Informações Essenciais para Testes de Vibração

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Informações Essenciais para Testes de Vibração

Basicamente, testes de vibração podem ser classificados em 3 categorias:

Figura 1 – Vibração Senoidal

Figura 2 – Vibração Aleatória

Figura 3 - Choque

Há formas mais complexas de testes de vibração como senoidal em aleatória, mas o foco será nas formas mais

simples.

Este artigo se refere a testes realizados em shakers eletrodinâmicos, cuja maioria opera na faixa de 10 Hz (ciclos por

segundo) a 2000 Hz.

Informações gerais necessárias sobre a amostra, independente do tipo de teste

1. Peso

2. Quantidade

3. Dimensões

4. Orientação de uso atual

Questões específicas sobre o suporte de teste, ressonância, e força

1. Há um suporte de teste disponível ou será necessário construir um? Se houver o suporte, qual o parafuso

padrão? Nem todos os shakers tem o mesmo parafuso padrão e talvez seja necessário modificá-lo. Se

necessário, o laboratório construirá um suporte adicionando o custo. Um suporte construído pelo

laboratório ajudará a evitar qualquer frequência de ressonância na faixa de teste. Esta não é uma área a ser

aprofundada se não houver conhecimento em projeto de suportes.

2. Será necessário executar a busca pela ressonância em ambos – suporte e amostra, e onde deverá ser

posicionado o acelerômetro para busca da ressonância? Ressonância é a condição de operação da

frequência natural do produto. Todo produto tem uma frequência natural diferente. O engenheiro de design

de produto deverá se assegurar que esta frequência está fora da faixa limite de teste de vibração e em

condições na qual o produto será usado. Do contrário, o produto se auto destruirá. O mesmo é válido para o

suporte. O laboratório pode identificar ambos – amostra e suporte, para assegurar que não ocorrerá a

ressonância na faixa de teste.

3. Durante o teste, a amostra precisa estar ligada e ser monitorada? Quais os requerimentos de energização? O

equipamento de monitoração será provido por quem?

Teste de Vibração Senoidal

A vibração senoidal geralmente ocorre em maquinário rotativo (Figura 1), como máquinas, motores elétricos, tornos

mecânicos, ou qualquer coisa que tenha forma de onda repetitiva.

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O teste pode ser em frequência simples, ou numa faixa de frequências, conhecida como largura de banda (2

frequências que compreendem o teste). Exemplo: 10 Hz a 1000 Hz. Se esta for uma frequência simples, o laboratório

questionará sobre o deslocamento. O deslocamento usualmente é definido como pico-a-pico ou simplesmente pico

e em polegadas ou milímetros.

O deslocamento é necessário pois algumas mesas de vibração antigas são limitadas a 1 polegada pico-a-pico. As

atuais variam entre 2 e 3 polegadas pico-a-pico. Se a mesa tiver apenas 1 polegada de pico-a-pico, não será possível

executar testes que exijam 2 polegadas de pico-a-pico.

Se o teste for executado numa faixa de frequências, o laboratório questionará sobre a taxa de varredura, que se

refere a rapidez com que a frequência aumenta da menor para a maior e pode ser linear ou logarítimica. Se for

linear, será indicado como um aumento da frequência por minuto. Exemplo: 10 Hz a 55 Hz para 10 Hz em 2 minutos.

Se for logarítimico, será dado em oitavas por minuto. Como em música, uma oitava é a duplicação da frequência.

Portanto, uma varredura logarítimica de 1 oitava por minuto sobre uma faixa de frequência de 5-1000 Hz, levará 1

minuto (5-10 Hz) + 1 minuto (10-20 Hz) + 1 minuto (20-40 Hz) + 1 minuto (40-80 Hz)...último minuto (640-1280 Hz) =

aproximadamente 8 minutos para ir de 5 a 1000 Hz em uma oitava por minuto.

Alguns testes terão uma ou múltiplas paradas durante o teste, onde o deslocamente aumentará ou diminuirá.

Portanto, a especificação poderá ler de 5 a 1000 Hz, varredura logarítimica de uma oitava por minuto, deslocamento

de 5 mm de 5 a 500 Hz e 0,05 mm de 500 a 1000 Hz (Figura 4).

Figura 4 – Exposição mínima de integridade de um helicóptero – MIL–STD-810G

Para resumir a visão sobre o teste de vibração senoidal, as informações específicas necessárias ao laboratório são:

1. Faixa (largura de banda) em que o teste será executado em Hz (5-500 como no exemplo acima)

2. Tipo de varredura – logarítimica (oitavas por minuto) ou linear (tempo por ciclo de varredura)

3. Deslocamento (pico-a-pico) a/ou aceleração em g. Isto poderia ser dividido sobre a largura de banda.

Exemplo: aceleração pela metade e deslocamento pela metade. A figura acima especifica deslocamento em

2 seções e aceleração em 2 seções.

4. Número de eixos a testar.

5. Número de horas para testar em cada eixo.

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Teste de Vibração Aleatória

A vibração aleatória é provavelmente o tipo que ocorre mais comumente no mundo real. Exemplo: um carro

descendo por uma estrada de cascalho (Figura 2). É justamente o que parece. Não há sequência u razão para a

resultante da forma de onda.

Uma forma para gerar um perfil de vibração aleatória num shaker é posicionar acelerômetros na amostra, levar

para o ambiente de teste e, então, reproduzir a forma de onda gravada. Isto é chamado replicação dados-campo.

Neste caso, o eixo X é o tempo e o eixo Y é a amplitude da aceleração em g.

Este não é o método mais prático, nem o mais suportável. Portanto, os engenheiros inventaram a curva de

densidade espectral de potência (PSD – Power Spectral Density). A derivação da curva de PSD será o tema de outro

artigo de Rastreamento. Por enquanto, somente será considerado que a forma de onda dos dados de campo tem

conteúdo de frequência e esta pode ser transformada em PSD usando técnicas matemáticas. O PSD é um gráfico que

habilita o controlador da mesa de vibração a reproduzir os dados de campo inicialmente coletados, embora isso não

seja precisamente o dado. Isto tem uma grande possibilidade de desenvolver as mesmas frequências e amplitudes

dos dados originais, mas a sequência não será necessariamente a mesma.

Para o teste de vibração aleatória será necessário um gráfico ou tabela com as informações do PSD.

Figura 5 – Gráfico de PSD – MIL-STD-810G

A figura acima mostra um exemplo de um gráfico PSD da norma militar americana para caminhões que trafegam em

estradas norte-americanas. Neste caso, são providenciados dados dos 3 eixos perpendiculare: vertical, longitudinal e

transversal.

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Os laboratórios preferem o formato de planilha, devido à facilidade na entrada de dados no controlador da mesa de

vibração, não precisando determinar pontos de leitura no gráfico.

Figura 6 – PSD no formato de planilha

Resumindo, as informações específicas necessárias são:

1. PSD, preferencialmente em forma de planilha.

2. Número de horas de teste em cada eixo. Em alguns casos, a especificação fixará a equivalência de horas

testadas à outras variáveis. Na norma militar citada anteriormente, 1 hora é equivalente a 1000 milhas de

viagem de caminhão, ou seja, será necessário testar por 1 hora em cada eixo para conseguir a equivalência.

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Teste de Choque

O teste de choque é bem simples para especificar em comparação aos testes senoidais e aleatórios. Se aproxima da

situação onde um carro passa por um buraco profundo na estrada (Figura 3).

Para um teste de choque, as seguintes informações são necessárias:

1. Qual a forma do pulso? Na maioria das vezes é um meio seno (Figura 7), mas pode ser também dente de

serra (Figura 8).

2. Qual a largura de pulso em milisegundos? Esta é a dimensão D, conforme figuras 7 e 8.

3. Qual a amplitude em g (número de vezes a força de gravidade). Esta é a dimensão A no meio seno (Figura 7)

e P no dente de serra (Figura 8).

4. Quantos pulsos de choque são necessários e em qual direção? Usualmente são 3 frontais e mais 3 traseiros,

totalizando 6 pulsos em cada eixo.

5. Quantos eixos serão testados? Usualmente são 3 eixos ortogonais.

Figura 7 – Pulso de choque de meio seno

Figura 8 – Pulso de choque de dente de serra

Em relação ao peso, uma "regra de ouro" é pegar o peso do objeto e multiplicá-lo pelo nível g. Isto dará a força em

libra a que o shaker será submetido. Exemplo: Se a amostra pesar 400 lb e a amplitude for 50 g, será necessário um

shaker com força de 20.000 lb. A maioria dos laboratórios tentam evitar o limite máximo do shaker devido a um

dano potencial.