Compreendendo a rigidez

1. Definição: O que é rigidez?

Rigidez é uma propriedade física fundamental que descreve até que ponto um objeto ou estrutura resiste à deformação ou deflexão em resposta a uma força aplicada. No contexto de análise de vibração, a rigidez (frequentemente denotada pela letra 'k') é uma das três propriedades principais, juntamente com a massa (m) e amortecimento (c), que governam o comportamento vibracional de qualquer sistema mecânico.

Um componente com alta rigidez deformará muito pouco sob uma determinada carga, enquanto um componente com baixa rigidez deformará significativamente. Por exemplo, uma barra de aço curta e grossa tem alta rigidez, enquanto uma tira de borracha longa e fina tem rigidez muito baixa.

2. O papel crítico da rigidez na vibração

A rigidez de um sistema é um fator primordial na determinação de sua frequências naturaisA frequência natural é a frequência na qual um sistema oscilará se for perturbado e, então, deixado vibrar livremente. A relação é definida pela fórmula básica:

Frequência natural (ωn) ≈ √(k / m)

Onde 'k' é a rigidez e 'm' é a massa. Essa relação mostra que:

• Rigidez crescente vai aumentar a frequência natural.
• Rigidez decrescente vai diminuir a frequência natural.
• Aumento de massa vai diminuir a frequência natural.

3. Rigidez e Ressonância

Esta relação é de extrema importância devido ao fenômeno da ressonância. A ressonância ocorre quando uma frequência forçada (como a velocidade de corrida de uma máquina) corresponde a uma das frequências naturais do sistema. Quando isso acontece, a amplitude da vibração é drasticamente amplificada, muitas vezes levando a desgaste prematuro e falhas catastróficas.

Portanto, compreender a rigidez é essencial para diagnosticar e resolver problemas de ressonância:

• Diagnóstico do problema: Se uma máquina estiver em ressonância, o analista sabe que a frequência forçada está muito próxima de uma frequência natural.
• Design da solução: Para corrigir o problema, o analista deve alterar a frequência natural do sistema. Como muitas vezes é difícil alterar a massa de uma máquina ou a frequência de forçamento (sua velocidade de operação), a solução mais comum é alterar a rigidez. Adicionando suportes, reforços ou melhorando a fundação da máquina, a rigidez do sistema é aumentada. Isso eleva a frequência natural, afastando-a da frequência de forçamento e eliminando a condição de ressonância. Função de Resposta de Frequência (FRF) a medição é usada para confirmar a mudança na frequência natural.

4. Rigidez no Diagnóstico de Máquinas

Alterações na rigidez também podem ser um indicador direto de uma falha em desenvolvimento:

• Frouxidão: Um parafuso de fixação solto ou uma rachadura se desenvolvendo na estrutura ou fundação de uma máquina representa uma perda significativa de rigidez local. Isso fará com que a amplitude de vibração da máquina aumente. Espectro FFT, a frouxidão mecânica frequentemente gera uma série de harmônicos (1X, 2X, 3X, etc.) da velocidade de corrida.
• Pé Manco: Essa condição, em que o pé da máquina não fica totalmente apoiado na base, cria um perfil de rigidez distorcido e não linear, o que pode levar a alta vibração e dificultar o alinhamento.
• Desgaste do rolamento: À medida que um rolamento se desgasta, a folga entre os elementos rolantes e as pistas aumenta. Isso pode ser visto como uma diminuição na rigidez geral do sistema de suporte do rotor, o que pode reduzir as velocidades críticas do rotor.

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