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 ambientais para 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].

 

O torque pode ser medido de forma direta ou indireta:

Medição de torque de forma direta

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.

Medição de torque de forma indireta

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.

Calibração e rastreabilidade

Para garantir a precisão da alimentação da unidade ou a eficiência que são essenciais para atender às rigorosas normas ambientais na indústria de motores navais, além da medição de alto torque, a calibração e a rastreabilidade desta grandeza física está entrando cada vez mais em foco. Basicamente, as técnicas usadas na calibração de torque são subdivididas em sistema de calibração por massa através de alavanca de torque e sensor de referência.

  • Sistema de calibração por massa através de alavanca de torque: Um torque definido e preciso é gerado quando a força peso das massas calibradas atua no objeto em teste através de uma alavanca de comprimento conhecido [3];
  • A segunda técnica na calibração de torque é usando um sensor de força de referência com uma alavanca [2];
  • O terceiro princípio é um sensor de torque de referência que proporciona o valor de referência. Sistemas com sensores de torque de referência podem usar qualquer mecanismo para gerar o torque que é então medido com o sensor de torque de referência [2].

O novo equipamento de calibração de torque da HBM

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.

Referências

[1] K. Weissbrodt, Medição direta de torque em grandes unidades com tolerância mínima, Documento Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (2011)

[2] R. Schicker and G. Wegener, Medindo Torque Corretamente. Bielefeld: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH. (2002)

[3] Davis, F.A. O 1º Equipamento de Calibração de Torque da UK National Standard Static-Novos Conceitos de Design Lideram o Caminho. Conferência da Ciência de Medição em Anaheim, USA. (2002)

Fale Conosco Entre em contato com a HBM do Brasil para mais informações sobre produtos, sistemas, dúvidas técnicas e cotações.