Monitoramento de vibração em torres de resfriamento

Uma torre de resfriamento dissipa calor por meio da evaporação do líquido de resfriamento. Primeiramente, o líquido é liberado no topo da torre e desce por prateleiras ventiladas. Ao mesmo tempo, um ventilador puxa o ar fresco através das prateleiras, resfriando a água. Em seguida, o líquido resfriado retorna ao sistema para absorver mais calor, o que garante, portanto, maior eficiência operacional.

Aplicações das torres de resfriamento

As torres de resfriamento são essenciais em refinarias de petróleo, usinas de energia, plantas de processamento de gás natural e indústrias petroquímicas. Além disso, elas atuam como trocadores de calor, resfriando a água aquecida pelos processos industriais.

Nas torres evaporativas, a água quente é distribuída sobre um material de preenchimento. Simultaneamente, o ar forçado provoca a evaporação, removendo calor de forma eficiente. Posteriormente, a água retorna ao processo. Por isso, o monitoramento de vibração se torna crucial para garantir funcionamento contínuo e prevenir falhas.

Torres de resfriamento a seco

Nas torres a seco, não ocorre evaporação. Nesse caso, o fluido quente circula dentro de feixes de tubos, que apresentam grande área de superfície para convecção. Enquanto isso, o ar ambiente, mais frio, é soprado do exterior em direção aos feixes, consequentemente resfriando o fluido.

Fluxo de ar e acionamento dos ventiladores

O fluxo de ar primário pode ser natural ou induzido/forçado. No fluxo natural, o ar circula devido ao gradiente de temperatura, subindo da parte inferior fria para a superior quente. Já nos sistemas induzidos, ventiladores na área de descarga superior puxam o ar. Enquanto isso, nos sistemas forçados, ventiladores nas persianas de entrada empurram o ar para dentro da torre.

Dessa forma, nos sistemas induzidos ou forçados, os ventiladores são essenciais para a circulação. Além disso, existem dois tipos principais de acionamento:

• Ventiladores acionados por caixa de engrenagens: o motor transmite potência ao ventilador através de um eixo lateral.
• Ventiladores acionados por correia: o motor transmite potência via correia, o que é comum em torres menores, enquanto que, por outro lado, o acionamento por caixa de engrenagens é mais frequente em torres grandes.

Falhas e causas em torres de resfriamento

A falha catastrófica de uma torre de resfriamento pode causar sérios impactos nas operações da planta. Entre eles, destacam-se a interrupção de outros equipamentos, riscos de segurança, tempo de inatividade, perda de receita, reparos caros e problemas de saúde.

Estudos indicam que as falhas mais comuns ocorrem nos seguintes componentes:

• Motor: 60%
• Caixa de engrenagens: 30%
• Ventilador: 2%
• Outros: 8%

As principais causas dessas falhas

• 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.
• Ventiladores: desbalanceamento das pás, erros na inclinação e variações na rotação.

Proteção de ativos

Compreender as consequências e analisar as causas das falhas ajuda a priorizar a prevenção de desastres. Portanto, a proteção dos ativos se torna essencial. Além disso, a medição dos principais parâmetros de vibração e a análise constante dos dados são ações fundamentais para manter a operação segura e eficiente.

O fabricante recomenda instalar pelo menos um sensor de vibração na caixa de engrenagens ou no mancal do ventilador. Além disso, as posições ideais de instalação variam conforme o tipo de acionamento:

• Ventiladores acionados por caixa de engrenagens: monitorar o motor e a caixa de engrenagens.
• Ventiladores acionados por correia: monitorar o mancal interno do ventilador, o mancal interno do motor e os mancais intermediários do eixo.

De modo geral, os ventiladores de torres de resfriamento operam entre 90 e 300 rotações por minuto (rpm), enquanto que os motores funcionam entre 1.500 e 1.800 rpm.

Além disso, duas organizações desenvolveram padrões de vibração específicos para ventiladores de torres de resfriamento, o que auxilia na análise e manutenção preventiva.

Produtos Metrix para torres de resfriamento

A Metrix oferece soluções completas para medição de vibração e proteção de máquinas. Dessa forma, seus produtos garantem monitoramento eficiente e prevenção de falhas em torres de resfriamento.

Para essas aplicações, as principais localizações de montagem de sensores de vibração, chaves de vibração e instrumentos de monitoramento/controle estão ilustradas abaixo. Além disso, a correta instalação otimiza a vida útil do equipamento.

Conceito básico de montagem

Os sensores SA6200A devem ser sempre alinhados com os rolamentos de elementos rolantes na carcaça da máquina.

No caso das chaves de vibração com sensores internos, recomenda-se monitorar o movimento geral do conjunto, em vez disso, focar apenas na posição dos rolamentos.

Métodos de Montagem

Montagem por Parafuso (Stud Mounting)

Instalação direta na carcaça da máquina, garantindo contato sólido e leitura precisa.

Montagem com Reforço (Gusset Mounting)

Utiliza suportes adicionais para estabilidade extra em equipamentos sujeitos a vibrações elevadas.

Montagem em Trilho DIN (DIN Rail Racking Mounting)

Permite instalação rápida e organizada, especialmente em painéis de controle.

Soluções de Monitoramento

A Metrix oferece diversas opções de produtos para diferentes necessidades em torres de resfriamento. É possível escolher a solução de sistema que melhor se adapta ao seu processo:

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.

Para saber mais, complementar ou substituir seu sistema atual, entre em contato conosco para mais informações.

Conteúdo adaptado de um artigo publicado em metrixvibration.com