Medição e rastreabilidade de torque em grandes unidades mecânicas

Considerando a ampla gama de possibilidades para medição de torque, o método inclui um sensor de torque calibrado de fábrica com uma determinada precisão que se refere a uma cadeia contínua de comparações documentadas relativas a este sensor de torque para padrão primário, garantindo sua rastreabilidade.

Medições precisas são essenciais para se determinar a eficiência e, portanto, atender às rigorosas normas ambientaispara motores navais. A otimização de motores navais baseada em medição de torque de alta precisão e confiável, além de permitir economia de energia significativa, está de acordo com as exigências cada vez maiores de regulamentações internacionais, especialmente para motores navais com torque nominal elevado [1].

A unidade de força é smplesmente calculada a partir de uma medição precisa do torque M entre o gerador e o lado da unidade no mecanismo de rotação e a velocidade angular ω, com a fórmula (1):

As informações precisas de torque permitem controle preciso do sistema de acionamento mecânico. Isso permte que motores a combustão (por exemplo, multi-combustível ou motores a gás) sejam monitorados para garantr a operação dentro de seus limites de trabalho ideal, o que ajuda a evitar a ocorrência de batidas, falhas, sobrecargas, assim como redução do consumo de combustível [1].

A medição de torque de forma direta usa um sensor de torque em linha como uma parte integrante do eixo de acionamento (veja Fig. 2). O sensor de torque já está calibrado pela fábrica em equipamentos de calibração apropriados. O sensor pode ser facilmente instalado, removido, substituído e recalibrado.

A medição de torque de forma indireta em um eixo cilíndrico envolve a medição de parâmetros relativos de torque e posterior cálculo.

a) Medição de deformação sobre a superfície do eixo de entrada. Strain gages são, portanto, colados diretamente no eixo e, então, conectados a uma ponte de medição. A transferência da tensão de excitação entre a ponte de medição e o sinal de medição em ambos os casos é sem contato;

b) Outro método para determinar o torque de um eixo cilíndrico é através da medição do ângulo de torção.

Ambos os métodos oferecem algumas vantagens, como por exemplo, a adaptação de sistemas existentes. Dependendo da qualidade da instalação e os componentes utilizados, o valor do torque a ser calculado posteriormente deverá ter uma alta incerteza relativa, por conta das tolerâncias (veja Tab. 1) que, finalmente, levam a uma significante medição de incerteza relativa.

Para cumprir com estes requisitos, o novo equipamento de calibração (veja Fig. 3) usa um sensor de torque de referência que fornece o torque de referência.

Os sensores de torque T10FH/150 kN•m e T10FH/400 kN•m modificados foram escolhidos como sensores de referência. Devido aos dois sensores de precisão de referência, uma incerteza de medição de 0,1% pôde ser atingida. A principal contribuição para os resultados de incerteza notáveis veio de uma cadeia ininterrupta de comparações documentadas relacionando estes sensores de torque ao sensor de referência do Padrão Nacional Alemão (veja a pirâmide de rastreabilidade, Fig. 4).

A incerteza de medição do Padrão Nacional Alemão, o maior equipamento de medição com 1,1 MN/m, também conhecido como "equipamento de torque padrão" de propriedade do PTB, para que este novo equipamento de calibração de até 400 kN/m possa ser rastreado, é de 0,08%.

Esta precisão do sensor de torque permite medir torque e, por conseguinte, calcular potência e eficiência com uma precisão que é, pelo menos, 10 vezes melhor do que o exigido pelas normas ambientais atuais para a indústria naval.