Como ter dados confiáveis de sensores de vibração sem fio

A fidelidade dos dados coletados por sensores de vibração sem fio está diretamente relacionada ao método utilizado para sua fixação no componente a ser monitorado.

É fundamental que haja um acoplamento rígido para garantir um indicador confiável da saúde do ativo monitorado.

Cada método de fixação pode interferir na qualidade do resultado obtido. Portanto, é bom conhecer as diferentes formas de fixação e entender sua importância e limitações em termos de espectros de vibração.

Além disso, é importante a seleção correta do tipo de sensor para a vibração a ser monitorada e da definição correta do local de instalação na máquina ou componente.

Os sensores de vibração sem fio medem a vibração principalmente de acordo com o eixo de monitoramento, por isso, é importante que o sensor seja instalado em uma posição ideal da máquina.

Uma ancoragem firme também é indispensável, pois a adesão incorreta produzirá dados inconsistentes sobre o estado da máquina e seus componentes.

A seguir, a instalação de sensores será abordada tanto em relação ao método quanto ao local de fixação.

QUANTO AO MÉTODO DE FIXAÇÃO

Os sensores podem ser instalados de diferentes maneiras.

A largura de banda de frequência do sensor é especialmente sensível à forma como é acoplado ao equipamento.

O método de fixação do sensor no ponto de medição é um dos fatores mais críticos na obtenção de resultados precisos, a partir de medições práticas de vibração.

Desta forma, a fixação contraindicada resulta no aparecimento de ressonâncias não pertinentes, o que pode limitar severamente a faixa de frequência útil do acelerômetro.

Toda instalação de sensor tem características dinâmicas como rigidez, massa adicionada e amortecimento.

Desta forma, esse sistema dinâmico contamina a banda de frequência do sensor em caso de fixação inadequada.

Idealmente, busca-se maximizar a rigidez, focando no aumento da frequência de ressonância da instalação.

Existem cinco métodos comumente usados para instalar sensores, e cada um tem uma frequência operacional máxima que pode ser monitorada.

A Figura 1 ilustra os cinco métodos de fixação mais comuns na medição de vibração de máquinas.

Destes cinco métodos de fixação, vamos focar nos métodos mais comuns aplicados ao monitoramento de condição de máquinas, isto é: (5) fixação por parafuso, (4) por adesivo e (2) por ímã.

• FIXAÇÃO POR PARAFUSO

A fixação por parafuso é normalmente usada para aplicações de sensores afixados permanentemente.

Em geral, o uso de parafuso na fixação é mais eficiente, essencialmente por tornar ambas as partes uma só.

Algumas vezes, uma cola adesiva pode ser usada em combinação com a fixação por parafuso para prevenir perdas na fixação sobre condições de vibrações laterais ou torcionais.

Além disso, em instalações irregulares, com o sensor mal apoiado ou em balanço, o uso de resinas ou colas metálicas em combinação com o parafuso pode ajudar a aumentar a adesão do sensor.

O método de fixação por parafuso nem sempre é o mais prático, mas é o método preferencial para sensores de vibração.

Devido aos níveis de confiabilidade deste tipo de fixação, é esperado que este produza a melhor repetibilidade de todos os métodos.

Para esses casos de fixação, o sensor ou DynaLogger da Solução DynaPredict possui um parafuso M6-1 através de seu pino metálico e se conecta com o furo na superfície do ponto de monitoramento.

A Figura 2 ilustra a fixação padrão na superfície de máquina.

Dentre as principais orientações para a conexão via aparafusamento, destacam-se:

• Uso de uma arruela de pressão ou auto-travante para garantir o torque de aperto inicial, evitando o afrouxamento da fixação com o tempo. O torque de aperto especificado é de 11 Nm ou 1.12 kgfm;
• O furo para fixação deverá ter no mínimo 15 mm de profundidade para garantir a conexão sólida entre o sensor e a superfície da máquina;
• Ao fazer novos furos para a instalação por parafuso, é necessário ter cuidado para garantir que o furo seja perfurado perpendicularmente à superfície da máquina;
• Quando a fixação por parafuso é feita em uma superfície curvada ou irregular, o uso de cola metálica ou epóxi é recomendada para permitir que o sensor esteja totalmente rígido, sem ser afetado pelas irregularidades na base;
• O sensor deve ser apertado com chave Allen especificada nas orientações de uso do produto; NÃO utilize alicates ou outras chaves para apertar o sensor mais que o necessário.

Evite as armadilhas e siga as boas práticas ilustradas na Figura abaixo:

• FIXAÇÃO POR ADESIVO

A fixação por adesivo deve ser utilizada como alternativa à montagem padrão com parafuso, isto é, nos casos em que a fixação em uma superfície plana não é possível ou quando não se pode perfurar a superfície para fixação do sensor.

Um exemplo seria uma carcaça de motor de parede fina e feita em alumínio.

Nesse caso, a espessura da carcaça pode ser muito fina para acomodar perfurações e rosqueamentos para um parafuso e, além disso, uma instalação por ímã não seria satisfatória, pois ele não será atraído pelo alumínio.

Outro exemplo são as paredes finas em mancais, onde a superfície não pode ser perfurada.

Além desses exemplos, quando há um desnível ou pouca área de contato, a fixação por adesivo pode ser mais adequada.

Deve-se tomar muito cuidado ao preparar a superfície para usar um adesivo, de forma a garantir uma ligação permanente, pois uma união defeituosa poderá induzir a erros significativos na medição.

Por outro lado, uma alternativa para montagens portáteis é colar um suporte de fixação à superfície da máquina.

O tipo de adesivo deve ser apropriado para os materiais e o ambiente em que será aplicado.

O adesivo também deve fornecer uma base rígida.

Um adesivo “mole” fará com que as frequências mais altas sejam absorvidas, devido ao seu alto grau de amortecimento.

Para a fixação do sensor da Solução DynaPredict, recomenda-se o uso da massa epóxi bicomponente ou cola metálica com quantidade de aproximadamente 2 cm³, de acordo com as instruções indicadas pelo fabricante.

A massa epóxi deve ser distribuída pela superfície inferior do DynaLogger, de acordo com a Figura 4, mantendo uma folga de aproximadamente 2 mm do pino metálico, para não interferir na medição de temperatura.

Pressione o DynaLogger no ponto de medição, seguindo a orientação dos eixos (desenhados na etiqueta do produto) da maneira mais adequada.

Por fim, pressione a sobra da massa epóxi contra as paredes do Dynalogger, para melhor ancoragem.

• FIXAÇÃO MAGNÉTICA

A fixação por base magnética é normalmente usada para aplicações de sensor instalado para fácil remoção.

Em geral, quando a montagem é perpendicular à superfície regular da máquina, os sensores com base magnética podem resistir a uma força de 20 a 25 kgf.

Existem bases de suporte ou pads, de todos os tamanhos e formatos para sensores magnéticos. Inclusive aqueles que se adaptam às áreas curvas.

Os pads ajudam a aumentar a repetibilidade. Ainda assim, há uma alta probabilidade de deslocamento do sensor, o que afeta a leitura nos três eixos (vertical, horizontal e axial).

Note que as superfícies de adesão devem ser verdadeiramente magnéticas (ligas de aços com ferro, níquel, cobalto, etc).

Além disso, essas superfícies devem ser livres de irregularidades que resultem na inclinação do sensor e, portanto, podem modificar sua orientação e rigidez de fixação, prejudicando o resultado da medição.

A fim de evitar a perda de magnetismo e obter os melhores resultados, essas recomendações, também ilustradas abaixo, devem ser seguidas:

QUANTO AO LOCAL DE FIXAÇÃO DO SENSOR DE VIBRAÇÃO

A seleção do local de fixação do sensor é importante porque os locais flexíveis ou em balanço em uma máquina, podem influenciar a medição do sensor.

A fixação flexível em aletas de motor ou em proteções, geralmente, não estão fielmente em comunicação com as principais fontes de vibração.

Note que a localização da fixação não depende do tipo de adesão, uma vez que, se o sensor for afixado junto a uma superfície flexível, nenhum dos tipos de instalação informados será eficaz.

O sensor de vibração nunca deve ser usado em estruturas leves (com pouca robustez) porque o peso do sensor pode distorcer o comportamento vibracional da estrutura.

Em geral, o peso combinado do sensor (com parafuso, base magnética, etc) deve ser inferior a 10% do peso da estrutura vibratória.

Para medir adequadamente as fontes de vibração de uma máquina, deve-se sempre fixar o sensor o mais próximo possível dos pontos mais rígidos da máquina, como mancais e carcaças.

Os motivos são:

1. Os níveis de vibração são menores e menos ruidosos, portanto evitando o overload do sinal coletado e o mascaramento de componentes de vibração;
2. Todos os esforços dinâmicos da máquina são transmitidos diretamente para os apoios, logo, todas as fontes de vibração serão mais facilmente detectáveis. Mais especificamente, deve-se fixá-lo o mais próximo possível da fonte de vibração de interesse, a fim de evitar captar sinais distorcidos de origens outras que não as que realmente interessam.

Exemplos de escolhas inadequadas de local de montagem e a influência na resposta de frequência do acelerômetro são mostrados na Figura 6.

A SOLUÇÃO DYNAPREDICT

Para obter melhores resultados com a Solução DynaPredict, é fundamental fixar corretamente os DynaLoggers nos pontos de medição.

Seguindo todas as recomendações listadas neste texto, para cada tipo de fixação, e escolhendo os melhores locais para monitoramento, todas as fontes de vibração podem ser detectadas facilmente nas três direções pelos sensores da Solução DynaPredict.

Além disso, nosso DynaLogger possui um sensor de temperatura, o qual pode ser utilizado para correlação com os aumentos de vibração.

Todos os dados são coletados sem a utilização de cabos. Transmitidos via Bluetooth para o Aplicativo de Celular ou Gateway e, destes para a Plataforma Web, possibilitando assim a análise do histórico de dados e definição das ações necessárias.