Formação

Formação
Data: 15 Julho 2004
Manuel Alves, eng.
Formação 2 dos elementos Rosta
Os produtos Rosta consistem dos seguintes grupos
Elementos (módulos)
Tensores
Suportes oscilantes
Apoios
Produtos a pedido
Montagem dos elementos
Os elementos são montados através da inclusão de borrachas entre as partes metálicas. Essa inclusão
é efectuada em 3 fases com o fim de normalizar as tensões das mesmas; essas fases são
acompanhadas de vibração de alta-frequência.
Anteriormente esse procedimento era efectuado dando uma forma triangular às borrachas com
compressão e arrefecimento por ar líquido.
Exemplos de concorrência
Resatech (principalmente em
tensores)
CRESA
Formação 2 – Os Azuis da ROSTA
As borrachas não têm a mesma qualidade que as da Rosta.
Comparativamente, as borrachas da Resatech podem perder muita
da sua elasticidade ao fim de uma hora de compressão enquanto
que as da Rosta ao fim de 3 anos apresentam o mesmo
comportamento
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Característica de mola (elástica)
Os elementos Rosta caracterizam-se por terem uma característica de mola correspondente à da
borracha, sendo o início da relação ângulo/binário de forma linear até cerca de 15º e curva daí para a
frente.
Não é aconselhável passar o ângulo de 35º pois a partir de 40º as borrachas podem não voltar à sua
forma inicial, passando a deformação plástica, e as partes metálicas podem partir (principalmente ferro
fundido).
Característica de absorção de choques (factor de amortecimento)
Perda de energia – factor que
permite a absorção de choques
Entre as curvas de compressão e descompressão existe uma área que se traduz em perda de energia.
Essa perda corresponde ao factor que permite o amortecimento efectuado pelos elementos Rosta que
incorporam borracha.
“Cold flow”
Se os elementos, que incluem borracha, forem submetidos a uma carga constante e permanente é
produzida uma deformação ou perda (“cold flow”). Normalmente, mais de 50% das deformações
permanentes ocorrem em apenas um dia de serviço.
Normalmente os elementos novos (saídos de produção) têm cerca de +10% de binário que o indicado
no catálogo mas como se dá este efeito, num dia de serviço o valor já será mais aproximado do de
catálogo.
Os elementos Rosta têm uma dureza Shore de 78 a 80 (rigidez da estrutura molecular da borracha).
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Influência da temperatura
Os elementos Rosta com a qualidade standard “Rubmix 10” podem ser aplicados em temperaturas
ambientes de -40º a +80ºC. No entanto o seu comportamento varia conforme indicado na tabela:
+20ºC
-40ºC
+80ºC
Mn
1,15Mn
0,95Mn
sendo Mn o binário nominal do elemento
Tempo de serviço (vida)
Tensores: cerca de 12/15 anos, dependendo da temperatura e gama de compressão.
Braços oscilantes: com grandes rpm e ângulo de oscilação ±5º podem atingir cerca de
com 1 turno – 8/9 anos
com 3 turnos -6/7 anos
Frequências permissíveis
Os elementos Rosta permitem determinadas frequências máximas dependendo do ângulo de oscilação,
conforme se pode verificar no seguinte gráfico:
O elemento DR50, não importa o comprimento, pode ser submetido a uma oscilação de ±6º, a partir da
sua posição neutra, a frequências máximas de 340rpm (ver traço cheio).
No caso do DR45, para uma oscilação de 15º, a frequência máxima é de 85rpm (ciclos por minuto).
Assim sendo, e para o caso seguinte, o DR45 é uma escolha para o serviço.
frequência f = 70 barris/min
para amortecer os barris na descida
reduzindo a sua velocidade
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Resistência química e tipos de borracha
Rubmix 10 – é a borracha de qualidade standard. A sua base é a borracha natural, incluindo ainda látex
e outros componentes. Para aplicações gerais.
Rubmix 20 – composto básico de neoprene. Para aplicações onde existe a necessidade de resistência
ao óleo.
Rubmix 40 – composto com silicone. Para aplicações onde existe a necessidade de resistência ao
calor. No entanto o seu binário nominal é cerca de 30% inferior ao nominal indicado em catálogo. A sua
cor é azul e pretende-se para funcionamento na gama de temperaturas de 80ºC a 120ºC.
Rubmix 50 – a sua característica é o elevado binário. É a escolha para aplicações em que se pretende
resistência mecânica com baixa deflexão (≈5º).
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As unidades de suspensão são os elementos (ou módulos) básicos a partir dos quais toda a gama
Rosta baseia a sua diversidade.
Existem vários tipos, considerando a sua forma exterior (redonda ou quadrada) e interior (furos
quadrados, redondos, etc.) com o fim de melhor se adequarem à aplicação em vista.
Por exemplo, como se decide pela aplicação do tipo DR ou do tipo DK? O tipo DK tem a vantagem de,
no caso de ensaios, poder ser facilmente rodado até o ângulo/pressão/binário necessários à aplicação.
Exemplo de aplicação
Raspadores de tela
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pressão 100N/cm na borracha do raspador
os raspadores devem ficar posicionados logo após o fim do
contacto tambor/tela
Quando se selecciona um elemento, não deve ser feito para 30º. Fazer entre 20º e 25º para equilíbrio.
Ligações de elementos
- em série
Utiliza-se esta ligação para aumentar o ângulo de oscilação (os elementos devem ser,
preferencialmente, proporcionais – 1:1, 1:2, 1:3…)
Esta ligação duplica o ângulo mas o binário é 50% do total dos elementos.
- em paralelo
Utiliza-se esta ligação para duplicar o binário, mantendo a gama de oscilação.
Deve-se ter em atenção as cargas radial, axial e angular MAS principalmente a axial.
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Aplicações
1. o sistema especialmente concebido para pantógrafos (colectores de energia dos cabos para
comboios) funciona bem até 180km/h
2. máquina de semear – compactador
3. carro de transferência
A ideia desta aplicação é aplicar pressão a um rolo de atrito motorizado de forma a fazer andar um carro
de transferência.
Neste caso, a pressão que o rolo deve fazer sobre o solo é de 180kg e o tensor, composto por dois
elementos, será posicionado a 45º relativamente ao solo tendo um braço de 400mm. A oscilação que os
elementos terão será entre 5 a 10º e deverá ter um ângulo de pré-tensão que acomode essa oscilação
como, por exemplo, 25º.
Para calcular o binário, deve-se considerar a medida do centro dos elementos ao centro do rolo, medida
essa que deve ser perpendicular à força de pressão. Logo será de 400 ⋅ cos45º ≅ 283mm . O binário é o
produto do braço pela força exercida, logo 0,283m ⋅ 180kg = 50,94mkg ⋅ 9,81 = 499,72Nm .
Como serão montados dois elementos, um de cada lado o braço, o binário imposto a cada elemento
será 249,86Nm. Vendo no catálogo na tabela dos elementos, e escolhendo, por exemplo, o tipo DR-S,
na coluna de 25º encontra-se o valor superior ao necessário de 278Nm que corresponde ao elemento
DR-S45x100. É esta a nossa escolha.
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Vantagens dos tensores automáticos
maior vida da corrente
absorção de choques (efeito poligonal)
redução de ruído
maior ângulo de abraçamento
menor custo de manutenção
compensa o alongamento da corrente
Boomerang
O tensor “Boomerang” compensa a folga em transmissões de corrente
extremamente longas. Com o seu braço duplo arqueado, e equipado com dois
carretos tensores, oferece uma tripla compensação da folga que a corrente tiver.
Arcos tensores – não devem aplicados em velocidades lineares superiores a 1,5m/s.
10 argumentos para os tensores Rosta
mantém a transmissão sem manutenção
absorção de vibração
capacidade de elevada compensação
instalação fácil
ajuste automático
sem ruído
sem paragens para afinação da transmissão
força de tensionamento ajustável
absorção de choques
programa versátil
Bases para motores
Para britadeiras: com polias mandadas com volante de inércia existe sempre um esticamento cíclico das
correias; com a base de motor, o esticamento será menor e constante devido à oscilação da base.
Selecção de tensores e bases
A selecção dos elementos (braços) tensores e respectivos acessórios, bem como das bases para
motores, é extremamente simples, bastando para tal seguir as orientações dadas no respectivo
catálogo.
1. No caso dos tensores e acessórios para corrente é suficiente a orientação pela tabela de selecção
na qual é indicado, para cada medida de corrente, qual o tamanho do tensor e as opções
disponíveis de acessórios sejam carretos ou arcos tensores. Deve-se ter em atenção, à semelhança
de qualquer outro sistema Rosta, ao meio ambiente onde os elementos vão ser montados; pode ser
necessário montar um elemento que não o standard em função da presença de óleo, temperatura
elevada, etc., e nesse caso optar por uma versão especial (G, W, INOX).
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Para o tensionamento de correias, o procedimento não é tão linear.
A selecção de braços tensores para correias trapezoidais, deve seguir o seguinte critério.
O braço tensor necessário deve ter uma capacidade de pressão de pelo menos +100% que o valor
de tensão para a secção de correia em causa (para transmissões com mais que uma correia, será
esse valor vezes o número de correias).
a) tensão nas costas da correia com rolo liso
o diâmetro do rolo deve ser pelo menos 2/3 do diâmetro da polia mais pequena;
a largura do rolo deve ser pelo menos 20% mais que a largura das costas da correia; para
transmissão múltipla deve ser +20% que a largura total da transmissão.
b) tensão pelo interior com polia de gornes
a posição da polia tensora deve ser o mais próxima possível da polia mandada de forma a evitar
uma importante diminuição do ângulo de abraçamento na normalmente mais pequena polia
motora.
c) selecção do braço tensor
1. verificar a força de tensão corresponde à secção da correia (exemplo, SPC = 90N);
2. multiplicar essa força pela quantidade de correias da transmissão (exemplo, com 5 correias SPC
= 5 ⋅ 90N = 450N );
3. adicionar 100% ao valor total da força de tensão de forma a evitar qualquer escorregamento no
arranque (exemplo, 2 ⋅ 450N = 900N );
4. seleccionar o tensor Rosta que ofereça aproximadamente 900N a um ângulo de pré-tensão de
20º (exemplo, SE38 ou SE45);
5. montar o tensor num ângulo de pré-tensão de 25º no trame frouxo da transmissão (25º por
forma a compensar o alongamento inicial).
Forças de tensão para correias trapezoidais (para as secções mais habituais)
Secções
Ø polia mais
pequena [mm]
Força
[N]
SPZ (10)
56
100
-
95
140
15
20
SPA (13)
100
140
-
132
200
27
35
SPB (16)
160
236
-
224
315
50
65
SPC (22)
224
375
-
355
560
90
120
Z (10X6)
A (13X8)
B (17X11)
C (22X14)
D (32X20)
56
80
125
200
355
-
100
140
200
400
600
15
15
30
60
105
2. Relativamente às base para motores, o procedimento de selecção é também simples, bastando para
tal observar as correspondentes tabelas no catálogo e através da potência e velocidade e/ou
dimensão do motor escolher o tamanho correcto de base. Note-se que as bases de motores,
excepção feita aos tamanhos 27 e 38, são disponibilizadas em kits, permitindo que seja adquirida
apenas parte da mesma na eventualidade de danos.
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Definições
1. Frequência – número de oscilações mecânicas durante um segundo. A unidade é o Hertz,
abreviado a Hz.
2. Frequência de interferência – frequência da máquina, motor ou sistema a ser montado livre de
vibração.
Exemplo 1: motor eléctrico com velocidade n=600rpm (a velocidade n de motores, transmissões, etc., é
normalmente dada em rotações por minuto). É necessário saber a frequência em Hz, a qual é obtida
através de
600rpm
= 10 rotações por segundo = 10Hz = frequência de interferência
60s(egundo )
Exemplo 2: compressor de pistões com velocidade n=900rpm.
900rpm
= 15 rotações por segundo = 15Hz = frequência de interferência
60s(egundo )
3. Frequência de amortecimento – é a frequência natural. Todos os materiais, corpos ou dispositivos
usados para montar uma máquina livre de vibração têm a sua própria frequência natural ou
frequência de amortecimento. Esta é principalmente dependente da “inércia” e “amortecimento” do
material amortecedor relevante – dependendo da sua estrutura molecular ou da sua função
mecânica. Mecanicamente sólidos, os materiais rígidos tais como metais, pedra, betão, etc. não são
adequados para servir de apoio a máquinas, principalmente porque transmitem frequências de
interferência ao solo (fundações) com magnitude praticamente inalterada devido a sua rigidez.
Materiais que são demasiado macios, como espuma ou borracha mole, etc. com pequena força
mecânica e elevada compressão não podem ser utilizados pois seria colocada a perigo a
estabilidade da máquina.
A frequência natural relevante em Hz com a carga correspondente encontra-se em todas as
instruções de montagem para todos os normalmente materiais e dispositivos de amortecimento
disponíveis.
4. Diferença de frequências (mistuning) – é a relação entre a frequência de amortecimento e a
frequência de interferência da máquina.
Quanto maior a relação, melhor o efeito de isolamento.
Exemplo:
Freq. amortecimento
5Hz
Freq. interferência
15Hz
Relação de frequências λ
1:3
Efeito η
87,5% isolamento
À medida que a relação aumenta, a amplitude diminui e a força transferida para as fundações é
correspondentemente reduzida.
Relação entre o efeito de isolamento e relação de frequências
Relação λ
1 :1
1: 1,414
1: 1,5
1:2
1 : 2,5
1:3
1 : 3,5
1:4
Isolamento em %
ressonância
0
20%
66,7%
81,1%
87,5%
91,1%
93%
Efeito η
destrutivo
nulo
insatisfatório
satisfatório
bom
muito bom
excelente
ideal
(Ver tabela mais completa no fim)
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Estes valores serão usados como guia obrigatória para futuras aplicações práticas. Os valores foram
calculados e testados na prática ou com equipamento laboratorial.
Os efeitos de isolamento acima de 95% não podem ser obtidos na prática, principalmente porque
teria de ser usado um material demasiado macio o que diminuiria a estabilidade da máquina.
A maioria dos fabricantes de amortecedores tem concepções nas mais variadas gamas de
frequências naturais, pelo que podem ser recomendados materiais de amortecimento adequados
para as várias máquinas a diferentes frequências (ESL, V).
5. Amplitude – é a dimensão da vibração da máquina em funcionamento. Resulta do movimento
mecânico da máquina (movimento de rotação de motores eléctricos e de transmissões, movimento
vibratório de máquinas de pistões, prensas, etc.).
6. Ressonância - ocorre quando a frequência natural do apoio (amortecedor) da máquina vibratória é
a mesma que a frequência de interferência da máquina ou motor (não há relação de frequências –
1:1).
Se a frequência de interferência é idêntica à frequência natural do amortecedor, resulta numa rápida
destruição do material de amortecimento ou da máquina.
Conclusão: o cálculo da frequência de interferência será sério e claro quando os factores técnicos
fundamentais forem conhecidos. A determinação do material amortecedor correspondente será então
feita de forma a obter a relação de frequências óptima para o correcto apoio da máquina.
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Exemplos
1. compressor
x:y = λ – é a relação de frequência (mistuning)
se o valor for igual então dá-se ressonância e o efeito é destrutivo
frequência de interferência
Hz
frequência de amortecimento
(frequência natural)
Hz
relação de frequências
λ
x:y
mm
amplitude
frequência f =
1
min
=
1
60s
⇒ 20
1
s
vibração da máquina causada pelo movimento mecânico
(movimento dos pistões neste caso)
resulta da inércia e amortecimento do amortecedor de
vibração
relação entre frequência de amortecimento : frequência de
interferência = derivado do valor de isolamento
movimento vibratório da maquina
= 20Hz
logo, n = 1200rpm = 20Hz
se forem aplicados apoios tipo ESL que têm fn=6Hz (fn = frequência natural), então:
6
20
=
1
de relação, o que implica que o isolamento é excelente (ver tabela no fim).
3,3
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2
2. ventilador radial (A)
Velocidade = 1800rpm
Peso = 4000N
Suportado em 4 apoios
Procedimento:
- frequência de interferência fn = 1800rpm : 60 = 30Hz
- peso por apoio =4000N : 4 = 1000N
Determinação do apoio de acordo com o peso:
ESL18
fn = 8Hz : 30Hz = 1 : 3,75
= 90% isolamento
que é muito bom
NOTA:
Quanto maior a
frequência!
N
fn
7
1250
10
300
carga,
menor
a
V18
fn = 20Hz : 30Hz = 1 : 1,5
= cerca de 20% isolamento
que é insuficiente
Neste exemplo, o apoio tipo ESL DEVE
ser recomendado para a montagem. A
alternativa com o tipo V é insuficiente.
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3. ventilador radial (B)
Velocidade = 1000rpm
Peso = 1300kg
Suportado em 4 apoios
Procedimento:
- frequência de interferência fn = 1000rpm : 60 = 16,7Hz
- peso por apoio =1300kg : 4 = 325kg = 2188N
Começando pelo ESL38, fn=5 ⇒ i=3,34 que é excelente dando 90% de isolamento.
Se fosse com o ESL45, fn=4,5 ⇒ i=3,71 que era melhor mas a carga mínima permissível é superior à
aplicada.
Com o tipo V38, fn=12-14; à carga indicada fn=13,8 ⇒ i=1,21 que é péssimo.
A escolha acertada é 4x ESL38.
4. gerador
Velocidade = 3000rpm
Peso = 12000N
Suportado em 4 apoios
Procedimento:
- frequência de interferência fn = 3000rpm : 60 = 50Hz
- peso por apoio =12000N : 4 = 3000N
V18
fn = aprox. 13Hz : 50Hz = 1 : 3,8
= cerca de 92% isolamento
que é excelente
A montagem com apoios tipo ESL daria um a relação de frequências consideravelmente mais alta mas o
apoio tipo V tem uma construção mais estável o que tem um efeito benéfico para a função da máquina.
Se o efeito de isolamento com os apoios tipo V exceder o limiar de 80%, estas alternativas devem ser
recomendadas face ao ainda mais macio ESL por razões de estabilidade.
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5. gerador com centro de gravidade descentrado
Velocidade = 1800rpm
Peso = 4950kg
Suportado em 6 apoios
Procedimento:
- frequência de interferência fn = 1800rpm : 60 = 30Hz
- peso por apoio = 4950kg : 6 = 825kg = 8093N
Neste caso com o centro de gravidade descentrado, terá 6 apoios montados debaixo da estrutura,
sendo que os dois do meio podem ser posicionados no ponto correspondente ao centro de gravidade.
Com o ESL50, fn=4,5 ⇒ i=6,66 ⇒ 97% isolamento com deflexão de 24mm
Para diminuir a frequência natural com apoios ESL, usa-se a seguinte combinação:
Que resulta em fn =
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fn1
2
= 3,18 ⇒ neste caso i=9,42 ⇒ ≈99% isolamento!
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6. compressor de parafuso (A)
Com centro de gravidade deslocado mas com apenas 4x ESL
fn=25Hz
Peso = 5888N
O peso por apoio seria 1472N se a carga estivesse distribuída por igual, mas neste caso em que é
indicada a distribuição:
55% ⇒ 2x 1619N
45% ⇒ 2x 1324N
Com o ESL27, fn=6 ⇒ i=4,16 ⇒ 92% isolamento.
Ou com duplos fn=4,24 ⇒ i=5,9 ⇒ 97% isolamento.
Deflexão em A = 13mm e em B = 11mm.
Para manter a horizontal deveriam ser deslocados os apoios B para o interior da estrutura ou então criar
uma altura de compensação na base de B.
7. compressor de parafuso (B) com centro de gravidade descentrado
Velocidade = 1200rpm
Peso = 8000N
Suportado em 6 apoios
Procedimento:
- frequência de interferência fn = 1200rpm : 60 = 20Hz
- peso por apoio = 8000N : 6 = 1333N
ESL27
fn = 6Hz : 20Hz = 1 : 3,3
= cerca de 87% isolamento
que é muito bom
Com a alternativa dos apoios V, a relação de frequências é demasiado próxima da ressonância e não
deve ser recomendada.
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8. misturador de pás
Velocidade = 60rpm
Peso = 800kg
Suportado em 4 apoios
Procedimento:
- frequência de interferência fn = 60rpm : 60 = 1Hz
- peso por apoio = 800kg : 4 = 200kg = 1962N
Neste tipo de máquina, que tem característica sub-críitica, a escolha é o apoio tipo V.
O tamanho escolhido seria o V27, determinado pela capacidade de carga.
No entanto o isolamento seria apenas algo superior a 50%, não sendo possível calcular ou garantir o
valor correcto.
O tipo de montagem seria:
9. torno mecânico
Velocidade = 2400rpm
Peso = 2140kg
Suportado em 6 apoios
Neste caso, face a gama de velocidade, o isolamento será apenas passivo.
É também necessário um bom nivelamento.
Podia ser aplicado o N/NP1M16 ou N/NP120M20.
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Para passar de dimensões a Hz de frequência natural, a partir de uma mola:
sem carga
com carga
s = 280-250 = 30mm = 3cm
fn =
300
s [cm]
=
300
= 173,2rpm = 2,89Hz
3
Curva característica não linear.
Independentemente da carga, face à curva não linear mas regular, a frequência
natural é sempre a mesma (no caso dos ESL grandes).
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Efeito de amortecimento
Relação λ
1:1
Isolamento em %
Efeito η
Ressonância
destrutivo
0%
nulo
1 : 1,5
20%
insuficiente
1:2
66%
suficiente
1 : 2,5
81%
bom
1:3
87%
muito bom
1 : 3,5
90%
muito bom
1:4
92%
muito bom
1:5
95%
ideal
1:6
97%
ideal
1:7
97,5%
ideal
1:8
98%
ideal
1 : 10
99%
ideal
1 : 12
99%
ideal
1 : 15
99+%
ideal
1 : 1,414
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