Vibração Mecânica

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Vibrações Mecânicas
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Vibração:
Estudo de movimentos que repetem-se periodicamente (ou não).
Um sistema vibratório contém:
 Um meio para armazenar energia potencial;
 Um meio para armazenar energia cinética;
Mecanismo para dissipação de energia;
O movimento vibratório/oscilatório ocorre com a transferência de
energia potencial para cinética, e vice-versa.
 Um corpo é dito estar vibrando quando ele descreve um
movimento de oscilação em torno de uma posição de
referência. O número de vezes de movimento completo
(Ciclos) tomados durante o período de 1(um) segundo é
chamado de frequência e sua unidade é hertz (hz).
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O movimento vibratório pode consistir em um único componente ocorrendo em uma
única freqüência, como acontece com um desbalanceamento puro, ou em vários
componentes que ocorrem em freqüências diferentes, simultâneamente, como, por
exemplo, no caso de folgas em máquinas rotativas.
 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES:
Toda a estrutura de uma máquina rotativa vibra em função dos esforços dinâmicos
decorrente de seu funcionamento. A freqüência de vibração é idêntica àquela dos
esforços que os provocam. O sinal de vibração, tomado em algum ponto da máquina,
será a soma das respostas vibratórias da estrutura às diferentes freqüências dos
esforços excitadores.
O sinal de vibrações medido em pontos determinados de uma máquina ou estrutura
contém uma grande quantidade de informações dinâmicas relacionadas as diversas
forças de excitações aplicadas à máquina. A deterioração da máquina pode traduzir-
se por uma alteração na distribuição de freqüências do sinal de vibrações, cuja
conseqüência é o aumento do nível de vibrações.
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Assim sendo, pode-se acompanhar a evolução do nível de
vibrações de uma máquina rotativa, a partir da análise do espectro
de freqüências do sinal de vibrações e identificar o surgimento de
novos esforços dinâmicos ou o aumento repentino da amplitude
do nível de vibrações, que são fortes indicadores do surgimento
de defeitos ou degradação do funcionamento da máquina rotativa.
O sinal de vibrações pode ser analisado através do domínio do 
tempo e do domínio da freqüência (espectro de freqüência). A 
figura 1 ilustra a representação do sinal. 
 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES:
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 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES:
 O domínio de tempo é uma representação bidimensional de amplitude no eixo
vertical e o tempo no eixo horizontal. O domínio da freqüência representa a
amplitude no eixo vertical e as freqüências no eixo horizontal.
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
Em geral, os métodos de análise de falhas no domínio do tempo alertam
para o surgimento e o desenvolvimento de falhas, contudo, não permitem
um diagnóstico preciso e não localizam a falha.
A análise de falhas no domínio da freqüência é mais atrativa, porque
fornece informações mais detalhadas sobre o estado da máquina, enquanto
a análise no domínio do tempo fornece informações qualitativas sobre as
condições da máquina.
Uma abordagem mais simples na análise no domínio do tempo é usada
para extrair alguns valores do sinal de vibração, como: (i) o valor RMS;
(ii) o valor de pico; (iii) o fator de crista; (iv) a curtose.
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
Valor RMS (Root Mean Square)
 O método mais simples no domínio do tempo é a medição do nível global
RMS. Estes níveis são medidos e comparados com valores tabelados para
indicar a severidade da vibração.
 Esta técnica não localiza o defeito, apenas dá uma indicação que está
havendo um aumento de energia no sinal, que pode ser causado pelo
desenvolvimento da falha. Nos estágios iniciais do defeito o nível RMS
pode não ser afetado.
 Essa medição de nível de vibração é a medida mais importante no
domínio do tempo. Porque leva em consideração o histórico do sinal de
vibração no tempo e de um valor de nível, que é relacionado com a
energia contida no sinal.
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
Valor RMS (Root Mean Square)
Matematicamente para fins de cálculo, o valor RMS é dada por:
Onde:
(1)
(2)
Valor médio do sinal
Nº de amostras
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
Valor RMS (Root Mean Square)
 Severidade de Vibração
Na análise do comportamento do equipamento rotativo pelo valor RMS
de Vibração, o controle do estado do equipamento é realizado com base
nesse valor, calculado para o sinal de vibração, medido em pontos
críticos da superfície da máquina.
Como esse valor é decorrente de um sinal de resposta da estrutura ás
excitações dinâmica decorrentes do funcionamento do equipamento, ele
representa uma medida do nível de energia do seu sinal vibratório, ou
seja, a medida de energia emitida pela vibração, também é conhecida
como severidade da vibração.
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
Valor RMS (Root Mean Square)
 Severidade de Vibração
 A severidade de vibração não é representada por uma escala de valores
única.
 Isto se deve à grande diversidade de formas, massa, montagem e condições
operacionais dos equipamentos, o que acarreta valores RMS diferentes, para
classes de máquinas diferentes, com níveis de severidade aceitáveis.
 Para máquinas girantes com velocidades de rotação na faixa de 600 a 12.000 
rpm (10 a 200 Hz), a norma ISO 10816 (antiga ISO 2372)e a NBR 10082, 
adotam o valor RMS da velocidade do sinal de vibração, conhecido como 
valor global de velocidade RMS, como unidade de medida para identificação 
da severidade de vibração.
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
Valor RMS (Root Mean Square)
 Severidade de Vibração
Figura 2 - Norma ISO 10816 (antiga ISO 2372)
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
 Fator de Crista
 O Fator de Crista é definido como a razão entre o nível de pico do
sinal de vibração pelo nível RMS, medidos em uma banda de
freqüência.
 Este método parte do princípio que quando o rolamento sofre um
dano, o nível de pico da aceleração aumenta mais rapidamente do
que o nível RMS.
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 Análise de Falhas no Domínio do Tempo:
 Fator de Crista
 Na vibração normal do rolamento, sem defeitos, o fator de crista é baixo, de 2 a 6. Com
o surgimento e evolução das falhas, o fator de crista atinge valores altos, acima de 6.
Quando as falhas deixam de ser localizadas e se espalham pelas superfícies do
rolamento, os picos discretos desaparecem e o nível RMS vai crescendo, fazendo com
que diminua o fator de crista, indicando a necessidade de troca do rolamento.
 Variação típica do Fator de Crista durante o processo de degradação de um rolamento. 
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Número de Graus de Liberdade:
Número mínimo de coordenada generalizadas necessárias para
descrever a configuração do sistema.
 Sistemas com 1 grau de liberdade:
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 Sistemas com 2 graus de liberdade:
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 Sistemas com 3 graus de liberdade:
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 Sistemas Contínuos e Discretos:
A maioria dos sistemas mecânicos reais necessita de um número
infinito de graus de liberdade para sua descrição completa. 
Estes são sistemas contínuos.
Um sistema que pode ser descrito por um número finito de graus
de liberdade é um sistema discreto.
Métodos computacionais (MEF, MDF, etc.) normalmente geram
modelos discretos.
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Forças Externas:
Vibração Livre: Após uma perturbação inicial, não há mais ação
externa sobre o sistema. Não há ação de forças sobre
o sistema.
Vibração Forçada: O sistema sofre ação de forças (periódicas ou 
não). 
 No caso de vibração forçada, é possível a ocorrência de 
ressonância.
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Amortecimento:
Vibração Amortecida Existe um mecanismo de dissipação que
transforma energia mecânica em energia térmica, em
um processo irreversível. Pode ser atrito viscoso,
seco, interno, etc.Vibração Não Amortecida Não há um mecanismo dissipativo, a
energia mecânica total é conservada.
 Na prática, o amortecimento muitas vezes pode ser 
desprezado,
exceto próximo à ressonância.
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 Linearidade:
Vibração Linear: Todas as relações massa aceleração, rigidez 
deslocamento e amortecimento velocidade, são
lineares. Vale o princípio da superposição. 
Técnicas relativamente simples e bem conhecidas;
Vibração Não Linear Alguma das relações constitutivas não é
linear. Não vale o princípio da superposição. 
Técnicas menos bem determinadas.
As vezes uma solução linearizada é possível.
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Determinismo:
Vibração Determinística: Todas as propriedades mecânicas, relações
constitutivas e forças são perfeitamente conhecidas
em qualquer instante de tempo.
Vibração Não Determinística: Alguma das grandezas que descrevem
o sistema, normalmente as forças de excitação, são
conhecidas apenas de forma estocástica.
Não é possível prever o comportamento futuro,
exceto através de estatísticas.
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Exemplos: terremotos, vento, ondas, estradas.
 Determinismo:
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Molas:
Características:
• Elemento mecânico que produz uma força em reação a um
deslocamento;
• Mecânicas (helicoidais, torcionais, pneumáticas, etc.);
• Aplicações:
 Para molas lineares: F = kx;
 Energia de deformação: U = ∫ x 0 F dx;
 Para molas lineares, U = 1/2 Kx2;
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Molas Não Lineares:
• Qualquer relação diferente de F = kx;
• Normalmente, F(x) = k(x)x;
• Pequenas não linearidades usualmente são representadas por
molas cúbicas: F(x) = ax + bx3, isto é, k(x) = a + bx2
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 Molas Não Lineares:
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 Molas Não Lineares:
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• Barra homogênea de seção uniforme:
 Constante de Molas de Barras:
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• Barra homogênea de seção uniforme:
 Constante de Mola para Viga em Balanço:
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 Combinação de Molas:
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Amortecimento:
• Nos sistemas vibratórios reais, a energia mecânica é transformada 
em calor ou som.
• As amplitudes de vibração diminuem progressivamente, no caso de 
vibração livre.
• O efeito do amortecimento é particularmente importante próximo à 
ressonância, pois é o fenômeno que limita a amplitude.
• Nos modelos simplificados, os amortecedores não tem massa nem 
elasticidade.
• Só existe amortecimento quando há velocidade relativa entre as 
extremidades do amortecedor.
• Três tipos: viscoso, seco ou de material.
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Movimento Harmônico:
• Se o movimento se repete em intervalos constantes de tempo 
o movimento é periódico.
• O tipo de movimento periódico mais simples e útil na prática é 
o movimento harmônico.
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 Movimento Harmônico - Exemplo:
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 Movimento Harmônico – Eixo X e Y :
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 Definições Importantes:
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 Definições Importantes:
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 Decibel:
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 Batimento:
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 Batimento:
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
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