Para ambientes industriais mais exigentes, os projetos de engenharia devem ter em conta condições de maior criticidade, como temperaturas extremas, alta umidade e grandes quantidades de água.

Ao selecionar encoders para trabalho em alta temperatura, é necessário considerar a expansão térmica de materiais e componentes (como o disco do encoder) e a velocidade máxima de operação na temperatura mais alta esperada.

Ao especificar encoders para baixas temperaturas, deve-se considerar a contração térmica e o torque de partida adicional devido a lubrificantes endurecidos.

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Aqui analisamos os efeitos desses fatores, bem como o desempenho e a vida útil do encoder, além de discutimos como especificar o dispositivo apropriado.

Efeitos da temperatura no desempenho do encoder

Em um encoder óptico, um disco de código movimenta-se entre um LED e um fotodetector, modulando o feixe para gerar um fluxo de pulsos que podem ser processados para gerar a informação de velocidade, direção e/ou posição.

Os encoders ópticos usam discos de código feitos de vidro, Mylar ou metal. Os encoders magnéticos operam com um princípio semelhante, mas usam rodas padronizadas com domínios magnéticos. Em ambos os casos, temperaturas e umidade extremas podem afetar o desempenho, as propriedades mecânicas e a vida útil.

A expansão térmica a altas temperaturas é um problema.

Nos encoders ópticos, o espaço de ar entre o disco e a fonte/detector pode ser tão estreito quanto 0,020”. Dependendo da temperatura, do tamanho da lacuna, dos coeficientes de expansão térmica dos materiais para dada direção, essa expansão pode colocar os componentes em contato uns com os outros, causando danos ou até falhas catastróficas.

Temperaturas extremas também podem danificar os próprios discos. Altas temperaturas podem descolorir o Mylar, introduzindo distorções de sinal. Condições extremas podem distorcer o próprio disco. O calor também pode degradar rolamentos, lubrificantes e vedações, levando à falha precoce do conjunto global.

Baixas temperaturas, como as encontradas em mineração, óleo e gás, bem como aplicações off-road, apresentam um conjunto diferente de problemas. A contração térmica pode distorcer o disco do encoder óptico, afetando a qualidade do sinal e potencialmente introduzindo anomalias.

Rolamentos e lubrificação podem apresentar problemas. Os lubrificantes endurecem a baixas temperaturas.

Se o encoder estiver ocioso, o lubrificante não será distribuído uniformemente pelos rolamentos no início da operação. Essa situação pode resultar em danos aos componentes do rolamento, devido ao atrito entre os corpos rolantes e as pistas interna ou externa. A viscosidade do lubrificante também pode aumentar substancialmente o torque inicial.

Até agora, nos concentramos em encoders ópticos. Altos gradientes térmicos também afetam os encoders magnéticos, embora em menor grau. A expansão e contração da roda magnética pode alterar o passo entre os elementos magnéticos, alterando o sinal de saída.

Lacunas de ar são um problema menor. Normalmente, os encoders magnéticos modernos têm amplos intervalos de ar (até 0,070”) e qualquer variação causada devido à expansão ou contração térmica está dentro da faixa de tolerância para o intervalo de ar previsto.

Como escolher um encoder para temperaturas extremas

Todos esses fatores tornam essencial levar em consideração a temperatura ao especificar um encoder. Esteja ciente de que exceder a velocidade recomendada de um encoder diminuirá sua tolerância térmica. Considere um encoder classificado entre –40° C e 85° C com uma velocidade máxima recomendada de 3.000 RPM. Para cada 1.000 RPM acima dessa velocidade, a temperatura é normalmente reduzida por 10.

Verifique se o fabricante qualificou a unidade usando o teste de vida útil (highly accelerated lifetime testing – HALT) ou fadiga. Isso inclui o desempenho do dispositivo quando exposto a choques térmicos (variações rápidas e de grande magnitude) junto com vibrações.

Essas condições configuram um problema específico para componentes frágeis, como discos de vidro.

As demandas do desempenho da aplicação também podem entrar em jogo. Há uma troca entre a qualidade do disco e a sua resolução. Os discos de vidro e de metal são limitados. Os encoders de resolução mais alta usam discos de Mylar, que são suscetíveis apenas a temperaturas extremas.

Não presuma que uma resolução mais alta é necessariamente melhor. Os encoders apenas relatam a informação de posição; não podem compensar possíveis erros mecânicos no sistema. Ao especificar a resolução, certifique-se de selecionar um nível que realmente beneficiará a aplicação. Saiba mais sobre a precisão e a resolução do encoder aqui

Efeitos da umidade no desempenho do encoder

A umidade é um problema em várias aplicações, incluindo ambientes marinhos, fabricação industrial (como de papel) e ambientes de lavagem (como na fabricação farmacêutica e na preparação de alimentos). A umidade pode degradar as superfícies ópticas e atenuar o sinal nos encoders ópticos.

Também danifica a eletrônica, levando a falhas precoces. Esse é um problema específico em ambientes corrosivos, como ambientes marinhos ou aqueles que envolvem produtos químicos agressivos.

Para essas aplicações, os OEMs (Original Equipment Manufacturer, ou fabricante de máquinas) podem escolher componentes com graus de proteção (IP, ou ingress protection). Aprenda como escolher encoders com grau de proteção IP neste white paper.

Os componentes com grau de proteção IP foram projetados especificamente para sobreviver às condições listadas. Uma classificação IP64, por exemplo, implica ser à prova de poeira e pode tolerar a pulverização de água a baixa pressão, enquanto que um dispositivo com proteção IP66 pode receber jatos de água de alta pressão e outros com proteção IP67 estão protegidos na condição de imersão até uma dada profundidade.

Medidas especiais incluem eletrônica encapsulados, projetos sofisticados de vedações nos rolamentos, materiais alternativos para vedação e lubrificantes, além de carcaças especiais.

Dependendo dos requisitos de resolução e desempenho, um encoder magnético pode ser uma melhor solução. Os encoders magnéticos não são prejudicados pela umidade. Eles podem operar em ambientes úmidos e até mergulhar totalmente em líquidos.

Estude as condições da sua aplicação antes de escolher o seu encoder. Entenda o grau de proteção IP requerido para selecionar um dispositivo que proporcione a vida útil necessária. Converse com seu fornecedor para garantir que os encoders tenham sido qualificados apropriadamente e descubra quaisquer requisitos de montagem especiais.

Para os ambientes mais extremos, a melhor opção de feedback pode ser um resolver. Esses dispositivos não contêm nenhum componente eletrônico incorporado. Eles têm um bom desempenho em condições mais adversas. Converse com seu fornecedor para determinar se um resolver é a melhor opção para você.

Sobre a Dynapar

A Dynapar é uma das empresas operacionais da Specialty Product Technologies do Grupo Fortive, do qual também fazem parte a Veeder-Root, West Control Solutions, Hengstler, Anderson-Negele, Gems Sensors, entre outras. Possui fábricas no Brasil, Estados Unidos e Alemanha.

Conta com assistência técnica local e 1 ano de garantia para todos os produtos. Oferece a mais completa linha de encoders do mercado: incremental, absoluto, senoidal, heavy-duty (robusto).

Seus encoders são dedicados a mercados como energia eólica, área petrolífera e veículos fora da estrada. Experiência, versatilidade e competência para atender sua necessidade de precisão e desempenho.