Sensor de vibração sem fio em motor elétrico: onde fixar e o que medir

Um sensor de vibração mal posicionado mede a vibração da chapa onde foi colado, não a do motor. E um sensor bem posicionado mas mal fixado perde justamente as frequências altas, onde o rolamento avisa primeiro. Este artigo explica onde o sensor deve ficar num motor elétrico, como fixar, que faixa de frequência importa e o que aparece no espectro de um motor quando algo começa a dar errado.

É leitura para quem vai instalar sensores sem fio na planta e quer que o dado sirva para alguma coisa.

Onde fixar: no mancal, o mais perto possível do rolamento

A vibração que interessa nasce no rolamento e chega à carcaça pelo caminho mais rígido. A ISO 20816-3 manda medir na caixa do mancal ou na parte da carcaça que responde diretamente às forças transmitidas por ele. Num motor, são as duas tampas: o lado do acoplamento (LA, ou DE, drive end) e o lado oposto ao acoplamento (LOA, ou NDE).

O que evitar:

• Tampa do ventilador e capas de chapa fina: vibram por conta própria e amplificam o que não interessa.
• Aletas de refrigeração: são flexíveis e ficam longe do mancal.
• Base ou pé do motor: mede a fundação, não o mancal.

Se a tampa tem um ressalto usinado perto do eixo, é ali.

Direções: radial e axial

A norma pede duas medições radiais perpendiculares por mancal, em geral vertical e horizontal, e a axial quando há mancal de escora ou suspeita de desalinhamento. Um sensor triaxial fixado no mancal resolve as três direções de uma vez, desde que um dos eixos do sensor esteja alinhado com o eixo do motor. Anote a orientação: um espectro sem direção conhecida não se interpreta.

Regras práticas de quem está começando:

• Horizontal costuma ser a direção de maior amplitude em motor horizontal, porque a base é menos rígida nesse sentido.
• Axial alto em relação ao radial aponta para desalinhamento angular ou problema no mancal de escora.

Fixação: rosca, adesivo ou ímã

O tipo de fixação define até que frequência o sensor enxerga. A ISO 5348 lista os métodos e suas limitações, e os números de campo são conhecidos:

• Prisioneiro roscado (stud): melhor resposta, chega ao limite do próprio sensor (20 kHz ou mais). Exige furo roscado, superfície plana e torque correto: pouco torque derruba a frequência máxima.
• Adesivo estrutural (epóxi) ou base colada com furo roscado: resposta pouco inferior à rosca, e não exige furar a carcaça. É a fixação que usamos em instalação permanente sem parar a máquina.
• Ímã: o mais prático, e o mais traiçoeiro. Sem preparo de superfície, um sensor que responde até 20 kHz na rosca cai para 3 a 4 kHz no ímã. Com superfície usinada, limpa e uma película de graxa de silicone entre ímã e carcaça, ensaios de campo chegaram perto de 10 kHz. Tinta grossa, ferrugem e superfície curva derrubam o resultado.
• Ponta de prova manual: confiável só até cerca de 1 kHz.

Para sensor que vai ficar anos na máquina, rosca ou epóxi. Ímã serve para uma medição de comparação, não para monitoramento contínuo.

Faixa de frequência e taxa de amostragem

Duas faixas importam num motor:

• 10 Hz a 1.000 Hz, a banda da ISO 20816-3, onde vivem desbalanceamento, desalinhamento, folga e os problemas elétricos. É nela que se calcula o RMS de velocidade comparado às zonas da norma.
• Acima de 1 kHz, onde o rolamento em início de falha excita as próprias frequências naturais (tipicamente entre 500 Hz e 1,5 kHz) e onde as técnicas de envelope trabalham.

A taxa de amostragem precisa ser pelo menos o dobro da maior frequência de interesse (Nyquist); na prática, os analisadores usam 2,56 vezes para acomodar o filtro anti-aliasing. Para cobrir a banda da norma, 2,56 kHz de amostragem bastam; para enxergar rolamento em estágio inicial, é preciso amostrar acima de 10 kHz. Confirme a faixa útil do sensor na ficha técnica e na proposta: o número que importa é a frequência máxima com a fixação escolhida, não a do catálogo na bancada.

Sensor sem fio de instalação permanente costuma trabalhar em duas camadas: envia periodicamente os valores globais (RMS por eixo, pico, temperatura, frequência dominante), que alimentam a tendência e o alerta, e entrega o espectro FFT completo sob demanda, quando o engenheiro quer olhar o detalhe. É assim que a nossa plataforma funciona.

O que aparece no espectro de um motor

No Brasil a rede é de 60 Hz, então um motor de 4 polos gira perto de 1.750 rpm (29 Hz) e um de 2 polos perto de 3.500 rpm (58 Hz). Com a rotação em mãos, o espectro se lê assim:

• 1x rotação, radial: desbalanceamento. A força cresce com o quadrado da velocidade.
• 2x rotação, radial e axial: desalinhamento com a carga. Axial alto reforça.
• Múltiplos inteiros de 1x (3x, 4x...): folga mecânica, pé manco, base solta.
• 120 Hz (duas vezes a frequência da rede), sem relação exata com a rotação: origem elétrica: excentricidade de entreferro, estator com problema, desbalanceamento de fases. O teste clássico: desliga-se o motor e o pico some na hora, enquanto os picos mecânicos caem devagar com a rotação.
• Múltiplos não inteiros de 1x (5,14x, 3,78x...): rolamento. As frequências de falha de rolamento nunca são múltiplos exatos da rotação, e é isso que as denuncia.
• Bandas laterais em volta de 1x ou das frequências de rolamento: modulação, sinal de que um defeito entra e sai da zona de carga a cada volta.

Temperatura no mesmo ponto

O sensor que mede vibração no mancal costuma medir a temperatura da carcaça ali. Não é a temperatura do rolamento, mas acompanha. Atrito, falta de lubrificação e sobrecarga aparecem como subida de temperatura antes ou junto da subida de vibração; a leitura combinada evita conclusões precipitadas.

O que fazer agora

1. Para cada motor crítico, defina o ponto: tampa LA e tampa LOA, sobre metal maciço.
2. Escolha rosca ou epóxi. Deixe o ímã para diagnóstico pontual.
3. Anote rotação nominal, número de polos e, se conseguir, o modelo do rolamento. Sem isso o espectro é adivinhação.
4. Registre a orientação dos eixos do sensor.
5. Faça a primeira leitura com a máquina boa e guarde como linha de base.

Se quiser saber o que a sua planta precisa, fale com um engenheiro nosso.

---

Fontes: ISO 20816-3:2022 (itens 4.2 e 5); ISO 5348:2021, Mechanical vibration and shock — Mechanical mounting of accelerometers; PCB Piezotronics, white paper WPL-46, Magnet Mounting Techniques for Machinery Vibration Monitoring (Praxair); Ludeca, 4 Stages of Bearing Failures (2021).