Compreender as sondas de correntes parasitas
Um sonda de corrente parasita — também designado sonda de proximidade, sensor de deslocamento sem contacto ou transdutor de correntes de Foucault — é um sensor que mede a distância entre a sua ponta e uma superfície condutora alvo sem nunca a tocar. Em vibração O sensor de monitorização é montado através da carcaça da máquina, apontando para o eixo rotativo, onde transmite diretamente a posição radial e o movimento do eixo como um deslocamento em micrómetros ou milésimos de polegada. Uma vez que deteta o próprio eixo em vez da carcaça, ocupa um lugar especial na família dos sensores sem contacto sondas de deslocamento utilizado em equipamentos rotativos de alto valor.
1. Definição: O que é uma sonda de correntes de Foucault?
As sondas de correntes parasitas são a norma para a monitorização permanente de vibração em turbomáquinas críticas — turbinas a vapor, turbinas a gás, grandes compressores e geradores. Ganham esse papel por três razões: medem diretamente o movimento do veio (relativamente à montagem da sonda) em vez do movimento da chumaceira do rolamento, fornecem informação da posição relativa do veio útil para monitorização de folgas e continuam a funcionar de forma fiável nos ambientes severos (alta temperatura, névoa de óleo, contaminação) onde os sensores de contacto falham rapidamente. Uma única sonda fornece tanto uma componente DC de variação lenta — a posição média do veio dentro da folga do rolamento — como uma componente AC dinâmica, que é a própria vibração.
2. Princípio de funcionamento
O efeito das correntes de Foucault
A sonda funciona induzindo pequenas correntes circulantes no eixo e observando como estas carregam a sua própria bobina:
- Excitação por RF: uma pequena bobina na ponta da sonda é alimentada por um campo de radiofrequência de alta frequência, normalmente entre 1 e 2 MHz.
- Indução por correntes de Foucault: esse campo induz correntes de Foucault na superfície condutora do eixo voltada para a sonda.
- Interação dos campos: As correntes de Foucault geram o seu próprio campo magnético oposto.
- Alteração da impedância: O campo oposto altera a impedância da bobina, e a magnitude dessa alteração depende da distância a que se encontra o eixo.
- Condicionamento de sinal: Um controlador (frequentemente denominado «proximitor» ou «oscilador-demodulador») converte essa impedância numa tensão contínua proporcional à distância.
- Saída: O sinal de tensão final representa a distância instantânea entre o eixo e a sonda.
A relação entre a folga e a tensão
- A tensão de saída aumenta à medida que a folga diminui e diminui à medida que a folga aumenta — quanto mais próximo o eixo, maior a tensão.
- A faixa linear útil é normalmente de cerca de 0,5–2,0 mm (20–80 mils).
- A sensibilidade é calibrada em µm/V ou mils/V; um valor comum situa-se em cerca de 7,87 V/mm (200 mV/mil).
- Uma vez que a resposta depende das propriedades elétricas e magnéticas do alvo, a sonda é calibrada em função da liga específica do eixo que irá analisar.
3. Principais vantagens
Os pontos fortes da sonda decorrem diretamente do facto de ser sem contacto e de permitir a visualização do próprio eixo:
- Medição direta do eixo: lê o movimento do veio em relação à chumaceira do rolamento, em vez da vibração transmitida através do rolamento para a carcaça — a distinção entre vibração do veio e da carcaça que é tão importante em dinâmica do rotor. (Medir o movimento absoluto do veio requer adicionalmente um sensor sísmico na chumaceira.)
- Resposta de corrente contínua a alta frequência: mede desde 0 Hz (posição estática) até mais de 10 kHz, captando variações lentas, transientes e ressonâncias sem a atenuação nas baixas frequências que limita um acelerómetro. Isso torna-o ideal para arranques e desaceleração trabalhar.
- Posição relativa do veio: indica onde o veio se encontra dentro da folga do rolamento, relativamente à montagem da sonda na chumaceira, pelo que — após referência na configuração — pode monitorizar folgas para vedantes e labirintos, detetar deslocamento do rotor ou desgaste do rolamento e acionar um sistema de proteção disparo por deslocamento excessivo.
- Capacidade de funcionamento em ambientes adversos: Sem peças móveis sujeitas a desgaste e com capacidade de funcionamento até cerca de 350 °C, não é afetado pela contaminação no eixo e mantém a sua fiabilidade em ambientes com névoa de óleo, vapor e poeira.
4. Instalação típica
As sondas quase nunca são utilizadas isoladamente numa máquina crítica. A disposição clássica consiste em colocar um par em cada rolamento, mais uma na face de impulso:
- Pares de sondas XY: duas sondas separadas por 90° (horizontal e vertical) determinam a posição do eixo em ambas as direções e enviam um órbita exibição — a configuração padrão para turbomáquinas.
- Sonda de posição axial: apontada para a extremidade do eixo, monitoriza a posição axial e vibração axial, watching chumaceira axial condição e proteção contra o deslocamento axial do rotor.
- Requisitos de montagem: o corpo deve ser fixado com firmeza no invólucro, perpendicular ao eixo, e ajustado no ponto central do seu curso linear; o traçado do cabo e a ligação à terra devem seguir as instruções do fabricante e API 670 regras para evitar o ruído.
Ajustar e verificar essa tensão de entreferro no terreno é complicado, e um pequeno deslize faz com que o ponto de funcionamento saia da parte linear da curva. O nosso Calculadora de tensão de folga da sonda de proximidade converte a sensibilidade pretendida e a diferença desejada na tensão de polarização que deve ajustar.
5. Aplicações e onde as ferramentas portáteis se encaixam
Sistemas de correntes de Foucault com ligação fixa — sondas XY em cada rolamento, além de uma sonda axial, todas ligadas a um API 670-compatível com relés de alarme e disparo — proteger turbomáquinas críticas sempre que o comprador ou a especificação do projeto o exija e alimentar continuamente critical-speed identificação, análise da órbita e Diagramas de Bode. Também ajudam na resolução de problemas: ao comparar o movimento do eixo com o movimento da carcaça, um analista pode determinar se a avaria se encontra no rotor ou na estrutura.
No entanto, nem todas as máquinas estão equipadas com este equipamento. A maioria das bombas, ventiladores e motores de uso geral é equilibrada e diagnosticada a partir do exterior, na caixa de chumaceira, com um analisador portátil. Um instrumento de dois canais, como o Balanset-1A lê a vibração da carcaça com um acelerómetro e utiliza um tacómetro ótico como referência de fase, executando em seguida análises de um e dois planos equilibragem no local diretamente nos próprios rolamentos da máquina — sem necessidade de sensores de proximidade instalados de forma permanente. Em suma, os sensores de corrente parasita são o padrão de ouro para a monitorização do movimento do eixo em turbomáquinas instrumentadas, enquanto as ferramentas portáteis baseadas na carcaça abrangem a grande maioria das máquinas em que a perfuração para a instalação de um sensor não é prática nem justificada.
