Controle de Vibrações Estruturais

      Vibrações estruturais, além de muitas vezes causarem desconforto aos usuários, são indesejáveis pois podem causar problemas como fadiga estrutural, transmissão de vibrações para outros sistemas acoplados, ruído externo ou interno, entre outros problemas que acabam afetando o funcionamento ou rendimento das estruturas.

      É possível analisar como a estrutura irá sofrer com as vibrações, mesmo antes da execução da obra, a partir da criação de modelos e análises computacionais dos mesmos. Faz-se alterações no projeto, como material e peso dos elementos, no intuito de limitar ou minimizar os efeitos dessas vibrações. Caso a estrutura já esteja finalizada e sofra com vibrações excessivas é possível fazer uso de técnicas de atenuação para reduzir os efeitos. Essas técnicas consistem em diminuir as amplitudes das vibrações estruturais nas regiões próximas às frequências de ressonância. Pode-se dividi-las em três grupos distintos: passivos, ativos e ativo-passivos.

      As técnicas passivas consistem na integração ou adição de materiais ou sistemas à estrutura original fazendo com que parte de suas vibrações possam ser absorvidas e, então, dissipadas ou armazenadas. Introduzir materiais com diferentes características à estrutura para que absorvam a energia do movimento através de sua deformação matematicamente consiste em adicionar novos graus de liberdade ao sistema de equações visando que estes GL’s dissipem a energia do movimento.

      Pode-se também controlar vibrações estruturais com técnicas ativas que incorporam atuadores em pontos específicos na estrutura. Esses aplicam forças de acordo com uma lei de controle para a minimizar a vibração original da estrutura. A ideia básica do sistema de controle é promover a redução das vibrações da estrutura através da injeção de energia no sistema, essa energia é fornecida pelos atuadores de acordo com a decisão do controlador, a qual depende normalmente da estratégia de controle e das informações sobre a vibração da estrutura gerada pelo sensor. Dessa maneira a malha de controle possibilita que o sistema reaja a variações do distúrbio, permitindo assim que o a estrutura rejeite as perturbações de uma ampla faixa de frequências.

      Quando se há a necessidade de um sistema de controle que seja simultaneamente seguro e robusto, como o controle passivo, e eficiente e ajustável, como o controle ativo, há a necessidade de fazer uso de sistemas de controle híbridos ativo-passivos.

     Para saber por qual tipo de controle optar é necessário fazer uma análise do problema, instrumentar e investigar o local, para poder dar o diagnóstico correto e escolher o melhor sistema de controle. Para tal é necessário avaliar o uso do local, as vantagens do sistema e o custo-benefício da instalação. O processo de decisão segue os passos descritos na Figura 1:

fluxograma

Figura 1: Fluxograma de análise de problemas de vibração

      Um exemplo famoso de controlador passivo são os atenuadores dinâmicos sincronizados (ADS) instalados na ponte Rio-Niterói. Tecnologia brasileira, desenvolvida e patenteada pelo professor Ronaldo Battista, do Programa de Engenharia Civil da COPPE. As oscilações que ocorrem no vão central da ponte, provocadas pelo vento, têm uma redução de mais de 80%, dando mais segurança e tranquilidade para quem trafega pela ponte. Ao todo, são 32 atenuadores dentro das vigas do vão central da Ponte, com duas toneladas cada. Trata-se de caixas de aço presas por molas a uma estrutura metálica. O movimento da ponte devido à vibração provocada pela ação dos ventos sobre a estrutura, faz com que o ADS entre de imediato em operação, produzindo forças de inércia (de controle) que irão contrabalancear as forças produzidas pela estrutura. A maior oscilação registrada na Ponte Rio-Niterói teve deslocamento pico-a-pico de 1,20 metros, o equivalente a 60 centímetros de oscilação para cima e para baixo em relação ao seu estado normal.

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Fonte: Controle ativo-passivo de vibrações estruturais usando materiais piezelétricos

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