ESTUDO DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE ROTORES E CONTROLE DOS NÍVEIS DE VIBRAÇÃO SOB DESBALANCEAMENTO ROTATIVO

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE ROTORES E CONTROLE DOS NÍVEIS DE VIBRAÇÃO SOB DESBALANCEAMENTO ROTATIVO

Richard Senko 1, Antonio Almeida Silva2, Jader Morais Borges3, Rômulo do Nascimento Rodrigues4, Aureliano Xavier dos Santos5, Samuel Aquino Holanda6

1-Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil, [e-mail]

2- Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil [e-mail]

3- Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil [e-mail]

4- Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil [e-mail]

5- Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil [e-mail]

6- Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil [e-mail]

Palavras chave: Dinâmica de rotores, Análise de vibrações, Manutenção preditiva, Eixo-rotor desbalanceado.

Resumo

As máquinas rotativas em geral, quando em funcionamento, geram esforços dinâmicos que se propagam paras as partes que a suportam, devendo tais esforços serem devidamente considerados durante o projeto. Porém alguns fatores durante a montagem ou operação podem levar a comportamentos indesejáveis tais como desalinhamentos ou desbalanceamentos. Os estudos mais frequentes relacionados a rotores buscam evitar principalmente o descontrole desses sistemas, os quais podem ocasionar diversos danos no conjunto eixo-rotor bem como a outros componentes que estão interligados no sistema. O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica de rotores sujeito a desbalanceamento rotativo utilizando simulações computacionais, através do método dos elementos finitos, obtendo-se as curvas de respostas no domínio do tempo e da frequência e comparando com os dados obtidos em bancada experimental. Em seguida, serão avaliadas as amplitudes de vibração para um sistema rotor-mancal desbalanceado sob 3 condições de severidade, para definir níveis de vibração aceitáveis, alerta e de parada do sistema. As simulações foram realizadas através de programas computacionais como o Matlab e o Ansys, onde além das velocidades críticas pode-se avaliar as deformações que os componentes podem sofrer durante o uso e inferir sobre os níveis de vibração para diversas condições de desbalanceamento. Os resultados foram obtidos através de equipamentos de análise de sinais dinâmicos e computador conectados por sensores numa bancada experimental. Desta forma pode-se concluir que a análise destes sistemas pode ser muito satisfatória para fins de monitoramento e controle, prevenção e manutenção destes equipamentos e redução de custos para a indústria.

1. Introdução

As máquinas rotativas são utilizadas em diversas aplicações sendo que os rotores é umas das mais simples existentes. Seguindo a definição ISO, um rotor é um corpo suspenso por meio de um conjunto de mancais de rolamentos que lhe permite rodar livremente em torno de um eixo fixo no espaço. A capacidade de transmitir grandes energias sendo equipamentos pequenos é um grande atrativo, onde esta energia vem das altas velocidades que o sistema rotor mancal é submetido[1]. O sistema rotor mancal é normalmente constituído basicamente dos seguintes elementos: eixo, disco e mancal. O disco pode ser assumido como um elemento rígido, o qual é caracterizado somente pela energia cinética. A seção onde está localizado o rotor sofre as maiores amplitudes durante a rotação do sistema. Em alguns casos o conjunto rotor pode ter mais de um disco. O eixo normalmente é circular e simétrico, suporta o disco e este é apoiado sobre os mancais. Ele é caracterizado pela energia cinética e potencial, devendo-se obter assim os parâmetros da rigidez, massa e amortecimento. Os mancais representam os pontos onde o eixo vai ser apoiado, ele pode ser tanto com rolamentos, sendo de esferas ou rolos, hidrodinâmicos ou aeroestáticos. Os mancais são caracterizadas através do trabalho virtual das forças que atuam no eixo, que devido ao contato de ambos geram forças de restituição no mancal. A massa desbalanceadora, é caracterizada pela energia cinética, pois é relacionada normalmente com o próprio disco. Por mais que a massa desbalanceadora não seja um elemento do rotor, pode ser utilizado para corrigir desbalanceamentos, para assim diminuir a vibração, no sistema.

A representação de um conjunto contendo eixo, rotor e mancais é ilustrado na Fig.1, onde observa-se um modelo de como um mancal é representado. Também considera-se que o mesmo rotor possui um certo