Sensores de vibração na prática: tipos, sensibilidade, fixação

Coloca-se um íman no apoio de um ventilador e vê-se 0,4 mm/s onde a máquina se ouve através da parede. Ou, ao contrário, 180 mm/s numa bomba que trabalha tranquilamente há três anos. Em ambos os casos, quem mente não é o rotor, mas a cadeia de medição: o sensor, a sensibilidade introduzida, a fixação, o cabo. Analisamos esta cadeia por partes, desde o elemento sensível até ao conector, e vemos exatamente onde se perde a confiança no número.

Atualizado em 27 de agosto de 2026 · por AXILINE · Vila Nova de Gaia

Três tipos de sensores de uso corrente e um caso especial

O acelerómetro piezoelétrico cobre quase tudo o que faz numa deslocação. No interior tem um elemento piezoelétrico carregado com uma massa de inércia: com a vibração, a massa pressiona o cristal, e o cristal liberta uma carga proporcional à aceleração de vibração. A banda deste tipo de sensor começa nas unidades de hertz e vai até dezenas de quilohertz, o corpo aguenta um apoio quente, a massa é reduzida. Os sensores próprios do Balanset-1A têm um tamanho não superior a 25×25×20 mm e uma massa não superior a 40 g, e isto é fundamental: um sensor pesado sobrecarrega, por si só, uma parede fina da carcaça.

O preço da banda larga é a eletrónica. A carga do elemento piezoelétrico tem de ser transformada em tensão, por isso o sensor precisa de um amplificador de carga ou de um pré-amplificador integrado, alimentado pela própria linha de sinal. Os acelerómetros capacitivos (MEMS) são várias vezes mais baratos e não precisam de amplificador de carga, mas têm o seu próprio preço a pagar: depois da integração, o seu sinal traz ruído de baixa frequência na zona dos 0,5–3 Hz. Para uma máquina a 1500 RPM, isso não importa; para um rotor lento a 120 RPM, o ruído entra diretamente na zona de trabalho.

O sensor de velocidade de vibração entrega uma tensão proporcional à velocidade, sem qualquer integração. A variante indutiva clássica é uma bobina e um núcleo magnético sobre molas, com um coeficiente de conversão elevado, normalmente dezenas de mV por mm/s, e nos modelos com amplificador mecânico chega mesmo a mais de mil. O preço a pagar é outro: massa, fragilidade, banda estreita e custo. Existe também um híbrido, um acelerómetro piezoelétrico com amplificador de carga e integrador incorporados: por fora é um sensor de velocidade de vibração, por dentro continua a ser o mesmo elemento piezoelétrico.

Os sensores de deslocamento sem contacto resolvem uma tarefa que o acelerómetro simplesmente não resolve. Um sensor de correntes induzidas, indutivo ou capacitivo observa o veio através de uma folga e mede o deslocamento relativo do veio na chumaceira, a partir dos 0 Hz. Uma sensibilidade da ordem dos 1000 mV/mm dá uma boa resolução sem amplificação. As limitações também são rígidas: a folga de trabalho está associada ao diâmetro da bobina, num sensor típico isso são cerca de 4 mm de folga e uma gama dentro de ±2,5 mm, é preciso um suporte rígido e ter em conta o batimento mecânico e elétrico da superfície do veio. É um instrumento para máquinas com chumaceiras de deslizamento e para veios lentos, onde quase nada se vê na carcaça do apoio.

Um caso especial é o sensor de força. Numa bancada subcrítica com apoios muito rígidos, um desequilíbrio grande não produz vibração percetível: o apoio rígido praticamente não se deforma, mas a carga sobre os rolamentos é real. Aí mede-se não a vibração, mas a força no apoio. Daqui resulta uma regra simples: apoios flexíveis e regime supercrítico (RPM de trabalho acima da frequência própria dos apoios) são para acelerómetros; apoios rígidos e regime subcrítico (RPM abaixo da frequência própria dos apoios) são para sensores de força. Mais pormenores sobre este tipo de apoios noutro artigo, sobre a construção de uma bancada de equilibragem.

A escolha do sensor e dos pontos de medição para diagnóstico está descrita na ISO 13373. Verifique a parte aplicável e a edição em vigor para o seu tipo de máquina: os requisitos de gama de frequência do sensor e de compensação do batimento do veio são diferentes para rolamentos e para chumaceiras de deslizamento.

Fontes: ISO 13373-3:2015

Por que razão o aparelho mostra mm/s, se o sensor mede aceleração

A cadeia do Balanset-1A funciona assim: o acelerómetro entrega uma tensão proporcional à aceleração de vibração, o módulo USB de dois canais amplifica-a com um pré-amplificador, passa-a por um integrador e digitaliza-a no ADC, e o software no computador calcula a amplitude, a fase, o espectro e as massas. A integração está no hardware, antes da conversão para digital. Por isso, no ecrã vê mm/s, apesar de o elemento sensível ter sempre medido aceleração.

O que a integração faz ao sinal vê-se pela fórmula. A velocidade de vibração é igual à aceleração dividida pela frequência angular: v = a/ω, onde ω = 2π·f. A 10 Hz, divide-se por 63; a 1000 Hz, já por 6283. Ou seja, o integrador atenua as altas frequências em duas ordens de grandeza e, na mesma proporção, realça as baixas.

Daqui resultam duas consequências práticas. Primeira: na velocidade de vibração, o conteúdo de alta frequência quase desaparece, por isso não faz sentido procurar um defeito de rolamento em mm/s. Para isso usa-se a aceleração de vibração e a análise de envolvente — um método que isola os impactos do rolamento na parte de alta frequência do sinal. Segunda: qualquer ruído e deriva de baixa frequência são amplificados pelo integrador. Esse mesmo ruído do sensor MEMS, na zona dos 0,5–3 Hz, cresce, depois da integração, numa «saia» levantada na margem esquerda do espectro, que ainda por cima consome a gama dinâmica do canal.

É exatamente por isso que a banda de medição é deliberadamente limitada. O Balanset-1A calcula o RMS (valor eficaz) da velocidade de vibração na gama de 5–200 Hz, e mede dentro de 0,02–80 mm/s. Para a componente de rotação, ou seja, a vibração na frequência de rotação do rotor, e para as primeiras harmónicas das máquinas industriais, isto é suficiente com folga. Se o rotor gira a 120 RPM, a sua frequência de rotação de 2 Hz já fica abaixo desta banda, e é preciso trabalhar de outra forma: com dupla integração até ao deslocamento de vibração, ou com sensores sem contacto, que veem o deslocamento a partir de zero hertz.

A diferença entre RMS, pico e valor pico a pico, bem como a escolha da banda para aceitação, são tratadas à parte noutro artigo, sobre como medir a vibração corretamente. Aqui importa uma coisa: a banda de 5–200 Hz não é a banda de 10–1000 Hz, na qual estão registadas as tolerâncias contratuais. Combine o aparelho e a banda antes da deslocação, não no dia da entrega.

Fontes: Manual de operação Balanset-1A

Sensibilidade: a imagem correta com números errados

A sensibilidade do sensor é o coeficiente que converte a física em milivolts. Nos acelerómetros piezoelétricos de uso geral, situa-se normalmente entre 10–30 mV/(m/s²), e nos de precisão chega a 100 e mais. Nos sensores de velocidade de vibração, a escala é em mV por mm/s, normalmente 40–80. O valor é individual, está registado na ficha técnica do sensor concreto, não na descrição do modelo.

No Balanset-1A, a integração está no módulo de medição, por isso introduz no software o coeficiente já em mV/(mm/s), nominalmente 20–30. Fica na janela de definições, na tecla F4, em separado para cada um dos dois canais, e a parte decimal separa-se por vírgula. Só é preciso mexer nele num único caso: quando substituiu o sensor. No resto do tempo, é melhor não abrir este campo.

Agora o mais importante. Um erro na sensibilidade é uma distorção linear pura de escala. A forma do espectro mantém-se correta, a relação entre a componente de rotação e a vibração total (o nível geral em toda a banda de frequência) está correta, a fase está correta, o diagrama polar está correto. A equilibragem, nesse caso, na maioria das vezes até converge: os coeficientes de influência, ou seja, a reação da máquina à massa de ensaio, são calculados pelo aparelho a partir dos mesmos números distorcidos, e a escala cancela-se sozinha. O que se estraga é outra coisa, e é precisamente o que entrega ao cliente. Ficam incorretos os mm/s no protocolo, incorreta a avaliação por zonas da ISO 20816, incorreto o desequilíbrio residual em g·mm, incorreto o limiar no sistema de monitorização, e a tendência a que juntou essa medição fica arruinada para sempre.

É pior quando os canais ficam desalinhados entre si. Instalou um sensor novo no primeiro canal, introduziu os seus 27 mV/(mm/s), e no segundo ficaram os antigos 20. A relação entre as amplitudes dos dois apoios desviou-se quase um terço, e, na equilibragem em dois planos, é precisamente essa relação que define a distribuição da massa entre os planos. O software leva-o até à tolerância, mas com arranques a mais.

• A sensibilidade foi retirada da ficha técnica do sensor concreto, não da descrição do modelo.
• Ambos os canais foram configurados em separado, os valores conferidos com as etiquetas dos sensores.
• A parte decimal foi introduzida como o software espera, com vírgula.
• Depois de substituir o sensor, mudou logo o coeficiente, e não «depois, quando me lembrar».
• Os valores introduzidos estão registados no protocolo, juntamente com os números de série dos sensores.
• Os sensores estão marcados por canal, para não trocar fisicamente o primeiro pelo segundo.

É possível verificar a sensibilidade no terreno de forma aproximada, mas útil: coloque os dois sensores lado a lado, no mesmo apoio, na mesma direção, e faça uma medição. Uma diferença de alguns por cento é normal; uma diferença de várias vezes significa um erro no coeficiente ou um canal morto. Só um calibrador dá uma verificação completa, e ela é necessária para medições de aceitação.

Fontes: Manual de operação Balanset-1A · ISO 20816-1:2016

A fixação define o limite superior da banda

O sensor, a fixação e a superfície formam uma mola com massa. A rigidez da junção faz o papel da mola, a massa do sensor com parte da fixação é a massa, e este sistema tem uma frequência própria: quanto mais rígida a junção e mais leve o sensor, mais alta ela é. Abaixo dessa frequência, o sensor reproduz fielmente o movimento do apoio. Perto dela, a própria fixação começa a amplificar o sinal, e acima dela apenas «toca» e mistura no espectro o seu próprio pico. A regra prática é simples: confie aproximadamente no terço inferior da frequência própria da fixação.

Uma espiga roscada num furo preparado dá a rigidez máxima da junção e uma banda da ordem dos 10 kHz. Uma placa colada é um pouco mais mole. O íman segura o sensor através de uma fina folga de ar e de uma camada de óxido, e a sua frequência própria cai para um e meio a dois quilohertz. A sonda manual quase não dá rigidez nenhuma.

Vale a pena falar com franqueza sobre a sonda manual, porque com ela tentam fazer aquilo que ela não sabe fazer. O limite superior de 300–500 Hz significa que, a 1450 RPM, vai ver a componente de rotação de 24 Hz e as primeiras harmónicas, e é só. O estágio inicial de um defeito de rolamento não vive ali. Uma lascagem na pista dá um impacto curto, o impacto excita as frequências próprias do anel e do apoio na zona das unidades de quilohertz, e toda a análise de envolvente assenta exatamente nessa energia de alta frequência. A sonda manual corta-a. O que vai obter não é «o rolamento está bom», mas «o aparelho não olhou para ali». Junte a baixa repetibilidade: a força da mão, o ângulo e o ponto mudam de cada vez, a dispersão facilmente ultrapassa 30 %, e um crescimento mensal do nível afoga-se na dispersão do método.

Há também um efeito inverso, de que nos esquecemos. O sensor, com a sua massa, carrega a construção. Um sensor de quarenta gramas num corpo de rolamento maciço, fundido, não significa nada; o mesmo sensor sobre uma tampa fina ou sobre uma chapa de revestimento reduz visivelmente a frequência própria da zona e muda a imagem. Quanto mais leve o sensor e mais maciço o local de instalação, menos influencia aquilo que está a medir.

Os números na tabela são uma referência, não uma norma. Retire a banda real do seu sensor e do seu método de montagem da respetiva documentação. E uma regra à parte para a tendência: não mude a fixação num ponto sobre o qual já reuniu histórico. Os espectros de um íman e de uma espiga são diferentes, e vai ler essa diferença como uma mudança na máquina.

Local de fixação: onde exatamente colocar o sensor

O local de fixação conta mais do que a marca do sensor. Um íman sobre uma camada de tinta obtém uma junta elástica no encosto, e a frequência própria da fixação cai para cerca de um quilohertz, ou seja, perde metade da banda anunciada sem se aperceber. Um íman sobre uma superfície convexa apoia-se em dois pontos em vez de num plano, e baloiça sobre eles. Um íman sobre limalha ou sujidade oleosa fixa-se pior e pode soltar-se em funcionamento.

O local escolhe-se pelo caminho da força. A força centrífuga do desequilíbrio vai do rotor, através do rolamento, até ao apoio, do apoio até à estrutura e depois até à fundação. Logo, é preciso medir no apoio de rolamento, na parte maciça da fundição, se possível na zona carregada, ou seja, ao longo da linha em que o apoio realmente recebe a carga. Num conjunto com transmissão por correia, essa direção é a da tensão da correia; numa bomba, é a direção da força hidráulica resultante. Quanto mais curto o caminho do metal entre o rolamento e o sensor, menos a construção interfere no sinal.

Um local preparado uma vez funciona durante anos. Na próxima paragem, limpe a mancha até ao metal, se necessário faça uma faceta plana ou cole uma placa, e, se as regras permitirem, faça uma rosca para uma espiga M4. A partir daí, vai colocar o sensor sempre no mesmo ponto, com a mesma rigidez, e a dispersão entre rondas cai por si só.

• O ponto está no apoio de rolamento ou na sua fundição maciça, não na carcaça, não no resguardo, não na tampa da caixa de terminais.
• A mancha está limpa até ao metal: tinta, massa de aparelhar, ferrugem e sujidade foram removidas.
• A superfície é plana. Para um íman plano é preciso um plano; para um cilindro, use um íman bipolar ou faça uma faceta plana.
• O local está o mais perto possível do rolamento e na zona carregada, não numa nervura fina.
• O ponto está marcado com punção, tinta ou autocolante, e a designação do apoio não muda de vez em vez.
• Aproxime o íman fazendo-o rolar a partir do bordo, não por impacto direto: o impacto sobrecarrega a entrada e dá um «toque» nos primeiros segundos do registo.
• Não é possível chegar às partes em rotação a partir do ponto, e a carcaça não queima a mão.

Nunca estenda o sensor nem a mão através do resguardo de proteção. Dispense o ponto inacessível e registe a razão. Uma medição obtida com risco de lesão nunca mais se repete: da segunda vez, fisicamente, não vai conseguir colocar o sensor da mesma forma.

Direções e constância: entre rondas e dentro de uma mesma equilibragem

O eixo de maior sensibilidade está identificado no corpo do sensor, e tem de coincidir com a direção de medição. Um desalinhamento sai caro e passa despercebido: uma inclinação de 30° dá uma projeção de 0,87 do valor real, ou seja, uma subavaliação de 13 %. Vai concluir que a máquina acalmou, quando só o sensor é que acalmou.

Para a medição radial, escolhe-se normalmente a direção horizontal. A rigidez da fundação na horizontal costuma ser menor, o apoio deforma-se mais nessa direção, e a sensibilidade ao desequilíbrio sai maior. Não há uma diferença de princípio entre horizontal e vertical; o mais importante é manter fixa a direção escolhida. A direção axial responde a outra pergunta, é onde vive o desalinhamento, e a equilibragem não o remove. A forma de decompor a imagem pelas três direções é tratada nos artigos sobre a procura da causa da vibração e sobre a comparação entre desequilíbrio e desalinhamento.

Uma nota à parte sobre a constância dentro de uma mesma equilibragem, porque aqui um erro destrói o cálculo por completo. O aparelho calcula o coeficiente de influência como uma razão entre vetores: no numerador está a alteração do vetor de vibração no mesmo ponto, na mesma direção, com a mesma fixação. Desloque o sensor dez centímetros entre o arranque inicial e o de ensaio, rode o íman, coloque-o noutra placa, e a fase vai mudar dezenas de graus por si só. O aparelho calcula honestamente a partir desses dados e coloca a massa no setor errado. O mesmo vale para a marca refletora: ela define o ponto de referência da fase, e não pode ser recolada entre arranques.

• Um sensor, um ponto, uma direção, uma fixação para toda a equilibragem, desde o arranque inicial até ao de controlo.
• A marca de fase foi colada uma vez, e não se toca nela até terminar.
• Os cabos foram passados de forma a que o sensor não tenha de ser deslocado a meio do trabalho.
• Nas rondas por percurso, regista no diário a designação do apoio, a direção e o método de fixação; caso contrário, a tendência será construída a partir de medições incomparáveis.
• Se, mesmo assim, tiver de mudar o ponto, abra uma nova linha de base e registe o que mudou e porquê, sem corrigir os registos antigos.

Cabos, interferências e sinais de uma cadeia avariada

O cabo é parte do sensor, não um fio «até ao aparelho». Um cabo pendurado livremente vibra junto com a máquina, a blindagem dobra-se, e nas dobras nasce ruído triboelétrico, uma carga parasita gerada pelo atrito entre camadas. Para sensores com saída de carga, esta é a causa mais frequente de lixo no espectro; em sensores com pré-amplificador o efeito é mais fraco, mas não desaparece. Prenda o cabo à carcaça de forma a deixar junto ao conector uma pequena volta de alívio de tensão, e que depois fique assente, sem esticar nem baloiçar.

As interferências chegam pelo ar e pela terra. Não passe o cabo de medição junto a linhas de potência, e especialmente junto à saída de um variador de frequência: o variador gera uma perturbação de banda larga, que se instala no espectro como linhas em frequências «impossíveis», que depois nada consegue filtrar. Se a alimentação no local for má, trabalhe com a bateria do portátil, é a recomendação normal do aparelho. E verifique os conectores: um conector mal encaixado e um contacto sujo dão exatamente a mesma imagem que uma blindagem cortada.

Um número inverosímil quase sempre significa um problema na cadeia, não na máquina. Antes de dar o alarme, retire o sensor e coloque-o no chão. As leituras devem cair quase a zero. Se não caírem, não estava a medir a máquina.

Verificação da cadeia em cinco minutos

Estes cinco minutos antes do primeiro arranque poupam uma segunda deslocação. A ordem é a mesma, quer esteja a equilibrar um ventilador, quer a fazer uma ronda por percurso.

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   Inspeção e ligação

   Os sensores dos canais 1 e 2 nos conectores X1 e X2, o sensor de fase laser em X3, o módulo ligado ao portátil por USB. Os conectores estão bem encaixados até ao fim, os cabos sem dobras nem marcas de esmagamento.

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   Nível zero com a máquina parada

   Ligue o modo de vibrómetro antes do arranque. O nível deve ser pequeno, mas vivo. Exatamente zero significa um canal morto, e 3 mm/s numa máquina imóvel significa interferência ou defeito na cadeia.

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   Pancada leve no apoio

   Dê uma pancada leve com a mão no apoio, junto ao sensor. A resposta tem de aparecer exatamente nesse canal. Assim, em dez segundos, verifica que os dois canais estão vivos e não estão trocados.

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   RPM e marca

   O tacómetro deve dar um valor estável, próximo do esperado. Saltos para valores múltiplos significam um reflexo a mais ou uma segunda marca. Coloque o suporte do tacómetro sobre uma superfície fixa e rígida, não sobre a carcaça.

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   Estabilidade às RPM de trabalho

   A amplitude e a fase da componente de rotação não devem variar mais de 10–15 % durante o tempo de medição. Mais do que isso significa trabalho perto da ressonância, ou um problema na cadeia, e não se pode equilibrar com esses dados.

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   Confronto entre canais

   Em caso de dúvida, coloque os dois sensores lado a lado, no mesmo apoio, na mesma direção, e compare. Uma diferença de alguns por cento é normal; uma diferença de várias vezes significa um erro de sensibilidade ou um defeito no canal.

Registe de imediato no protocolo o método de fixação, as sensibilidades introduzidas e os números de série dos sensores. Daqui a seis meses, é a única forma de perceber por que razão os números antigos não coincidem com os novos.

Fontes: Manual de operação Balanset-1A

Dois canais para dois apoios

O esquema de dois canais não existe por comodidade. Na equilibragem em dois planos, o software precisa de quatro coeficientes de influência: como uma massa no primeiro plano altera a vibração no primeiro apoio e no segundo, e o mesmo para uma massa no segundo plano. Os coeficientes cruzados, ou seja, a influência de um plano sobre o apoio distante, são normalmente menores do que os diretos, e são precisamente eles que trazem a informação sobre o desequilíbrio de momento, quando os pontos pesados nas duas extremidades do rotor apontam em sentidos opostos. São exatamente os coeficientes cruzados os mais fáceis de estragar.

Com um só canal, fisicamente não consegue medir os dois apoios ao mesmo tempo, logo, mede-os em arranques diferentes. Entre arranques, a máquina muda: aqueceu, as RPM derivaram um pouco, a carga ou a posição do registo alterou-se. Os vetores que o aparelho depois subtrai vêm de dois estados diferentes, e a diferença entre eles explica-se em parte não pela massa, mas pela deriva do regime. Os coeficientes cruzados pequenos são os primeiros a sofrer. Dois canais medem os dois apoios no mesmo instante, na mesma rotação, a partir da mesma marca de referência, e este problema desaparece.

O segundo argumento são os arranques. A equilibragem em dois planos com dois canais exige três arranques: o inicial e dois de ensaio, um por plano. Com um só canal, o mesmo processo duplica. Para um exaustor ou um moinho, que não se podem arrancar e parar num instante, a diferença entre três e seis arranques é a diferença entre um turno e dois turnos. Quanto tempo exatamente demora uma deslocação, e do que se compõe esse tempo, é tratado à parte, noutro artigo sobre o número de arranques.

Somos os engenheiros que desenvolvem e fabricam os aparelhos Balanset e que eles próprios equilibram com eles em deslocação, por isso a cadeia de medição do conjunto está construída para trabalhar na fábrica, não em laboratório. Dois acelerómetros uniaxiais com um tamanho até 25×25×20 mm e uma massa até 40 g, com fixação por íman ou por espiga M4. Sensor de fase laser por marca refletora, num suporte magnético, gama de 100–100 000 RPM, erro de fase ±1°. Módulo USB de dois canais com pré-amplificadores, integradores e ADC, aquisição simultânea nos dois canais, vibração total e componente de rotação, fase, espectro, sinal no domínio do tempo, arquivo e protocolos. Existe uma variante Balanset-1A OEM sem mala, para integração em máquinas-ferramentas e bancadas. O apoio de consultoria sobre a metodologia de medição e sobre o aparelho está incluído no fornecimento: se tiver dúvidas sobre onde colocar o sensor no seu conjunto, pergunte antes da deslocação, não depois.

Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A

Perguntas frequentes

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