Os crit´erios utilizados para avaliar o desempenho de uma funda¸c˜ao de m´aquina comumen- te s˜ao expressos em termos de valores limites de amplitudes de velocidade e acelera¸c˜ao, referindo-se aos efeitos provocados em pessoas, estruturas e na pr´opria m´aquina. Para vi- bra¸c˜oes permanentes provocadas por esfor¸cos dinˆamicos harmˆonicos, os crit´erios podem ser expressos por meio de amplitudes de deslocamento associadas `a freq¨uˆencia do movimento. Os valores limites dependem da instala¸c˜ao industrial e da fun¸c˜ao da m´aquina no processo industrial, e envolvem considera¸c˜oes que v˜ao desde o custo inicial at´e a manuten¸c˜ao e substitui¸c˜ao da m´aquina.
Os crit´erios apresentados a seguir resumem dados experimentais de diversos pesquisa- dores e foram reunidos por Richart et alii [25] e Moore [17]. Eles abrangem, principal- mente, o movimento de funda¸c˜oes em regime permanente, para o qual as condi¸c˜oes do solo s˜ao admitidas est´aveis, n˜ao se considerando a compacta¸c˜ao ou mudan¸cas de geometria do solo.
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6.2.1 Efeitos em Pessoas
Estudos experimentais tˆem demonstrado que a sensibilidade humana `as vibra¸c˜oes depende tanto da amplitude quanto da freq¨uˆencia da vibra¸c˜ao [17, 25]. Isto ´e ilustrado na Figu- ra 6.1 que mostra os valores limites das amplitudes de deslocamento para pessoas em p´e, submetidas a vibra¸c˜oes na dire¸c˜ao vertical. Cinco curvas delimitam as diferentes zonas de sensibilidade, que variam desde “impercept´ıvel” at´e “severa para pessoas.”
Fig. 6.1 – Limites de amplitude de deslocamento [25, p´ag. 311].
Para o intervalo de 1 a 80 Hertz a norma internacional ISO 2631 - Guide to the evaluation of human exposure to whole-body vibration (1978) [17, pp. 14-19], estabelece trˆes limites de vibra¸c˜ao a partir das seguintes condi¸c˜oes:
a) preserva¸c˜ao do conforto (limite de conforto);
b) preserva¸c˜ao da eficiˆencia no trabalho (limite de fadiga ); c) preserva¸c˜ao da sa´ude ou seguran¸ca (limite de exposi¸c˜ao).
A norma apresenta, na forma de gr´aficos, os limites de fadiga em fun¸c˜ao da freq¨uˆencia de vibra¸c˜ao e do tempo di´ario de exposi¸c˜ao para vibra¸c˜oes longitudinais e transversais. Os limites de exposi¸c˜ao s˜ao obtidos dobrando-se os valores admiss´ıveis dos limites de fadiga, enquanto os limites de conforto correspondem a um ter¸co dos mesmos valores. Coeficientes multiplicadores s˜ao utilizados para considerar o hor´ario, o tipo e o local da atividade desenvolvida, e a natureza da vibra¸c˜ao (peri´odica, intermitente, rara etc.).
N˜ao devem ser ignorados aspectos psicol´ogicos como, por exemplo, o fato de traba- lhadores envolvidos diretamente com a m´aquina serem menos suscept´ıveis `as vibra¸c˜oes
que outros em sua vizinhan¸ca, para os quais os limites fisiol´ogicos fornecidos podem ser excessivos.
6.2.2 M´aquinas Vibrando em Regime Permanente
A Fig. 6.2 mostra as curvas que delimitam as zonas de n´ıveis de desempenho para m´aquinas rotativas na freq¨uˆencia de opera¸c˜ao. As amplitudes de deslocamento referem-se ao mo- vimento horizontal medido na caixa do mancal e n˜ao no eixo. ´E importante observar que diversos autores [3, 25] utilizam a mesma figura na verifica¸c˜ao das amplitudes de deslocamento na dire¸c˜ao vertical.
E Perigoso. Parar a m´aquina para evitar acidente.
D Pr´oximo da ruptura. Corrigir em 2 dias para evitar quebra. C Defeituoso. Corrigir em 10 dias para economizar em manuten¸c˜ao. B Pequenos defeitos. Corre¸c˜ao economiza em manuten¸c˜ao.
A Equipamento novo.
Fig. 6.2 – Crit´erios para a vibra¸c˜ao de m´aquinas rotativas (Blake, 1964, citado em [25, p´ag. 313]).
O conceito de fator de servi¸co introduzido por Blake ([25, p´ag. 312]), que consiste em multiplicar as amplitudes calculadas por um coeficiente que depende da instala¸c˜ao industrial e da importˆancia de cada m´aquina, permite avaliar o desempenho de diversos tipos de m´aquinas utilizando a Fig. 6.2 e a Tabela 6.1.
A Tabela 6.2 estabelece uma correla¸c˜ao entre faixas de amplitudes de velocidade e condi¸c˜oes de opera¸c˜ao para m´aquinas rotativas. Richart et alii [25] chamam a aten¸c˜ao para a semelhan¸ca entre os valores da tabela e as velocidades limites indicadas na Fig. 6.1, constatando que uma condi¸c˜ao adequada para a m´aquina normalmente satisfaz os crit´erios para pessoas.
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Tabela 6.1 – Fatores de servi¸co (Blake, 1964, em [25, p´ag. 312]). Bomba centr´ıfuga de est´agio ´unico, motor el´etrico, ventilador 1 Equipamento t´ıpico de processamento qu´ımico, n˜ao-cr´ıtico . . 1 Turbina, turbogerador, compressor centr´ıfugo . . . 1,6 Centr´ıfuga, eixo r´ıgido*; bomba centr´ıfuga multi-est´agios . . . . 2 Equipamentos diversos, caracter´ısticas desconhecidas . . . 2 Centr´ıfuga, eixo suspenso, eixo pr´oximo ao cesto . . . 0,5 Centr´ıfuga, v´ınculo suspenso . . . 0,3
Valores para equipamentos fixados `a base.
Vibra¸c˜oes medidas na caixa do mancal, exceto onde indicado.
∗ deslocamentos horizontais medidos na caixa do cesto.
Tabela 6.2 – Condi¸c˜oes de vibra¸c˜ao para m´aquinas rotativas (Baxter & Bernhard, 1967, em [25, p´ag. 314]). Amplitude de velocidade horizontal (mm/s) Condi¸c˜ao de opera¸c˜ao da m´aquina < 0,12 extremamente suave 0,12 – 0,25 muito suave 0,25 – 0,50 suave 0,50 – 1,0 muito boa 1,0 – 2,0 boa 2,0 – 4,0 razo´avel 4,0 – 8,0 levemente severa 8,0 – 16,0 severa > 16,0 muito severa
Para tipos especiais de m´aquinas, as organiza¸c˜oes envolvidas em sua fabrica¸c˜ao e ope- ra¸c˜ao fornecem dados espec´ıficos para diferentes condi¸c˜oes de opera¸c˜ao. A Tabela 6.3 mostra valores de amplitude de deslocamento nos mancais de conjuntos turboalternadores, operando na freq¨uˆencia de 3000 rpm, correspondentes `as diversas condi¸c˜oes de opera¸c˜ao.
Tabela 6.3 – Vibra¸c˜oes em turboalternadores (Parvis & Appendino, 1966, em [25, p´ag. 314]).
Condi¸c˜ao de opera¸c˜ao
Amplitude de deslocamento (mm) no mancal no eixo na laje da turbina
excelente 0,005 0,025 0,0005
boa 0,01 0,05 0,001
razo´avel 0,02 0,1 0,002
m´a 0,04 0,2 0,004
6.2.3 Efeitos em Estruturas Prediais
A Figura 6.3 resume as informa¸c˜oes referentes aos danos estruturais causados por vibra¸c˜oes em fun¸c˜ao da amplitude de deslocamento e da freq¨uˆencia de vibra¸c˜ao. As retas tracejadas correspondem a amplitudes de velocidade e acelera¸c˜ao e servem apenas de referˆencia.
1 sem danos;
2 possibilidade de ruptura em revestimentos; 3 danos prov´aveis em elementos estruturais; 4 danos em elementos estruturais - destrui¸c˜ao.
Fig. 6.3 – Poss´ıveis danos em constru¸c˜oes (Steffens, 1974, citado em [17, p´ag. 7]).