Obtenção Experimental da FRF

Conforme mencionado nos procedimentos experimentais descritos na seção 5.2, existem diversos tipos de testes que podem ser realizados na obtenção experimental da FRF.

A escolha do método a ser utilizado impacta a qualidade das curvas obtidas, fato este que pode comprometer a identificação dos parâmetros do desgaste e, por conseguinte, a identificação da frequência natural do sistema, informação utilizada na excitação Blocking Test, comprometendo, também, a identificação do fator de amortecimento modal utilizando o método MOBAR.

O método escolhido também impacta a duração do teste, o que se reflete em horas de máquina parada em testes de comissionamento e testes periódicos dentro do conceito de manutenção preditiva.

Neste sentido, antes de se realizarem os testes experimentais de validação da tese proposta neste trabalho, métodos de obtenção experimental da FRF através de excitação por ruído branco, chirp e stepped-sine foram estudados previamente.

Para tanto, foi utilizada a configuração da bancada com o mancal sem desgaste, as forças de excitação foram aplicadas pelo atuador magnético e o eixo foi mantido a uma

velocidade rotação de 50 Hz. Em todos os casos, a excitação foi aplicada nas direções horizontal e vertical, e a vibração em ambas as direções foi medida no segundo mancal, permitindo a identificação dos termos diretos e cruzados da FRF. As seguintes configurações foram utilizadas em cada um dos métodos:

 White noise: duração de 5 s a uma taxa de aquisição de 1024 amostras/s, 100 médias, janela Hanning, foi utilizada uma força de excitação com 30 N de amplitude de pico;

 Stepped-sine: os intervalos de frequência avaliados foram 10 Hz a 40 Hz e 70 Hz a 100 Hz, ambos em intervalos de 0,5 Hz, sendo que para cada frequência medida foram feitas 4 médias, cada uma contendo 500 períodos, a uma taxa de aquisição de 100 pontos por período, foi utilizada uma força de excitação com 5 N de amplitude de pico;

 Chirp: consiste em uma varredura senoidal, onde a frequência da senoide aplicada sofre aceleração de 10 a 40 Hz e de 70 a 100 Hz, cada uma delas com duração de 10 s, 100 médias, janela Hanning, foi utilizada uma força de excitação com 8,6 N de amplitude de pico.

Novamente, ressalta-se que ao longo de todo o trabalho, foi utilizada a FRF chamada receptância, definida pela razão entre deslocamento e força de excitação; portanto, os gráficos de módulo apresentados em escala logarítmica (dB) tem unidade m/N e referência unitária, ou seja, 0 dB equivale a 1 m/N. Foram considerados apenas os quatro termos da FRF referentes à excitação aplicada pelo atuador magnético e à medição realizada no segundo mancal.

(a)

(c)

(d)

Figura 29 – Comparação de diferentes técnicas de obtenção experimental da FRF: (a) yy; (b) yz; (c) zy; (d) zz.

A comparação entre os três métodos é apresentada na Figura 29. O tempo consumido para realizar o teste com o ruído branco foi 14 minutos, o chirp consumiu 54 minutos, e o stepped-sine levou 4 horas para ser realizado.

A análise dos resultados observados mostrou que o stepped-sine é o tipo de excitação que apresenta melhor qualidade (praticamente sem ruído) devido ao fato de ser feito a partir da aplicação de excitações senoidais em frequências constantes, a curva obtida é suave e praticamente sem ruído. No entanto, é um teste excessivamente lento.

O ruído branco (white noise) foi a excitação com melhor relação custo- benefício, uma vez que consiste no procedimento experimental mais rápido e as FRFs obtidas apresentaram qualidade pouco inferior ao stepped-sine, com um baixo nível de ruído devido ao elevado número de médias realizadas.

O chirp foi realizado separadamente para as duas faixas de frequência analisadas. Para a faixa de altas frequências, a curva obtida apresentou qualidade satisfatória, no entanto, para a faixa de baixas frequências, a curva apresentou oscilações indesejadas. Quando um chirp é realizado, a relação entre a taxa de aceleração da frequência da senóide (neste caso 3 Hz/s) e as frequências contidas na faixa analisada influencia fortemente a qualidade da curva obtida. Neste caso, os efeitos transientes do início do chirp não têm tempo suficiente para decair e influenciam a resposta da parte final do chirp, o que ocasiona as oscilações obtidas na faixa de baixas frequências onde essa razão é de 0,2 s-1 (se considerada a frequência central do chirp – 15 Hz). No caso da faixa de frequências mais elevadas, a razão obtida foi cerca de aproximadamente 5,7 vezes menor (0,035 s-1 – utilizando a frequência central do chirp – 85 Hz). Assim, o tempo de teste do chirp, para que resultados satisfatórios sejam obtidos, depende da razão entre taxa de aceleração e frequências analisadas, o que implica em mais passos de ajuste dessas acelerações durante os testes. Como a duração do ensaio para realização do chirp foi maior que a do ensaio para realizar o ruído branco (que apresentou resultados satisfatórios), não foi realizado um ajuste do chirp para a faixa de baixas frequências; o que implicaria em um chirp mais lento e, consequentemente, em um tempo de ensaio ainda mais longo.

Portanto, por apresentar a melhor relação entre qualidade das curvas e tempo de teste, a excitação ruído branco foi escolhida para ser utilizada nos testes experimentais deste trabalho.

As pequenas diferenças observadas entre as três curvas, tanto em amplitude quanto em posição do pico das frequências naturais, podem ser indicativas da excitação de pequenas não-linearidades do sistema. Neste caso, uma forma de reduzir tal fenômeno seria, por exemplo, reduzir a amplitude de excitação do stepped-sine e do chirp, uma vez que tais métodos consistem na aplicação de excitações senoidais que passam pelas frequências naturais do sistema, fazendo com que sua resposta apresente grandes amplitudes de vibração nas regiões de ressonância.