Quando uma máquina rotativa atinge sua frequência de ressonância, isso pode causar danos graves à máquina (e à fábrica), ferimentos aos funcionários e consequências financeiras enormes. Isso deve ser evitado a todo custo. Embora a maioria das máquinas rotativas seja projetada de forma que a frequência de ressonância nunca coincida com a velocidade da máquina, a ressonância ainda pode ocorrer devido a falhas de projeto, mudanças na velocidade ou influências externas (como a frequência natural da fundação).
Frequências críticas
Toda máquina (configuração) possui uma ou mais frequências naturais; a frequência na qual um sistema tende a vibrar sem a presença de qualquer força motriz ou de amortecimento. Quando uma máquina rotativa está em operação, uma determinada frequência de vibração é produzida. Quando essa frequência de vibração coincide com a frequência natural da máquina (estrutura), ocorre ressonância mecânica. Nesse caso, a máquina vibra intensamente em sintonia com a fonte de vibração, produzindo uma vibração amplificada. As vibrações amplificadas podem ser tão fortes a ponto de causarem danos à máquina.
As causas das vibrações em máquinas rotativas podem variar. Saiba mais sobre as causas das vibrações.
Solução
Fica claro que a ressonância deve ser evitada. Para isso, acelerômetros podem ser usados para monitorar a vibração da máquina. Por meio de um transmissor, o acelerômetro pode se comunicar com um PLC, DCS ou sistema SCADA, permitindo uma ação rápida e adequada quando necessário. É importante conhecer as frequências críticas (ressonantes), pois elas são usadas para definir os valores de alarme. Esses valores de alarme têm como objetivo impedir que uma máquina rotativa atinja a frequência ressonante.
Mais informações sobre acelerômetros e seu uso podem ser encontradas nas seguintes páginas:
- Prevenção de danos às máquinas com um sistema de monitoramento de vibração
- Medições de vibração com acelerômetros
- 11 dicas para escolher o acelerômetro IEPE industrial certo
- Acelerômetros (produtos)
Métodos para determinar a frequência ressonante
Existem vários métodos para determinar a frequência de ressonância de uma máquina. Os métodos mais comumente utilizados são discutidos a seguir.
Teste de impacto (bump test)
Um teste de impacto ajuda a identificar a(s) frequência(s) crítica(s) das máquinas. Existem diferentes métodos para realizar um teste de impacto. Pode ser tão simples quanto dar um golpe no material (a máquina) com um martelo de borracha. O equipamento pode então coletar uma amostra de alguns segundos (gráfico no domínio do tempo), correspondente ao período de uma rotação de uma máquina rotativa. A duração da amostra depende das frequências de ressonância determinadas. É importante testar a máquina em vários locais; as medições devem ser feitas tanto no ponto de acionamento quanto no ponto de transferência para determinar a frequência ressonante da máquina. Para esse teste, a máquina deve estar fora de operação para evitar dados incorretos e facilitar a determinação da frequência natural da máquina.
Teste de aceleração/desaceleração
No chamado “pico de retenção em desaceleração”, a vibração é monitorada desde o momento em que a máquina está em operação até o desligamento. Sem ressonância, espera-se que o nível de vibração permaneça constante. Se o nível de vibração aumentar durante o desligamento, a velocidade com que a amplitude aumenta pode indicar a frequência natural. Além desse teste, há o mais abrangente “pico de fase em desaceleração”, no qual tanto o nível de vibração quanto o deslocamento de fase da máquina são medidos. Dessa forma, é possível identificar a frequência natural (ressonante), que se situa no meio do deslocamento de fase de 180 graus.
Fórmula para a frequência natural
Um terceiro método consiste simplesmente em calcular a frequência natural por meio de uma fórmula. No entanto, isso não é tão simples quanto a fórmula pode sugerir. Para calcular a frequência natural (ωn) de uma máquina, os parâmetros rigidez (k) e massa (m) devem ser conhecidos. Muitas vezes, esse não é o caso. Em particular, determinar a rigidez de uma estrutura é muito difícil. Além disso, a frequência natural muda quando um dos dois parâmetros se altera. Portanto, esse método raramente é utilizado.
Alteração da frequência natural
A frequência natural pode ser alterada, por exemplo, modificando-se a rigidez ou a massa da máquina. Ao aumentar a massa ou diminuir a rigidez, a frequência natural diminuirá. Por outro lado, uma diminuição na massa e um aumento na rigidez aumentarão a frequência natural.
Nem sempre é possível alterar um dos parâmetros (rigidez ou massa). Nesse caso, a velocidade de rotação da máquina pode ser alterada. No entanto, muitas vezes isso não é uma opção; uma máquina gira a uma determinada velocidade por um motivo específico. Há também a opção de instalar um amortecedor dinâmico na máquina, o que serve para reduzir significativamente os níveis de vibração.
Como uma das causas mais comuns de vibração extraordinária em máquinas, é importante evitar a operação dentro da frequência de ressonância. Para determinar essa frequência, é necessária uma medição precisa para identificar a frequência natural. Além da ressonância, desequilíbrios, desalinhamentos ou componentes danificados frequentemente desempenham um papel importante na causa de comportamentos anormais de vibração.
