Instalação e verificação de sensores de vibração: um guia prático para aplicações industriais.

1. Âmbito e Objetivo

Este guia de manutenção fornece um procedimento completo, passo a passo, para a instalação e verificação corretas de sensores de vibração industriais, incluindo acelerômetros e sensores de proximidade. Os princípios e métodos detalhados aqui são essenciais para o estabelecimento de programas confiáveis de monitoramento da condição de máquinas em diversos setores industriais, garantindo a conformidade com as normas da série ISO 10816 e as especificações dos fabricantes de equipamentos originais (OEMs). Este guia é aplicável durante o comissionamento de equipamentos, a manutenção preventiva de rotina e a integração de sistemas de monitoramento de vibração novos ou de substituição em máquinas rotativas.

O principal objetivo da instalação precisa de sensores de vibração é permitir a detecção precoce de falhas mecânicas, como desbalanceamento, desalinhamento, defeitos em rolamentos e desgaste de engrenagens. A instalação adequada garante a integridade dos dados, o que é fundamental para estratégias eficazes de manutenção preditiva e para maximizar o tempo de atividade dos ativos, contribuindo, em última análise, para um retorno positivo sobre o investimento (ROI) por meio da redução de paradas não planejadas e custos de manutenção.

2. Precauções de segurança

AVISO: Todos os procedimentos de manutenção devem ser realizados em estrita conformidade com os protocolos de bloqueio/etiquetagem (LOTO) específicos da instalação, conforme as normas NFPA 70E e OSHA 29 CFR 1910.147 . A falha em desenergizar e bloquear adequadamente o maquinário pode resultar em ferimentos graves ou morte.

AVISO: Sempre utilize Equipamentos de Proteção Individual (EPI) adequados, incluindo óculos de segurança (ANSI Z87.1), protetores auriculares (ANSI S12.6) e luvas resistentes a cortes (ANSI/ISEA 105), ao trabalhar em ou perto de máquinas.

AVISO: Tenha extrema cautela ao trabalhar com sistemas elétricos. Verifique se os circuitos estão desenergizados usando um multímetro devidamente calibrado e com a especificação correta antes de fazer qualquer conexão ou desconexão. Respeite todas as normas de proteção contra arco elétrico.

AVISO: Tenha cuidado com superfícies quentes, pontos de esmagamento e componentes rotativos durante todas as fases da instalação.

3. Ferramentas e materiais necessários

4. Lista de verificação para inspeção pré-manutenção

5. Procedimento passo a passo

5.1. Preparação para a Instalação

1. AÇÃO: Implementar os procedimentos de bloqueio/etiquetagem (LOTO) na máquina em questão.
2. AÇÃO: Verifique o estado de energia zero usando o multímetro (verificações de tensão e corrente).
3. AÇÃO: Limpe a superfície de montagem designada.

INSTRUÇÕES ESPECÍFICAS: Utilize um solvente de limpeza industrial (ex.: isopropanol) para remover toda a graxa, óleo e contaminantes. Certifique-se de que a superfície esteja seca antes de prosseguir.

INDICADORES VISUAIS: A superfície está visivelmente limpa, sem resíduos. O solvente evaporou completamente.

ERROS COMUNS: Não limpar completamente a superfície, deixando resíduos que comprometem o acoplamento do sensor.

4. AÇÃO: Prepare a superfície de montagem, garantindo que esteja plana e lisa.

VALORES ESPECÍFICOS: Retifique ou lime a superfície para obter uma tolerância de planicidade de <0,025 mm (0,001 pol.) no diâmetro da base do sensor e um acabamento superficial (Ra) de <3,2 µm (125 micropolegadas).

INDICADORES VISUAIS: A superfície apresenta aspecto fosco, sem brilho, e é lisa ao toque. Uma régua colocada sobre a superfície não revela frestas de luz.

ERROS COMUNS: Deixar superfícies ásperas ou irregulares, o que atenua a transmissão de vibrações de alta frequência.

5.2. Métodos de Montagem do Sensor

5.2.1. Montagem com pino (acelerômetros)

1. AÇÃO: Marque e faça o furo de montagem.

VALORES ESPECÍFICOS: Use uma broca com a rosca adequada para o pino do sensor (por exemplo, 5,5 mm para M6x1,0, 5,2 mm para 1/4-28 UNF). A profundidade da broca deve ser suficiente para acomodar o comprimento do pino mais 2 a 3 filetes de rosca além do pino. Para um pino típico de 1/4-28 UNF com 5 mm de comprimento, faça um furo de aproximadamente 8 mm de profundidade.

INDICADORES VISUAIS: O furo está perpendicular à superfície. Não há rebarbas ao redor do furo. Os cavacos da broca foram completamente removidos.

ERROS COMUNS: Perfuração muito rasa (engate insuficiente da rosca) ou muito profunda (enfraquece o revestimento). Não remover as rebarbas.

2. AÇÃO: Faça uma rosca no furo perfurado.

VALORES ESPECÍFICOS: Utilize o macho de rosca correto para o parafuso do sensor (ex.: M6x1,0, 1/4-28 UNF). Utilize fluido de corte para garantir roscas limpas.

INDICADORES VISUAIS: Roscas limpas, afiadas e consistentes. Rosca do parafuso prisioneiro entra suavemente com a mão.

ERROS COMUNS: Rosquear de forma incorreta ou usar o macho errado, resultando em uma montagem frouxa.

3. AÇÃO: Instale o parafuso de fixação.

INSTRUÇÕES ESPECÍFICAS: Aplique 1 a 2 gotas de trava-rosca de média resistência (ex.: Loctite 243) nas roscas do parafuso prisioneiro que se encaixam na carcaça da máquina. Instale o parafuso prisioneiro até que esteja firme. Se estiver usando um parafuso prisioneiro de dupla extremidade, certifique-se de que a extremidade correta para o sensor esteja exposta.

INDICADORES VISUAIS: O parafuso está firmemente encaixado e perpendicular. O trava-rosca está visível ao redor da base do parafuso. Aguarde o tempo de cura adequado, se especificado pelo fabricante do trava-rosca (por exemplo, 20 minutos para a cura inicial, 24 horas para a resistência total).

ERROS COMUNS: Apertar demais o parafuso prisioneiro (pode danificar a rosca) ou não usar trava-rosca (o parafuso prisioneiro pode se soltar).

4. AÇÃO: Monte o acelerômetro no parafuso.

VALORES ESPECÍFICOS: Aperte o sensor manualmente no parafuso prisioneiro. Usando uma chave dinamométrica, aperte o sensor com o torque especificado pelo fabricante. Valores típicos: 2,8-5,6 Nm (25-50 pol-lb) para 1/4-28 UNF; 3,0-6,0 Nm (27-53 pol-lb) para M6x1,0. Use um soquete de impacto com a chave dinamométrica para evitar danos ao sensor. Certifique-se de que a orientação da fiação interna esteja alinhada com o eixo da máquina para sensores triaxiais.

INDICADORES VISUAIS: O sensor está firmemente encaixado na superfície da máquina. Não há folgas visíveis. A chave dinamométrica emite um clique/indica o torque especificado.

ERROS COMUNS: Aperto insuficiente (acoplamento frouxo, resposta de frequência inadequada), aperto excessivo (danos ao sensor ou ao parafuso), não utilização de uma chave dinamométrica.

5.2.2. Montagem adesiva (acelerômetros)

1. AÇÃO: Prepare a superfície de montagem conforme a Seção 5.1.
2. AÇÃO: Aplicar adesivo industrial.

INSTRUÇÕES ESPECÍFICAS: Misture o adesivo epóxi bicomponente de acordo com as instruções do fabricante. Aplique uma camada fina e uniforme (por exemplo, de 0,5 a 1,0 mm de espessura) na base do sensor ou diretamente na superfície preparada da máquina.

INDICADORES VISUAIS: O adesivo está distribuído uniformemente. Sem bolhas de ar. Certifique-se de que o adesivo não obstrua as roscas do conector.

ERROS COMUNS: Aplicar adesivo em excesso (amortece a vibração), aplicar pouco adesivo (adesão deficiente), não misturar bem.

3. AÇÃO: Posicione e fixe o sensor.

INSTRUÇÕES ESPECÍFICAS: Pressione o sensor firmemente sobre a camada adesiva, girando-o ligeiramente para eliminar bolhas de ar. Aplique pressão constante por 30 a 60 segundos. Certifique-se de que a orientação do sensor esteja correta (por exemplo, com o eixo sensível alinhado). Mantenha a temperatura ambiente entre 20 e 25 °C (68 a 77 °F) para uma cura ideal.

INDICADORES VISUAIS: O sensor está nivelado com a superfície. O excesso de adesivo foi removido uniformemente ao redor da base. O sensor permanece imóvel.

ERROS COMUNS: Não segurar o sensor por tempo suficiente, permitindo que ele se desloque durante a cura inicial. Orientação incorreta.

4. AÇÃO: Deixe o adesivo curar.

VALORES ESPECÍFICOS: Consulte a ficha técnica do fabricante do adesivo para o tempo de cura total. A cura inicial típica para manuseio é de 4 a 6 horas, e a cura total para operação é de 24 horas a 22 °C (72 °F) . Os tempos de cura variam com a temperatura; temperaturas mais baixas aumentam significativamente o tempo de cura.

INDICADORES VISUAIS: O adesivo é rígido e não pegajoso. O sensor está fixado de forma firme.

ERROS COMUNS: Aplicar vibração ao sensor antes da cura completa, comprometendo a adesão.

5.2.3. Suporte Magnético (Acelerômetros)

1. AÇÃO: Prepare a superfície de montagem conforme a Seção 5.1.
2. AÇÃO: Fixe a base magnética.

VALORES ESPECÍFICOS: Certifique-se de que a base magnética esteja limpa e livre de partículas ferrosas. Para obter a melhor qualidade de dados, use uma base magnética plana (ímãs de terras raras são recomendados) sobre uma superfície ferromagnética perfeitamente plana. Evite superfícies pintadas. Certifique-se de que a força de atração magnética mínima seja de 150 N (33,7 lbf) para uma fixação segura.

INDICADORES VISUAIS: A base magnética fixa-se firmemente à superfície. Sem oscilação ou movimento. O sensor está rigidamente preso ao íman.

ERROS COMUNS: Utilizar em materiais não ferrosos, superfícies pintadas ou em chapas metálicas finas que podem ressoar. Este método destina-se principalmente a medições temporárias ou monitoramento baseado em rotas, não a monitoramento contínuo online.

5.2.4. Instalação da sonda de proximidade (para mancais de película fluida)

1. AÇÃO: Instale o suporte de montagem.

VALORES ESPECÍFICOS: Fixe o suporte à carcaça da máquina utilizando os parafusos apropriados. Certifique-se de que o suporte esteja rígido e permita o ajuste preciso da ponta da sonda. Aperte os parafusos de fixação com o torque especificado pelo fabricante (por exemplo, 20-25 Nm / 15-18 ft-lb para parafusos M10 ).

INDICADORES VISUAIS: O suporte está firmemente fixado, sem movimento ou flexão. Os parafusos de montagem estão devidamente apertados.

ERROS COMUNS: Usar um suporte frágil que introduza vibração ou movimento desnecessários.

2. AÇÃO: Instale a sonda de proximidade no suporte.

VALORES ESPECÍFICOS: Rosqueie a sonda no suporte até que sua ponta esteja a aproximadamente 2,5 mm (100 mil) da superfície do eixo. Certifique-se de que a sonda esteja perpendicular à superfície do eixo, com um desalinhamento máximo de ±0,5 grau .

INDICADORES VISUAIS: A ponta da sonda não interfere na rotação do eixo. O corpo da sonda está firme no suporte. Use um esquadro de precisão para verificar a perpendicularidade.

ERROS COMUNS: Danificar a ponta da sonda ao bater no eixo durante a instalação. Perpendicularidade incorreta.

3. AÇÃO: Ajuste a distância entre as sondas.

VALORES ESPECÍFICOS: Usando um relógio comparador ou calibradores de folga, ajuste com precisão a distância (folga) entre a ponta da sonda e o eixo. A folga operacional típica para uma sonda de 5 mm é de 1,25 a 1,90 mm (50 a 75 milésimos de polegada) . Consulte a documentação do fabricante para obter os valores específicos. Trave a sonda no lugar após o ajuste da folga. Verifique a leitura da folga em relação à tensão CC de saída do driver/oscilador-demodulador da sonda (por exemplo, de -8 VCC a -12 VCC para uma sonda de 200 mV/milésimos de polegada, onde -10 VCC normalmente corresponde à faixa intermediária de sensibilidade).

INDICADORES VISUAIS: A folga física medida corresponde à desejada. A tensão CC de saída da unidade de acionamento confirma a configuração da folga de acordo com a sensibilidade da sonda (por exemplo, -10 VCC para uma sonda de 5 mm com faixa completa de 10 V/mm, configurada para uma folga de 2,5 mm).

ERROS COMUNS: Ajuste incorreto da folga (levando a uma resposta não linear ou danos à sonda), não verificar a saída CC.

4. AÇÃO: Meça a descontinuidade elétrica.

VALORES ESPECÍFICOS: Gire o eixo lentamente com a mão (se seguro e viável) ou utilize um mecanismo de rotação. Registre a variação pico a pico da tensão CC de saída do driver da sonda. Essa variação representa o desvio radial, que idealmente deve ser inferior a 25% da amplitude de vibração total permitida para a máquina. Se o desvio radial for excessivo (por exemplo, >0,025 mm / 1 mil), investigue imperfeições na superfície do eixo (arranhões, magnetização) ou reavalie a posição da sonda.

INDICADORES VISUAIS: Saída de tensão CC estável durante a rotação do eixo ou flutuação mínima dentro dos limites aceitáveis.

ERROS COMUNS: Ignorar a oscilação elétrica excessiva, que pode mascarar a vibração mecânica real.

5.3. Instalação e gerenciamento de cabos

1. AÇÃO: Passe os cabos dos sensores.

VALORES ESPECÍFICOS: Direcione os cabos longe de fontes de calor (acima de 60 °C / 140 °F), bordas afiadas e linhas de energia de alta tensão (acima de 1000 V). Mantenha uma separação mínima de 300 mm (12 pol.) de cabos de energia não blindados e de 150 mm (6 pol.) de cabos de energia blindados.

INDICADORES VISUAIS: Os cabos seguem um caminho desimpedido, evitando zonas de potencial dano. Sem dobras ou curvas excessivas (raio de curvatura mínimo normalmente de 5 a 10 vezes o diâmetro do cabo).

ERROS COMUNS: Passar os cabos de forma desordenada, o que pode causar danos ou interferência no sinal.

2. AÇÃO: Prenda os cabos.

VALORES ESPECÍFICOS: Utilize abraçadeiras ou grampos de cabo de grau industrial a cada 300-500 mm (12-20 pol.) ao longo do percurso do cabo. Certifique-se de que as entradas de cabos nas caixas de junção estejam devidamente apertadas com um torque de 1,5-2,0 Nm (13-18 pol-lb) para uma vedação à prova de intempéries (IP67/NEMA 4X).

INDICADORES VISUAIS: Os cabos estão firmemente fixados, sem folgas ou seções soltas. As conexões estão bem apertadas.

ERROS COMUNS: Apertar demais as abraçadeiras (pode comprimir os condutores), suporte insuficiente que leva à falha por fadiga.

3. AÇÃO: Conecte os cabos aos sensores e ao sistema de aquisição de dados.

VALORES ESPECÍFICOS: Certifique-se de que os conectores estejam limpos e secos. Para conectores rosqueados (por exemplo, MIL-C-5015), aperte manualmente até ficarem firmes e, em seguida, use uma chave para girar mais 1/8 a 1/4 de volta . Para conectores BNC, gire até obter um travamento firme. Verifique as conexões de aterramento/blindagem adequadas no DAS para evitar loops de terra. A blindagem deve ser aterrada em apenas uma extremidade, normalmente no DAS. Meça a continuidade da carcaça do sensor até o ponto de aterramento do DAS para confirmar a continuidade adequada da blindagem (alvo <1 Ohm).

INDICADORES VISUAIS: Os conectores estão totalmente encaixados e seguros. Não há condutores expostos. O multímetro confirma a integridade do circuito de aterramento.

ERROS COMUNS: Conexões soltas (sinal intermitente), blindagem inadequada (ruído), fiação incorreta (danos ao sensor).

5.4. Verificação da resposta em frequência (acelerômetros)

1. AÇÃO: Conecte o sensor a um gerador de sinais/vibrador e a um sistema de aquisição de dados.

VALORES ESPECÍFICOS: Certifique-se de que o vibrador esteja estável e isolado. Ajuste o gerador de sinais para uma saída senoidal de baixa amplitude (por exemplo, aceleração de 1 g RMS ). Configure o DAS para registrar a forma de onda no domínio do tempo e o espectro FFT.

INDICADORES VISUAIS: O agitador opera sem problemas. O DAS exibe uma forma de onda senoidal nítida.

ERROS COMUNS: Sobrecarga do agitador ou do sensor. Configurações incorretas do DAS.

2. AÇÃO: Realize uma varredura de frequência.

VALORES ESPECÍFICOS: Varie lentamente a frequência do gerador de sinais de 5 Hz a 5 kHz (ou o limite superior de frequência do sensor). Registre a amplitude de saída do sensor em intervalos de 1/3 de oitava (por exemplo, 5, 6,3, 8, 10, 12,5, …, 5000 Hz).

INDICADORES VISUAIS: O DAS exibe picos de frequência crescentes na FFT. A amplitude registrada deve permanecer relativamente constante em toda a faixa de frequência dentro da tolerância especificada do sensor (por exemplo, ±3 dB ).

ERROS COMUNS: Varredura muito rápida, perdendo pontos de frequência críticos. Não permitir que o sinal se estabilize em cada ponto.

3. AÇÃO: Verificar a resposta em frequência.

VALORES ESPECÍFICOS: Compare a curva de amplitude versus frequência registrada com o certificado de calibração do sensor e as especificações típicas. A saída do sensor deve estar dentro da faixa de tolerância especificada pelo fabricante (por exemplo, ±5% ou ±3 dB ) em toda a sua faixa de frequência nominal. Uma queda significativa ou um pico de ressonância fora das especificações indica um sensor defeituoso ou um problema de montagem.

INDICADORES VISUAIS: O gráfico mostra uma resposta de frequência plana dentro dos limites especificados.

ERROS COMUNS: Aceitar um sensor com resposta de frequência degradada, o que leva a dados imprecisos em determinadas frequências.

5.5. Configuração de alarmes (Sistemas de monitoramento online)

1. AÇÃO: Acesse o software do sistema de monitoramento online.

VALORES ESPECÍFICOS: Faça login com as credenciais apropriadas. Certifique-se de que o software esteja se comunicando com todos os sensores instalados.

INDICADORES VISUAIS: O software exibe dados em tempo real de todos os canais. Sem erros de comunicação.

ERROS COMUNS: Uso de credenciais de login incorretas, problemas de rede.

2. AÇÃO: Defina os limites de alarme.

   VALORES ESPECÍFICOS: Defina os limites de alarme (alerta) e perigo (crítico) com base em normas relevantes (por exemplo, ISO 10816-1, ISO 10816-3 para classes de máquinas I-IV), especificações do fabricante original e dados históricos de referência. Para máquinas de uso geral, os níveis de alarme típicos podem ser de 4,5 mm/s RMS (0,18 pol/s RMS) e os níveis de perigo de 7,1 mm/s RMS (0,28 pol/s RMS) , mas as aplicações específicas podem variar. Para deslocamento em mancais de deslizamento, o alarme pode ser de 50 µm (2 mil) pico a pico e o perigo de 100 µm (4 mil) pico a pico .

   INDICADORES VISUAIS: O software exibe as configurações de alarme ativas. Os alarmes de teste são acionados corretamente com entradas simuladas.

   ERROS COMUNS: Configurar alarmes com sensibilidade excessiva (alarmes falsos, fadiga de alarmes) ou com sensibilidade insuficiente (não detectar falhas críticas). Não levar em consideração as variações de carga ou velocidade da máquina.

3. AÇÃO: Configure os atrasos e a histerese dos alarmes.

VALORES ESPECÍFICOS: Implemente atrasos de alarme (por exemplo, 5 a 10 segundos ) para evitar que picos transitórios disparem alarmes falsos. Defina a histerese (por exemplo, 5 a 10% abaixo do limite de alarme ) para evitar que os alarmes oscilem rapidamente em torno do ponto de ajuste. Configure os métodos de notificação (por exemplo, e-mail para a equipe de manutenção, SMS para o técnico de plantão).

INDICADORES VISUAIS: Os alarmes respondem de forma previsível a excursões sustentadas acima dos limites definidos. As notificações são recebidas por pessoal designado.

ERROS COMUNS: Não usar atrasos/histerese, o que leva a alarmes falsos. Configuração incorreta de notificações.

6. Lista de verificação pós-manutenção

7. Guia de Solução de Problemas

8. Cronograma de manutenção recomendado

9. Referência de peças de reposição

Para uma seleção completa de componentes e acessórios certificados para monitoramento de vibração, visite o catálogo eletrônico da UNITEC-D .

10. Referências

• ISO 10816-1:1995: Vibração mecânica — Avaliação da vibração de máquinas por meio de medições em partes não rotativas — Parte 1: Diretrizes gerais.
• ISO 10816-3:2009: Vibração mecânica — Avaliação da vibração de máquinas por meio de medições em partes não rotativas — Parte 3: Máquinas industriais com potência nominal acima de 15 kW e velocidades nominais entre 120 rpm e 15.000 rpm quando medidas in situ.
• API 670:2014: Sistemas de proteção de máquinas. Instituto Americano de Petróleo.
• ANSI/ASA S2.46-1989 (R2019): Métodos para calibrar sensores de vibração e choque.
• NFPA 70E: Norma para Segurança Elétrica no Local de Trabalho. Associação Nacional de Proteção contra Incêndios.
• OSHA 29 CFR 1910.147: O Controle de Energia Perigosa (Bloqueio/Etiquetagem).
• Documentação do fabricante original (OEM) para máquinas específicas e equipamentos de monitoramento de vibração.