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Controlo de Vibrações e Ruído em T&D

Equipamentos de baixo ruído com um bom desempenho a longo prazo Artigos

As tendências e as exigências da Indústria T&D têm originado uma grande procura de equipamentos de baixo ruído com um bom desempenho a longo prazo. A Amorim Cork Composites, como fornecedor a nível mundial da Indústria T&D, investiu em I&D estabelecendo a sua gama de produtos CV (Controlo das Vibrações) e implementando com sucesso soluções de redução de ruído através do controlo de vibrações.

O aumento da dureza do tanque é conseguido através da aplicação de vigas em U e de perfis, o que por sua vez também vai aumentar a frequência natural (fn ) real da estrutura do tanque, fechando a lacuna entre as frequências perturbadoras provenientes da parte ativa. A proximidade destas duas frequências conduz a uma amplificação da transmissibilidade e ao consequente aumento do ruído. Embora a construção mecânica otimizada seja fundamental para as características funcionais do equipamento, as restrições ao nível de ruído já fazem hoje parte dos requisitos dos serviços públicos devido às exigências do consumidor final.

O facto de se "colocar um pouco de borracha" para isolar estruturas origina, com frequência, um isolamento ineficaz ou até mesmo um problema de isolamento das vibrações, por não se terem em conta as características do sistema como um todo, tais como o ambiente e a temperatura do meio, a dureza do material ajustada à carga de aplicação, a área de superfície e a transmissibilidade do material, ou ainda as técnicas de design do enchimento, tal como a conformidade com a forma, que são fundamentais para uma boa seleção do material antivibração e consequente redução de ruído.

Através da experiência em aplicações T&D, a Amorim Cork Composites implementou uma abordagem prioritária em quatro passos na análise e tratamento de equipamento "ruidoso". A abordagem em quatro passos centra-se na necessidade de controlar as vibrações antes destas atingirem a estrutura do tanque (e, portanto, mais próxima da fonte de vibração), impedindo que as vibrações estruturais no tanque sejam transformadas em ruído aéreo propagado através da amplitude vibratória das suas paredes, que funcionam como "altifalantes". Os ganhos mais comuns na redução de ruído (ganhos acumulados) observados na aplicação da metodologia ACC no design podem também ser observados na figura abaixo (valores baseados em estatísticas de projeto).

 

O problema do ruído

À medida que o equipamento T&D se torna maior e mais poderoso devido à complexidade da rede elétrica e das fontes de energia natural, a construção geral dos tanques depende da rigidez e dureza para reduzir a amplitude das vibrações que atingem as paredes do tanque, e que são depois libertadas como ruído aéreo.
O aumento da dureza do tanque é conseguido através da aplicação de vigas em U e de perfis, o que por sua vez também vai aumentar a frequência natural (fn ) real da estrutura do tanque, fechando a lacuna entre as frequências perturbadoras provenientes da parte ativa. A proximidade destas duas frequências conduz a uma amplificação da transmissibilidade e ao consequente aumento do ruído.
Embora a construção mecânica otimizada seja fundamental para as características funcionais do equipamento, as restrições ao nível de ruído já fazem hoje parte dos requisitos dos serviços públicos devido às exigências do consumidor final.

Frequência natural

Todos os enchimentos/materiais antivibração, componentes e sistemas têm uma frequência natural (fn). No caso do enchimento antivibração, a frequência natural (fn) depende da dureza do material de enchimento, K, e da massa da carga que este está a suportar (M). No caso dos materiais elastoméricos, a fn não é apenas definida pelo próprio material, mas também pela sua espessura e forma (ver fator de forma). A ACC definiu a frequência natural dos seus materiais de diferentes espessuras sob condições dinâmicas.

Amortecimento

O amortecimento é a dissipação de energia, que geralmente ocorre através da sua libertação sob a forma de calor de baixa temperatura. O fator de perda (h) quantifica o nível de amortecimento de um material, sendo este a relação entre a energia dissipada do sistema e a energia armazenada no sistema em todos os ciclos. 

Devido à sua estrutura celular fechada preenchida com ar, a cortiça tem um fator de perda superior à borracha, essencial para a função de amortecimento e consequente dissipação de energia. As nossas formulações específicas de polímeros e a inclusão da cortiça, com as suas características únicas de compressibilidade e recuperação, absorvem a energia, produzindo elevados fatores de perda do material.

Isolamento de vibrações

O desempenho de um sistema de isolamento é determinado pela transmissibilidade do sistema e pela relação entre a energia que entra no sistema e a energia que sai do sistema. Como meta, a conceção do controlo das vibrações coloca a frequência perturbadora do sistema na região de isolamento. O volume de amortecimento no sistema de isolamento determinará o nível do pico de transmissibilidade (fn) do sistema. À medida que o amortecimento aumenta, o valor do pico irá diminuir.

Os materiais de controlo de vibrações da Amorim exibem fatores significativos de perda, resultando numa baixa amplificação da ressonância (fd=fn), o que lhes confere eficiência operacional através de uma ampla gama de frequências.

Roteiro de enchimento antivibrações: seleção e design

É essencial uma análise cuidadosa do sistema. Devem ser consideradas cargas extraordinárias tais como a massa de óleo, cargas introduzidas através de ancoragem ou ligações significativas que possam ter impacto na força de esmagamento geral no enchimento antivibração. Como regra de ouro, o design da extremidade inferior do intervalo de tensão do material deve, sempre que possível, considerar as variações de carga e os efeitos de deformação a longo prazo.

 

 

Fator de Forma

O FF é uma medida geométrica para a forma do enchimento antivibrações, definido pelo coeficiente entre a área de carga e a área da soma das superfícies do perímetro. A correta conceção do fator de forma é importante para conseguir a dureza adequada.

Enquanto a borracha é considerada incompressível, necessitando de espaço para deslocar o volume comprimido, a cortiça com borracha desloca muito menos volume devido à sua elevada capacidade de compressão (baixo coeficiente de Poisson), permitindo uma maior tolerância ao FF o qual, por sua vez, afeta a robustez do design.

Design do desacoplamento

Devido ao facto de cada um dos fabricantes ter requisitos únicos de conceção e de fixação, sendo então estes replicados na sua gama de produtos, cada design tem de ser avaliado de uma forma exclusiva.

A importância de um desacoplamento adequado nos pontos de fixação reside no facto de melhorar significativamente a eficácia dos enchimentos interiores antivibração, impedindo a formação de flancos na parte ativa da estrutura do tanque. O VC2100 da Amorim é utilizado para a função de desacoplamento. 

 

Design do amortecimento estrutural

A espessura da camada superficial com restrição (CLD) é definida pela parede do tanque. Numa conceção otimizada, a espessura da CLD deve ser semelhante à espessura da parede do tanque. Se for demasiado fina, terá um efeito mínimo ou até mesmo nenhum, e deve ser implementada na parede interior. O VC2100 da Amorim é o material selecionado para a CLD.

 

NOTA: Nos equipamentos com contactos elétricos (shunts), esses contactos podem servir de elemento de compressão da CLD contra a parede interior do tanque. Esta montagem reduzirá também as vibrações que passam dos contactos elétricos para a estrutura do tanque como resultado das perdas de correntes da parte ativa.

 

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