A análise de vibrações em máquinas rotativas é um assunto essencial na Engenharia Mecânica

MAPA – MIND – VIBRAÇÕES MECÂNICAS E ACÚSTICAS – 53_2024

A análise de vibrações em máquinas rotativas é um assunto essencial na Engenharia Mecânica, desempenhando um papel fundamental na identificação e compreensão de fenômenos que impactam diretamente o desempenho e a integridade desses sistemas dinâmicos. No escopo da disciplina, observamos que diferentes tipos de vibrações mecânicas podem ocorrer. Contudo, no âmbito específico da manutenção, a vibração forçada não amortecida desponta como um modo indesejado de vibração, cujos efeitos podem ser catastróficos.

A vibração forçada, quando não amortecida, assume uma natureza preocupante, acarretando em desgaste acelerado de componentes e comprometendo a eficiência global do sistema. A possibilidade de ressonância, um fenômeno temido nesse contexto, aumenta significativamente. Em máquinas rotativas, especialmente aquelas que incorporam engrenagens, a vibração descontrolada pode desencadear desalinhamentos prejudiciais, fadiga prematura de materiais e, em última instância, falhas catastróficas.

Diante desse cenário, é imprescindível uma compreensão profunda dos princípios teóricos subjacentes à análise de vibração. 

Suponha que você atue na área de manutenção de uma grande empresa especializada na fabricação de máquinas agrícolas. Em um determinado sistema de transmissão, ocorreu a quebra de um dente de uma das engrenagens. 

Antes de iniciar uma análise de vibração no sistema, ao ter acesso aos dados das engrenagens, você optou por esboçar como seria o comportamento do espectro vibracional caso as engrenagens estivessem em perfeito estado.
 

ETAPA 1

Considerando que você optou por uma rotação do motor igual a 40,1 Hz, faça um esboço dos três picos que deveriam ser observados no espectro do sistema de transmissão sem defeitos. Utilize os dados da representação a seguir (Figura 1). Ao desenhar o espectro vibracional, não é necessário se preocupar com os valores do eixo Y (amplitude); simplesmente reproduza os possíveis picos em escala, representando o que deve ser maior, intermediário e menor. No entanto, calcule os valores do eixo X (frequência).​
 

Fonte: Algetec.
 

1. a) Complete a tabela com os valores aproximados das frequências que você calculou. Indique todas as etapas e justificativas de cálculo de forma clara. Demonstre como você obteve os valores da Tabela 1, a partir dos dados fornecidos. Valores não acompanhados de justificativas serão excluídos. Assegure-se de utilizar números inteiros na resposta final (Tabela 1).
   

Fonte: A autora.
 

1. b) Elabore o esboço do espectro, posicionando os picos nos valores aproximados e com alturas proporcionais uns aos outros.
   

Fonte: A autora.
 

ETAPA 2

Agora, você terá a oportunidade de utilizar um simulador para avaliar o espectro gerado pelo sistema de transmissão com defeito. Para isso, empregue o Esquemático 1 do Laboratório Virtual.

– No Esquemático 1, o pinhão atua como engrenagem motora, com 23 dentes (sendo que 1 está quebrado). Mantenha a velocidade de rotação do motor igual a 40,1 Hz.
 

Fonte: Algetec.
 

1. a) Após preparar a bancada e realizar o teste, você fornecerá uma captura de tela que apresente o espectro obtido com uma velocidade de rotação igual a 40,1 Hz. Nesse espectro, sua tarefa será identificar os três picos que surgem após o valor de 20 Hz (ignorando picos inferiores).
2. b) Registre os valores aproximados das frequências dos três picos na Tabela 2.
   

Fonte: A autora.
 

1. c) Compare o espectro obtido no simulador, assim como os valores das frequências, com o espectro que você delineou na Etapa 1. Identifique as diferenças entre eles.
   
   ETAPA 3
   Conclua a respeito do comportamento do espectro obtido na Etapa 2 e explique de maneira sucinta como a análise de espectro vibracional é conduzida para identificação de falhas em engrenagens. Além disso, comente sobre outras falhas que podem ser identificadas, como desgaste dos dentes ou folga insuficiente. Certifique-se de referenciar a fonte de suas pesquisas, tanto no texto quanto ao final do arquivo de resposta. Caso utilize material on-line, insira o link da fonte.