Engenharia Mecânica: Ruído Industrial e Sensores

Ruído Industrial e Poluição Sonora

• O tema é Ruído Industrial e Poluição Sonora, abordando o tema de Engenharia Mecânica.
• O documento foi apresentado pelo Professor Assistente Carlos Renato em setembro de 2024.

Sensores de Vibrações

• Os sensores de vibrações são instrumentos para garantir objetividade ao medir o que os sentidos humanos não detectam.
• Os sensores medem deslocamento, velocidade e aceleração.

Sensores de Deslocamento

• Vantagens: Medem vibrações em eixos e estruturas sem contacto.
• Características: Só medem vibrações até 2kHz. São sensores instalados permanentemente.

Acelerómetros - Princípio de Funcionamento

• São sensores que medem a vibração ou aceleração do movimento de uma estrutura.
• A força, causada pela vibração, pressiona o material piezoeléctrico, gerando uma carga elétrica proporcional a essa força.
• Aplicação: São utilizados em máquinas e para medir a transmissibilidade de vibrações em humanos, além de sistemas de navegação de aeronaves e mísseis.
• Curiosidade: Acelerómetros são usados para manter a verticalidade em tablets e smartphones.

Gama Operacional

• Mostra o alcance de cada tipo de sensor em relação à frequência.
• Acelerómetros: Funcionam numa gama mais ampla de frequências altas.
• Sensores de velocidade: Apresentam uma frequência limite superior reduzida.
• Sensores de deslocamento: Demonstra uma menor frequência de operação.

Fenómeno da Ressonância

• Fenómeno destrutivo, podendo afetar edifícios, estruturas metálicas e máquinas.

Conceito de Frequência Natural (Wn)

• Um sistema oscilatório, como um sistema massa-mola, vibra numa frequência específica chamada frequência natural.
• A frequência natural é determinada pela rigidez (k) e massa (m) do sistema.

Conceito de Frequência Perturbadora (Wp)

• A frequência perturbadora é a frequência de vibrações em equipamentos ou fontes externas, como a velocidade de rotação de equipamentos, sismos, ou velocidade do vento.

Ressonância

• Um corpo entra em ressonância quando uma força perturbadora coincide com uma das suas frequências naturais.
• A frequência natural é igual à frequência perturbadora.
• Consequências graves para equipamentos/estruturas.
• Solução: Ajustar a frequência natural para evitar ressonância.

Regime de Funcionamento de Máquinas Rotativas

• Regime transitório: Fase inicial de arrancada da máquina, com frequências variadas.
• Regime permanente: Fase após o desaparecimento das frequências transitórias, onde a máquina mantém-se a uma frequência única de rotação.

Projeto de Estruturas Complexas

• Cálculo dos modos de vibrações em estruturas complexas ou máquinas, na fase de projeto.

Diagnóstico de Ressonância

• Testes com a máquina parada (ensaio de impacto).
• A máquina responde ao impacto vibrando por um curto período, numa frequência natural.
• O acelerómetro mede a resposta da máquina.

Sismos

• Sismógrafos detectam e medem vibrações em resposta ao movimento do solo causado por sismos.

• Usados na sismologia.

• Determinam o foco (hipocentro) e o ponto onde chega na superfície (epicentro).

• A escala de Richter quantifica a energia de terremotos.

Ondas Sísmicas

• Ondas P (primárias): Movem as partículas do solo paralelamente à direção de propagação da onda. São as primeiras a serem detectadas.
• Ondas S (shear): Movem as partículas perpendicularmente à direção de propagação da onda. Causam maior destruição.
• Variações na distância d/ epicentro são determinadas pela diferença entre a onda P e S.
• Necessário múltiplos sismógrafos para determinar com exatidão epicentro do sismo.

Escala de Mercalli

• Representa a intensidade do sismo e efeitos produzidos no solo.
• Indicada pela observação dos danos.

Escala de Richter

• Representa a energia libertada pelo sismo.
• Os dados são coletados pelos sismógrafos.

Cálculo da Escala de Richter

• Fórmula: Log E = 11,8 + 1,5M.
• E: Energia libertada.
• M: Magnitude do sismo.

Controlo de Vibrações em Estruturas e Edifícios

• Controlo passivo: Absorve energia dos sistemas, reduzindo vibrações através de simples instalação.
• O movimento do pistão convertido em calor através do amortecimento.
• Controlo activo: sistema adaptável às mudanças dos parâmetros de carga na estrutura. Controla vibrações numa gama variável de frequências. Permitem um controlo maior das forças externas.