A Ressonância Estrutural ocorre quando a frequência de operação coincide com a frequência natural do equipamento, assim, isso eleva as amplitudes de vibração e impacta drasticamente na estrutura da máquina.
Um caso famoso de ressonância estrutural foi a Ponte Tacoma, nos Estados Unidos, que deformou e colapsou nos anos 40 como resultado da frequência de vibração dos ventos a 65 km/h.
Neste artigo, vamos ver o passo a passo do diagnóstico de ressonância estrutural feito em um ventilador industrial a partir da Manutenção Preditiva 4.0 da Tebe.
Análise de Vibração Global (RMS)
Utilizando a plataforma online de monitoramento de dados IoTebe, pudemos notar que o ventilador mudava de comportamento de acordo com a alteração da rotação da máquina.
Análise de Espectro
Partimos, então, para a análise espectral. Percebemos que, na Situação A, o 4º harmônico estava destacado; já na Situação B, o mesmo estava reduzido.
Ou seja, os dados coletados pelo Tebe NXG nos permitiram identificar uma variação na amplitude da vibração quando o ventilador operava com rotações diferentes, com o 4º harmônico destacado com rotação a 2.340 rpm (39Hz) e reduzido a 2.220 rpm (37Hz).
Diagnóstico
Isso nos levou à hipótese de que se tratava de um caso de ressonância estrutural, em que a frequência de operação estaria sendo atingida por valores muito próximos da frequência natural do ventilador. Visto que a elevação aparecia no 4º harmônico, foi necessário multiplicar a frequência por 4, obtendo 156 Hz.
Supusemos, a partir disso, que a frequência natural do ventilador era de 160 Hz e que ela era excitada quando a máquina operava a 156 Hz. Para validar o diagnóstico, realizamos mais dois tipos de análise: o ODS e o Bump Test.
ODS (Operating Deflection Shape)
Esta é uma técnica de vibração que consiste, portanto, em visualizar, em computador, o modo de deflexão (deformação) de um sistema, a fim de entender seu comportamento dinâmico.
Primeiro, criamos um modelo 3D com pontos estratégicos de medição. Em seguida, medimos e registramos a vibração desses pontos, o que permite gerar um vídeo simulando a deflexão do equipamento.
Após realizado o ODS, pudemos observar que ocorria a torção do mancal LA para o Motor. Isso pode indicar Ressonância ou Baixa Rigidez da estrutura. Para descobrir de qual se tratava, foi preciso realizar o chamado Bump Test.
Bump Test (Teste de impacto)
O Bump Test consiste em aplicar uma força externa, exercida por um martelo específico, sobre a máquina. Isso excita a frequência natural da peça, e os gráficos abaixo a registram.
Comprovamos, assim, que a frequência natural do ventilador era de 160Hz.
Conclusão
Visto que:
- O equipamento apresentava amplitude de vibração alta quando operava a 2.340 rpm (39Hz), excitando com maior amplitude o 4º harmônico;
- A estrutura sofria deflexão;
- Sua frequência natural dera de 160 Hz;
Então, era um caso de Ressonância Estrutural.
Resolução
Para resolver o problema de ressonância, foi necessário adicionar reforços baseados em análise de elementos finitos. Dessa forma, alterou-se as frequências naturais da estrutura para longe da faixa de 160 Hz.
A recomendação ideal é de que as frequências naturais estejam no mínimo 20% longe das frequências de operação (ao menos 192 Hz, se for acima, ou 128 Hz, se for abaixo).
Achou o artigo útil e se interessa pelo mundo da manutenção? Continue acompanhando nossos conteúdos!