Transdutores: Os Sensores da Análise de Vibrações
Em análise de vibração, a transdutor é um dispositivo que converte o movimento físico, mecânico - vibração - num sinal elétrico proporcional que um coletor de dados ou sistema de monitorização pode processar, medir e analisar. Os transdutores são os sensores primários e o primeiro elo na cadeia de medição; sem um transdutor fiável, não é possível qualquer análise significativa. Escolher o transdutor certo é uma decisão crítica que depende do tipo de máquina, da sua velocidade de funcionamento e das falhas específicas que estão a ser monitorizadas - porque cada tipo de transdutor é naturalmente sensível a uma parte diferente da imagem da vibração.
1. A cadeia de medição e os três parâmetros
A vibração pode ser descrita por qualquer uma de três quantidades relacionadas, e qual delas um transdutor mede molda onde ele se destaca. Deslocamento domina a baixa frequência e reflecte o movimento bruto; velocidade é a medida mais equilibrada em toda a banda média, onde se situam as falhas mais comuns; e aceleração salienta os eventos de alta frequência que assinalam danos precoces nos rolamentos e nas engrenagens. Os três estão ligados matematicamente - integração converte um sinal de aceleração em velocidade e, novamente, em deslocamento - é por isso que um único sensor pode, com a eletrónica, desempenhar várias funções. Qualquer que seja o parâmetro, o transdutor alimenta o resto da cadeia: condicionamento do sinal, digitalização e, finalmente, o analisador.
2. Os três principais tipos de transdutores de vibrações
Existem três tipos principais de transdutores usados no monitoramento de máquinas industriais, cada um medindo um parâmetro físico diferente de vibração.
O Acelerómetro (mede a aceleração)
O acelerômetro é de longe o transdutor de vibração mais comum e versátil. Ele mede a aceleração da estrutura na qual está montado.
- Princípio: a maioria das unidades industriais são piezoelétrico, O sistema de controlo de temperatura é um sistema que utiliza um cristal que gera uma carga quando sujeito a tensão por uma massa sísmica interna.
- Pontos fortes: uma gama de frequências extremamente ampla, grande robustez, muitos modelos disponíveis e adequação a quase todas as máquinas. São particularmente excelentes na deteção de eventos de alta frequência.
- Utilização primária: monitorização de máquinas de uso geral, desde máquinas de baixa velocidade até turbomáquinas de muito alta velocidade, e o sensor de referência para falhas de alta frequência, como consequência e defeitos de engrenagem.
O transdutor de velocidade (mede a velocidade)
A transdutor de velocidade é um sensor eletrodinâmico que mede diretamente a velocidade de vibração.
- Princípio: Funciona como um microfone - uma bobina de fio é suspensa num campo magnético e, à medida que a caixa vibra, o movimento relativo entre a bobina e o íman gera uma tensão proporcional à velocidade.
- Pontos fortes: um sinal forte e de baixo ruído na banda de frequências médias (aproximadamente 10 Hz a 1.000 Hz), exatamente onde falhas comuns como desequilíbrio e desalinhamento e sem necessidade de alimentação externa.
- Pontos fracos: mais frágil do que um acelerómetro, com uma gama de frequências limitada e uma sensibilidade aos campos magnéticos e à orientação da montagem. A conceção clássica de bobina auto-geradora e íman - o velômetro - foi largamente ultrapassado por acelerómetros com integração eletrónica.
- Utilização primária: historicamente o cavalo de batalha para monitorização geral antes dos acelerómetros robustos se tornarem comuns, e ainda por vezes escolhido para instalações permanentes na gama de frequências médias.
A Sonda de Proximidade (mede a deslocação)
O sonda de proximidade, ou sonda de corrente parasita, é um transdutor sem contacto que mede o deslocamento de um eixo rotativo.
- Princípio: utiliza um campo eletromagnético para induzir e medir correntes de Foucault na superfície do veio, detectando o espaço entre a ponta da sonda e o veio.
- Pontos fortes: mede o movimento real do próprio veio e não do invólucro, não tem contacto e a sua resposta chega até 0 Hz (DC), pelo que capta a posição média do veio, bem como a sua vibração.
- Utilização primária: essencial para a proteção e monitorização de turbomáquinas críticas e de alta velocidade em película fluida mancais de deslizamento - turbinas e compressores - e para analisar as órbita do eixo e posição do eixo.
3. Escolher o transdutor correto
A seleção de um transdutor é um passo crítico na criação de qualquer programa de monitorização. A regra geral é escolher o sensor que é mais sensível na gama de frequências das falhas esperadas:
- Utilização sondas de proximidade para o movimento do veio em máquinas com película de fluido, em que o veio pode mover-se significativamente dentro de um invólucro relativamente imóvel.
- Utilização acelerómetros para todo o resto, pois são os mais versáteis. O sinal pode ser integrado à velocidade para analisar falhas de média frequência ou usado diretamente como aceleração para falhas de alta frequência.
Dois factores práticos completam a escolha. O facto de o transdutor sensibilidade deve adequar-se à amplitude de vibração esperada - demasiado pequena e as pequenas falhas perdem-se no ruído, demasiado grande e os sinais fortes cortam-se - e a sua capacidade de utilização freqüência deve abranger as frequências de falha de interesse. Os sensores piezoeléctricos de saída de carga necessitam adicionalmente de um amplificador de carga na cadeia.
4. Transdutores para equilibragem e diagnóstico no terreno
Num instrumento portátil, o transdutor é o componente de que tudo o resto depende. Um analisador de campo de dois canais, como o Balanset-1A tipicamente emparelha dois acelerómetros IEPE com um tacómetro ótico para a referência de fase, captando amplitude e fase sincronizadas em cada rolamento enquanto a máquina funciona nos seus próprios apoios à velocidade de funcionamento. Esta cadeia baseada em acelerómetros é o que permite ao instrumento calcular pesos de correção para a equilibragem de um ou dois planos e efetuar as operações de rotina monitoramento de vibração - uma ilustração clara do princípio geral de que o acelerómetro é o transdutor padrão para a grande maioria dos trabalhos com máquinas rotativas, com a sonda de proximidade e o transdutor sísmico reservados para os casos em que a sua física é mais adequada.
