O que é um Acelerômetro? Um Guia para Análise de Vibração

Definição: O núcleo da medição de vibração

Um acelerômetro é um transdutor (ou sensor) que converte movimento mecânico, especificamente a aceleração por vibração ou choque, em um sinal elétrico proporcional. É o sensor mais utilizado na área de manutenção preditiva e monitoramento de condições. Ao medir a aceleração dos componentes de uma máquina, um acelerômetro fornece os dados brutos necessários para diagnosticar uma ampla gama de falhas mecânicas e elétricas, desde defeitos em rolamentos até desbalanceamento e desalinhamento.

Como funcionam os acelerômetros? O princípio piezoelétrico

Embora existam vários tipos de acelerômetros, a grande maioria usada para monitoramento de máquinas industriais é baseada no efeito piezoelétrico. Aqui está uma análise simplificada de como eles funcionam:

1. Cristal piezoelétrico: Dentro do acelerômetro há uma pequena massa presa a um cristal piezoelétrico (geralmente um tipo de cerâmica como o PZT).
2. Aplicando Força: Quando a máquina vibra, o invólucro do sensor se move junto com ela. Devido à inércia, a massa interna resiste a esse movimento e exerce uma força sobre o cristal.
3. Gerando um Sinal: O cristal piezoelétrico tem uma propriedade única: quando comprimido ou tensionado, ele gera uma pequena carga elétrica (uma voltagem) que é diretamente proporcional à força aplicada.
4. Saída: Esse sinal de tensão é então condicionado por componentes eletrônicos internos e transmitido por um cabo para um coletor de dados ou sistema de monitoramento. O sinal de saída é uma representação analógica da aceleração da máquina naquele ponto.

Tipos de acelerômetros

Diferentes aplicações exigem diferentes tipos de acelerômetros, cada um com seus próprios pontos fortes.

Acelerômetros de uso geral

Estes são os carros-chefes do monitoramento industrial. Normalmente, têm uma sensibilidade de 100 mV/g e uma faixa de frequência adequada para a maioria dos equipamentos comuns, como bombas, motores e ventiladores (por exemplo, de 2 Hz a 10 kHz).

Acelerômetros MEMS

Acelerômetros de Sistemas Microeletromecânicos (MEMS) são sensores à base de silício. São muito pequenos, de baixo consumo de energia e econômicos. Embora tradicionalmente menos sensíveis que os piezoelétricos, os sensores MEMS modernos estão evoluindo rapidamente e são comuns em eletrônicos portáteis, aplicações automotivas e alguns sistemas de monitoramento de condições de menor custo.

Acelerômetros piezoresistivos

Esses sensores são usados para testes de choque e medição de movimento de baixa frequência. Eles podem medir até 0 Hz (aceleração CC), o que é útil para aplicações como medir a aceleração constante em uma centrífuga.

Acelerômetros de alta frequência

Projetados especificamente para detectar eventos de alta frequência, como defeitos em estágios iniciais de engrenagens e rolamentos. Possuem massa menor e frequência de ressonância mais alta, permitindo a medição precisa de vibrações de até 20 kHz ou mais.

Especificações e seleção principais

Ao escolher um acelerômetro, os engenheiros consideram vários parâmetros importantes:

• Sensibilidade (mV/g): Uma sensibilidade maior produz um sinal mais forte, o que é melhor para medir vibrações de baixo nível. 100 mV/g é um padrão comum.
• Resposta de frequência: A faixa de frequências que o sensor pode medir com precisão. Ela deve corresponder às frequências de falha esperadas da máquina.
• Faixa de temperatura: O sensor deve ser capaz de suportar a temperatura operacional da superfície da máquina onde está montado.
• Método de montagem: A forma como o sensor é fixado à máquina (montagem por pino, adesivo, ímã) impacta significativamente a precisão das medições de alta frequência. Uma montagem por pino proporciona a melhor conexão e resposta de frequência.

Aplicações em Monitoramento de Condições

Acelerômetros são fundamentais para quase todas as tarefas de análise de vibração, incluindo:

• Programas de Manutenção Preditiva: Coleta de dados de vibração de rotina para monitorar a saúde da máquina e prever falhas.
• Diagnóstico de falhas: Identificar problemas específicos como desbalanceamento, desalinhamento, folga e desgaste dos rolamentos.
• Teste de aceitação: Verificar se máquinas novas ou reparadas atendem às especificações de vibração.
• Análise Modal: Estudar as frequências naturais e as formas modais de uma estrutura.

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