O que é Análise Torsional? Avaliação de Vibração Torsional • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é Análise Torsional? Avaliação de Vibração Torsional • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é Análise Torsional? Avaliação da Vibração Torsional

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Entendendo a Análise Torsional

Definição: O que é Análise Torsional?

Análise torsional é a medição, avaliação e modelagem de vibração torsional—oscilações de torção em torno do eixo do eixo—em transmissões de máquinas rotativas. Ao contrário de vibração lateral (flexão) que é facilmente medida com padrão acelerômetros, A vibração torsional requer técnicas de medição especializadas (extensômetros, tacômetros duplos, vibrometria a laser) e análises para detectar oscilações angulares, determinar as frequências naturais de torção e avaliar o risco de fadiga em eixos, acoplamentos e engrenagens.

A análise torsional é crucial para acionamentos de motores alternativos, eixos de transmissão longos, caixas de engrenagens de alta potência e aplicações de motores com inversores de frequência, onde a vibração torsional pode causar falhas catastróficas no eixo ou no acoplamento, mesmo com níveis aceitáveis de vibração lateral. Trata-se de uma capacidade diagnóstica especializada, porém essencial, para prevenir falhas súbitas e inesperadas em sistemas de transmissão de potência.

Por que a análise torsional é necessária

Vibração torsional versus vibração lateral

  • Lateral: Flexão, movimento lateral, medido com acelerômetros padrão.
  • Torsional: Girando em torno do eixo, sem deslocamento lateral, invisível aos sensores padrão.
  • Independência: Pode apresentar torção grave com baixa lateralidade (e vice-versa).
  • Damage: A torção pode causar falhas no eixo/acoplamento sem aviso prévio por meio de medições laterais.

Modos de falha

  • Fraturas por fadiga no eixo (tipicamente a 45° em relação ao eixo)
  • Falha no elemento de acoplamento (dentes da engrenagem, elementos flexíveis)
  • Quebra dos dentes da engrenagem devido a cargas oscilantes
  • Danos nas chaves e na ranhura da chaveta causados por atrito

Técnicas de Medição

1. Método do Extensômetro

Medição direta da tensão de torção:

  • Sensores de deformação colados a 45° em relação ao eixo (orientação de máxima tensão de cisalhamento)
  • Mede a deformação por cisalhamento resultante da torção.
  • Requer anéis deslizantes ou telemetria sem fio para eixos rotativos.
  • Mais preciso, porém complexo e caro.
  • Uso primário de pesquisa e desenvolvimento

2. Método do Tacômetro Duplo

  • Dois sensores ópticos em diferentes locais do eixo
  • Meça a diferença de fase entre locais.
  • Diferença de fase = torção angular = vibração torsional
  • Sem contato e prático
  • Limitado à torção de baixa frequência (< 100 Hz tipicamente)

3. Vibrometro de torção a laser

  • Sistema Doppler a laser especializado
  • Mede as flutuações da velocidade angular
  • Sem contato
  • Ampla faixa de frequência
  • Caro, mas potente.

4. Análise da Corrente do Motor

  • A vibração torsional cria flutuações de corrente.
  • Analisar o espectro da corrente do motor
  • Indireto, porém não invasivo
  • Ferramenta de triagem útil

Análise Analítica de Torção

Modelagem Matemática

  • Modelo de torção de massa concentrada do trem de força
  • Calcule as frequências naturais de torção.
  • Prever a resposta a fontes de excitação
  • Identificar velocidades e ressonâncias críticas

Fontes de excitação

  • Motores alternativos: Os pulsos de disparo criam excitação torsional.
  • Malha de engrenagens: O engate dos dentes cria um torque oscilante
  • VFDs: harmônicos de frequência de comutação PWM
  • Elétrica: Frequências de passagem de polos e de escorregamento do motor

Diagrama de Campbell para torção

  • Trace o gráfico das frequências naturais de torção em função da velocidade.
  • Linhas de ordem de excitação sobrepostas
  • Identificar velocidades críticas de torção (pontos de interferência)
  • Guia de seleção da velocidade de operação

Aplicações críticas

Acionamentos de motores alternativos

  • Geradores a diesel
  • Compressores de motor a gás
  • Propulsão marítima
  • Grandes pulsações de torque exigem análise.

Eixos de transmissão longos

  • Acionamentos de laminadores
  • Eixos de hélices marítimas
  • acionamentos de máquinas de papel
  • O comprimento resulta em baixa rigidez torsional.

Caixas de Engrenagens de Alta Potência

  • caixas de engrenagens de turbinas eólicas
  • Redutores de engrenagem industriais > 1000 HP
  • Excitação de modos de torção pelo engrenamento de engrenagens

Sistemas de motores VFD

  • Os inversores de frequência criam excitação torsional.
  • Os harmônicos PWM podem excitar ressonâncias torsionais.
  • Crescente preocupação com a proliferação de VFDs

Resultados da análise

Frequências Naturais de Torção

  • Identificar por meio de medição ou cálculo
  • Compare com as frequências de excitação
  • Verifique se há espaçamento adequado.

Níveis de estresse

  • Calcule a tensão de cisalhamento alternada a partir da vibração medida.
  • Comparar com os limites de resistência do material
  • Avaliar o consumo de vida relacionado à fadiga
  • Determine se as tensões são aceitáveis.

Amortecimento

  • Medir a partir da resposta nas ressonâncias torsionais
  • Normalmente muito baixo (< 1% de crítico)
  • Baixo amortecimento significa ressonâncias acentuadas.

Estratégias de Mitigação

Separação de Frequência

  • Garantir que as frequências naturais de torção estejam separadas das frequências de excitação.
  • Alterar o diâmetro do eixo, o comprimento ou a rigidez do acoplamento.
  • Modificar inércias (adicionar volante)

Adição de amortecimento

  • Amortecedores de torção (viscosos ou de fricção)
  • Acoplamentos de alto amortecimento
  • Reduz a amplificação da ressonância

Alterações na velocidade de operação

  • Evite a operação contínua em velocidades críticas de torção.
  • Restringir faixas de velocidade
  • Ajuste do VFD para minimizar a excitação

A análise torsional é uma disciplina especializada em vibrações que aborda oscilações de torção capazes de causar falhas catastróficas invisíveis ao monitoramento padrão de vibrações laterais. Embora exija técnicas de medição e análise especializadas, a análise torsional é essencial para acionamentos de motores alternativos, eixos longos, caixas de engrenagens de alta potência e sistemas de inversores de frequência, onde a vibração torsional representa riscos significativos à confiabilidade e à segurança.

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