
Os acelerômetros são utilizados para medir a aceleração da vibração de um determinado objeto. Eles podem ser usados para diversas aplicações, desde determinar o ângulo de inclinação de um objeto, medindo a aceleração da gravidade, até simplesmente verificar a rapidez com que um objeto está mudando de velocidade. Como os acelerômetros são fáceis de usar e operam em uma ampla faixa de frequências, eles são amplamente empregados no monitoramento de diversos tipos de máquinas, incluindo motores, bombas, ventiladores, compressores, turbinas e muitas outras máquinas rotativas e alternadas em diferentes indústrias.
O que é um Acelerômetro?
Primeiramente, é importante entender que a aceleração, de forma simplificada, descreve qualquer mudança na velocidade.
Assim, um acelerômetro é um pequeno dispositivo eletromecânico usado para medir a aceleração, bem como as diferentes forças que atuam sobre um objeto. Os acelerômetros podem monitorar tanto forças estáticas quanto dinâmicas.
• Forças estáticas, como a gravidade e o atrito, são aquelas que não alteram a direção ou a posição de um objeto e permanecem constantes.
• Forças dinâmicas, por outro lado, mudam a direção ou a posição de um objeto e são menos previsíveis.
Os acelerômetros são extremamente úteis porque detectam mudanças na aceleração e as convertem em medições de vibração. Esses sensores medem a vibração por meio de sinais elétricos, permitindo a análise da condição de uma máquina.
Como um Acelerômetro Funciona?
Um acelerômetro funciona gerando um sinal eletrônico a partir de um sensor instalado para medir aceleração dinâmica ou estática. O tipo de sensor presente no acelerômetro determina sua resposta à aceleração.
Por exemplo, quando a aceleração é medida por um acelerômetro piezoelétrico, o interior do sensor piezoelétrico (cristal) é submetido a estresse. Esse estresse faz com que o sensor gere uma carga elétrica proporcional às forças atuantes sobre o objeto.
Dessa forma, os acelerômetros detectam qualquer movimento do objeto, medem as forças aplicadas a ele e geram um sinal elétrico proporcional à aceleração detectada. Isso também se aplica aos acelerômetros MEMS.
Sensores de Acelerômetro
Como mencionado, os sensores de acelerômetro podem medir diferentes tipos de aceleração, dependendo do modelo. Existem quatro principais tipos de sensores de acelerômetro em uso:
1. Sensores Piezoelétricos
Um acelerômetro piezoelétrico utiliza o chamado efeito piezoelétrico, no qual um material gera uma carga elétrica quando submetido a estresse. Esses sensores são mais sensíveis do que outros tipos, como os acelerômetros piezoresistivos, e são os mais utilizados para medir vibração e choque em aplicações industriais. No entanto, uma desvantagem é que eles são acoplados em corrente alternada (AC), o que significa que não podem medir forças estáticas, como a gravidade.
2. Sensores Piezoresistivos
Diferente dos piezoelétricos, os acelerômetros piezoresistivos funcionam aumentando sua resistência proporcionalmente às forças aplicadas. Embora sejam menos sensíveis, esses dispositivos são amplamente utilizados na indústria automotiva, especialmente em testes de colisão de veículos, para medir quantidades precisas de força.
3. Sensores Capacitivos
O tipo mais comum de acelerômetro é o acelerômetro capacitivo. Ele mede a alteração na capacitância elétrica, que é a capacidade de um material armazenar energia elétrica. Quando o sensor detecta uma aceleração, o diafragma interno se move, modificando a distância entre as placas do capacitor e gerando uma leitura da aceleração ocorrida.
4. Sistemas Microeletromecânicos (MEMS)
Um acelerômetro MEMS opera em nanoescala. Pequenas variações no deslocamento entre placas alteram a capacitância, e essa mudança é proporcional à aceleração.MEMS são comumente usados em smartphones para detectar a orientação do aparelho.
- MEMS são comumente usados em smartphones para detectar a orientação do aparelho.
- Para alcançar a faixa de resposta de um acelerômetro piezoelétrico, os MEMS são frequentemente combinados: um para capturar frequências menores que 2000 Hz e outro para frequências acima de 1000 Hz, com a sobreposição sendo ajustada no próprio sensor.
- Devido ao seu tamanho compacto, os MEMS geralmente são montados em uma configuração triaxial, permitindo medir a aceleração em três direções ao mesmo tempo.
Acelerômetros para Medição de Vibração
Os acelerômetros medem a vibração monitorando a aceleração e convertendo-a em voltagem. Eles são geralmente montados em equipamentos para medir a vibração de máquinas que operam acima de 60 Hz. Para máquinas que operam a 60 Hz ou menos, costuma-se utilizar um acelerômetro integrado à velocidade, pois o sinal de velocidade integrada tem uma melhor relação sinal ruído em comparação com um sinal puro de aceleração.
Ao usar um acelerômetro para medir vibração, especialmente em ambientes industriais, a escolha ideal geralmente é um acelerômetro piezoelétrico. Esses acelerômetros se dividem em dois tipos:
Acelerômetros Piezoelétricos de Alta Impedância
- Possuem uma saída de carga única, que é convertida em voltagem por um amplificador de carga ou um conversor de impedância.
- A carga elétrica gerada é conectada diretamente aos instrumentos de medição.
- São ideais para aplicações em altas temperaturas, onde os acelerômetros de baixa impedância não são viáveis.
Acelerômetros Piezoelétricos de Baixa Impedância
- Utilizam os mesmos sensores piezoelétricos dos modelos de alta impedância, mas possuem um conversor embutido de carga para voltagem.
- Apresentam baixo ruído na saída e uma ampla faixa de frequência em comparação com os modelos de alta impedância.
- São mais comumente encontrados em ambientes industriais, auxiliando na identificação de problemas de vibração em máquinas rotativas e alternativas.
Por que Monitorar a Vibração?
O monitoramento da vibração é a melhor defesa de uma empresa contra paradas não programadas. Problemas inesperados ou falhas em máquinas podem gerar altos custos, impactando tempo, dinheiro e capital. Ao monitorar a vibração dos equipamentos, é possível identificar tendências anormais nos processos antes que ocorra uma falha ou dano crítico. Sistemas de monitoramento de vibração utilizam diversas ferramentas, como acelerômetros e transmissores, para registrar e compartilhar dados, garantindo que as máquinas operem de forma eficiente e segura.
Encontrando o Acelerômetro Ideal
A escolha do acelerômetro certo envolve diversos fatores. Dependendo das características que você deseja medir e do tipo de máquina em questão, é essencial considerar diferentes aspectos antes de tomar uma decisão.
Na Metrix, desenvolvemos tecnologias e serviços para monitoramento de vibração há muitos anos, ajudando a identificar possíveis falhas em equipamentos. Se você precisa de um novo sensor de vibração por aceleração para sua máquina ou suporte para instalação, podemos ajudar.
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🔗 Este conteúdo foi adaptado de um artigo publicado em www.metrixvibration.com
✍️ Por Everett Jesse, Vice-Presidente de Vendas e Marketing