Compreender as Sondas de Deslocamento
A sonda de deslocamento — também conhecido como sonda de proximidade, sensor de deslocamento ou sensor de posição sem contacto — mede a distância entre a sua ponta e uma superfície alvo sem a tocar, produzindo um sinal proporcional a deslocamento, normalmente em micrómetros ou milésimos de polegada. Em vibração Para efeitos de monitorização, são montadas sondas de deslocamento de forma permanente na carcaça da máquina e direcionadas para o eixo rotativo, a fim de medir a sua posição radial, posição axial, e vibração dinâmica, com uma resposta plana desde a corrente contínua (posição estática) até vários kilohertz. O tipo mais comum, de longe, é o sonda de correntes de Foucault, o sensor padrão para a proteção de turbomáquinas críticas.
1. Definição: O que é uma sonda de deslocamento?
As sondas de deslocamento justificam a sua presença em máquinas de alto valor porque medem o movimento real do eixo, e não o movimento da chumaceira do rolamento. Fornecem a posição do veio relativamente à montagem da sonda (a chumaceira do rolamento), o que — referenciado à folga conhecida do rolamento durante a configuração — apoia a monitorização da folga, e funcionam de forma fiável a alta temperatura e em ambientes oleosos e contaminados onde sensores de contacto falhariam. Essa combinação — medição direta do veio, capacidade DC e robustez — é a razão pela qual dominam os sistemas permanentes de monitorização construídos segundo normas como API 670.
2. Tipos por tecnologia de deteção
Existem vários princípios físicos que permitem medir uma distância sem contacto. Na indústria, utilizam-se quatro deles:
- Sondas de correntes de Foucault (as mais comuns): induzem correntes parasitas num alvo condutor e detetam a variação resultante na impedância da bobina. São o padrão da indústria de turbomáquinas, com uma faixa linear típica de cerca de 0,5–5 mm, resposta em frequência de corrente contínua até mais de 10 kHz e funcionamento até cerca de 350 °C.
- Sondas capacitivas: medem a capacitância entre a sonda e o alvo. Oferecem uma resolução extremamente elevada (até ao nível do nanómetro) e funcionam em alvos não condutores, mas são utilizadas principalmente em aplicações de precisão e de investigação.
- Sensores de deslocamento a laser: utilizam triangulação ótica ou interferometria para medições sem contacto a distâncias potencialmente longas e com elevada precisão. São dispendiosos e menos resistentes, pelo que são utilizados principalmente na resolução de problemas e na investigação.
- Sensores de deslocamento ultrassónicos: utilizam a medição de distância por tempo de voo em distâncias que podem atingir vários metros, com uma resolução inferior à dos outros tipos, para aplicações especializadas de observação a longa distância.
3. Principais vantagens
Medição direta do eixo
Como a sonda aponta diretamente para o veio, indica rotor motion relativamente à chumaceira do rolamento, e não a vibração da chumaceira filtrada ou atenuada (medir o movimento absoluto do veio exige adicionalmente um sensor sísmico na chumaceira). É isto que torna a sonda de deslocamento essencial para uma séria dinâmica do rotor trabalho, em que o que interessa é a forma como o próprio eixo se move dentro das suas folgas.
Resposta em corrente contínua (frequência zero)
A sonda mede a posição estática a 0 Hz, pelo que consegue monitorizar desvios lentos, dilatação térmica e a posição média do eixo ao longo do tempo. Isto é algo que um acelerómetro é algo que, por definição, não é possível, uma vez que os acelerómetros respondem apenas a movimentos variáveis.
Posição relativa do veio e folga
Como a sonda está fixa na chumaceira do rolamento, indica a posição do veio relativamente a essa chumaceira; uma vez referenciada a folga ao valor conhecido do rolamento durante a configuração, isto permite monitorizar a folga, revelar deslocamentos do rotor causados por desgaste dos rolamentos, e pode ativar uma proteção disparo quando o deslocamento se torna excessivo.
4. Instalação padrão
Configuração da sonda XY
A disposição clássica coloca duas sondas separadas por 90° — normalmente uma na horizontal e outra na vertical. Em conjunto, captam a posição do eixo em duas direções perpendiculares, o que permite análise de órbita e uma imagem verdadeiramente bidimensional do movimento do eixo. O par XY é a norma para a monitorização de turbomáquinas segundo a API 670.
Sonda axial (de impulso)
Uma sonda axial é orientada para a extremidade do eixo ou para um colar de impulso, a fim de medir a posição axial e o desempenho do rolamento de impulso, protegendo contra movimentos axiais excessivos. São instaladas uma ou duas sondas, sendo que a segunda serve como redundância.
5. Aplicações e comparação entre elas
A base principal da sonda é monitorização contínua de turbinas a vapor e a gás, grandes compressores e geradores, bem como bombas críticas (API 610), onde assegura uma vigilância contínua com funções de alarme e desligamento para a proteção das máquinas. Em ensaios de dinâmica do rotor é utilizado para identificar velocidades críticas, analisar o arranque e a desaceleração, determinar as formas modais e medir o amortecimento. Em monitorização de folgas monitoriza a posição do eixo em relação aos vedantes e aos labirintos, deteta o desgaste dos rolamentos que provoca o deslocamento do rotor, acompanha a dilatação térmica e ajuda a prevenir contacto entre o rotor e o estator.
Por todas estas razões, a sonda de deslocamento é a escolha ideal para equipamentos rotativos críticos. É mais cara e mais complexa de instalar do que um acelerómetro, e trata-se de uma instalação fixa, em vez de uma ferramenta portátil — os engenheiros que precisam de equilibrar ou diagnosticar uma máquina durante uma ronda de manutenção recorrem, com mais frequência, a um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A com sensores sísmicos. Mas quando são exigidos resposta DC, posição relativa do veio e medição direta do veio, nada mais oferece o mesmo nível de informação e proteção.
