Neste artigo, falamos mais sobre os acelerômetros IEPE e de carga (também conhecidos como medidores de aceleração) e como eles são utilizados para medições de vibração em máquinas rotativas.
Para medir vibrações, existem vários métodos, geralmente realizados 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 tensão. Os acelerômetros são transdutores de contato total que são fixados diretamente no elemento onde se espera que haja vibração. Exemplos incluem rolamentos de esferas e transmissões por 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 utiliza o efeito piezoelétrico, o que significa que o cristal no sensor emite uma tensão elétrica sob pressão. A aceleração do invólucro 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 certo?
Como os acelerômetros são tão versáteis, eles vêm em várias formas, tamanhos, faixas de medição e outras propriedades específicas. Ao formar uma ideia do sinal que se espera medir em combinação com fatores ambientais (como temperatura e sensibilidade à explosão), modelos específicos podem ser considerados. É claro que você sempre pode entrar em contato conosco para obter orientação na escolha do sensor certo, mas explicaremos a seguir o que deve ser levado em consideração.
Amplitude de vibração
A amplitude máxima, ou a faixa máxima da vibração que você está medindo, determina a faixa necessária do sensor. Quando uma vibração é medida com um sensor que não corresponde à faixa, o resultado se torna um sinal não confiável. Normalmente, os acelerômetros usados para monitorar vibrações de alta frequência têm menor sensibilidade e massa.
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 consta no certificado de calibração fornecido com o sensor. A sensibilidade também depende da frequência (esperada). Em última análise, é necessária uma calibração completa em toda a faixa de frequência utilizável para determinar como a sensibilidade se correlaciona com a frequência.
Geralmente, um acelerômetro de baixa sensibilidade é usado para medir sinais de alta amplitude/frequência, e um acelerômetro de alta sensibilidade é usado para medir sinais de baixa amplitude/baixa frequência. Outro aspecto é a frequência de auto-ressonância do sensor, e pode-se afirmar que a frequência máxima mensurável deve ser sempre um fator de dois abaixo da frequência de auto-ressonância do sensor.
Número de eixos
Em termos de direção da medição, existem dois tipos de acelerômetros. O acelerômetro mais comum mede a vibração em uma direção. Esse tipo é frequentemente usado para medir níveis de vibração mecânica em instalações e máquinas. O segundo tipo é o acelerômetro triaxial. Esse acelerômetro pode criar uma representação 3D da aceleração.
Ponderação
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 pode 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. Existem quatro tipos de opções de montagem:
- Portátil
- Magnético
- Adesivo
- Fixação por parafuso
A montagem com parafusos é, de longe, o melhor método, mas requer a perfuração de um orifício na máquina, o que só é feito quando é necessária uma instalação permanente. Como alternativa, o sensor pode ser colado, embora isso proporcione 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 “frouxa” for a montagem, menor será o limite de frequência mensurável. Adicionar 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 utilizada em ambientes perigosos devido à sua construção robusta e confiável. Para proteção adicional, os acelerômetros industriais podem ser fabricados em aço inoxidável, tornando-os resistentes à corrosão e a produtos químicos.
Um acelerômetro de carga é adequado para temperaturas extremas. Como esses acelerômetros não possuem componentes eletrônicos integrados, a temperatura máxima de operação é limitada apenas pelo elemento sensor e pelos materiais utilizados na construção. No entanto, como esses acelerômetros não possuem condicionamento e amplificação de sinal integrados, eles são sensíveis a interferências ambientais, exigindo cabeamento de baixo ruído. Se houver ruído ambiental excessivo, deve-se utilizar 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 um 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 do modo de carga e dos acelerômetros IEPE sejam comparáveis, os acelerômetros IEPE apresentam custos significativamente menores quando utilizados em sistemas multicanais, pois não requerem cabos especiais de baixo ruído nem amplificadores de carga. Além disso, os acelerômetros IEPE são mais fáceis de usar, pois são mais fáceis de manter.
Sensor de proximidade vs. acelerômetros
Outro tipo de sensor utilizado para medir vibrações de máquinas é a sonda de proximidade, ou sensor de distância. Ao contrário dos acelerômetros, que medem a aceleração para detectar vibrações, as sondas de proximidade são sensores sem contato que medem a distância até um objeto. Esses sensores são utilizados principalmente para medir vibrações do eixo em máquinas rotativas grandes e pesadas. Uma turbina a vapor é uma das máquinas típicas em que sondas de proximidade são utilizadas para medir vibrações do eixo. O foco está principalmente na medição das vibrações do eixo dentro do mancal de deslizamento. Devido ao efeito de amortecimento da película de óleo na qual o eixo está posicionado e ao pesado invólucro, as vibrações do eixo podem aumentar significativamente sem que as vibrações do invólucro aumentem de forma significativa. Portanto, nessas situações, é melhor utilizar sondas de proximidade que medem diretamente o movimento do eixo. Frequentemente, utiliza-se uma combinação de ambos.
