacidade a altas temperaturas do que um charge-mode accelerometer.
5. Onde os Transdutores de Velocidade Ainda São Utilizados
- Instalações fixas legadas: turbomaquinaria mais antiga monitoring sistemas em que a substituição por equipamento equivalente mantém a compatibilidade com a cablagem e as racks existentes.
- Aplicações de baixa frequência: equipamentos de velocidade muito baixa (abaixo de 300 RPM) e qualquer aplicação em que a banda de 10–1000 Hz seja suficiente e as altas frequências não sejam necessárias.
- Requisitos específicos: situações que necessitam genuinamente de um sensor autogenerador, serviços intrinsecamente seguros em que não são permitidos dispositivos electrónicos alimentados, ou preferência por uma saída de velocidade directa.
6. Mounting
Como o sensor é pesado, a integridade da montagem é crítica — um transdutor de velocidade mal fixado introduz a sua própria ressonância nos dados.
- Métodos: montagem por espigão em furo roscado (mais fiável), montagem em suporte com placas adaptadoras, ou montagem magnética quando a superfície é magnética e o sensor não é demasiado pesado.
- Considerations: a montagem rígida é essencial, o sensor deve ser apertado com segurança para não vibrar de forma independente, a face de montagem deve ser plana e limpa, e o cabo necessita de alívio de tensão para evitar o arrancamento.
7. Alternativas Modernas e Prática em Campo
Na maioria dos trabalhos novos, o acelerómetro prevaleceu: é muito mais pequeno e leve, abrange uma banda muito mais ampla (aproximadamente 0,5 Hz a 50 kHz), é mais adequado para a detecção de defeitos em rolamentos, é mais robusto e tem menor custo. A abordagem moderna padrão consiste, portanto, em medir a aceleração e integrate para velocidade, obtendo a leitura de velocidade que as normas exigem, mantendo todas as vantagens do acelerómetro — e os instrumentos modernos tornam essa integração completamente transparente para o utilizador.
É precisamente assim que funciona um analisador portátil de balanceamento. O Balanset-1A utiliza acelerómetros nos alojamentos dos rolamentos e integra internamente para velocidade, pelo que um engenheiro obtém o valor directo de velocidade que um transdutor de velocidade forneceria numa verificação de severidade segundo a ISO 20816 — juntamente com o alcance em alta frequência e a componente 1× amplitude e fase necessário para equilibragem no local, nenhum dos quais um transdutor de velocidade de 1–2 kHz conseguiria fornecer.
8. Calibração e Manutenção
- Calibração: verificar a sensibilidade (mV/in/s ou mV/mm/s) e a resposta em frequência numa mesa de vibração, com calibração anual calibração típico em aplicações críticas.
- Manutenção: manusear com cuidado para evitar quedas e choques, verificar o estado do cabo, confirmar a segurança da montagem, testar periodicamente o sinal de saída e substituir o sensor caso a sua sensibilidade ou resposta se desvie dos valores de referência.
Os transdutores de velocidade, embora em declínio nas novas instalações, continuam a ser importantes nos sistemas de monitorização permanente existentes e em determinadas aplicações de baixa frequência, autoalimentadas ou intrinsecamente seguras. Compreender o seu funcionamento, os seus pontos fortes e as suas limitações é necessário tanto para manter os sistemas legados em operação como para tomar uma decisão fundamentada seleção de sensores quando um transdutor de velocidade continua a ser a escolha mais adequada.
