O Que é a Ressonância e Por Que Pode Destruir o Seu Equipamento

O que é a ressonância: uma explicação simples

Toda a estrutura mecânica (chassis, fundação, apoios) possui frequências naturais de vibração próprias. São as frequências a que a estrutura «prefere» vibrar.

Uma analogia: pense num baloiço. Se o empurrar em sintonia com as suas oscilações naturais, a amplitude do baloiço cresce. Se o empurrar fora de ritmo, o baloiço quase não se move.

A ressonância ocorre quando a frequência de rotação do rotor coincide (ou está muito próxima) de uma das frequências naturais de vibração da estrutura. Nesse caso, mesmo uma pequena força excitadora proveniente de um desequilíbrio mínimo produz vibrações enormes.

O perigo: a vibração pode aumentar 10–20 vezes. Isto conduz a:

• Destruição de fixações e fundações
• Fissuras de fadiga no metal
• Destruição catastrófica da estrutura

A velocidade crítica

A velocidade crítica é a velocidade de rotação à qual a frequência de rotação do rotor coincide com a frequência natural de vibração do sistema «rotor–apoios».

Rotores rígidos e flexíveis:

• Rotor rígido: a velocidade de trabalho é muito inferior à primeira velocidade crítica (normalmente por um fator de 2–3). Tal rotor não se dobra sob as forças centrífugas
• Rotor flexível: funciona a uma velocidade próxima ou acima da velocidade crítica. O rotor dobra-se visivelmente durante a rotação

Como detetar a ressonância: métodos de diagnóstico

Fig. 1. Gráfico de ressonância: pico acentuado de vibração quando se atinge a velocidade crítica (neste exemplo, ~2250 rpm).

Sinais de funcionamento na zona de ressonância:

• Aumento brusco da vibração a uma determinada velocidade de rotação
• Com uma variação de ±100 rpm, a vibração muda 5–10 vezes
• A fase de vibração «salta» de uma medição para a seguinte
• Ao atravessar a ressonância, a fase muda 180°
• As leituras são instáveis mesmo a velocidade constante

Métodos de deteção:

1. Teste de desaceleração (coast-down):

• O equipamento é desligado e abranda
• A vibração é medida à medida que a velocidade diminui
• Os picos de vibração nas frequências de ressonância são visíveis no gráfico

2. Teste de impulso (bump test):

• O equipamento em repouso é percutido com um martelo modal
• A resposta do sistema é analisada
• As frequências naturais são determinadas

Métodos para combater a ressonância

1. Alteração da velocidade de trabalho

Sempre que possível, altere a velocidade de modo a que a frequência de trabalho se afaste claramente da frequência de ressonância (normalmente ±15–20%).

2. Alteração da rigidez da estrutura

• Reforço do chassis e das fundações: o aumento da rigidez eleva a frequência natural
• Adição de massa: o aumento da massa reduz a frequência natural
• Alteração dos apoios: utilização de isoladores de vibração ou fixações mais rígidas

3. Amortecimento

• Instalação de amortecedores (absorvedores de vibração)
• Utilização de suportes com isolamento de vibrações

4. Métodos especiais de equilibragem

Para trabalhar próximo da ressonância, existem métodos especiais de equilibragem que prescindem da fase (método das quatro passagens). Trata-se, contudo, de um procedimento complexo que requer experiência.