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Causas e danos das vibrações As principais causas de vibração nos tubos dos trocadores de calor são duas: uma delas é a vibração causada por fontes externas de excitação, como as flutuações do fluxo de ar em máquinas alternativas (como compressores alternativos), ou as vibrações transmitidas através de componentes de suporte ou tubulações de conexão. Outro tipo é a excitação por fluxo de fluido, que pode ser dividida em vibrações induzidas pelo fluido no lado do tubo e no lado da carcaça. Como, em geral, a amplitude das vibrações induzidas pelo fluxo ao longo da parede do tubo é pequena, seu impacto não é significativo e pode ser ignorado. Somente quando a velocidade do fluxo é muito superior à normal é que se torna necessário levar em consideração as vibrações causadas pela parede do tubo. As vibrações dentro do trocador de calor são principalmente provocadas pelo meio presente no lado do casco. Em condições normais de fluxo, o movimento do fluido no lado do casco pode causar amplitudes elevadas de vibração, o que representa um grande risco para os tubos de troca de calor. Estudos mostram que a amplitude de vibração dos componentes aumenta drasticamente somente quando a frequência das vibrações induzidas pelo fluido é igual ou bastante próxima à frequência do componente em questão, o que acaba causando sua destruição. Existem principalmente dois tipos de danos causados pela vibração dos tubos de troca de calor: o desgaste do tubo e a ruptura por fadiga do material do tubo. O desgaste dos tubos pode ser dividido em duas situações: uma delas ocorre quando há vibrações de grande amplitude, fazendo com que os tubos entrem em contato uns com os outros e se desgastem, formando um formato semelhante a um losango. Essa situação acontece, na maioria das vezes, na região do meio do tubo, onde as vibrações são mais intensas. A expansão térmica dos tubos aumenta a possibilidade de desgaste por vibração. Isso ocorre porque a deformação térmica do tubo aumenta o movimento relativo de contato, fazendo com que o tubo sofra desgaste em formato hexagonal. Outra causa é o desgaste que ocorre devido ao movimento relativo entre o tubo e a placa de suporte, causado pelas vibrações. Isso faz com que as paredes do tubo fiquem cada vez mais finas, até que, por fim, se rompam. Além disso, como os orifícios nos painéis de deflexão (placas de suporte) geralmente são 0,8 a 1,2 mm maiores que o diâmetro externo dos tubos, as paredes dos tubos podem ser cortadas ou danificadas pelos painéis de deflexão (ou placas de suporte). Esse problema é ainda mais evidente quando os painéis de deflexão são finos e o material deles é mais duro do que o do tubo. Quando a frouxidão da conexão e a corrosão coexistem, o desgaste por vibração aumenta, e esse tipo de desgaste assume uma forma semelhante à de um selim. Nos pontos em que o tubo atravessa a placa de suporte, as vibrações também podem fazer com que as bordas afiadas dos orifícios do tubo cortem o próprio tubo. A ruptura por fadiga dos tubos é causada por excitações cíclicas periódicas (incluindo situações de ressonância ou vibrações mínimas). Isso ocorre porque, quando o tubo vibra, surgem tensões alternadas periódicas devido às flexões repetidas. Se o tubo estiver sujeito, por um longo período de tempo, a altas tensões alternadas, as áreas do tubo onde a tensão é mais intensa podem sofrer ruptura por fadiga. Os locais onde ocorre a destruição por vibração são, geralmente, os seguintes: (1) no meio do trecho entre os suportes dos tubos de transferência de calor; devido às colisões entre os tubos, surge um desgaste visível nessa área ； (2) Bem próximo à abertura da placa de deflexão, o tubo de troca de calor colide com a placa, sofrendo assim desgaste ； (3) Dentro dos orifícios dos tubos com placas de deflexão, quando os tubos de transferência de calor vibram, as bordas desses orifícios podem cortar ou colidir com os tubos, o que, em casos graves, pode causar a ruptura dos tubos ； (4) Algumas fissuras ou defeitos pequenos presentes nos tubos de transferência de calor acabam se expandindo gradualmente devido às vibrações, o que acaba causando sua destruição. A destruição por vibração dos tubos ocorre frequentemente quando o meio no interior do circuito de casca é gás ou vapor, sendo ainda mais evidente quando a pressão de operação é superior a 0,8 MPa. Quando o meio no lado do casco é líquido, também pode ocorrer danos devido às vibrações dos tubos, mas isso geralmente afeta apenas alguns tubos localizados em áreas onde o fluido se move a alta velocidade. Medidas antivibração As medidas antivibração devem ser adotadas em dois aspectos: reduzir a velocidade do fluxo de fluidos em áreas específicas e alterar a frequência natural dos elementos de troca de calor. Os principais métodos adotados são os seguintes três. (1) Reduzir a velocidade do fluido no percurso da câmara de fluxo. Quando a frequência natural dos tubos de transferência de calor é constante, reduzir a velocidade do fluxo no lado do casco pode evitar a ocorrência de ressonância. Se as condições de operação não puderem ser alteradas, é possível utilizar placas de proteção, tubos guia ou distribuidores de saída de líquido nas entradas e saídas do trocador de calor, a fim de diminuir a velocidade do fluxo nessas áreas e reduzir ao mínimo as flutuações do fluxo de fluido. Quando as medidas de proteção contra vibrações já foram adotadas, mas sem resultados significativos, deve-se considerar, do ponto de vista técnico, a possibilidade de ajustar a velocidade de fluxo do meio. (2) Aumentar a frequência natural do tubo. Aumentar a frequência natural do tubo pode **reduzir as chances de ressonância**. O método mais eficaz para aumentar a frequência é reduzir o comprimento da distância entre os pontos. A frequência natural do tubo é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre suas extremidades. Se essa distância for reduzida em 20%, a frequência natural pode aumentar em 50%. Para os feixes de tubos em forma de U, a fim de aumentar a frequência natural, podem-se enrolar tiras entre os tubos ou inserir hastes ou placas para impedir o movimento dos tubos. (3) Alterar a forma das placas de deflexão, a fim de modificar as condições de suporte dos tubos de troca de calor. Como os feixes de tubos com barras de deflexão e os feixes de tubos com placas helicoidais de deflexão, todos podem **melhorar as condições de suporte dos tubos**.