Dentro dos Fundamentos das Vibrações Mecânicas, temos que absorver de forma simples, conceitos muito importantes ao longo de nosso estudo, tais como: Período e Frequência. O bom entendimento desta primeira etapa irá influir na compreensão das etapas seguintes do nosso estudo. Afinal, o que é vibração?
Um corpo vibra quando descreve um movimento oscilatório em relação a um sistema de referência. Ou seja, vibração pode ser definida como um movimento de oscilação de um corpo em torno de sua posição de equilíbrio. Um conjunto mecânico durante seu funcionamento irá vibrar naturalmente, pois a transferência de qualquer energia a esse conjunto irá trazer vibração em escala natural. A transformação de energia elétrica em energia mecânica gera em seu princípio uma carga vibrante, pois a energia elétrica por seu efeito magnético é puramente vibratório. Assim, dentro de determinado padrão, poderemos admitir essa carga de vibração às máquinas e equipamentos. Vamos, portanto começar a compreender os conceitos fundamentais que envolvem as vibrações.
A frequência de um movimento vibratório pode ser definida como o número de oscilações completas, por um intervalo de tempo. A unidade de medida da frequência é dada em unidades Hz (hertz) ou ciclos/ segundos. Se houver ruído, a frequência é uma escala que indica a intensidade sonora. É dessa forma que medimos a intensidade das caixas acústicas. O período de um movimento vibratório é o tempo que ele gasta em uma vibração completa, ou seja, é o tempo gasto em um ciclo apenas. Sendo assim, podemos estabelecer que a vibração esteja sempre presente nas máquinas e equipamentos, esta irá ocorrer por causa dos efeitos dinâmicos de tolerâncias de fabricação, folgas, contatos, o atrito entre peças de uma máquina e, ainda, devido a forças desequilibradas de componentes rotativos e de movimentos alternados.
A corrente de excitatriz, por exemplo, é um exemplo de aproveitamento do movimento vibratório, pois tem como efeito a propagação da corrente elétrica. Mas, é comum acontecer que vibrações insignificantes excitem as frequências de outras peças da estrutura, transformando-se em vibrações e ruídos indesejados. Podemos observar este comportamento nos mancais de rolamentos, que sofrem cargas radiais e axiais a princípio e com os esforços do funcionamento vão transferindo em escala gradual a vibração, o ruído e consequentemente o aumento da temperatura. Esse processo de observação da vida útil dos mancais de rolamento, que classificamos como manutenção preditiva, nos dá condição de estudo dos efeitos dos movimentos vibratórios. Entretanto, a vibração mecânica realiza um trabalho útil. Podemos provocar a vibração em dispositivos alimentadores de componentes ou peças numa linha de produção, por exemplo, as peneiras vibratórias e os compactadores de pavimentação.
Para realizar análise de vibrações em máquinas, equipamentos e conjuntos mecânicos é importante definir o modelo representativo da dinâmica de máquinas, considerando que todos estes sistemas irão trazer a princípio uma pré-carga de vibração. Diferentes técnicas de modelagem podem ser adotadas. Como esta é uma estrutura física, é nas leis estruturais da física que iremos descrever o comportamento destas vibrações. Para efeito de análise, será considerado o modelo que descreve o comportamento do sistema em termos dos elementos físicos, massa, mola e amortecedor, pois todo sistema mecânico possui massa, rigidez e um determinado grau de amortecimento, semelhante ao sistema massa-mola.
Os nossos equipamentos estarão dotados de um equilíbrio baseado no princípio de amortecimento enquanto estiverem estáticos. Todas as vezes que estes forem acionados, perderemos este equilíbrio e uma força natural de atração irá tentar trazer o equipamento ao equilíbrio. Esse diagrama ação/reação nós chamaremos de vibração mecânica, aceitável até certo grau de intensidade. A intensidade irá variar todas as vezes que esse diagrama se repetir. A condição geral do equipamento irá determinar o grau de intensidade das repetições.
Uma máquina devidamente alinhada e em condições consideráveis de tolerâncias e ajustes, certamente apresentará índices de conformidade aceitáveis de vibrações. Já quando as condições gerais forem de desgastes e sobrecargas, teremos uma maior intensidade nessas variações, consequentemente, maiores índices de vibrações. A vibração livre é tipo de vibração que ocorre em situações em que a massa do sistema estrutural é deslocada de sua posição de equilíbrio e então liberada. Temos a vibração livre presente nos conjuntos mecânicos, todas as vezes que estes são retirados de sua posição de repouso, mas como sabemos essa é uma situação teórica, já que a máquina necessita de funcionar durante o processo ao qual está inserida. Na prática, temos a vibração livre amortecida, quando utilizamos amortecedores para equilibrar os equipamentos e amenizar os efeitos das vibrações.
De maneira geral, temos a vibração forçada ou regime permanente, quando os efeitos da transferência de energias geram uma ação contínua de movimentos vibratórios.
Para compreendermos os parâmetros dos movimentos vibratórios, devemos observar que qualquer movimento periódico é composto por uma série de movimentos harmônicos simples, cada um deles descrito por uma função senoidal. É, como se duas pessoas segurassem uma corda e uma delas movimentasse a corda descrevendo um movimento alternado, assim poderemos observar um movimento harmônico de função senoidal. As máquinas e equipamentos apresentam em seu funcionamento esse deslocamento senoidal, característico da vibração presente nesse conjunto. A amplitude desse movimento será a medida da intensidade da vibração descrita por esse conjunto. Esse movimento será descrito como uma frequência natural, onde verificaremos a variação da amplitude do deslocamento do conjunto e do período com a variação da massa do sistema.
Quando acontece aumento da amplitude dessa frequência natural, devido à ação de um agente externo, classificamos como sendo uma ressonância, quando a excitação desse conjunto se torna contínua, agravando os níveis de vibrações. Portanto, os equipamentos devem estar sempre em condições próximas de sua frequência natural, para que não fiquem sujeitos às ressonâncias, o que reduziria a vida útil destes equipamentos.
Biela: É o braço de ligação do pistão com o eixo de manivelas (virabrequim), recebe a energia térmica do pistão, transmitindo-a ao virabrequim. O conjunto biela/pistão é o responsável pela transformação do movimento retilíneo em movimento rotativo do eixo de manivelas. Esse é o chamado giro do motor, ou seja, o número de voltas do motor, mais conhecido como RPM.
Eixo de Manivelas: Podemos chamá-lo de virabrequim ou eixo motor, responsável direto pelo movimento do motor, através da força recebida do conjunto biela/pistão. Geralmente, este conjunto fica situado na parte inferior do bloco. Necessita de uma lubrificação constante, para que o sincronismo e uniformidade de funcionamento estejam mantidos.
Eixo comando de válvulas: Sua função é comandar o sincronismo de abertura e fechamento das válvulas de admissão e escape. Os tempos acontecem simultaneamente alternados, graças ao engrenamento entre o eixo comando de válvulas e o eixo de manivelas, através de engrenagens, correntes ou correias dentadas. Na sua extensão estão os ressaltos que comandam as válvulas, coordenando os tempos dos pistões acontecendo um de cada vez.
Válvulas de admissão e escape: São as responsáveis pela passagem da mistura combustível+ar (Otto) e somente ar (Diesel). O deslocamento ordenado de cada válvula no tempo correto permite a admissão ou descarga no interior do cilindro.
Bomba de Óleo: Mecanismo responsável pelo bombeamento do óleo lubrificante que está no cárter. Essa lubrificação é distribuída sob pressão, por diversos pontos do motor, visando estabilizar o funcionamento diminuindo o atrito e o desgaste das partes móveis do motor.
Bomba d’água: Equipamento destinado a realizar a circulação do fluido de arrefecimento pelas galerias do bloco do motor e o radiador, visando estabilizar a temperatura de trabalho, através da dissipação do calor absorvido pelo fluido em contato com as partes quentes do motor. A ausência desse sistema elevaria a temperatura, tornando impossível a continuidade de funcionamento do motor. A dissipação do calor do fluido se dá de maneira forçada por uma ventoinha, que “sopra” o calor para fora, através das aletas do radiador, funcionando como um permutador de calor.
Bomba de Combustível: Sua função é deslocar o combustível que está no tanque para o sistema de alimentação do motor, para pulverizá-lo sob pressão no interior da câmara de combustão, suprindo, assim, todas as suas condições de trabalho, como carga, rotação e temperatura. Existem dois tipos de bombas: a mecânica, presente nos carros carburados e movidos por um eixo; e a elétrica, que equipa os veículos com injeção eletrônica e é acionada por um motor elétrico.
