Análise de vibrações estruturais e monitorização da condição de máquinas com acelerómetros Kistler
Kistler Ibérica S.L., Unipersonal Tel.: +34 938 603 324 luis.soares@kistler.com · www.kistler.com
A partir do momento em que a construção de máquinas industriais começou e desde que o uso dos motores para movê-las passou a ser uma realidade, questões relacionadas com a redução da vibração e o respetivo isolamento das máquinas têm preocupado os engenheiros. É também conhecido que a vibração é uma oscilação mecânica em função do tempo de um determinado corpo relativamente a um ponto de referência, quando a amplitude é alternadamente maior e menor, podendo ser representada no domínio do tempo ou frequência.
po
Deslocamento
Te m
robótica
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case study
Deteção do ruído de origem estrutural em materiais de estado sólido (acelerómetros e sensores de emissão acústica).
Frequência
m dm c
k
dF
F
dm = df Frequência Fase
Frequência
Figura 1. Representação no domínio do tempo e frequência de um sinal vibratório. Source: Luís Soares. Vibrações.
A análise das vibrações deverá fazer parte do próprio projeto das máquinas, havendo a necessidade de uma medição e análise exata da vibração mecânica de forma a mitigar paragens dos equipamentos e aumentar a sua longevidade, sem descurar a qualidade dos produtos fabricados. A realidade é que, ainda hoje, perdura na indústria a perceção que um ouvido experiente de um engenheiro poderá resolver a maioria dos problemas encontrados, sendo ainda possível recorrer-se, por exemplo, a um simples instrumento ótico que demonstre o deslocamento vibratório, isto é, uma lâmpada estroboscópica. Não obstante, nos dias que correm, uma nova tecnologia de medição das oscilações tem vindo a ocupar um destaque fundamental na procura de problemas presentes nas elevadas solicitações de equipamentos e estruturas. Basicamente, atualmente, são usados 2 princípios para caraterizar o ruído/vibrações de origem estrutural em materiais de estado sólido, além da vibrometria a laser. Numa gama de frequências mais baixas, regra geral, é utilizado o convencional transdutor sísmico, onde o acelerómetro clássico é ajustado tipicamente até 20 kHz, podendo atingir uma gama em frequência na sua ressonância (frequência natural do acelerómetro) até 100 kHz. Nas gamas de frequência mais elevadas, de 50 kHz a 900 kHz, é frequente serem utilizados os sensores designados por Emissão Acústica (AE). Ambos os princípios e seus usos serão abordados neste artigo, sendo ainda mencionados os sistemas de aquisição e processamento de sinal, utilizando programas avançados da Kistler para computador.
ACELERÓMETROS Os acelerómetros são habitualmente utilizados nas mais diversas aplicações, como análises operacionais (estruturas/equipamentos em funcionamento), análises modais (mediante a excitação de uma estrutura, por exemplo, recorrendo a um martelo de impacto ou a uma máquina de indução de vibrações, vulgos shakers, os quais realizam ensaios de vibração, fadiga, choque e análise modal), ambientais ou em testes de durabilidade. São cada vez mais solicitados acelerómetros triaxiais IEPE (com eletrónica incorporada e saída em tensão) com maior gama em frequência operacional - nas 3 direções ortogonais -, para medições ao choque e às vibrações. A fixação dos acelerómetros às superfícies é bastante facilitada devido à maioria dos transdutores fornecerem uma