Compreendendo a análise torcional
Definição: O que é Análise Torcional?
Análise torcional é a medição, avaliação e modelagem de vibração torcional—oscilações de torção em torno do eixo do eixo—em trens de acionamento de máquinas rotativas. Ao contrário vibração lateral (flexão) que é facilmente medida com padrão acelerómetros, a vibração torcional requer técnicas de medição especializadas (medidores de tensão, tacômetros duplos, vibrometria a laser) e análise para detectar oscilações angulares, determinar frequências naturais de torção e avaliar o risco de fadiga em eixos, acoplamentos e engrenagens.
A análise torcional é essencial para acionamentos de motores alternativos, eixos de transmissão longos, caixas de engrenagens de alta potência e aplicações com motores VFD, onde a vibração torcional pode causar falhas catastróficas no eixo ou no acoplamento, apesar dos níveis aceitáveis de vibração lateral. É um recurso de diagnóstico especializado, porém essencial, para prevenir falhas repentinas e inesperadas em sistemas de transmissão de potência.
Por que a análise torcional é necessária
Vibração torcional vs. vibração lateral
- Lateral: Flexão, movimento lateral, medido com acelerômetros padrão
- Torcional: Girando em torno do eixo, sem deslocamento lateral, invisível aos sensores padrão
- Independência: Pode ter torção severa com lateral baixa (e vice-versa)
- Danos: A torção pode causar falhas no eixo/acoplamento sem aviso prévio das medições laterais
Modos de falha
- Fraturas por fadiga do eixo (tipicamente 45° em relação ao eixo)
- Falha do elemento de acoplamento (dentes da engrenagem, elementos flexíveis)
- Quebra de dentes de engrenagem devido a cargas oscilantes
- Danos na chave e no rasgo da chaveta causados por atrito
Técnicas de Medição
1. Método do extensômetro
Medição direta de tensão de torção:
- Extensômetros fixados a 45° em relação ao eixo do eixo (orientação máxima da tensão de cisalhamento)
- Mede a tensão de cisalhamento causada pela torção
- Requer anéis coletores ou telemetria sem fio para eixos rotativos
- Mais preciso, mas complexo e caro
- Pesquisa e desenvolvimento de uso primário
2. Método do tacômetro duplo
- Dois sensores ópticos em diferentes locais do eixo
- Medir a diferença de fase entre locais
- Diferença de fase = torção angular = vibração torcional
- Sem contato e prático
- Limitado a torção de baixa frequência (< 100 Hz normalmente)
3. Vibrômetro Torsional a Laser
- Sistema Doppler a laser especializado
- Mede flutuações de velocidade angular
- Sem contato
- Ampla faixa de frequência
- Caro, mas poderoso
4. Análise da corrente do motor
- A vibração torcional cria flutuações de corrente
- Analisar o espectro de corrente do motor
- Indireto, mas não invasivo
- Ferramenta de triagem útil
Análise Analítica Torcional
Modelagem Matemática
- Modelo de torção de massa concentrada do trem de força
- Calcular frequências naturais de torção
- Prever resposta a fontes de excitação
- Identificar velocidades críticas e ressonâncias
Fontes de excitação
- Motores alternativos: Pulsos de disparo criam excitação torcional
- Malha de engrenagens: O engate dos dentes cria torque oscilante
- VFDs: Harmônicos de frequência de comutação PWM
- Elétrica: Frequências de passagem de pólos e deslizamento do motor
Diagrama de Campbell para Torsional
- Plotar frequências naturais de torção versus velocidade
- Linhas de ordem de excitação de sobreposição
- Identificar velocidades críticas de torção (pontos de interferência)
- Seleção da velocidade de operação do guia
Aplicações Críticas
Transmissões de motores alternativos
- Geradores a diesel
- Compressores de motores a gás
- Propulsão marítima
- Grandes pulsações de torque requerem análise
Eixos de transmissão longos
- Acionamentos de laminação
- Eixos de hélices marítimas
- Acionamentos de máquinas de papel
- O comprimento cria baixa rigidez torcional
Caixas de engrenagens de alta potência
- Caixas de engrenagens de turbinas eólicas
- Redutores industriais > 1000 HP
- Excitação da malha de engrenagens dos modos de torção
Sistemas de motores VFD
- Os acionamentos de frequência variável criam excitação torcional
- Harmônicos PWM podem excitar ressonâncias torsionais
- Preocupação crescente com a proliferação de VFD
Resultados da análise
Frequências Naturais Torsionais
- Identificar a partir de medição ou cálculo
- Comparar com frequências de excitação
- Verifique a separação adequada
Níveis de estresse
- Calcular a tensão de cisalhamento alternada a partir da vibração medida
- Comparar com os limites de resistência do material
- Avaliar o consumo de vida em fadiga
- Determinar se as tensões são aceitáveis
Amortecimento
- Medida da resposta em ressonâncias torcionais
- Normalmente muito baixo (< 1% de crítico)
- Baixo amortecimento significa ressonâncias nítidas
Estratégias de Mitigação
Separação de Frequência
- Garantir que as frequências naturais de torção sejam separadas das frequências de excitação
- Alterar o diâmetro do eixo, comprimento ou rigidez do acoplamento
- Modificar inércias (adicionar volante)
Adição de amortecimento
- Amortecedores de torção (viscosos ou de fricção)
- Acoplamentos de alto amortecimento
- Reduz a amplificação de ressonância
Mudanças na velocidade operacional
- Evite operação contínua em velocidades críticas de torção
- Restringir faixas de velocidade
- Ajuste do VFD para minimizar a excitação
A análise torcional é uma disciplina especializada em vibração que aborda oscilações de torção que podem causar falhas catastróficas invisíveis ao monitoramento padrão de vibração lateral. Embora exija técnicas especializadas de medição e análise, a análise torcional é essencial para acionamentos de motores alternativos, eixos longos, caixas de engrenagens de alta potência e sistemas VFD, onde a vibração torcional representa riscos significativos à confiabilidade e à segurança.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 