sistema da máquina vibratória

Sistema de Máquina Vibratória



Conteúdo Sistema de Teste de Vibração ........................................................................................................................................... 4

Requisitos para o sistema de teste ............................................................................................................................... 4

Configuração do Sistema de Vibração .......................................................................................................................... 5

Diagrama de Bloco ........................................................................................................................................................ 5

Máquina Vibratória comparada a um Auto-falante ..................................................................................................... 6

Princípio da Máquina Vibratória Eletrodinâmica .......................................................................................................... 6

Analisando o Auto-Falante ............................................................................................................................................ 8

Bobina da Armadura de uma Máquina Vibratória ........................................................................................................ 8

Técnicas de Isolação ...................................................................................................................................................... 9

Isolação da Frequência Natural do Corpo ................................................................................................................... 11

Guia da Armadura e Sistema de Suporte .................................................................................................................... 11

Amplificadores de Potência ........................................................................................................................................ 12

Características da Frequência ..................................................................................................................................... 13

Acelerômetros ............................................................................................................................................................. 14

ISOTRON .......................................................................................................................................................... 15

TEDS ................................................................................................................................................................ 15

Método de Controle de Vibração ............................................................................................................................... 16

Exemplos de Padrões e Especificações ....................................................................................................................... 17

Mesa de Deslizamento – Teste levando a Gravidade em Consideração .................................................................... 17

Aplicações da Vibração ............................................................................................................................................... 20


Índice de Figuras Figura 1: Máquina Vibratória ............................................................................................................................................ 4

Figura 2: Acelerômetro ..................................................................................................................................................... 4

Figura 3: Amplificador de Força ........................................................................................................................................ 4

Figura 4: Controlador ........................................................................................................................................................ 4

Figura 5: Operador ............................................................................................................................................................ 4

Figura 6: Corte transversal de um alto-falante ................................................................................................................. 6

Figura 7: Bobina elétrica ................................................................................................................................................... 6

Figura 8: Regra da mão esquerda ..................................................................................................................................... 7

Figura 9: Regra da mão direita .......................................................................................................................................... 7

Figura 10: Armadura da máquina ..................................................................................................................................... 7

Figura 11: Representação da Força ................................................................................................................................... 7

Figura 14: Vista em corte da Bobina da Armadura ........................................................................................................... 8

Figura 12: Esquema do alto-falante .................................................................................................................................. 8

Figura 13: Movimento da bobina ...................................................................................................................................... 8

Figura 15: Par de forças .................................................................................................................................................... 9

Figura 16: Isolação para o Shaker ..................................................................................................................................... 9

Figura 17: Isolação por Sistema de Bolsas de Ar ............................................................................................................. 10

Figura 18: Carga Útil ........................................................................................................................................................ 10

Figura 19: Sistema de Isolação da Frequência Natural do Corpo ................................................................................... 11

Figura 20: Guia da Armadura .......................................................................................................................................... 11

Figura 21: Amplificador ................................................................................................................................................... 12

Figura 22: Amplificador de pequeno porte ..................................................................................................................... 12

Figura 23: Amplificador Interligado ................................................................................................................................ 12

Figura 24: Sistema de Grande Porte ............................................................................................................................... 13

Figura 25: Ressonância da Suspensão do Induzido ......................................................................................................... 13

Figura 26: Ressonância Axial da Armadura ..................................................................................................................... 13

Figura 27: Acelerômetro Axial......................................................................................................................................... 14

Figura 28: Acelerômetro Triaxial ..................................................................................................................................... 14

Figura 29: Emissão de Carga ........................................................................................................................................... 14

Figura 30: Esquema do sensor Piezoelétrico .................................................................................................................. 14

Figura 32: TEDS ............................................................................................................................................................... 15

Figura 31: ICP ISotron ...................................................................................................................................................... 15

Figura 33: Sistema de Controle de Vibração ................................................................................................................... 16

Figura 34: Sistema Multi-Canal ....................................................................................................................................... 16

Figura 35: Mesa de Deslizamento ................................................................................................................................... 17

Figura 36: Agitador conectado à Placa de Deslizamento ................................................................................................ 17

Figura 37: Elementos para Centralização........................................................................................................................ 18

Figura 38: Esquema de montagem da mesa de deslizamento ....................................................................................... 18

Figura 39: Granito aguardando montagem dos rolamentos .......................................................................................... 19

Figura 40: Rolamentos inseridos no granito e nivelados ................................................................................................ 19

Figura 41: Placa de deslizamento posicionada ............................................................................................................... 19

Figura 42: Componentes a serem testados nos 3 eixos em relação à gravidade ........................................................... 19

Figura 43: Tipo imã permanente para 490N ................................................................................................................... 20

Figura 44: Refrigerado a ar, de 670N a 5 KN ................................................................................................................... 20

Figura 43: Médio refrigerado a Ar – 6,5KN a 60KN ......................................................................................................... 20

Figura 44: Refrigerado a Água – 80 a 289KN .................................................................................................................. 20


Sistema de Teste de Vibração

Requisitos para o sistema de teste

Figura 1: Máquina Vibratória

Figura 2: Acelerômetro

Figura 3: Amplificador de Força

Figura 4: Controlador

Figura 5: Operador


Configuração do Sistema de Vibração

Diagrama de Bloco


Máquina Vibratória comparada a um Auto-falante

Em principio, a máquina vibratória funciona como um alto-falante. A bobina do alto-falante empurra e puxa

um cone, provocando ondas de pressão sonora. Em uma máquina vibratória é uma bobina que se move para

dentro e para fora, produzindo a vibração.

Figura 6: Corte transversal de um alto-falante

Princípio da Máquina Vibratória Eletrodinâmica

Ao se passar uma corrente elétrica em uma bobina produz-se um campo magnético ao seu redor. Este é o

princípio básico do eletromagnetismo.

Figura 7: Bobina elétrica


O físico Inglês John Fleming inventou a regra da mão

esquerda para lembrar as indicações relativas do

campo magnético, corrente e movimento em um

gerador elétrico ou motor.

As três direções são representadas pelo polegar (por

impulso ou de movimento), o indicador (de campo),

e segundo dedo (para direcção da corrente), todas

realizadas em ângulos retos entre si.

A regra da mão esquerda se aplica para motores e do direito

para os geradores e dínamos.

A força da armadura na máquina vibratória é diretamente

proporcional à corrente na bobina.

F = B I L

F - é a força em Newtons

B - representa a densidade de fluxo magnético

I - é a corrente em amperes

L - é o comprimento da bobina em metros

A densidade de fluxo magnético pode ser considerada como a concentração das linhas de campo. Podemos

aumentar a força aumentando qualquer um dos termos na equação. Se se enrolar o fio, que aumentam o

seu comprimento no interior do campo magnético e de aumentar a força.

Figura 8: Regra da mão esquerda

Figura 9: Regra da mão direita

Figura 10: Armadura da máquina

Figura 11: Representação da Força


Analisando o Auto-Falante

Quando as ondas do minúsculo sinal

elétrico do nosso leitor de CD são

amplificados para a bobina do alto-

falante, a bobina se transforma em

um eletroímã.

Se a corrente se desloca no sentido

positivo na bobina móvel, o campo

magnético vai ser no sentido de uma

extremidade. Quando a direção muda,

a bobina móvel muda o campo

magnético para o extremo oposto.

Isso cria um Norte ou Pólo Sul

magnético que atrai ou repele o ímã

permanente.

Quando a corrente elétrica que flui pela de bobina móvel muda de

direção, a orientação polar da bobina inverte.

Bobina da Armadura de uma Máquina Vibratória

Em uma máquina vibratória, a bobina da armadura responde do mesmo modo que a saída do sinal do

controlador a qual foi amplificada. Em uma pequena máquina vibratória há um ímã estático permanente que

vai atrair ou repelir o campo magnético da bobina, puxando ou empurrando. Se os dois campos magnéticos

estão alinhados, haverá atração do Sul para o Norte e repulsão do Norte para Norte.

O tamanho da armadura afetará a gama do sistema de frequência de uma maneira semelhante que um

grande alto-falante está limitado a frequências mais baixas.

Figura 14: Vista em corte da Bobina da Armadura

Figura 12: Esquema do alto-falante

Figura 13: Movimento da bobina


Técnicas de Isolação

Terceira Lei de Newton: ação e reação

“Para toda ação há uma reação oposta idêntica”

Quando a vibração ocorre verticalmente, a quantidade de impulso para mover a amostra reagirá contra o

piso.

Figura 15: Par de forças

Para evitar danos e vibração ao redor, o vibrador precisa estar isolado. Um método consiste em construir

uma massa de reação sísmica abaixo do ponto de instalação da máquina. Esta massa deve ser pelo menos 10

vezes a força de classificação do sistema.

Figura 16: Isolação para o Shaker


Muitos sistemas de vibração eletrodinâmicos já

tem uma forma de isolamento. O corpo é

montado sobre um sistema de molas,

tipicamente bolsas de ar que mantêm o corpo

numa posição intermediária através de pressão

de ar ajustável.

À medida que o corpo reage com o ensaio de vibração,

haverá algum deslocamento relacionado com as razões

de massa entre o corpo e a carga útil.

Carga útil total = Amostra + Suporte para fixação

+ Massa da armadura. Normalmente referida como

massa total a ser movida. Quanto maior a massa, maior o

deslocamento do corpo.

A quantidade de movimento do corpo vibrador

pode ser calculado conhecendo o deslocamento

do teste, a massa total de movimento da

configuração e da massa corporal.

Figura 17: Isolação por Sistema de Bolsas de Ar

Figura 18: Carga Útil


Isolação da Frequência Natural do Corpo

A rigidez do sistema de isolamento tende a dar uma frequência natural de ressonância a frequências baixas.

Normalmente esta frequência oscila entre 2,5 Hz e 5 Hz. Nessas freqüências ressonantes a fórmula torna-se

irrelevante e, mais importante, a amostra não alcançará os níveis exigidos.

Figura 19: Sistema de Isolação da Frequência Natural do Corpo

Guia da Armadura e Sistema de Suporte

Para suportar uma carga a armadura é levantada, usando o ar abaixo dela, até a posição intermediária.

Figura 20: Guia da Armadura


Amplificadores de Potência

O amplificador é projetado para ser modular e permitir falhas que possam

ocorrer em seu tempo de vida. Se um módulo potência falhar, o amplificador

pode continuar a funcionar (embora em uma potência um pouco menor).

A relação entre a saída de pico e o valor rms é conhecido como fator de crista.

Portanto 100 volts rms é 141,2 volts de pico (√ 2) = 1,41 vezes.

Para vibração aleatória, este fator de crista deve ser 3. Ex: um valor de pico 3

vezes maior que o valor rms.

Classificações aleatórias foram calculadas de acordo com a Organização

Internacional de Normalização, documento ISO 5344.

O amplificador fornece energia para a bobina da armadura como voltagem e

corrente

Para um pequeno agitador de tipo de íman permanente, o

amplificador pode ser relativamente pequeno, talvez do tamanho de

um amplificador doméstico de alta fidelidade

Para um grande agitador os amplificadores podem ser interligados para

fornecer energia suficiente e são geralmente grandes cabines.

O amplificador gera muito calor e um sistema de refrigeração é

incorporado para remover esta energia desperdiçada.

Figura 21: Amplificador

Figura 22: Amplificador de pequeno porte

Figura 23: Amplificador Interligado


Em todos os casos, o trabalho de

amplificadores de potência é o de aumentar o ganho

do controlador de fonte ou sinal de saída. A saída de

baixa tensão é relativamente aumentada

proporcionalmente para conduzir o agitador com um

ganho de 100.

Desta forma, um pequeno sinal de 1 volt rms

iria produzir uma potência de 100 volts rms

Tensão ~ Velocidade

Corrente ~ Força

Corrente ~ Aceleração

Características da Frequência

Resposta em frequência de um shaker vazio (simplificado):

Na ressonância axial da armadura, a carga reduz a freqüência de ressonância.

Figura 24: Sistema de Grande Porte

Figura 25: Ressonância da Suspensão do Induzido Figura 26: Ressonância Axial da Armadura


Acelerômetros

Acelerômetro é um dispositivo electromecânico

utilizado para medir a alteração na força.

Existem muitos modelos e tipos.

O elemento sensor do tipo piezoeléctrico, é

um cristal que tem uma massa ligado a ele. Por vezes,

o que é referido como uma medição de massa-mola.

O elemento sensor de cristal tem a

propriedade de emitir uma carga, quando

comprimido, que é proporcional a "g" força imposta.

Portanto, quando o acelerômetro é vibrado,

a massa interna comprime o cristal que emite uma

carga proporcional à freqüência aplicada e força "g".

A saída é uma carga muito pequena em Pico Coulombs (um

milionésimo 10-12) e é extremamente linear. O cristal é

conhecido por ter uma sensibilidade que se refere ao nível

gn aplicado.

A sensibilidade da saída pode variar dependendo da

amplitude e da gama de frequência.

Normalmente, para a vibração pode ser em torno de 10 pC

/ gn mas muitas escalas estão disponíveis.

Tabela 1: Sensibilidade x Aplicação

Figura 27: Acelerômetro Axial Figura 28: Acelerômetro Triaxial

Figura 30: Esquema do sensor Piezoelétrico

Figura 29: Emissão de Carga


Tabela 2: Sensor x Aplicação

ISOTRON (Isotron ® nome comercial para IEPE – Circuito

Integrado Piezo-elétro eletrônico) ou ICP (ICP ® Circuito

Integrado Piezo-elétrico): Estes tipos de acelerômetros têm

alguns eletrônicos integrais que pré-amplificam a carga da saída.

Necessitam de uma fonte de tensão e podem geralmente ser

condicionados diretamente a partir do sistema de controle.

A saída para estes são normalmente 10, 50 ou 100 mV / gn. Ex:

Sua sensibilidade à vibração é em mV / gn.

TEDS – Especificação do Transdutor Eletrônico: Estes tipo de acelerômetro têm saída em mV / g, mas

também têm os detalhes da calibração e sensibilidade embutidos

Figura 32: TEDS

Figura 31: ICP ISotron


São conhecidos como plug and play, porque se o seu sistema de controle tem detecção TED , que identifica e

define os parâmetros automaticamente.

Estes são muito úteis para o teste multi-canal para evitar erros de conexão e reduzir o tempo de instalação.

Método de Controle de Vibração

A especificação do teste está programada para o software de controle do PC. Um sistema de circuito

fechado ajusta continuamente o sinal da unidade para o shaker.

Todos os sinais dos canais de controle são medidos, digitalizados e comparados com o espectro de controle

especificado.

Figura 33: Sistema de Controle de Vibração

A função de transferência do sistema é medido e o Hf inverso é calculado para permitir características de

resposta não linear.

O "sinal de controle" é ajustado para mudar a entrada para o shaker para manter a resposta especificada:

Canal único ou Multi Canal

Estratégia de Controle

Média ou Média Ponderada

Máximo (extremo)

Mínimo

O método utilizado vai depender da sua resposta estrutural

Figura 34: Sistema Multi-Canal


Canais adicionais podem ser usados para obter informações. Estes são conhecidos como monitores ou canais

auxiliares. Para os ensaios de desenvolvimento destes também pode ser útil, limitando o controle para evitar

danos estruturais.

A estratégia de controle final é, portanto, conhecido como Controle de Limite.

Exemplos de Padrões e Especificações

Para uma boa qualidade de teste e repetibilidade, testes de vibração são aplicados dentro das tolerâncias

conhecidas.

Há muitas normas publicadas que podem ser consultadas para orientação. As tolerâncias para um teste

passa-não-passa e métodos de controle variam consideravelmente. Os documentos devem, portanto, ser

usados com um bom entendimento do teste exigido.

MIL-STD-810 – Métodos de Testes Ambientais e Diretrizes de Engenharia

DEF-STAN 07-55 – Teste Ambiental de Material de Serviço

DEF-STAN 00-35 – Manual de Aspectos Ambientais para Materiais da Defesa

BS3G100 – Requerimentos Gerais para Equipamentos em Aeronaves

ISO 7137 – Cronograma para Condições Ambientais e Procedimentos de Teste para Equipamentos

transportados por aeronaves

Mesa de Deslizamento – Teste levando a Gravidade em Consideração

Tipicamente, um dispositivo irá suportar o produto em todos os três

eixos, e portanto, um teste pode ser aplicado usando apenas um

agitador vertical.

No entanto, se a amostra tem uma exigência a ser testada no que diz

respeito à gravidade, devemos utilizar uma mesa de deslizamento.

A mesa de deslizamento pode ser concebida em vários tamanhos.

Para vibração horizontal, o agitador é girado e conectado

diretamente a uma placa de deslizamento.

A amostra é, então, montada na orientação

correta para um dispositivo que está ligado a esta

placa.

Figura 35: Mesa de Deslizamento

Figura 36: Agitador conectado à Placa de Deslizamento


Uma combinação de bobina e molas de ar fornecem a força de centralização.

Figura 37: Elementos para Centralização

A placa de deslizamento é tipicamente feita de uma liga de magnésio e flutua sobre uma película de óleo

sobre um bloco de granito.

Figura 38: Esquema de montagem da mesa de deslizamento


A placa de deslizamento é suportada em ambos os rolamentos de alta pressão ou baixa pressão.

Para mesas pequenas pode haver apenas 2 ou 3.

Para mesas grandes pode ser de 24 ou mais.

Figura 39: Granito aguardando montagem

dos rolamentos

Figura 40: Rolamentos inseridos no granito

e nivelados

Figura 41: Placa de deslizamento

posicionada

Figura 42: Componentes a serem testados nos 3 eixos em relação à gravidade


Aplicações da Vibração

De pequenos agitadores para calibração, ...

Figura 43: Tipo imã permanente para 490N

Figura 44: Refrigerado a ar, de 670N a 5 KN

...até imensos agitadores usados para sistemas de satélite completo.

Figura 45: Médio refrigerado a Ar – 6,5KN a 60KN

Figura 46: Refrigerado a Água – 80 a 289KN

sistema da máquina vibratória

Technology