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Aug 15, 2023

Vibração da bomba e estratégias de solução de problemas, parte 1

A vibração é uma das medições mais comuns realizadas em bombas e acionadores para avaliar a operação e a condição do equipamento. Algumas das razões para medir a vibração da bomba são: Se um usuário

A vibração é uma das medições mais comuns realizadas em bombas e acionadores para avaliar a operação e a condição do equipamento. Algumas das razões para medir a vibração da bomba são:

Se um usuário enfrentar um problema de alta vibração, provavelmente terá dúvidas. Por exemplo: Está muito alto? Ocorreram ou ocorrerão danos? Como faço para descobrir a causa? Todas essas são questões lógicas, mas a resposta provavelmente é complicada e requer uma compreensão dos princípios de vibração, projeto da bomba, forças e dinâmicas geradas pela bomba, técnicas de medição, instrumentação, analisadores e metodologias de solução de problemas.

Vibração da bomba, unidades, vibração forçada, vibração livre e formas modais

A vibração pode ser descrita como o movimento oscilatório de um objeto em torno de sua posição de repouso devido à relação entre a força de reação, a massa, o amortecimento e a rigidez. A imagem 1 ilustra esse movimento oscilatório e mostra que a vibração nos diz o quanto a peça está se movendo ou se deslocando. No ponto inicial (vermelho), o objeto está com amplitude zero. Quando ele se moveu 90 graus (totalmente para a direita), ele se moveu 1 mil. Em seguida, ele oscila de volta, cruzando o ponto zero (vermelho) a 180 graus, movendo-se para -1 mil a 270 graus (totalmente para a esquerda) e depois volta ao ponto zero para completar um ciclo. É comum medir esse movimento em deslocamento pico a pico (pp), que neste caso é de 2 mils pp.

A ilustração da Figura 1 é simplificada, considerando apenas um único ciclo de vibração livre. A frequência depende da quantidade de tempo que leva para completar o ciclo. Por exemplo, se este ciclo oscilatório ocorresse 10 vezes por segundo, a frequência seria de 10 Hertz (Hz) ou 600 ciclos por minuto (cpm). O período de tempo que leva para um ciclo ser concluído é o inverso da frequência ou um décimo de segundo para o exemplo de 10 Hz. Este exemplo possui unidades de mils pp, que é uma forma comum de apresentar amplitudes de deslocamento. A imagem 2 ilustra o que significa pp, mas também ilustra que as unidades podem ser comunicadas como zero ao pico (pk) e raiz quadrada média (RMS), conforme demonstrado. Além disso, o período do ciclo no tempo (T) é ilustrado.

Para uma onda de sinal de frequência única, conforme ilustrado na figura à esquerda da Imagem 2, a vibração pp será duas vezes o pk e a vibração RMS será 0,707 vezes o pk. No entanto, para uma forma de onda temporal que não seja uma frequência única, a determinação dos valores de vibração pp, pk e RMS não será tão simples, mas é mostrada como a figura certa na Imagem 2.

Outras unidades de amplitude são velocidade e aceleração. A velocidade mede a rapidez com que o objeto está vibrando (polegadas/segundo) e a aceleração mede a taxa de mudança da velocidade (G). Ambos estão relacionados ao deslocamento, e a velocidade e a amplitude da aceleração podem ser calculadas a partir do deslocamento com base na frequência, conforme ilustrado na Figura 3. O que fica evidente é que para uma velocidade constante (0,250 polegadas/segundo pk), o deslocamento é pronunciado e a aceleração é limitado em baixas frequências. Por outro lado, o deslocamento é limitado e a aceleração é pronunciada em altas frequências.

É comum usar unidades de amplitude da seguinte forma:

A frequência e o período entram em jogo porque as vibrações forçadas da bomba geralmente ocorrem como uma função ou intervalo da velocidade de rotação do eixo (x). Como tal, o conceito de vibração livre e frequências de vibração forçada deve ser compreendido. A vibração forçada ocorre devido a forças externas (equilíbrio, desalinhamento, fricção, etc.) em frequências específicas (Imagem 4). Outras vibrações forçadas de natureza hidráulica (cavitação ou recirculação) geralmente resultam em impactos e vibrações que não estão vinculadas a um número inteiro de velocidade de rotação do eixo. Múltiplos ou ordens destas vibrações forçadas podem aparecer como harmônicos (para passagem de palhetas: 3x, 6x, 9x, etc.).

A vibração livre é a oscilação do sistema em suas frequências naturais. Essencialmente, essas são as frequências e modos de vibração em que o sistema vibrará quando excitado naturalmente. Se considerarmos uma bomba vertical e a estrutura acima do solo, haverá uma frequência natural com formato modal que representa a deflexão, ilustrada na figura direita da Imagem 5. Este é o primeiro modo de frequência natural acima do solo e é referido como o frequência crítica de palheta (RCF). Conforme observado nas seções XX e YY, o valor RCF irá variar direcionalmente. Observe que existem frequências naturais adicionais e com diferentes formas modais que podem precisar ser consideradas.