Há diversas formas de controle para a vibração que podem ser aplicadas em contextos relevantes para a vibração ocupacional, como em maquinaria e equipamentos. Os métodos de controle de vibração geralmente envolvem o isolamento das forças vibracionais ou a aplicação de amortecimento à estrutura. Além destes, as fontes bibliográficas também mencionam a absorção dinâmica e o controle ativo.
As principais formas de controle de vibração são:
1. Isolação de vibração
O objetivo da isolação de vibração é reduzir a transmissão de vibração de uma estrutura para outra através de um dispositivo elástico.
É frequentemente utilizada para prevenir o fluxo de energia de vibração de uma máquina ou equipamento para as estruturas de suporte. Embora a própria máquina possa não irradiar muita vibração, as estruturas de suporte (como pisos) podem atuar como caixas de ressonância, amplificando a vibração da máquina; isoladores de vibração bem projetados podem superar este problema.
A teoria da isolação de vibração sugere que, para reduzir a magnitude da força transmitida por um isolador ao seu suporte, deve-se escolher a sua frequência natural (f) de forma que a relação entre a frequência de excitação (f) e a frequência natural (fn) seja muito maior que raiz quadrada de 2 (aproximadamente 1,4). Para equipamentos que operam em faixas típicas (como 8-30 Hz para equipamentos de ar-condicionado/ventilação), isto significa que isoladores eficientes devem ter uma frequência natural bem abaixo desta faixa.
Uma frequência natural baixa geralmente requer uma grande deflexão estática do isolador sob a carga da máquina. Por exemplo, para equipamentos que operam entre 500 a 1800 rpm (8-30 Hz), uma baixa frequência natural pode exigir uma deflexão estática da ordem de 0,5-5 cm. No entanto, um aumento na deflexão estática pode ser indesejável se interferir na operação da máquina, o que restringe o quão “macio” o isolador pode ser e, consequentemente, o quão baixa a frequência natural pode ser definida.
A transmissibilidade de força é uma métrica importante, representando a razão entre a amplitude da força transmitida e a amplitude da força de excitação. Uma alta eficiência de isolação (baixa transmissibilidade) é desejável. Por exemplo, isoladores que resultam em uma relação entre a amplitude da força transmitida e a amplitude da força de excitação igual a 10 podem ter uma transmissibilidade de força de cerca de 2,5% com um certo nível de amortecimento, resultando numa eficiência de isolação de 97,5%.
Existem três tipos principais de isoladores de vibração: mola, elastoméricos e pneumáticos. Isoladores de mola são duráveis, mas têm pouco amortecimento. Isoladores elastoméricos são menos duráveis e podem degradar-se em ambientes corrosivos, mas têm maior amortecimento e são mais baratos. Isoladores pneumáticos são usados quando há excitação de frequência muito baixa.
Em frequências mais altas (geralmente na faixa de áudio), os modelos simples de isolação tornam-se inadequados. Fatores como a flexibilidade da estrutura de suporte (como um piso suspenso) e a massa do próprio isolador tornam-se importantes. Se a fundação não for rígida, sua mobilidade será alta e a transmissibilidade aumentará. Se a espessura do isolador for maior que metade do comprimento de onda da vibração, a questão se torna a perda de transmissão através do material do isolador.
O controle do movimento horizontal também é importante, especialmente para equipamentos montados em veículos, onde impactos súbitos podem desalojar o equipamento dos seus isoladores.
Em salas mecânicas, antes de instalar isoladores em todo o equipamento, é fundamental selecionar equipamentos que produzam o mínimo de ruído e garantir que cada peça esteja balanceada estática e dinamicamente. Evitar ressonâncias no equipamento e nos seus suportes é uma preocupação primordial para o engenheiro de projeto.
2. Amortecimento de vibração
O amortecimento é utilizado para reduzir as vibrações estruturais ressonantes. Isso pode ser feito pela aplicação de materiais de amortecimento. Materiais viscoelásticos são um tipo de material de amortecimento. Os amortecedores de vibração dissipam a energia vibracional perto da ressonância, convertendo o movimento vibracional em calor.
3. Absorção dinâmica
Um absorvedor dinâmico (também conhecido como neutralizador de vibração ou amortecedor sintonizado) é um subsistema passivo acoplado a uma máquina ou estrutura vibrante para reduzir sua amplitude de vibração numa faixa de frequência específica.
Funciona anexando uma massa secundária ao componente vibrante primário através de uma mola (que pode ser amortecida ou não amortecida).
Esta massa secundária oscila fora de fase com a massa principal, aplicando uma força de inércia que se opõe ao movimento da massa principal. A frequência natural do absorvedor é geralmente sintonizada à frequência da força de excitação.
Absorvedores dinâmicos são geralmente usados apenas com maquinário de velocidade constante, pois são limitados a forças de excitação de banda estreita ou de frequência única.
4. Controle ativo de vibração
O controle ativo de vibração utiliza fontes secundárias de excitação (atuadores) aplicados a uma estrutura para modificar sua resposta à vibração indesejada.
O sistema utiliza sensores de erro (como acelerômetros ou outros transdutores de vibração) para medir a resposta do sistema, e um controlador elétrico implementa um algoritmo de controle para reduzir a vibração indesejada.
Exemplos práticos incluem suportes ativos de motor em veículos e sistemas de isolamento ativo de vibração para centrais elétricas de aeronaves a hélice. Em geral, os métodos de controle ativo de ruído e vibração tornam-se menos eficientes e ineficazes à medida que a frequência da fonte de ruído ou vibração aumenta.
Uma técnica relacionada é o controle ativo estrutural acústico (ASAC), que aplica entradas de controle diretamente a uma estrutura para minimizar o som irradiado ou componentes do movimento estrutural associados à radiação sonora.
Estas abordagens são cruciais para controlar a vibração em diversas aplicações, incluindo aquelas encontradas em ambientes de trabalho, ajudando a garantir que os níveis de vibração permaneçam dentro dos limites toleráveis.