Tacômetro

Não confundir com tacógrafo, usado para registrar dados de veículos, com o taqueômetro, usado em levantamentos topográficos, nem com a escala taquimétrica usada em relógios.

Um tacômetro capaz de indicar até 7.000 RPM, à esquerda.

Um tacômetro ^{(português brasileiro)} ou tacómetro ^{(português europeu)} (também chamado de conta-giros, conta-rotações ou indicador de RPM) é um instrumento que mede a velocidade de rotação de um eixo ou disco, como os de um motor ou de outra máquina. O aparelho geralmente mostra as rotações por minuto (RPM) em um mostrador analógico calibrado, embora mostradores digitais também sejam comuns.

A palavra vem dos termos gregos τάχος (táchos), "velocidade", e μέτρον (métron), "medida". Em sentido literal, tacômetro e velocímetro são instrumentos que medem velocidade. No uso automotivo, por convenção, o tacômetro indica a rotação do motor, enquanto o velocímetro indica a velocidade do veículo.

História

O primeiro tacômetro foi apresentado por Bryan Donkin em um artigo à Royal Society of Arts em 1810, trabalho pelo qual recebeu a medalha de ouro da sociedade. O instrumento consistia em um recipiente com mercúrio construído de modo que a força centrífuga fizesse baixar o nível em um tubo central durante a rotação, reduzindo também o nível de um tubo mais estreito, preenchido com líquido colorido e colocado acima dele. O recipiente era conectado por polias à máquina cuja velocidade seria medida.

Os primeiros tacômetros mecânicos baseavam-se na medição da força centrífuga, de maneira semelhante ao funcionamento de um governador centrífugo. O engenheiro alemão Dietrich Uhlhorn costuma ser apontado como o inventor desse tipo de aparelho. Em 1817, ele empregou um tacômetro para medir a velocidade de máquinas. Na década de 1840, o princípio passou a ser empregado para medir a velocidade de locomotivas.

Em automóveis, caminhões, tratores e aeronaves

Tacômetro do Cessna 172, indicando 1.060 RPM, e horímetro do motor, indicando 1.736,7 horas.

Tacômetros ou conta-giros de automóveis, aeronaves e outros veículos mostram a velocidade de rotação da cambota ou virabrequim do motor e geralmente apresentam marcações que delimitam uma faixa segura de rotações. Isso ajuda o condutor a escolher ajustes de acelerador e marcha adequados às condições de condução. O uso prolongado em rotações elevadas pode causar lubrificação insuficiente, superaquecimento acima da capacidade do sistema de arrefecimento ou exceder os limites de componentes do motor, como válvulas retornadas por mola, resultando em desgaste excessivo, danos permanentes ou falha do motor.

Nos tacômetros analógicos, rotações acima do máximo seguro costumam ser indicadas por uma faixa vermelha no mostrador. Daí vem a expressão "levar o motor à linha vermelha", isto é, elevá-lo até o limite máximo seguro de rotação. Muitos automóveis possuem um limitador eletrônico de rotações para impedir que o motor ultrapasse determinado limite. Motores a diesel com sistemas tradicionais de injeção mecânica possuem um governador integrado que impede o excesso de rotação. Por isso, tacômetros de veículos e máquinas equipados com esses motores às vezes não apresentam uma faixa vermelha.

Em veículos como tratores e caminhões, o tacômetro costuma ter outras marcações. Uma faixa verde pode mostrar o intervalo de rotações em que o motor produz seu torque máximo, informação de interesse para quem opera esse tipo de veículo. Tratores equipados com tomada de força (TDF) têm tacômetros que mostram a rotação do motor necessária para que a TDF opere na velocidade padronizada exigida pela maioria dos implementos acionados por ela. Em muitos países, tratores que circulam em vias públicas precisam dispor de velocímetro.

Para evitar a instalação de um segundo mostrador, o tacômetro do trator pode trazer uma segunda escala graduada em unidades de velocidade. Essa escala só é correta em determinada marcha. Como muitos tratores têm apenas uma marcha adequada ao uso em estrada, isso costuma ser suficiente. Tratores com mais de uma marcha apropriada à circulação rodoviária podem ter mais de uma escala de velocidade no tacômetro. Tacômetros de aeronaves apresentam uma faixa verde correspondente ao intervalo de rotações previsto para cruzeiro.

Em veículos mais antigos, o tacômetro pode receber o sinal da forma de onda da tensão eficaz no lado de baixa tensão do sistema de ignição, junto ao contato do platinado da bobina de ignição. Em outros veículos, e em quase todos os motores a diesel que não possuem sistema de ignição por centelha, a rotação do motor pode ser determinada pela frequência de uma saída do alternador. Uma conexão especial, chamada de derivação de corrente alternada ou terminal "W", recebe o sinal de uma das bobinas do estator antes do retificador. Tacômetros também podem receber sinais da bobina de ignição ou de sistemas eletrônicos de controle.

Também existem tacômetros acionados por um cabo rotativo ligado a um mecanismo instalado no motor, geralmente na árvore de cames. Esse arranjo é encontrado sobretudo em máquinas simples com motor a diesel e sistemas elétricos básicos ou inexistentes. Em sistemas eletrônicos de gerenciamento do motor, o sinal do tacômetro costuma ser produzido pela ECU, que obtém a informação de um sensor de rotação da cambota ou da árvore de cames.

Tacômetro de um trator com escala até 3.000 RPM. O horímetro abaixo indica 772,9 horas. A marca de 2.500 RPM corresponde à rotação do motor necessária para acionar a tomada de força a 540 RPM.

Engenharia de tráfego

Tacômetros também foram usados em engenharia de tráfego para estimar velocidade e fluxo de veículos. Um veículo equipado com instrumentos percorre uma rota em sucessivos percursos de teste, conhecidos em inglês como tach runs, registrando dados de tráfego. Essas medições podem substituir ou complementar dados de sensores fixos, como detectores de laço. A obtenção de resultados estatisticamente úteis exige uma amostra suficiente de percursos, e medições feitas em poucos dias podem ser afetadas pelo horário, pelo dia da semana e por mudanças sazonais no tráfego.

O custo e o espaçamento dos detectores fixos também afetam a cobertura obtida. Detectores de laço podem ficar fora de serviço por falhas de instalação, pavimento ou cabeamento. Um estudo do estado de Nova Iorque citado pela Federal Highway Administration encontrou cerca de 25% de 15.000 detectores de laço inoperantes em determinado momento. Percursos com veículos instrumentados continuam sendo uma alternativa para medições de velocidade e tempo de viagem.

Em trens e veículos sobre trilhos leves

Dispositivos de detecção de velocidade, chamados de geradores de impulsos de roda, geradores de pulsos, sondas de velocidade ou tacômetros, são usados em veículos ferroviários. Entre os tipos empregados estão sensores de disco ranhurado com optoacoplador e sensores de efeito Hall.

Sensores de efeito Hall geralmente empregam um alvo rotativo preso a uma roda, caixa de transmissão ou motor. Esse alvo pode conter ímãs ou assumir a forma de uma roda dentada. Os dentes alteram a densidade do fluxo magnético no cabeçote do sensor. A sonda é montada a uma distância determinada do alvo e detecta os dentes ou ímãs que passam diante dela. A folga necessária entre o alvo e o sensor pode permitir o acúmulo de poeira ferrosa proveniente da parte inferior do veículo, o que pode prejudicar a detecção.

Sensores optoeletrônicos desse tipo podem ser inteiramente encapsulados contra a entrada de contaminantes externos. As partes expostas ficam limitadas ao conector vedado e ao garfo de acionamento, ligado internamente a um disco ranhurado por meio de um rolamento e uma vedação. O disco pode ficar entre duas placas de circuito impresso que contêm fotodiodo, fototransistor, amplificador e circuitos de filtragem. O conjunto produz um trem de pulsos de onda quadrada ajustado aos requisitos de tensão e de pulsos por revolução do sistema. Sensores ferroviários podem fornecer mais de um canal de saída para sistemas de controle automático do trem e controladores de tração e frenagem.

Sensores distribuídos ao redor do disco podem fornecer sinais defasados entre si, permitindo que o computador do veículo determine o sentido de rotação da roda. Estritamente, dispositivos desse tipo não são tacômetros quando não apresentam diretamente a velocidade de rotação. A velocidade precisa ser calculada externamente a partir do número de pulsos produzido em determinado intervalo de tempo. Próximo da imobilidade, a ausência de novos pulsos precisa ser confirmada antes que o sistema possa concluir que não há movimento.

Dispositivos que contam rotações das rodas são usados em sistemas de odometria ferroviária. A velocidade linear e a distância percorrida podem ser calculadas a partir do número de rotações e da circunferência da roda. Sistemas de proteção de trens, entre eles o Sistema Europeu de Controlo Ferroviário (ETCS), usam dados de odometria e podem combinar sensores de rotação com outros meios de medição.

O diâmetro das rodas pode ser calibrado comparando-se suas rotações com uma distância de referência ou com dados de outros sensores. Como a velocidade e a distância calculadas a partir da rotação dependem do tamanho efetivo da roda, mudanças provocadas pelo desgaste precisam ser consideradas. Sistemas automáticos de calibração podem calcular dimensões atualizadas das rodas sem intervenção direta do operador.

Uma limitação dos sistemas de tacometria e odometria baseados apenas na rotação das rodas surge quando ocorre patinagem ou deslizamento entre roda e trilho. Nessas condições, a rotação deixa de corresponder exatamente ao deslocamento do trem. Por isso, sistemas ferroviários podem combinar sensores das rodas com unidades de radar Doppler instaladas sob o veículo, que medem a velocidade em relação ao solo de maneira independente.

Em gravação de áudio analógica

Na gravação de áudio analógica, um tacômetro é um dispositivo que mede a velocidade da fita magnética enquanto ela passa pelas cabeças do gravador. Em muitos gravadores de fita, o tacômetro, também chamado simplesmente de "tac", consiste em um eixo relativamente grande próximo ao conjunto de cabeças de apagamento, gravação e reprodução, isolado dos carretéis de alimentação e recolhimento por roletes tensores.

Em muitos aparelhos, o eixo do tacômetro é conectado a um ímã rotativo que produz um campo magnético variável detectado por um transistor de efeito Hall. Outros sistemas ligam o eixo a um estroboscópio, cuja alternância de luz e sombra é detectada por um fotodiodo.

A eletrônica de acionamento do gravador usa o sinal do tacômetro para manter a fita na velocidade correta. O sinal é comparado com uma referência, que pode vir de um cristal de quartzo ou da frequência da corrente alternada da rede elétrica. A diferença entre as duas frequências é usada pelo circuito de controle para corrigir a velocidade do transporte da fita. Quando o sinal do tacômetro e o sinal de referência coincidem, diz-se que o transporte está "na velocidade". A expressão sobreviveu no trabalho cinematográfico, no qual o diretor pode pedir "Roll sound!" e receber "Sound speed!" como resposta do responsável pelo som, hábito originado na época em que os equipamentos de gravação precisavam de alguns segundos para atingir uma velocidade regulada.

A regulação precisa da velocidade da fita é necessária porque mudanças de velocidade alteram a altura dos sons gravados ou reproduzidos. Sem um sistema de controle, a velocidade pode oscilar ou derivar, produzindo os efeitos chamados wow e flutter. Como exemplo, o gravador de cassete TEAC A-450 especificava wow and flutter de 0,07% WRMS durante a reprodução.

Tacômetros são adequados para a reprodução sonora de alta-fidelidade, mas o sinal de velocidade por si só não basta para gravações que precisam permanecer sincronizadas com uma câmera cinematográfica. Para isso foram usados gravadores capazes de registrar um sinal piloto de sincronismo.

Sinais do tacômetro também podem sincronizar mais de um gravador de fita. Nesse caso, além do sinal de velocidade, é necessário transmitir uma indicação do sentido de movimento para que as máquinas subordinadas saibam em que direção a máquina principal está transportando a fita.

Ver também

• Painel de instrumentos, reúne mostradores e indicadores usados em veículos.
• Tacógrafo, registra dados de operação de veículos, como velocidade e tempos de condução.
• Velocímetro, mede a velocidade de deslocamento de um veículo.
• Odômetro, mede a distância percorrida por um veículo.