Entendendo os sensores fotoelétricos
A sensor fotoelétrico é um dispositivo de deteção ótica que combina uma fonte de luz — um LED, um laser ou um emissor de infravermelhos — com um fotodetetor para detetar a presença, a ausência ou a posição de um objeto ou marca através da transmissão, reflexão ou interrupção da luz. Em aplicações com máquinas rotativas, estes sensores funcionam, na maioria das vezes, como tacômetros: detetam um marcador no eixo uma vez por volta para medir a velocidade e fornecem o impulso de sincronização de uma vez por volta que permite fase reference for equilíbrio, e fornecer keyphasor funcionalidade para sistemas de proteção de máquinas críticas.
O seu atrativo reside no funcionamento sem contacto, na resposta extremamente rápida, na imunidade aos campos magnéticos e na capacidade de detetar materiais não ferrosos. Essa combinação torna-os ferramentas versáteis de deteção de velocidade e posição em praticamente todos os tipos de equipamento rotativo — e a base do tacómetros óticos e tacômetros a laser utilizados em kits de equilíbrio portáteis.
1. Modos de funcionamento
Os sensores fotoelétricos apresentam três configurações de deteção, que diferem quanto à localização do emissor e do recetor e à forma como o alvo interfere no trajeto da luz.
Barreira de passagem (modo oposto)
A fonte de luz e o recetor estão alojados em caixas separadas, voltadas uma para a outra, e a deteção ocorre quando o alvo interrompe o feixe que atravessa o espaço entre elas. O alcance é longo — podendo atingir vários metros — e a fiabilidade é a mais elevada de todos os modos, sendo o mais resistente à sujidade e a desvios de alinhamento. As aplicações típicas incluem a contagem de lâminas e a deteção de objetos em transportadores.
Modo retrorrefletor
O emissor e o recetor partilham uma única caixa, com um refletor montado no lado oposto; o alvo é detetado quando interrompe o trajeto da luz refletida. O alcance é moderado (vários metros) e a instalação unilateral é prática, sendo adequada para a contagem de peças e a deteção de objetos de maiores dimensões.
Modo de reflexão difusa — a escolha mais comum para a tacometria
Mais uma vez, o emissor e o recetor partilham a mesma caixa, mas, neste caso, o sensor deteta a luz refletida diretamente pela superfície do alvo. O alcance é curto — normalmente entre 5 e 500 mm — e a configuração consiste numa simples operação de apontar e detetar. Este é o modo utilizado para detetar fita refletora para a medição da velocidade e da fase, e o princípio em que se baseiam os tacómetros a laser.
2. Aplicações na monitorização de vibrações
Within análise de vibração o mesmo sensor desempenha várias funções distintas:
- Medição da velocidade: ao detetar fita refletora ou um ponto de referência no eixo uma vez por volta e ao contar os impulsos, o instrumento calcula RPM, monitoriza a velocidade continuamente e verifica-a durante as medições.
- Referência de fase: O impulso único por volta define o ponto de referência de 0°, que é fundamental para os cálculos de equilíbrio, permitindo medições com sincronização de fase e a sincronização rastreamento de pedidos.
- Função Keyphasor: Um sensor fotoelétrico instalado de forma permanente pode funcionar como um fasor de referência, detetando uma marca, ranhura ou característica do eixo a cada volta para fornecer a referência de fase para sonda de proximidade sistemas — essenciais para a monitorização de turbomáquinas em API 670.
- Acionamento de eventos: o impulso pode acionar a aquisição de dados numa posição específica do eixo, disparar um estroboscópio para visualização em câmara lenta ou para sincronizar as medições com a rotação.
3. Especificações que importam
Três parâmetros determinam se um sensor funcionará corretamente numa determinada instalação.
- Tempo de resposta: desde microssegundos até milissegundos, deve ser suficientemente rápido para a velocidade mais elevada medida. Um eixo a 10 000 RPM passa pela sua marca a cerca de 167 Hz, pelo que um impulso preciso requer uma resposta inferior a um milissegundo.
- Distância de deteção: Cada modelo tem uma distância mínima e máxima de funcionamento que varia em função da refletividade do alvo; os sensores de modo difuso funcionam normalmente entre 50 e 300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) é fácil de apontar; infrared (850–950 nm) tem um melhor desempenho em condições de luz ambiente intensa; a laser proporciona um feixe altamente concentrado, maior alcance e um disparo mais preciso.
4. Instalação e configuração
Um acionamento fiável depende, sobretudo, de uma montagem cuidadosa. O sensor deve ser orientado perpendicular à superfície refletora para obter o sinal mais forte, colocado à distância indicada nas especificações, fixado de forma rígida para que a vibração não altere a sua orientação e protegido contra danos mecânicos. O próprio alvo é igualmente importante: aplique fita refletora num local adequado na superfície limpa do eixo, certifique-se de que existe exatamente uma marca por volta (uma segunda superfície refletora provoca uma contagem dupla) e certifique-se de que a marca está bem fixa e não se soltará em alta velocidade. Por fim, alinhe o aparelho apontando para a marca, observe o indicador LED do sensor para verificar se o sinal está estável, bloqueie a posição e teste com uma rotação completa para confirmar a fiabilidade da deteção antes de confiar na leitura.
5. Advantages
O princípio ótico sem contacto apresenta várias vantagens:
- Sem contacto mecânico: sem atrito nem carga no eixo, sem desgaste, funcionamento seguro longe de peças rotativas e utilizável a qualquer velocidade.
- Independência material: Funciona tanto em metais ferrosos como não ferrosos, bem como em plásticos, compósitos e madeira — basta que haja contraste ótico.
- Resposta rápida e clara: adequado para aplicações de alta velocidade, produzindo impulsos digitais nítidos com sincronização precisa.
6. Limitações
O mesmo princípio ótico impõe algumas restrições que devem ser tidas em conta no planeamento:
- Sensibilidade ambiental: A luz ambiente intensa pode causar interferências, enquanto o pó e a névoa de óleo nas lentes prejudicam o desempenho; por isso, as lentes necessitam de limpeza periódica e podem precisar de uma caixa de proteção em ambientes adversos.
- O alinhamento é fundamental: O sensor deve manter a mira no alvo, e a vibração ou a instabilidade podem desviá-lo — mais uma razão para uma montagem estável.
- Dependência do alvo: é necessário que exista uma marca ou um objeto refletor; as variações na refletividade afetam a leitura; e a fita pode descolar-se com o tempo.
Quando não é viável utilizar um leitor ótico permanente, os engenheiros recorrem frequentemente a alternativas não óticas, tais como um sonda de proximidade (de correntes de Foucault) a leitura de uma ranhura, que não requer fita adesiva e não é afetada pela sujidade ou pela luz.
7. Sensores fotoelétricos no equilíbrio prático no terreno
Num instrumento portátil, um tacómetro a laser de reflexão difusa é o sistema de deteção de fase padrão precisamente porque não requer qualquer preparação do eixo além de uma tira de fita adesiva. O Balanset-1A é fornecido com exatamente este tipo de tacómetro ótico a laser: é acionado por um pequeno pedaço de fita refletora, funciona numa ampla gama de distâncias e emite o impulso de uma vez por volta de que o software necessita para calcular a magnitude e o ângulo de cada peso de correcção e para verificar o desequilíbrio residual após a correção. Em suma, a resposta rápida do sensor fotoelétrico, a sua independência em relação ao material e o funcionamento sem contacto tornam-no num tacómetro ideal, complementando o acelerómetros num sistema completo de monitorização do estado e de equilíbrio.
