Acelerometria

Em nosso último ISQ Faz – Análise de Vibrações a Acelerometria, falamos um pouco sobre a análise de vibrações e acelerometria, hoje gostaríamos de discutir o assunto um pouco melhor. Vamos apresentar um estudo de caso no qual a técnica de acelerometria foi fundamental para o fornecimento da melhor solução técnica aos nossos clientes.

Diversos equipamentos industriais induzem ações dinâmicas em estruturas, dentre eles, podemos citar peneiras vibratórias, britadores, alimentadores vibratórios, tambores desalinhados dentre diversos. Eventos naturais também induzem cargas dinâmicas em estruturas, podemos citar como exemplo vento, correntes marítimas e terremotos.

Conceitos básicos

Inicialmente, é interessante definir o conceito de ação dinâmica. Uma ação com variação significativa em sua intensidade, direção ou ponto de aplicação é tomada como uma ação dinâmica. Estas variações resultam em efeitos inerciais que atuam na estrutura, sendo proporcionais à massa deslocada e à sua aceleração, agindo sempre no sentido oposto ao do movimento. Deste modo, as ações dinâmicas resultam em deslocamentos variáveis na estrutura, à estes deslocamentos podemos atribuir uma velocidade e uma aceleração, que também são variáveis com o tempo.

Técnica de acelerometria

Para medição de acelerações em estruturas e equipamentos podemos lançar mão dos acelerômetros. Estes dispositivos são transdutores que correlacionam a aceleração em um dado ponto com a geração de uma tensão (a sensibilidade dos acelerômetros usualmente está na ordem em mV/g). Os acelerômetros são fixados à estrutura (Figura 1) e conectados à um computador que é utilizado para a aquisição dos dados (Figura 2).

*Figura 1 – Montagem dos acelerômetros em uma estrutura industrial*

*Figura 2 – Montagem do sistema de acelerometria*

Os resultados são obtidos em termos de aceleração versus tempo, e podem ser submetidos à um tratamento de dados no qual é aplicado um filtro passa-banda para eliminar ruídos e interferências no sinal. A Figura 3 apresenta um exemplo do sinal bruto obtido experimentalmente, enquanto Figura 4 apresenta o mesmo sinal após a filtragem passa-banda.

*Figura 3 – Sinal bruto obtido (sem filtro)*

*Figura 4 – Sinal com filtro passa-banda*

Os sinais filtrados podem ser submetidos a uma transformada de Fourier para obtenção da função de resposta do sinal que permite identificar as frequências e amplitudes predominantes no sinal medido, conforme detalhado na Figura 5.

*Figura 5 – Exemplo de identificação das frequências predominantes na estrutura*

Pode-se realizar a integração numérica dos valores de aceleração para cálculo das velocidades atuantes na estrutura (Figura 6). As velocidades obtidas podem ser comparadas à referencias normativas tais como DIN 4150-3 e ISO 10816-1, e à limites máximos indicados pelos fabricantes dos equipamentos. A amplitude do movimento pode ser obtida por meio da integração dupla dos valores de aceleração.

*Figura 6 – Velocidades calculadas na estrutura [mm/s]*

Estudo de caso

A britagem primária de equipamentos de mineração usualmente é composta por uma moega, não qual caminhões basculam o material recém minerado. Um alimentador é utilizado para retirar o material da moega e alimentá-lo em uma peneira vibratória que separa os finos dos particulados grossos, lançando a parcela de menor granulometria em um transportador situado no pátio, enquanto à parcela de maior granulometria é lançada em um britador primário para redução do tamanho médio das partículas.

Neste cenário podemos identificar as seguintes ações dinâmicas na estrutura:

Impacto do material caindo sobre a moega;
Efeitos dinâmicos do alimentador vibratório;
Efeitos dinâmicos da peneira vibratória;
Efeitos dinâmicos do britador;
Impacto do material nas regiões de transferência (mesa de impacto, chutes e afins).

Foi realizado um ensaio experimental de acelerações no módulo do britador primário, motivada pela identificação de fissuras na estrutura de suporte do equipamento. Para uma análise completa, foi necessário realizar medições em diversos regimes de operação do equipamento: i) Partida; ii) Operação com material; iii) Operação sem material; iv) Parada.

Observando a curva de acelerações na partida (Figura 7) é possível observar que a partida do equipamento leva em torno de 3 segundos, valor compatível ao informado pelo fabricante. Também é possível identificar a inexistência de picos de aceleração em regime transiente.

*Figura 7 – Aceleração da estrutura [m/s²] – Partida*

Analisando a curva de operação sem material (Figura 8), observa-se que as acelerações ficam em oscilam no range de -1,0 m/s² a +1,0 m/s². Por meio da transformada de Fourier, foram obtidas as frequências predominantes da estrutura (exemplificada na Figura 5). Quando o material é alimentado no britador (Figura 9) a amplitude de acelerações quase dobra, e o comportamento da curva apresenta característica menos uniforme uma vez que a variabilidade do material alimentado é muito alta, por se tratar de uma britagem primária.

*Figura 8 – Aceleração da estrutura [m/s²] – Operação sem material*

*Figura 9 – Aceleração da estrutura [m/s²] – Operação com material*

Após a realização do ensaio e o tratamento dos dados obtidos, foi desenvolvido um modelo estrutural do módulo de apoio do britador primário, as acelerações indicadas pelo modelo numérico foram comparadas às obtidas experimentalmente. Foi observado uma excelente correlação entre os resultados, validando o modelo desenvolvido.

Após a validação do modelo numérico, este foi adotado para verificação estática, dinâmica e modal da estrutura. As análises numéricas indicaram:

Análise estática: o dimensionamento estático do módulo de suporte do britador está adequado.
Análise modal: a frequência natural da estrutura está devidamente defasada da frequência de operação do equipamento. Deste modo, o fenômeno de ressonância não é esperado.
Análise dinâmica: As velocidades nos pontos de apoio do britador foram compatíveis com as medidas experimentalmente, a ordem de grandeza das velocidades foi superior ao indicado normativamente.
Análise de fadiga: Observou-se que diversos pontos apresentaram suscetibilidade à fadiga.

Os resultados obtidos nas análises apontaram para reforços a serem executados na estrutura, possibilitando a correção dos problemas detectados na análise dinâmica e na suscetibilidade à fadiga. O ISQ não só consegue delimitar as regiões exatas de reforços, como também realizar o projeto dos mesmos, elaborar procedimentos de soldagem e acompanhamento da instalação dos mesmos por meio de ensaios não destrutivos. Para mais informações consulte nosso time de especialistas.