A detecção de vibrações em equipamentos industriais tornou-se um componente essencial da manutenção preditiva. As alterações nos sinais de vibração podem refletir falhas potenciais, como desgaste de rolamentos, engrenamento anormal e desbalanceamento de rotores. Os sensores MEMS (Sistemas Microeletromecânicos), com suas vantagens de miniaturização, alta sensibilidade e baixo custo, estão gradualmente substituindo os sensores piezoelétricos tradicionais e se tornando a principal tecnologia para detecção de vibrações. A seguir, são apresentadas as principais aplicações e características técnicas dos sensores MEMS na detecção de vibrações em equipamentos industriais.

1. Principais cenários de aplicação

(1) Monitoramento de máquinas rotativas em equipamentos industriais

Para equipamentos industriais como motores, bombas, ventiladores, compressores, caixas de engrenagens, geradores e turbinas, os sensores de vibração MEMS podem detectar vibrações causadas pela distribuição desigual de massa em componentes rotativos, bem como vibrações resultantes do desalinhamento dos centros dos eixos em acoplamentos (incluindo desalinhamento paralelo e desalinhamento angular). Para falhas em rolamentos, os sensores de vibração MEMS detectam danos incipientes em rolamentos de esferas ou de deslizamento (como corrosão por pite, lascamento, trincas e desgaste).

(2) Monitoramento de condição e manutenção preditiva

Os sensores de vibração MEMS possuem tamanho reduzido e baixo consumo de energia, o que os torna ideais para instalação em equipamentos críticos para aquisição contínua de dados de vibração e monitoramento online do status. Através da análise das tendências, características espectrais (como frequências características de falha), análise de envelope, etc., dos sinais de vibração, é possível fornecer alertas precoces de falhas nos equipamentos.

(3) Detecção de choques e eventos transitórios

Os acelerômetros MEMS possuem características de resposta de banda larga (resposta CC) e podem detectar eventos como impacto, colisão e vibração transitória causadas pela abertura e fechamento de válvulas, que podem danificar o equipamento ou indicar problemas potenciais.

2. Vantagens técnicas dos sensores MEMS (em comparação com os sensores de vibração piezoelétricos tradicionais)

O custo extremamente baixo dos sensores MEMS é o fator mais crítico para impulsionar sua implantação em larga escala. O preço é muito inferior ao dos sensores de vibração industriais tradicionais, tornando economicamente viável a implantação de um grande número de sensores em um único dispositivo ou em múltiplos pontos de medição. O consumo de energia extremamente baixo dos sensores MEMS os torna altamente adequados para aplicações de redes de sensores sem fio alimentadas por bateria, permitindo operação contínua e sem necessidade de manutenção. Os sensores MEMS são pequenos e leves, praticamente sem efeito de carga (efeito de massa) sobre o objeto medido. Eles são flexíveis em relação aos métodos de instalação, como colagem e atração magnética, o que os torna particularmente adequados para dispositivos pequenos ou cenários com espaço limitado.

3. Desafios potenciais e precauções críticas

A principal limitação dos sensores MEMS na área de detecção de vibrações reside na sua resposta em altas frequências. Sensores piezoelétricos tradicionais abrangem facilmente a faixa de 10 kHz ou até mesmo frequências mais altas (como 40 kHz), enquanto sensores MEMS de grau industrial geralmente apresentam uma resposta plana na faixa de 3 kHz a 10 kHz. Isso compromete a capacidade de detectar falhas precoces em rolamentos de altíssima velocidade (cuja frequência característica de falha pode ser elevada) ou em componentes de alta frequência de engrenagens, exigindo uma seleção criteriosa dos modelos de sensores com base na faixa de frequência característica do equipamento testado. Além disso, sensores MEMS padrão, tanto para uso em aplicações de consumo quanto industriais, normalmente operam em temperaturas que variam de -40 °C a +85 °C ou +105 °C. Para determinados ambientes industriais (como próximo a motores e turbinas), podem ser necessários sensores MEMS especializados para altas temperaturas (até +125 °C ou mais) ou medidas de isolamento. Sensores piezoelétricos, por sua vez, geralmente possuem uma faixa de temperatura de operação mais ampla.

4. Produtos de sensores de vibração MEMS

O sensor de vibração MEMS ACM-1000, produzido pela Micro-Magic Inc., foi projetado de acordo com padrões industriais e utiliza tecnologia de filtragem digital para reduzir efetivamente o ruído de medição e melhorar a precisão. É adequado para diversas aplicações, como testes de vibração, impacto e choque.

O ACM-1000 pode fornecer diretamente a velocidade, o ângulo, a amplitude (deslocamento), a frequência e a temperatura da vibração em três eixos de um objeto, e determinar se o objeto medido (ponte, ventilador, medição e monitoramento em tempo real da vibração de rolamentos de máquinas rotativas) está danificado, facilitando a análise dos dados pelos usuários. Por exemplo, falhas em máquinas causadas por problemas no sistema de eixos (desgaste das pás, desequilíbrio dinâmico, desalinhamento), falhas em rolamentos (danos, lubrificação inadequada, colisão, folga) e falhas na transmissão (desgaste das engrenagens, desgaste das correias, desgaste do acoplamento, corrosão e descascamento das engrenagens), etc., podem ser detectadas antecipadamente pelos sensores de vibração, emitindo alarmes e impedindo que a máquina continue operando em condições adversas e sofra danos.

Indicadores de desempenho ACM-1000

Além disso, a Micro-Magic Inc. também lançou as séries de acelerômetros de alta precisão ACM-100, ACM-200 e ACM-300, adequadas para diferentes cenários de aplicação e para diversos setores industriais, como testes de vibração, testes de impacto, monitoramento de fadiga e previsão. Isso permite que os clientes configurem os equipamentos de forma flexível, de acordo com as necessidades de cada aplicação.

Conclusão

Os sensores MEMS estão revolucionando o campo da detecção de vibrações em equipamentos industriais devido às suas vantagens disruptivas de custo, baixo consumo de energia, tamanho reduzido e facilidade de integração digital. Eles reduzem significativamente o limiar para monitoramento de condição e manutenção preditiva, possibilitando o monitoramento contínuo em uma gama mais ampla de dispositivos e em mais pontos de medição, especialmente na análise de vibrações em frequências médias e baixas (como desbalanceamento, desalinhamento, falha prematura de rolamentos, folga, etc.) e na construção de redes de monitoramento sem fio em larga escala.

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