Técnicas de medição - Apostila
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Vibrações Mecânicas – Resumo
TÉCNICAS DE MEDIÇÃO
Introdução:
Medir vibrações é importante para vários motivos, entre eles:
1. Produtividade cada vez mais altas e Projetos Econômicos;
2. Medição das frequências naturais de uma estrutura ou máquinas;
3. Verificação das condições de projeto;
4. Verificar se é necessário, ou está adequado, o Isolamento de Vibrações;
5. Manutenção Preditiva de máquinas e estruturas;
6. Entre outros.
Técnicas de Medição de Vibrações:
Basicamente temos dois tipos de medidas:
1. Somente de respostas em máquinas operando em condições de trabalho:
São usados em aplicações de manutenção preditiva por análise de vibrações ou
em análise modal operacional.
2. Medidas realizadas em ambiente de laboratório:
Onde o sinal de excitação é proporcionado por um excitador.
São usados, mais comumente, em análise modal experimental e análise dinâmica
visando a modificação estrutural ou em testes de produtos e protótipos.
Medição de Campo
São medições feitas em equipamentos ou estruturas reais em pleno funcionamento,
onde, normalmente, as forças de excitação são desconhecidas.
Utilizam-se coletores comerciais que são compostos:
Sistema de aquisição com conversor A/D,
Filtro anti-aliasing analógico,
Condicionador de sinais, e
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Sensor acoplado.
Existem aparelhos mais simples (figura 1a) que permitem apenas a leitura instantânea,
ou seja, o valor da vibração medida no ato. Outros, um pouco mais sofisticados (figura
1b), fazem a coletada de diversos dados, armazenando-os permitindo o
descarregamento posterior em um computador, que possui um software próprio que
proporcionará a análise dos dados. E por fim, existem aparelhos mais completos (figura
1b) que possuem softwares analisadores de sinais que permitem diagnósticos no
momento da coleta de dados. Obviamente, os preços também são diferenciados.
Importante ressaltar que qualquer hardware utilizado deve ser calibrado previamente.
(a) (b) (c)
Figura 1 – Tipos de Medidores de Vibrações
Medição de Laboratorio
É o tipo de medição caracterizado pelo teste em ambiente controlado. São utilizados
os mesmos tipos de instrumentos já citados, e mais:
Geradores de sinais,
Amplificadores de potência, e,
Um excitador que pode ser eletrodinâmico, magnético, hidráulico ou
piezocerâmico.
Acoplado ao excitador é comum se empregar um sensor de força composto por uma
célula de carga que está acoplada a um sistema de aquisição de dados.
Assim podemos estimar FRF’s, IRF’s e extrair parâmetros modais.
Transdutores para Medição de Vibrações
Transdutor é um dispositivo qu e transforma valores de variáveis físicas em sinais
elétricos equivalentes. O transdutor de vibrações mede o deslocamento relativo entre
duas coordenadas.
Sabendo que:
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̈ = ̈ − ̈ , e
̈ =
 − 
 ̈ −  +  −  ̇ +  ̇  ̈ + ̇ +  = −̈
Para sinais harmônicos do tipo y(t)= Y. sen(.  ) e fazendo a derivada de primeira e
segunda ordem, temos:
̈ ()= Y. . sen (.  )
Assim, podemos escrever:
̈ + ̇ +  = − . Y. . sen( .  )
Então:
y(t)= . .( . ∅)
( )(.. ), tan()=. .
 e z(t)=.. .(. ∅)
( )(.. )
Assim a razão entre as duas amplitudes z e y é dado por:
=
(1 )+(2.  .  )
Basicamente, temos dois tipos de transdutores de vibrações:
Baixa Frequência:
Sua principal característica é
≫ 1, isso quer dizer que a frequência do sistema
a ser medido é muito maior do que a frequência natural do transdutor,
consequentemente, z y, ou seja, a amplitude Z do transdutor é, praticame nte,
a mesma do sistema medido.
Os mais comuns são os Vibrômetros e Sismômetros.
Alta Frequência:
Os mais usados são os Acelerômetros.
Basicamente são compostos de uma peq uena massa sobre uma base com dois
cristais piezelétricos, um acoplado na massa e outro acoplado na base. O
movimento relativo dos cristais gera uma tensão que é enviada a um
condicionador de sinais e depois para o sistema de aquisição.
Exercício Resolvido
Um transdutor com
n= 1 Hz é usado para medir uma vibração de = 4 Hz; A amplitude
indicada pelo transdutor é de 1,3 mm, qual a amplitude correta? (ξ=0).
Resolução:
Calculando a razão de frequências:  =
=
= 4
Temos um transdutor de alta frequência.