Uma torre de resfriamento utiliza a evaporação do líquido de resfriamento para dissipar calor. Geralmente, uma torre de resfriamento possui bicos que permitem que o líquido de resfriamento caia no ar aberto. O líquido é liberado no topo da torre e desce por uma série de prateleiras ventiladas. Um ventilador no topo da torre puxa o ar fresco através dessas prateleiras e sobre a água em queda. O ar resfria o líquido, que é então coletado, filtrado e retornado ao sistema para absorver mais calor.
Aplicações
As torres de resfriamento são amplamente utilizadas em refinarias de petróleo, usinas de geração de energia, plantas de processamento de gás natural, indústrias petroquímicas e outras instalações industriais. Elas atuam como trocadores de calor especiais, resfriando a água aquecida pelos equipamentos e processos industriais.
Nas torres de resfriamento evaporativas, a água quente de um processo industrial é bombeada para o topo da torre, distribuída sobre a superfície úmida e flui para baixo através do material de preenchimento (estrutura de treliça). Simultaneamente, o ar é puxado através das persianas de entrada, forçando a evaporação da água, o que remove o calor. Por fim, a água resfriada retorna ao processo industrial.
As torres de resfriamento podem ser classificadas em dois tipos, de acordo com o fluxo ar-água:
- Torres de resfriamento de fluxo cruzado
- Torres de resfriamento de fluxo contracorrente
Na torre de resfriamento a seco, não há evaporação no processo. O fluido de trabalho quente flui dentro dos feixes de tubos, que possuem uma grande área de superfície para a convecção. O fluxo de ar ambiente, com temperatura mais baixa, é soprado do exterior em direção aos feixes de tubos. Como resultado, o fluido quente é resfriado. O diagrama ilustrativo está mostrado abaixo.
O fluxo de ar primário pode ser impulsionado por corrente natural ou por corrente induzida/forçada nas torres de resfriamento. No caso da corrente natural, o fluxo de ar ocorre devido ao gradiente de temperatura, que vai da parte inferior mais fria até a parte superior mais quente da torre. Por outro lado, os sistemas de corrente induzida utilizam ventiladores na área de descarga superior para puxar o ar para cima através da torre, enquanto os sistemas de corrente forçada utilizam ventiladores nas persianas de entrada de ar para empurrar o ar para dentro da torre.
Nos sistemas de corrente induzida/forçada, os ventiladores desempenham um papel essencial na circulação do ar. Dois tipos de acionamento de ventiladores são comumente utilizados em torres de resfriamento: ventiladores acionados por caixa de engrenagens e ventiladores acionados por correia.
- Ventiladores acionados por caixa de engrenagens: O motor é montado na lateral da célula do ventilador e transmite potência ao ventilador por meio de um eixo.
- Ventiladores acionados por correia: O motor transmite potência ao ventilador através de uma correia. Esse tipo é geralmente utilizado em torres de resfriamento menores, enquanto o acionamento por caixa de engrenagens é mais comum em torres maiores.
A diferença entre esses dois tipos de acionamento pode ser observada nos gráficos a seguir.
Falhas e Causas
A falha catastrófica de uma torre de resfriamento pode trazer sérias consequências para as operações da planta, incluindo falha de outros equipamentos, riscos de segurança, tempo de inatividade, perda de receita, reparos caros e problemas de saúde.
Estudos apontam que as falhas mais comuns nas torres de resfriamento ocorrem nos seguintes componentes:
- Motor (60%)
- Caixa de engrenagens (30%)
- Ventilador (2%)
- Outros (8%)
As principais causas das falhas são:
- Motores: Desbalanceamento, desalinhamento do eixo, defeitos nas barras do rotor, falhas nos rolamentos e montagem inadequada.
- Caixa de engrenagens: Desalinhamento com o motor, esforço excessivo nos dentes das engrenagens e falha nos rolamentos.
- Ventilador: Desbalanceamento das pás, erros na inclinação das pás e variações na rotação.
Proteção de Ativos
À medida que as consequências das falhas em torres de resfriamento são compreendidas e as causas dessas falhas são analisadas, a prioridade passa a ser a prevenção de desastres catastróficos, o que leva à proteção dos ativos. A medição dos principais parâmetros de vibração e a análise dos dados de vibração de uma torre de resfriamento são as ações mais importantes a serem tomadas.
O fabricante recomenda a instalação de pelo menos um sensor de vibração na caixa de engrenagens e/ou no mancal do ventilador. As posições de instalação dos sensores são ilustradas nos gráficos acima e descritas a seguir:
Para coletar dados de vibração em ventiladores acionados por caixa de engrenagens, é necessário monitorar tanto o motor quanto a caixa de engrenagens. Para coletar dados de vibração em ventiladores acionados por correia, é necessário monitorar o mancal interno do ventilador, o mancal interno do motor e os mancais intermediários no eixo do ventilador.
De modo geral, a maioria dos ventiladores de torres de resfriamento opera a uma velocidade entre 90 e 300 rotações por minuto (rpm), enquanto os motores para torres de resfriamento geralmente operam em velocidades entre 1.500 e 1.800 rpm.
Duas organizações desenvolveram padrões de vibração para ventiladores de torres de resfriamento. O Cooling Technology Institute (CTI) apresenta padrões de vibração em unidades de deslocamento (mils pk-pk, μm pk-pk), dependendo do tipo de construção (aço, fibra de vidro, madeira ou concreto) e da frequência. O CTI não fornece padrões gerais de vibração. Já os Technical Associates (TA) estabeleceram padrões específicos para máquinas, que consideram os níveis gerais de vibração e são baseados no tipo de acionamento (acoplamento direto, acionamento por correia acoplado ou eixo longo e oco). Os padrões da TA são apresentados em unidades de velocidade (ips-pk, mm/s-pk).
Produtos Metrix
A Metrix oferece uma solução completa para medição de vibração e proteção de máquinas.
Para aplicações em torres de resfriamento, as principais localizações de montagem dos sensores de vibração, chaves de vibração e instrumentos de monitoramento/controle são apresentadas abaixo.
Conceito Básico de Montagem:
- Os sensores (SA6200A) devem sempre ser montados alinhados com os rolamentos de elementos rolantes na carcaça da máquina.
- Para chaves de vibração com sensores internos, recomenda-se monitorar o movimento geral do conjunto, e não especificamente a localização dos rolamentos.
Métodos de Montagem
Montagem por Parafuso (Stud Mounting)
Montagem com Reforço (Gusset Mounting)
Montagem em Trilho DIN (DIN Rail Racking Mounting)
Soluções de Monitoramento
A Metrix oferece uma ampla variedade de opções de produtos para atender diferentes aplicações em torres de resfriamento. Escolha a solução de sistema que melhor se adapta à sua necessidade
🔹 440 Sensor Interno
✔ Fornece contatos locais e saída 4-20mA para interface com PLC / DCS ou outro monitor de processo.
⚠ Atenção: Instalar o sensor dentro da torre de resfriamento pode comprometer a vedação caso a umidade contenha substâncias corrosivas.
🔹 440 Sensor Externo
✔ Fornece contatos locais e saída 4-20mA para interface com PLC / DCS ou outro monitor de processo.
✔ Eletrônica e controles de ajuste localizados fora da área úmida, garantindo maior durabilidade.
🔹 5535/45
✔ Saída 4-20mA para interface com PLC / DCS ou outro monitor de processo.
✔ Display LCD local disponível.
✔ Opções de filtros e isolamento galvânico.
✔ Saída BNC para análise dinâmica do sinal.
🔹 ST5484E
✔ Saída 4-20mA para interface com PLC / DCS ou outro monitor de processo.
✔ Disponível com filtros passa-alta e passa-baixa.
✔ Instalação simples com dois fios.
Se deseja saber mais, complementar ou substituir seu sistema atual, entre em contato conosco para mais informações.
Este conteúdo foi adaptado de um artigo publicado em www.metrixvibration.com.
