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AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá

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Apresentação em tema: "AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá"— Transcrição da apresentação:

1 AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Mauro Hugo Mathias Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá Programa de Pós-graduação em Mecânica Área de Projetos

2 AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 2 – Instrumentação aplicada ao monitoramento

3 Conteúdo do capítulo Neste capítulo efetuaremos o estudo de: 2.1 – Transdutores de vibração; 2.2 – Sistemas de condicionamento de sinais; 2.3 – Coletores e analisadores digitais. Instrumentação aplicada ao monitoramento

4 AMBIENTE MULTIMÍDIA DE SUPORTE À DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO FERRAMENTAS DE DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS Capítulo 2.1 – Transdutores de vibração

5 Transdutores de vibração Introdução Para a análise de vibrações é necessário a utilização de sensores para as medições, no entanto, dependendo da máquina a ser monitorada é necessário uma montagem definitiva ou provisória dos sensores. 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.

6 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. Transdutores de vibração Aplicação

7 Medidas de vibração absoluta e relativa De acordo com a ISO : Medição de vibrações relativas geralmente são realizadas com um transdutor sem contato que percebe o deslocamento vibratório entre o eixo e um membro estrutural da máquina (mancal de deslizamento por exemplo).

8 Transdutores de vibração Medidas de vibração absoluta e relativa Medição de vibrações absolutas são realizadas por um dos seguintes métodos: Por uma sonda eixo-equitação, em que um transdutor sísmico (acelerômetro ou transdutor de velocidade) é montado de forma que as vibrações absolutas do eixo sejam medidas diretamente; Por um transdutor sem contato que mede vibração relativa do eixo em combinação com um transdutor sísmico (acelerômetro ou transdutor de velocidade) que mede a vibração de apoio. Ambos os transdutores devem ser montados juntos para que eles sofram o mesmo movimento absoluto na direção de medição. Suas saídas condicionadas são somadas vetorialmente para fornecer uma medida do movimento absoluto do eixo.

9 Sensor do tipo Eddy Current (Proxímetros) Sensor Indutivo (Trigger) Transdutores de vibração Transdutores de deslocamento 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; Eddy Current; Capacitivo.

10 Vantagens Não tem contato com a superfície de medida; Opera em freqüência baixas, inclusive DC; Não possui partes móveis, de modo que não apresenta desgaste. Desvantagens Faixa dinâmica é limitada; Faixa de freqüência limitada (DC a 200 Hz); Variações nas propriedades magnéticas do sistema podem ocasionar componentes errôneas; Necessidade de calibração local. Transdutores de vibração Transdutores de deslocamento

11 Medição de rotação do eixo Transdutores de vibração Transdutores de deslocamento do tipo indutivo (Trigger) Seu funcionamento baseia-se na variação da relutância magnética de um imã permanente, pela aproximação alternada de um material ferro- magnético. Que em movimento periódico gera uma frequência, ou seja, é utilizado principalmente para a medição de rotação de eixos.

12 Transdutores de vibração Experimento de medição de rotação com trigger Posicionamento do trigger próximo a chaveta de um eixo Leitura da rotação obtida em um osciloscópio

13 Experimento de medição de rotação com trigger Transdutores de vibração Vídeo – Demonstração de medição de rotação com trigger.

14 Transdutores de vibração Transdutores de deslocamento do tipo Eddy Current (Proxímetro) 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 transformado a forma de vibração requerida. Os proxímetros são normalmente utilizados para monitorar o movimento relativo entre um eixo e a carcaça de uma máquina.

15 Transdutores de vibração Montagem de transdutores de deslocamento Transdutores de deslocamento normalmente são montados de forma permanente em máquinas que utilizam mancais planos. Transdutores de deslocamento devem ser montados com um ângulo de 90º entre si. Preferencialmente em planos de 45º com a vertical em relação ao rolamento.

16 Transdutores de vibração Transdutores de velocidade Os transdutores de velocidade (pickups) 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. Meio amortecedor Conector Mola Bobina Imã permanente

17 Vantagens Robusto e resistente a meios agressivos; Sensibilidade alta em baixas freqüências; Alto sinal de saída com resistência interna baixa; Sensor ativo sem fonte de alimentação externa. Desvantagens Faixa dinâmica é limitada; Faixa de freqüência limitada a 2000 Hz; Partes móveis passíveis a desgaste; Dimensão considerável; Sensível a orientação; Necessita calibração local. Transdutores de vibração Transdutores de velocidade

18 Transdutores de vibração Transdutores de aceleração 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 á 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.

19 Vantagens Encapsulamento hermético e robusto; Compacto; Ampla faixa de freqüência; Insensível a campos magnéticos. Desvantagens Sensor passivo que requer fonte externa; Baixa sensibilidade na faixa inferior de freqüência. Transdutores de vibração Transdutores de aceleração

20 Escolha e parâmetros dos acelerômetros Transdutores de vibração Na definição do acelerômetro para quantificar a vibração de estruturas é recomendável definir o acelerômetro de trabalho com massa que não exceda a 1/10 da massa da estrutura a ser monitorada. Usualmente os fabricantes de acelerômetros fornecem a curva de calibração que estabelece a faixa de freqüência de operação, sua freqüência de ressonância, o ganho (ou sensibilidade). A sensibilidade usualmente é dada em termos da aceleração da gravidade (g) ou no sistema internacional em m/s². Também é usual definir a sensibilidade do acelerômetro em termos da carga em (pC/g) em razão deste sensor apresentar uma alta capacitância elétrica.

21 Acelerômetro piezoelétrico Tipos de acelerômetros Transdutores de vibração Os principais tipos de acelerômetros são: o piezoelétrico, o piezorresistivo e o capacitivo.

22 Transdutores de vibração Transdutores de aceleração

23 Transdutores de vibração Transdutores de aceleração Os fabricantes de acelerômetros de precisão enviam as cartas de calibração do equipamento com as informações de: Sensitividade Freqüências limites Valores máximos de aceleração

24 Transdutores de vibração Transdutores de aceleração Informações importantes: - Faixa de resposta em freqüência, contendo a freqüência de ressonância do acelerômetro

25 Transdutores de vibração Montagem dos transdutores de aceleração Existem vários métodos de fixação, cada um apresentando vantagens e limitações. A fixação que apresenta melhor resultado é por parafuso prisioneiro. A utilização de imã permanente como método de fixação é versátil, mas é inadequado quando os níveis de aceleração são elevados. Outro tipo de fixação é através de hastes, este tipo apresenta várias restrições, em especial a de limitar a freqüência máxima de análise à 1 kHz, acima deste valor as medidas passam a ser não confiáveis. Este ultimo processo deve ser utilizado somente quando não há possibilidade de acoplamento rígido e direto com a estrutura.

26 Transdutores de vibração Montagem dos transdutores de aceleração Na figura abaixo são ilustrados as principais de formas fixação de acelerômetros.

27 Transdutores de vibração Montagem dos transdutores de aceleração Na foto abaixo são ilustrados as principais de formas fixação de acelerômetros. Fixação com base magnética Probes de coleta com pontas agudas e circular Fixação com parafuso prisioneiro

28 Escolha e parâmetros dos acelerômetros Transdutores de vibração A escolha dos transdutores de vibração deve ser feita conforme a freqüência e unidade que se deseja medir. A tabela abaixo mostra uma relação entre a freqüência a ser medida e a eficácia do tipo do transdutor: TRANSDUTOR0-2 Hz2-5 Hz5-200 Hz200 Hz – 1 kHz1 – 2 kHz2-20 kHz DeslocamentoBOM FRACOLIMITADO QUASE NULO VelocidadeFRACOBOM FRACOPOBRE AceleraçãoLIMITADOFRACOBOM

29 Escolha e parâmetros dos acelerômetros Transdutores de vibração TRANSDUTOR0-2 Hz2-5 Hz5-200 Hz200 Hz – 1 kHz1 – 2 kHz2-20 kHz DeslocamentoBOM FRACOLIMITADO QUASE NULO VelocidadeFRACOBOM FRACOPOBRE AceleraçãoLIMITADOFRACOBOM Deslocamento Velocidade Aceleração

30 Referências bibliográficas Transdutores de vibração Bruel & Kjaer: SKF: MMF: ENDEVCO: CTC: https://ctconline.com/__100_mv_g___standard_size_(most_common).aspxhttps://ctconline.com/__100_mv_g___standard_size_(most_common).aspx GE Bently Nevada: Schenck: GIF:


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