Compreender as sondas de proximidade (sensores de correntes parasitas)
A sonda de proximidade — também designado por sonda de corrente parasita ou um transdutor de deslocamento — é um sensor sem contacto que mede a distância entre a sua ponta e um alvo condutor, quase sempre um veio em rotação. Enquanto um acelerômetro se fixa à carcaça e deteta as vibrações da estrutura, uma sonda de proximidade observa through o alojamento do rolamento e reporta o movimento real do veio em relação ao seu rolamento. Essa distinção torna-o o sensor primário para proteção e monitorização de maquinaria crítica de alta velocidade que funciona em rolamentos de filme fluido, sendo a base da monitorização de vibração em turbomáquinas em todo o mundo.
1. Definição: O que é uma Sonda de Proximidade?
A característica definidora de uma sonda de proximidade é que mede deslocamento relativo — a posição da superfície do veio em relação ao suporte da sonda — diretamente, em micrómetros ou mils. Isto é fundamentalmente diferente de um sensor sísmico como um transdutor de velocidade ou acelerómetro, que mede o movimento absoluto da peça a que está fixo. Numa máquina de grande porte com uma carcaça pesada e rígida e um veio comparativamente leve a deslizar num filme de óleo, a carcaça praticamente não se move enquanto o veio pode orbitá-la substancialmente no interior dos seus chumaceira de deslizamento. Nessa situação, apenas um sensor que observa o veio capta a situação real, razão pela qual as sondas de proximidade dominam proteção de máquinas em turbinas e compressores.
2. O Sistema de Sonda de Proximidade: Três Componentes Combinados
Uma cadeia de medição de sonda de proximidade completa é constituída por três peças rigorosamente combinadas, calibradas em conjunto como um conjunto:
- Sonda: um sensor de corpo roscado com uma ponta selada que encerra uma bobina plana de fio. É instalado com uma folga física específica em relação ao veio e fixado no lugar.
- Cabo de extensão: um cabo coaxial de comprimento definido que liga a sonda ao driver. O seu comprimento faz parte da sintonização eletrónica do sistema, não sendo um condutor arbitrário.
- Proximitor / driver: um módulo eletrónico que gera um sinal de radiofrequência (RF) de alta frequência, o injeta na bobina da sonda e demodula o sinal de retorno para produzir uma tensão de saída proporcional à folga.
Uma vez que os três elementos são sintonizados como uma unidade — tipicamente para o fator de escala padrão da indústria de 200 mV por mil (cerca de 7,87 mV/µm) — não são não intermutáveis com componentes de outro sistema. Misturar uma sonda de um conjunto com um driver ou cabo de comprimento diferente corrompe a calibração e as leituras. O erro total de comprimento elétrico é corrigido por compensação do cabo, e a cadeia montada deve ser fornecida com um certificado de calibração documentando o seu fator de escala rastreável.
3. Como Funciona: O Princípio das Correntes de Foucault
O proximitor envia o seu sinal RF para a bobina da ponta, que irradia um pequeno campo magnético. Quando a ponta é aproximada de um veio condutor, esse campo induz pequenas correntes circulantes — correntes parasitas — na camada superficial do material do veio. As correntes de Foucault geram o seu próprio campo magnético oposto, e a energia que absorvem carrega a bobina. A quantidade de energia perdida depende da proximidade da superfície condutora: quanto mais perto estiver o veio, mais intensas são as correntes de Foucault e maior é a carga.
O proximitor mede esta carga e produz duas saídas sobrepostas: uma Tensão CC proporcional à média gap, and an Tensão CA proporcional à dinâmico movimento do veio enquanto vibra.
Uma vez que a técnica funciona com base em correntes induzidas no metal em vez de contacto mecânico ou luz, é imune a óleo, sujidade e pressão na cavidade do rolamento, mas é sensível à uniformidade elétrica e magnética da superfície do veio — um ponto abordado adiante em runout. A mesma física fundamenta a família mais alargada de sondas de correntes parasitas utilizados para a medição de deslocamento sem contacto.
4. O Que Medem as Sondas de Proximidade
Uma única sonda — e especialmente um par — fornece uma quantidade notável de informação sobre o estado e o comportamento do rotor:
- Vibração radial: um par X–Y montado a 90° de separação capta o movimento do veio em duas dimensões, que o analisador combina numa órbita do eixo — uma imagem directa do trajecto que a linha de centros descreve em cada revolução.
- Posição axial (de impulso): uma sonda apontada para a extremidade do veio mede a folga axial, a primeira linha de defesa contra rolamento de impulso falha.
- Posição do eixo central do veio: a componente DC indica a posição média do munhão dentro da folga do rolamento, revelando desgaste dos rolamentos, variações de carga e o linha central do eixo desvio à medida que a máquina aquece.
- Velocidade de rotação e fase: uma sonda que observa uma chaveta ou entalhe dispara uma vez por rotação, funcionando como um Keyphasor ou tacômetro que fornece o fase referência para o balanceamento e o diagnóstico.
- Excentricidade (Runout): uma leitura a velocidade lenta, efectuada a baixa rotação, quantifica o conjunto runout mecânico e elétrico da superfície do veio, que é depois subtraído das medições em funcionamento para isolar o verdadeiro movimento dinâmico.
5. Vantagens e Domínios de Aplicação
As sondas de proximidade são a escolha predefinida para proteger turbomáquinas grandes e críticas, por várias razões interligadas:
- Non-contact: nada toca no veio, pelo que não existe desgaste nem limite de velocidade imposto pelo sensor — ideal para serviço a alta velocidade.
- Observação direta do veio: monitorizam o que o veio está a fazer no interior do rolamento, o que numa máquina de carcaça pesada tem muito mais importância do que o movimento da carcaça.
- Resposta até 0 Hz (DC): captam tanto a vibração dinâmica como a posição média, algo que um acelerómetro — que não consegue medir um deslocamento estático — fundamentalmente não consegue fazer.
- Alta fiabilidade: seladas, robustas e concebidas para ambientes severos, quentes e oleosos e para serviço contínuo.
Por estas razões, são quase universais em grandes turbinas a vapor e a gás, compressores centrífugos e axiais, turbo-geradores, e grandes bombas e motores que funcionam em mancais de casquilho ou de escora, onde a sua instalação é exigida por normas como API 670. O seu complemento natural em máquinas com rolamentos de elementos rolantes é o acelerómetro montado na carcaça, e muitos monitorização online sistemas utilizam ambos. Quando uma máquina de filme fluido desenvolve desequilíbrio, o par de sondas X–Y torna-o visível como uma órbita 1× crescente, e a correção em campo pode ser realizada no local com um analisador portátil de dois canais como o Balanset-1A, que lê a amplitude e a fase 1× fornecidas pelas sondas e calcula a pesos de correção.
6. Problemas Práticos Comuns
- Batimento elétrico: variações locais na permeabilidade do veio ou no magnetismo residual criam um sinal de vibração falso que não tem qualquer relação com o movimento real. A subtração do batimento em rotação lenta remove-o.
- Material do alvo incorreto: o fator de escala calibrado pressupõe uma liga específica para o veio (habitualmente aço AISI 4140). Um material diferente altera a sensibilidade e deve ser recaracterizado.
- Folga fora do intervalo: a sonda deve estar dentro do seu intervalo linear — tipicamente centrada perto de −10 V DC. Demasiado próxima ou demasiado afastada e a resposta torna-se não linear ou satura.
- Riscos e revestimentos: qualquer defeito superficial ou revestimento na zona de observação do veio é lido como movimento, pelo que essa zona deve ser lisa, redonda e uniforme.
