Vibração Sobre O Corpo Humano

Segurança nas Vibrações sobre o Corpo Humano

Prof. Dr. João Candido Fernandes

2000

1. - O QUE É VIBRAÇÃO?

Um corpo é dito em vibração quando ele descreve um movimento oscilatório em torno de um ponto de referência. O número de vezes de um ciclo completo de um movimento durante um período de um segundo é chamado de freqüência e é medido em Hertz [Hz].

O movimento pode consistir de um simples componente ocorrendo em uma única freqüência, como um diapasão, ou muitos componentes ocorrendo em diferentes freqüências simultaneamente, como por exemplo, com o movimento de um pistão de um motor de combustão interna (Figura 1).

Figura 1 – Freqüências fundamentais e harmônicos.

Na prática, os sinais de vibração consistem em muitas freqüências ocorrendo simultaneamente, dificultando a observação em um gráfico amplitude X tempo. Esses componentes podem ser visualizados plotando a amplitude da vibração X freqüência. O mais importante dos sinais de vibração é o estudo dos componentes individuais da freqüência que é chamado de análise de freqüência, uma técnica que pode ser considerada a principal ferramenta de trabalho nos diagnósticos de medida de vibração.

O gráfico mostrando o nível de vibração em função da freqüência é chamado de espectrograma de freqüência. Quando analisamos a vibração de uma máquina, nós encontramos um grande número de componentes periódicos de freqüência que são diretamente relacionados com os movimentos fundamentais de várias partes da máquina. Com a análise de freqüência, é possível descobrir as fontes de vibração na máquina.

2. - QUANTIFICANDO O NÍVEL DE VIBRAÇÃO.

A amplitude da vibração, que caracteriza e descreve a severidade da vibração, pode ser classificada de várias formas. A figura 2 mostra a relação entre o nível pico-a-pico, nível de pico, nível médio e nível RMS de um sinal senoidal.

Figura 2 – Representação da intensidade da vibração.

O valor pico-a-pico indica a máxima amplitude da onda e é usado, por exemplo, onde o deslocamento vibratório da máquina é parte crítica na tensão máxima de elementos de máquina.

O valor de pico é particularmente usado na indicação de níveis de impacto de curta duração.

O valor médio, por outro lado, é usado quando se quer se levar em conta um valor da quantidade física da amplitude em um determinado tempo.

O valor RMS é a mais importante medida da amplitude porque ele mostra a média da energia contida no movimento vibratório. Portanto, mostra o potencial destrutivo da vibração.

O parâmetros de vibração devem ser medidos em unidades métricas de acordo com a norma ISO, conforme a tabela 1.

Tabela 1 – Unidades do SI usadas em vibração.

Unidades de vibração (ISO 1000)

Deslocamento m, mm, m

Velocidade m/s, mm/s (ou m.s-1, mm.s-1)

Aceleração m/s2 (ou m.s-2)  1g = 9,81 m/s2

A constante gravitacional g também pode ser usada nos níveis de aceleração, tomado como 9,81 m2/s.

3. - EQUIPAMENTO DE MEDIDA

O transdutor universalmente usado na captação de uma vibração é o acelerômetro piezoelétrico, que se caracteriza por ter uma banda dinâmica maior, com boa linearidade. Acrescente-se que os acelerômetros piezoelétricos são altos geradores de sinal, não necessitando de fonte de potência. Além disso, não possuem partes móveis e geram um sinal proporcional à aceleração, que pode ser integrado, obtendo-se a velocidade e o deslocamento do sinal.

A essência de um acelerômetro piezoelétrico é o material piezoelétrico, usualmente uma cerâmica ferro-elétrica artificialmente polarizada. Quando ela é mecanicamente tensionada, proporcionalmente à força aplicada, gera uma carga elétrica que polariza suas faces (Figura 3).

Figura 3 - Acelerômetro piezoelétrico.

Os acelerômetros possuem uma faixa dinâmica útil, abaixo da sua freqüência de ressonância (Figura 4).

Figura 4 – Faixa útil de um acelerômetro piezoelétrico.

Nas medições de vibrações, há necessidade de se escolher o acelerômetro correto para cada freqüência a ser medida. Na medição da vibração é necessário usar-se um medidor de vibração conectado ao acelerômetro (Figura 5). Esse medidor contém um pré-amplificador, que indica o nível RMS da aceleração ou velocidade ou deslocamento. Também pode ser usado um medidor portátil de vibração.

4. - ESCALAS DE MEDIDA

Escalas logarítmicas são usadas para plotar as amplitudes de vibração. Também é usada a escala decibel (dB) para comparar níveis. O decibel (dB) é a relação de um nível qualquer em relação ao nível de referência.

Os níveis em dB são dados por:

onde a é o nível de vibração a ser medido, aref é o nível de referência e N é o valor em decibels.