O que é Ressonância de Quadro? Vibração da Estrutura da Máquina • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é Ressonância de Quadro? Vibração da Estrutura da Máquina • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, brocas em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é ressonância de quadros? Vibração da estrutura da máquina

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Compreendendo a ressonância de quadros

Definição: O que é ressonância de quadro?

Ressonância de quadro é um tipo específico de ressonância estrutural onde a própria estrutura da máquina, carcaça, invólucro ou compartimento vibra em um de seus frequências naturais em resposta à excitação dos componentes rotativos. Ao contrário das ressonâncias de fundação ou pedestal, que envolvem a estrutura de suporte, a ressonância de estrutura envolve o próprio corpo da máquina — a estrutura de ferro fundido ou aço fabricado que envolve os elementos rotativos.

A ressonância de chassis é comum em máquinas com carcaças grandes e relativamente leves, como ventiladores, sopradores, bombas e motores. Normalmente, manifesta-se como ruído excessivo, vibração visível de tampas ou painéis e alta vibração leituras no quadro que são desproporcionais à vibração real do rotor.

Situações comuns de ressonância de quadros

Estruturas de motores e geradores

  • Frequências naturais: Normalmente 50-400 Hz dependendo do tamanho e construção
  • Excitação: 1× (desbalanceamento), 2× frequência de linha (120 Hz para motores de 60 Hz), forças eletromagnéticas
  • Sintomas: Vibração do quadro muito maior que a vibração do rolamento; zumbido ou zumbido audível
  • Gravidade: Pode haver vibração 5-10 vezes maior na estrutura do que nos rolamentos

Carcaças de ventiladores e sopradores

  • Frequências naturais: 20-200 Hz para ventiladores industriais típicos
  • Excitação: Frequência de passagem da lâmina (número de lâminas × RPM)
  • Sintomas: Painéis da carcaça vibrando violentamente; ruído aerodinâmico alto
  • Característica: Pode ocorrer apenas em velocidades ou condições de fluxo específicas

Carcaças de bombas

  • Frequências naturais: 30-300 Hz dependendo do design do invólucro
  • Excitação: Frequência de passagem de palhetas, pulsações hidráulicas
  • Sintomas: Vibração do revestimento, ruído, potencial para rachaduras por fadiga
  • Acoplamento hidráulico: O invólucro cheio de fluido pode acoplar a vibração do rotor e do invólucro

Carcaças de caixa de engrenagens

  • Excitação de frequência de malha de engrenagem
  • As frequências naturais do quadro geralmente se sobrepõem às frequências da malha
  • Ruído característico da engrenagem quando ressonante

Assinatura e detecção de vibração

Sintomas característicos

  • Dependente da localização: A vibração varia drasticamente na superfície do quadro (diferenças de 10× são comuns)
  • Rolamento vs. Quadro: Vibração do quadro >> vibração do rolamento (pode ser de 3 a 10×)
  • Frequência específica: Somente na frequência de ressonância; outras frequências normais
  • Sensível à velocidade: Grave em faixa de velocidade estreita (±10-20% de velocidade de ressonância)
  • Movimento Visual: O movimento do quadro geralmente é visível a olho nu

Testes de Diagnóstico

Teste de impacto (colisão)

  • Batendo no quadro com um martelo de borracha ou martelo instrumentado
  • Medir a resposta com acelerômetro
  • Identificar frequências naturais de quadros a partir de picos na resposta de frequência
  • Compare com as frequências de operação (1×, 2×, passagem da lâmina, etc.)

Pesquisa de Acelerômetro Móvel

  • Meça a vibração em vários pontos da estrutura durante a operação
  • Crie um mapa de vibração mostrando áreas altas e baixas
  • O padrão revela a forma do modo (dobra, torção, flexão do painel)
  • Identifica antinodos (movimento máximo) e nós (movimento mínimo)

Medição da Função de Transferência

  • Medir a coerência entre a vibração do rolamento (entrada) e a vibração do quadro (saída)
  • Alta coerência em frequência específica confirma ressonância
  • A função de transferência mostra o fator de amplificação

Soluções e Mitigação

Modificações de reforço

Adicionar nervuras estruturais ou reforços

  • Aumentar a rigidez de flexão do quadro
  • Eleva as frequências naturais acima da faixa de excitação
  • Relativamente econômico e eficaz
  • Pode ser adaptado a equipamentos existentes

Aumentar a espessura do material

  • Engrossar paredes ou painéis de estrutura
  • Aumenta significativamente a rigidez e a frequência
  • Pode exigir modificações no projeto e novas peças fundidas/fabricadas

Amarrações e contraventamentos estruturais

  • Conecte os lados opostos da estrutura para evitar flexão
  • O reforço cruzado aumenta a rigidez torcional
  • Pode ser adicionado externamente sem modificações internas

Adição em massa

  • Frequência Natural Inferior: Adicione massa para reduzir a frequência abaixo da faixa de excitação
  • Posicionamento estratégico: Adicione massa nos locais do antinodo para efeito máximo
  • Missa Afinada: Adição de massa cuidadosamente calculada para mudar o modo específico
  • Troca: O aumento de peso pode não ser desejável para todas as aplicações

Tratamentos de amortecimento

Amortecimento de Camada Restrita

  • Material viscoelástico intercalado entre camadas metálicas
  • Aplicado em grandes superfícies planas (painéis, coberturas)
  • Reduz a amplitude do pico de ressonância em 50-80%
  • Eficaz na faixa de 20-500 Hz

Amortecimento de camada livre

  • Material de amortecimento ligado diretamente à superfície vibratória
  • Mais simples que a camada restrita, mas menos eficaz
  • Bom para aplicações com acessibilidade limitada

Mudanças Operacionais

  • Mudança de velocidade: Operar em velocidade onde não ocorre ressonância
  • Reduzir a força: Melhore o equilíbrio e o alinhamento para reduzir a amplitude de excitação
  • Mudanças no processo: Alterar fluxo, pressão ou carga para mudar as frequências de excitação

Prevenção no Design

Princípios de Design

  • Rigidez adequada: Estrutura de projeto com frequências naturais > 2× frequência de excitação mais alta
  • Distribuição em massa: Evite massas concentradas que criam modos de baixa frequência
  • Nervuras e reforços: Incorpore recursos de reforço desde o início
  • Análise Modal: FEA durante o projeto para prever e otimizar frequências naturais

Verificação de Projeto

  • Teste de protótipo com análise de impacto
  • Medição da forma de deflexão operacional nas primeiras unidades
  • Modifique o projeto antes da produção se forem encontradas ressonâncias

Exemplo de caso

Situação: Motor de 75 HP acionando ventilador centrífugo, ruído e vibração excessivos

  • Sintomas: Vibração da estrutura do motor 12 mm/s; vibração do rolamento apenas 2,5 mm/s
  • Freqüência: 120 Hz (2× frequência de linha para motor de 60 Hz)
  • Teste de impacto: Frequência natural do quadro revelada em 118 Hz
  • Causa raiz: Quadro ressonando na frequência de forçamento eletromagnético
  • Solução: Adicionados quatro reforços de ferro angulares conectando os pés do motor aos sinos finais
  • Resultado: A frequência natural do quadro mudou para 165 Hz, a vibração caiu para 3,2 mm/s
  • Custo: $200 em materiais vs. $8.000 para substituição de motor

A ressonância do chassi é um problema de vibração comum, mas frequentemente mal diagnosticado. Reconhecer os sintomas característicos (alta vibração do chassi em relação à vibração do rolamento, frequência específica, dependente da localização) e aplicar técnicas de diagnóstico adequadas (testes de impacto, análise de ODS) permite soluções direcionadas que podem reduzir drasticamente a vibração a um custo modesto.

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