Neste artigo, falaremos mais sobre o IEPE e os acelerômetros de carga (também conhecidos como medidores de aceleração) e como eles são usados para medições de vibração em máquinas rotativas.
Para medir as vibrações, há vários métodos, geralmente feitos por meio de um sensor piezoelétrico ou de um acelerômetro. Um acelerômetro é um sensor que converte as vibrações dinâmicas de um objeto físico em uma tensão. Os acelerômetros são transdutores de contato total que são diretamente conectados ao elemento em que a vibração é esperada. Os exemplos incluem rolamentos de esferas e transmissões de engrenagens. Esse sensor versátil pode ser usado tanto para medições de vibração de alta quanto de baixa frequência. As vantagens de um acelerômetro são sua linearidade em uma ampla faixa de frequência e sua ampla faixa dinâmica.
Como funciona um acelerômetro?
A maioria dos acelerômetros usa o efeito piezoelétrico, o que significa que o cristal no sensor emite uma tensão elétrica sob pressão. A aceleração da carcaça é transmitida a uma massa calibrada (massa sísmica), após o que uma pressão proporcional é exercida sobre o cristal piezoelétrico. A tensão externa no cristal gera resistência elétrica com alta impedância proporcional à força aplicada e, portanto, proporcional à aceleração.
Como escolher o acelerômetro correto?
Como os acelerômetros são muito versáteis, eles vêm em várias formas, tamanhos, faixas e outras propriedades específicas. Ao formar uma ideia do sinal que se espera medir em combinação com fatores ambientais (como temperatura e sensibilidade a explosões), modelos específicos podem ser considerados. É claro que você sempre pode entrar em contato conosco para obter orientação ao escolher o sensor certo, mas explicaremos a seguir o que deve ser considerado.
Amplitude de vibração
A amplitude máxima, ou a faixa máxima da vibração que está sendo medida, determina a faixa necessária do sensor. Quando uma vibração é medida com um sensor que não corresponde ao intervalo, a saída se torna um sinal não confiável. Normalmente, os acelerômetros usados para monitorar vibrações de alta frequência têm sensibilidade e massa menores.
Sensibilidade
A sensibilidade é um parâmetro importante na escolha do acelerômetro correto. A sensibilidade é a correlação entre a vibração e a tensão em uma frequência de referência. A sensibilidade exata é determinada pela calibração e geralmente está listada no certificado de calibração fornecido com o sensor. A sensibilidade também depende da frequência (esperada). Por fim, é necessária uma calibração completa em toda a faixa de frequência utilizável para determinar como a sensibilidade se correlaciona com a frequência.
Em geral, um acelerômetro com baixa sensibilidade é usado para medir sinais com alta amplitude/frequência, e um acelerômetro com alta sensibilidade é usado para medir sinais com baixa amplitude/baixa frequência. Outro aspecto é a frequência de autorressonância do sensor, e pode-se afirmar que a frequência máxima mensurável deve ser sempre um fator de dois abaixo da frequência de autorressonância do sensor.
Número de eixos
Em termos de direção de medição, há dois tipos de acelerômetros. O acelerômetro mais comum mede a vibração em uma direção. Esse tipo é frequentemente usado para medir os níveis de vibração mecânica em instalações e máquinas. O segundo tipo é um acelerômetro triaxial. Esse acelerômetro pode criar uma representação 3D da aceleração.
Peso
Os acelerômetros devem pesar significativamente menos do que a estrutura que está sendo monitorada. Se a massa do objeto ao qual o acelerômetro está acoplado for significativamente aumentada pelo sensor, isso poderá afetar as características de vibração. Isso pode levar a dados de medição imprecisos. Em geral, a massa do acelerômetro não deve exceder 10% do peso do objeto. Há uma solução específica para cada aplicação.
Montagem
Outra consideração ao escolher o acelerômetro certo é como o sensor pode ser montado na superfície. Há quatro tipos de opções de montagem:
- Portátil
- Magnético
- Adesivo
- Montagem com parafusos
A montagem com parafuso é, de longe, o melhor método, mas requer a abertura de um furo na máquina, o que só é feito quando é necessária uma instalação permanente. Como alternativa, o sensor pode ser colado, embora isso forneça uma característica de transferência menos eficaz do que a montagem com parafusos.
Os outros métodos de montagem destinam-se principalmente a instalações temporárias. Cada método de montagem afeta o acelerômetro de alguma forma. Em geral, quanto mais "solta" for a montagem, menor será o limite de frequência mensurável. A adição de massa a um acelerômetro, como na montagem magnética, reduz a frequência ressonante, o que pode afetar a precisão e os limites da faixa de frequência utilizável do acelerômetro.
Fatores ambientais
Ao escolher um acelerômetro, fatores ambientais, como temperatura máxima de operação, exposição a produtos químicos nocivos e umidade, devem ser considerados. A maioria dos acelerômetros pode ser usada em ambientes perigosos devido à sua construção robusta e confiável. Para proteção adicional, os acelerômetros industriais podem ser feitos de aço inoxidável, o que os torna resistentes à corrosão e a produtos químicos.
Um acelerômetro de carga é adequado para temperaturas extremas. Como esses acelerômetros não têm eletrônica integrada, a temperatura máxima de operação é limitada apenas pelo elemento sensor e pelos materiais usados na construção. Entretanto, como esses acelerômetros não têm condicionamento e amplificação de sinal integrados, eles são sensíveis à interferência ambiental, exigindo cabeamento de baixo ruído. Se houver muito ruído ambiental, deverá ser usado um conversor de sinal em linha ou um sensor IEPE com amplificador de sinal integrado.
As especificações de umidade são determinadas pelo tipo de vedação que o acelerômetro possui. As vedações comuns são feitas de vidro ou epóxi. A maioria dessas vedações pode suportar altos níveis de umidade e exposição prolongada à umidade excessiva.
Custo
Embora os preços dos acelerômetros de modo de carga e IEPE sejam comparáveis, os acelerômetros IEPE têm custos significativamente mais baixos quando usados em sistemas multicanais, pois não exigem cabos especiais de baixo ruído e amplificadores de carga. Além disso, os acelerômetros IEPE são mais fáceis de usar, pois são mais fáceis de manter.
Sonda de proximidade vs. acelerômetros
Outro tipo de sensor usado para medir as vibrações da máquina é a sonda de proximidade, ou sensor de distância. Diferentemente dos acelerômetros, que medem a aceleração para detectar a vibração, as sondas de proximidade são sensores sem contato que medem a distância até um objeto. Esses sensores são usados principalmente para medir as vibrações do eixo em máquinas rotativas grandes e pesadas. Uma turbina a vapor é uma das máquinas típicas em que as sondas de proximidade são usadas para medir as vibrações do eixo. O foco está principalmente na medição das vibrações do eixo dentro do mancal. Devido ao efeito de amortecimento do filme de óleo no qual o eixo está posicionado e à carcaça pesada, as vibrações do eixo podem aumentar significativamente sem aumentar significativamente as vibrações da carcaça. Portanto, em tais situações, é melhor usar sondas de proximidade que medem diretamente o movimento do eixo. Geralmente, é usada uma combinação.
