Transdutores de captação das vibrações

Luis Cyrino
22 maio 2017
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Transdutores de captação das vibrações

Transdutores – A metodologia preditiva da análise de vibrações é uma das técnicas mais usadas hoje em dia na busca pela prevenção das falhas em máquinas e equipamentos. Vamos entender um pouco mais sobre o que vem a ser essas vibrações, em quais momentos ela ocorre e como podemos medi-la.

Fundamentos da Vibração

O fenômeno da vibração é um movimento oscilante ou podemos dizer, de trepidação de uma máquina ou de algum elemento de máquina, saindo de sua posição normal de estabilidade (estática ou dinâmica).

Vibração é um movimento periódico tal como a oscilação de uma partícula, sistema de partículas ou de um corpo rígido em torno de uma posição de equilíbrio. A amplitude do movimento é indicada em milímetros ou polegadas.

As vibrações mecânicas em máquinas e equipamentos podem ser medidas de três maneiras:

  1. Por aceleração: metros por segundo ao quadrado (m/s2), gravidade (1g equivale a, aproximadamente, 9,8065 metros por segundo ao quadrado);
  2. Por velocidade: metros por segundo (m/s), polegadas por segundo (in/s) ou;
  3. Por deslocamento: mícron (1 mícron equivale a 0,001mm).

O instrumento comumente utilizado na medição de vibrações é o coletor de dados de vibrações, que utiliza um sistema transdutor de vibrações mecânicas em sinais elétricos conhecido como acelerômetro.

Transdutores de vibração e parâmetros de medida

Para a análise de vibrações é necessário a utilização de sensores denominados transdutores para as medições, no entanto, dependendo da máquina a ser monitorada é necessária uma montagem definitiva ou provisória dos mesmos.

Montagem definitiva: é eficiente na detecção de mudanças súbitas nas assinaturas de vibração, como por exemplo no desbalanceamento repentino das pás de um ventilador por causa da poeira acumulada

Montagem provisória: custo mais barato de instalação dos sensores; possibilidade de aplicação de técnicas mais avançadas de processamento do sinal de vibração, podendo “predizer” de uma forma mais eficiente.

Transdutores de vibração são essenciais para monitorar a condição de máquinas, pois serão responsáveis pela transformação do sinal de vibração em um sinal elétrico que poderá ser processado e analisado de forma mais efetiva.

No entanto, vibrações mecânicas podem ser analisadas em 3 parâmetros: deslocamento, velocidade e aceleração.

Os principais transdutores de vibração utilizados em programas de Manutenção baseadas na Condição são:

Transdutores de Deslocamento Relativo ou de Proximidade

Os transdutores de deslocamento são geralmente sensíveis a um movimento relativo, como por exemplo a distância entre o sensor fixo em um mancal e um eixo vibrando. Os principais tipos são:

Indutivo:

Seu funcionamento baseia-se na variação da relutância magnética de um imã permanente, pela aproximação alternada de um material ferromagnético. Que em movimento periódico gera uma frequência, ou seja, é utilizado principalmente para a medição de rotação de eixos.

Eddy Current:

Seu funcionamento baseia-se na geração de um campo magnético por um oscilador de alta frequência, com a aproximação alternada da peça acaba provocando um efeito de modulação na amplitude da bobina secundária, em seguida o sinal é demodulado e transformando a forma de vibração requerida.

Capacitivo:

Um sensor ou transdutor capacitivo é um condensador que exibe uma variação do valor nominal da capacidade em função de uma grandeza não elétrica.

Uma vez que um condensador consiste basicamente num conjunto de duas placas condutoras separadas por um dielétrico, as variações no valor nominal da capacidade podem ser provocadas por redução da área frente a frente e da separação entre as placas, ou por variação da constante dielétrica do material.

Os sensores capacitivos permitem medir com grande precisão um grande número de grandezas físicas, tais como a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração linear ou angular de um objeto.

Transdutores Sísmicos – “Pick-ups” de velocidade

Os transdutores de velocidade (pick-ups) consistem geralmente de bobinas suspensas em molas. A bobina é deslocada em um campo homogêneo de um imã permanente através da vibração mecânica. A tensão induzida na bobina é proporcional ao número de interseções de linhas de força por unidade de tempo, ou seja, proporcional a velocidade da bobina.

Por dispensar cabos especiais ou condicionamento de sinal sofisticado. O sensor de velocidade tem mantido uma posição favorecida em aplicações onde não se requer resposta em altas frequências, como em equipamentos portáteis de baixo custo e em balanceadoras.

Acelerômetro Piezoelétrico.

Os transdutores de aceleração normalmente conhecidos como acelerômetros, em geral utilizam um cristal piezoelétrico, colocado entre a cobertura da cabeça do sensor e a massa sísmica do sensor. Ao ser submetido a uma aceleração a massa exerce por inércia uma força no cristal e a diferença de potencial que aparece entre os terminais preso ao cristal é proporcional à aceleração medida. Os sensores de aceleração piezoelétrico medem a aceleração absoluta do movimento.

Os modernos equipamentos eletrônicos de condicionamento de sinais com auxílio de integradores e diferenciadores permitem avaliar a partir dos acelerômetros os três parâmetros de monitoramento de vibração.

Entre os transdutores sísmicos, os acelerômetros piezoeléctricos têm-se tornado, recentemente os mais utilizados para a medida de vibração de máquinas por apresentarem uma curva de resposta em frequência muito superior do que os “pick-ups” de velocidade combinadas com dimensões razoavelmente reduzidas.

Além disso, esses transdutores são robustos e apresentam uma maior durabilidade (não possuem partes móveis), que os torna indicado para o rigor do trabalho diário de coleta de dados. Como em muita situação de monitoração, tornam-se necessário medições de frequências bem acima de 1000 Hz, combinadas com amplitudes de vibração extremamente elevadas, o acelerômetro piezoelétrico é a única escolha.

Com uma instrumentação baseada no uso de acelerômetros, o usuário fica livre para escolher entre aceleração, velocidade ou deslocamento, com parâmetro de medida, bastando para isso que o medidor de vibração possua circuitos integradores, que transformam sinais proporcionais à aceleração do movimento vibratório em sinais proporcionais à velocidade e ao deslocamento.

Em sistemas de medição baseados em acelerômetros, o medidor de vibração ou pré-amplificador associado, normalmente, já inclui circuitos de integração, tal que os parâmetros de medida, tanto aceleração, velocidade ou deslocamento, possam ser escolhidos simplesmente através de acionamento de uma simples chave.

Conclusão

Os efeitos em consequência de vibrações em máquinas e equipamentos podem acarretar inúmeros problemas como sérios riscos de acidentes, desgaste prematuro dos componentes em geral, aumento de paradas em corretiva e como consequência um aumento dos custos de manutenção.

Também podemos citar a baixa confiabilidade e disponibilidade dos ativos trazendo como consequência final, perdas nos processos produtivos.

A Manutenção Preditiva usando a técnica da análise de vibrações está baseada no conhecimento do estado da máquina ou equipamento. Isso é realizado através de medições periódicas e continuas de um ou mais parâmetros pré-estabelecidos, evitando assim paradas inoportunas e a substituição de peças e componentes que ainda estariam nos seus limites de vida útil, ou seja, uma substituição de forma desnecessária.

Fonte base da matéria:

https://acervodigital.unesp.br

http://wwwp.feb.unesp.br

https://pt.wikipedia.org/wiki/Vibração

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