Ruído e Vibrações - Apostila (Setembro 2024) PDF

Ruido Industrial Poluição Sonora Departamento de Engenharia Mecânica Prof. Assistente Carlos Renato Setembro 2024 1 Sensores de vibrações  Sensores de vibrações Para...

Ruido Industrial Poluição Sonora Departamento de Engenharia Mecânica Prof. Assistente Carlos Renato Setembro 2024 1 Sensores de vibrações  Sensores de vibrações Para quê? Garantir objectividade Detectar o que os nossos sentidos não detectam Deslocamento Velocidade Aceleração  Sensores de deslocamento Monitor Vantagens Fonte Aliment. Sinal Medem as vibrações nos veios ou Dinâmico estruturas sem necessidade de contacto Veio  Sensores de deslocamento Só medem vibrações até 2 KHz. São sensores instalados em permanência. Sensores de deslocamento  Sensores de Velocidade Vantagens FICHA Não precisam de sistema de condicionamento do sinal MOLA IMAN PERMANENTE BOBINE FLUIDO AMORTECEDOR Desvantagens Frequência limite superior reduzida (1000 Hz).  Acelerómetros – Princípio de funcionamento São sensores que medem a vibração ou aceleração do movimento de uma estrutura A força causada pela vibração ou alteração do movimento faz com que a massa pressione o material piezoeléctrico, produzindo uma carga eléctrica proporcional à força exercida FREQUÊNCIA NATURAL CARCAÇA MASSA FIXAÇÃO CRISTAL PIEZOELÉCTRICO GAMA UTIL FREQUÊNCIA 0 20,000 Hz  Acelerómetros São aplicados na indústria e na ciência - Utilizados na medição de vibrações em máquinas - Utilizados para medição da transmissibilidade de vibrações de máquinas e ferramentas para o corpo humano - Acelerómetros altamente sensíveis são utilizados como componentes de sistemas de navegação de aviões e mísseis Curiosidade: Nos tablets e telemóveis para manter o ecrã na vertical Gama operacional Amplitude relativa Acelerómetros Sensores de velocidade Sensores de deslocamento Frequência Fenómeno da Ressonância  Fenómeno da Ressonância Fenómeno destrutivo que pode ocorrer em: Edifícios Estruturas metálicas Máquinas  Fenómeno da Ressonância É um fenómeno que, normalmente, tem consequências graves para equipamentos/estruturas Conceito de frequência Natural (Wn) Um sistema oscilatório pode ser caracterizado como um sistema massa - mola Mola fica a vibrar à frequência que “gosta”, ou seja, à frequência natural Wn Deslocamento da k – rigidez em N/m massa, x em relação ao m – massa em kg ponto de equilíbrio  Conceito de frequência perturbadora (Wp) Velocidade de rotação de equipamentos Frequência de vibração de sismos – tipicamente entre 5 Hz a 15 Hz Velocidade do vento  Ressonância Um determinado corpo entra em ressonância quando uma força perturbadora coincide com uma das frequências naturais do mesmo corpo Frequência natural = Frequência perturbadora Ocorre o fenómeno da Ressonância  Ressonância Solução: Em fase de projecto calculam-se as frequências naturais de forma a ficarem acima ou abaixo do regime de funcionamento de uma máquina, vento ou gama de frequência dos sismos Quando existe Ressonância: Podemos alterar a massa do sistema (m) ou Podemos alterar a rigidez do sistema (K)  Regime de funcionamento de máquinas rotativas Regime transitório é a fase inicial de arranque da máquina Regime permanente mantem-se após o desaparecimento das frequências naturais do sistema permanecendo a frequência perturbadora (velocidade de rotação)  Projecto de estruturas complexas Cálculo em fase de projecto para estruturas complexas Cálculo dos modos de vibração da estrutura / máquina Diagnóstico de Ressonância Testes com a máquina parada Ensaio de Impacto  Diagnóstico de Ressonância Testes com a máquina parada Impacto Resposta Waveform of 1 - INTERMED X(Ch A) Waveform of 1 - INTERMED X(Ch B) 40.0000 JOB ID: NREC2 30.0000 JOB ID: NREC2 14:36:35 14:36:35 11/24/98 11/24/98 LBF G's LBF: 0.0 G's: -14.7542 Seconds: 0.0 Seconds: 0.00699 -40.0000 -30.0000 0.0 Seconds 0.0420 0.0 Seconds 0.0420 Ensaio de Impacto A máquina responde ao impacto e vibra por um curto período de tempo às suas frequências naturais. O acelerómetro mede a resposta da máquina. Sismos  Sismógrafos Sismógrafo é um aparelho que detecta os movimentos do solo, incluindo os gerados pelas Ondas Sísmicas. O sismógrafo, usado na área da sismologia, detecta e mede as ondas sísmicas naturais e permite determinar a posição exata do foco (hipocentro) dessas ondas e do ponto da sua chegada na superfície terrestre (epicentro). Para quantificar a energia desses terremotos é utilizada a escala de RITCHER  Sismógrafos Sismógrafos terrestres com medição em três eixos Estações meteorológicas com sismógrafos Registo da amplitude do sismo  Sismógrafos Sismógrafos marítimos Detecção de Tsunamis  Sismógrafos O Sismógrafo regista a aceleração ou a velocidade da superfície terrestre O sistema é constituído por um sistema massa – mola com uma determinada frequência de ressonância Wn ou fn. (rad/s) (Hz) Quando a vibração produzida pelo sismo iguala a frequência de ressonância do sismógrafo é registada a amplitude do sismo.  Ondas Sísmicas Ondas P (Primárias) - movimentam as partículas do solo comprimindo-as e dilatando-as. O movimento das partículas é paralelo à direção de propagação da onda. Ondas S ou Shear - movimentam as partículas do solo perpendicularmente à direção de propagação da onda.  Ondas Sísmicas As ondas P ou primárias são as primeiras a serem detectadas durante um sismo. Estas ondas chegam à superfície muito rapidamente, propagando-se por sólidos e líquidos. A sua velocidade média é de 4,5 km/s As ondas S ou Shear chegam à superfície depois das ondas P e são as que causam maior destruição. A sua velocidade média é de 3 km/s.  Ondas Sísmicas A diferença entre as ondas P e S indicam a distância do Sismógrafo ao epicentro do sismo. São necessários vários Sismógrafos para determinação da posição exacta do epicentro do sismo  Ondas Sísmicas Chegada das ondas P Chegada das ondas S Amplitude Intervalo S-P  Unidades de Ondas Sísmicas medida Acel. (g) Escala de Mercalli Representa a intensidade do sismo e indica os efeitos produzidos pelo terremoto, na superfície terrestre, o que é feito por meio da observação dos danos que o local afetado sofreu.  Ondas Sísmicas Escala de RICHTER Representa a energia libertada M (força do sismo) do epicentro do sismo. Utilizam-se os registos dos sismógrafos.  Escala de Mercalli vs Richter Diferença entre Escala de Richter e Mercalli Um sismo no deserto com magnitude 7 na escala de Richter recebe classificação de 1 na escala de Mercalli porque não causou danos materiais. Quando não se registam danos materiais, a medição da escala de Mercalli baseia-se no relato das pessoas sobre a intensidade dos tremores que sentiram nas suas casas ou ruas. Bing Vídeos  Cálculo da Escala de Richter A energia libertada pode ser calculada através da seguinte expressão: Sistema CGS de unidades é um sistema de unidades de medidas físicas, ou sistema dimensional, de tipologia LMT (comprimento, massa tempo), cujas unidades-base são o centímetro para o comprimento, o grama para a massa e o segundo para o tempo. Foi adotado em 1881 no Congresso Internacional de Eletricidade. O erg é a unidade de energia ou de trabalho no sistema CGS de unidades (centímetro-grama- segundo), cujo símbolo é o "erg". Cálculo da Escala de Richter Nota: Divisão de duas potências com a mesma base: mantemos a base e subtraímos os expoentes  Ondas Sísmicas Escala de Richter Magnitude do sismo M=6  Cálculo da Escala de Richter Exemplo 2: a) Considere o sismo com epicentro a 60 km a Oeste de Sines em 26 de Agosto de 2024. Determine a energia libertada pelo sismo sabendo que a magnitude do sismo foi de 5,3 na escala de Richter.  Cálculo da Escala de Richter b) Compare a magnitude do sismo com a escala de Richter e comente os efeitos do sismo. Resposta: Os sismos entre 3,5 e 5,4 na escala de Richter são percebidos mas causam poucos danos em edifícios e estruturas.  Controlo de vibrações em estruturas e Edifícios Gaiola antissísmica Pombalina Aplicada em Lisboa após sismo de 1755  Controlo de vibrações em estruturas e Edifícios Controlo Passivo Este tipo de dispositivo absorve a energia dos sistemas reduzindo as vibrações nas estruturas. É um sistema de simples instalação. Estes sistemas funcionam através do movimento relativo entre a estrutura e o dispositivo e da conversão de energia cinética em calor.  Controlo de vibrações em estruturas e Edifícios Controlo Passivo https://www.youtube.com/shorts/ Xpa0jyKen-o?feature=share  Controlo de vibrações em estruturas e Edifícios Controlo Passivo com amortecedores Neste tipo de isoladores a energia mecânica de movimento do pistão num veio viscoso é convertida em calor diminuindo a vibração através do amortecimento. São sistemas de fácil instalação e baixo custo #seismic dampers are used in #buildings, #bridges or any other constructions to control #earthquake (youtube.com) Controlo Passivo com amortecedores  Controlo de vibrações em estruturas e Edifícios Controlo Activo Sistema adaptável ás mudanças de parâmetros de carga na estrutura. Controla vibrações numa gama de frequências variável. Permitem maior gama de controlo de forças externas (ventos e sismos) permitindo o controlo activo destes eventos.