Desenvolvimento e Caracterização de um Acelerômetro Piezoelétrico Uniaxial

O sensor de vibração do tipo acelerômetro piezoelétrico converte a vibração mecânica de uma máquina em sinais elétricos. Por meio da análise destes sinais, monitora-se a saúde estrutural do equipamento, permitindo determinar o melhor instante para a tomada de uma ação corretiva. O presente trabalho objetiva projetar, fabricar e caracterizar experimentalmente um protótipo de acelerômetro piezoelétrico uniaxial, composto por massa de base, cerâmica piezoelétrica, massa sísmica, terminal de leitura e envólucro. O sensor foi inicialmente modelado em software de projeto e desenho assistidos por computador (CAD), o modelo foi simulado computacional- mente, onde foram investigadas as propriedades mecânicas, com o software Ansys. O sensor foi manufaturado, sendo composto por aço carbono 1020, cerâmica piezoelétrica de titânio, zircônio e chumbo, e um conector bnc. As propriedades eletromecânicas foram obtidas por es- pectroscopia de impedância. Em uma bancada de ensaios de fabricação própria, foram obtidos os sinais do sensor manufaturado e também de um analisador de sinais comercial, Fluke 810. As propriedades experimentais e computacionais foram comparadas, bem como os sinais dos dois sensores. Obteve-se um dispositivo funcional, e que pode ser utilizado em um computador com placa de áudio e com frequencímetro digital instalado. Foram detectadas duas frequências de ressonância no intervalo de análise. A primeira ocorreu em 94,3 kHz, com desvio percentual de 3,06% com relação ao valor numérico de 91,5 kHz. Já a segunda ocorreu em 129,0 kHz, com desvio percentual de 4,88% com relação ao valor numérico de 123,0 kHz. Pelo desvio relativamente pequeno, é possível determinar as frequências de ressonância do sensor apenas com a análise harmônica. Segundo a análise harmônica, a faixa de operação do sensor limitou- se para frequências de até 89,4 kHz. Por fim, pela comparação entre os espectros de frequência dos acelerômetros, o manufaturado apresentou um desempenho comparável com o acelerô- metro comercial. Para trabalhos futuros, recomenda-se a substituição do aço 1020 para um aço inoxidável. De modo que o sensor seja resistente à corrosão, e suporte o ambiente industrial.

Palavras-Chave: Acelerômetro Piezoelétrico; Manutenção Preditiva; Ansys Workbench