As Virtudes Profissionais

[pic 1] ISSN: 1984-3151

BANCADA VIBRATÓRIA VIBRATING BED

Celí Cristina da Silva Assis1; Derlande Samuel Normando2; Gabriel Dalseco dos Santos3; Máspoli Pereira de Meirelles Filho4; Pedro Henrique Martins de Barros5.

Alex de Oliveira (Orientador)

Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG

[e-mail]; [e-mail]; [e-mail]; [e-mail]; [e-mail];

____________________________________________________________________________

1. Introdução

Vibração mecânica é um movimento periódico, que se repete após um intervalo de tempo, em torno de uma posição de equilíbrio. Isso ocorre quando há uma perturbação no sistema, em que este é deslocado da posição de equilíbrio estável.

A partir disso, o estudo de vibrações tem fundamental importância para as mais diversas áreas da engenharia, dependendo da relevância, ou não, para o sistema; podendo ser positivas ou negativas.

As vibrações podem ser positivas, por exemplo, no caso dos britadores, transporte automático de peças por movimento vibratório, alguns eletrodomésticos, etc. Contudo, a parte negativa das vibrações é no comprometimento do funcionamento correto dos equipamentos mecânicos, que tem como consequência a perda de eficiência, falhas, ruídos, ruptura e fadiga.

Para que o efeito das vibrações seja minimizado, devem-se utilizar suspensões – molas e amortecedores – entre a máquina e o solo. Essa suspensão pode ser ativa ou passiva. Ela é ativa quando a vibração é gerada pelo próprio sistema mecânico e, nesse caso, deseja-se reduzir a vibração transmitida por ele para a base. Como exemplo, podem-se citar as prensas mecânicas, que ao vibrarem transmitem-na, através do solo, para outras máquinas na proximidade.

Por outro lado, a suspensão é passiva quando a vibração é gerada no ambiente e deseja-se reduzir a vibração vinda da base para o sistema mecânico. As irregularidades nas ruas e estradas, por exemplo, visto que transmitem à carroceria de um automóvel, vibrações.

Uma das aplicações das vibrações são os sistemas rotativos. Estes têm largo aproveitamento na indústria, sendo relevante citar, a petroquímica, a aeronáutica, a geração de energia, dentre outros.

A utilização de diversos equipamentos como bombas, compressores, motores, turbinas e, consequentemente, a utilização de mancais cresceu bastante a partir de meados do século XIX.

As máquinas rotativas podem ser divididas em motores elétricos e geradores elétricos. Os primeiros caracterizam-se por converter energia elétrica aplicada aos seus terminais para energia mecânica, disponibilizada no seu eixo – movimento de rotação. Já os geradores transformam energia mecânica aplicada ao seu eixo para energia elétrica disponibilizada nos seus terminais.

A partir dos conceitos supracitados, o grupo decidiu-se por desenvolver uma bancada rotativa, cujo objetivo é observar esses conceitos, além de comprová-los por resultados práticos.

1. Objetivos

1. Objetivo Geral

Desenvolver uma estrutura que possua solicitações dinâmicas, no caso, sistemas rotativos.

1. Objetivos Específicos

• Criar modelo de uma bancada rotativa;
• Detalhar a estrutura do projeto, tanto na vista bidimensional (2D), quanto na tridimensional (3D).

1. Revisão Bibliográfica

Segundo Rao (2008), o estudo das vibrações mecânicas tem como finalidade reduzir ou controlar seus efeitos através de projetos adequados, suportes, determinação de amortecedores com fator de amortecimento compatível ao comportamento desejado. Devido a isso, devem-se entender alguns conceitos primordiais e suas consequências.

1. Desbalanceamento Rotativo

Rodas, ventiladores, bombas, compressores e turbinas, são exemplos de equipamentos que vibram devido ao desbalanceamento rotativo. Isso ocorre quando o centro de massa de um corpo rígido em rotação não coincidir com o centro de rotação, logo se diz que o sistema está desbalanceado.

[pic 2]

Figura 1: Resposta de um sistema amortecido ao desbalanceamento rotativo.

Fonte: USP, 2016.

A partir da figura 1, pode-se entender que a massa total do sistema –  –, a qual inclui uma massa desbalanceada –  – situada a uma distância do centro de rotação, denominada excentricidade – e. O produto resultante  é o desbalanceamento. Considerando que o sistema tenha uma velocidade angular – . Sabe-se que uma força será gerada, no caso, centrífuga –  – girando com o rotor e, apontando para fora.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

• Equação 1:

[pic 8]

1. Força Centrífuga

Toda Matéria (2017), explica que a força centrípeta é um referencial de força utilizado em trajetórias curvas. Apesar de ser denominada força, esta não pode ser considerada força, já que não cumpre os requisitos apresentados na segunda Lei de Newton, portanto é, também, chamada de força inercial, fictícia ou, ainda, de pseudoforça. A força centrífuga não pode ser observada de longe pelo fato de que não existe aceleração que a torne perceptível, sendo somente sentida por quem está sujeito a ela.

Considerando o sistema em regime permanente e, a partir dos conceitos de desbalanceamento de massa, pode-se inferir que:

• Equação 2:

[pic 9]

• Equação 3: Substituindo a equação 1 na Equação 2

[pic 10]

• Equação 4: Fator de amplificação para sistemas rotativos

[pic 11]

A equação de amplificação para sistemas rotativos, equação 4, possibilita plotar um gráfico de fator de amplificação x razão de frequências. Para levantamentos das curvas, devem-se realizar experimentos com a medição da amplitude  de vibração da base, para diferentes valores de rotação do motor  e amortecimento ζ.[pic 12][pic 13]

[pic 14]

Figura 2: Gráfico de fator de amplificação x razão de frequências