Historicamente os ventiladores de Torre de Resfriamento e Air Coolers Industriais, apresentam em seus projetos, ausência de monitoramento e controle de desempenho e quando entram em operação são submetidos a planos de manutenção e inspeção aquém da importância destes em relação a produção industrial.
Nas Figuras 1 e 2 são mostrados arranjos típicos de Torres de Resfriamento e Air Cooler.
Figura 1 - Torre de Resfriamento Industrial, imagem por FanTR (2020)
Figura 2 - Air Cooler industrial, imagem cedida pelo cliente (2011)
O desdobramento deste contexto é a ocorrência de falhas nestes equipamentos, com extensão de danos causados a outros componentes associados ao funcionamento: eixo de transmissão, acoplamentos, eventualmente o redutor e motor elétrico em Torres de Resfriamento e conjuntos de acionamento, eixo e mancais em Air Coolers. Complementarmente considere-se as perdas de produção associada ou o risco delas.
A proposta deste artigo é sinalizar aos responsáveis pela Engenharia de Manutenção, Confiabilidade e Operação destes equipamentos da necessidade de incluir nos planos de manutenção algumas ações de inspeção e intervenção, bem como implementar instrumentação de monitoramento e controle. Estas ações ajudam a manter o programa de produção da Unidade Industrial, buscando reduzir as falhas nestes equipamentos e ajustando-os as condições operacionais.
O Ventilador, sua estrutura típica e o seu ambiente de trabalho
O Ventilador de Torre de Resfriamento e de Air Cooler é um equipamento de simples construção com poucos componentes, como mostrado na Figura 3.
Figura 3 - Ventilador típico, imagem por FanTR (2024)
O Rotor de Ventilador FanTR é constituído dos seguintes componentes:
- Cubo central
- Discos inferior e anel superior;
- Fixadores, constituídos de parafusos máquinas ou estojos, porcas e arruelas lisas.
- Mancal bipartido, em alumínio ou em inox;
- Pá, em material composto de fibra de vidro, revestida no bordo de ataque com fita de inox.
Operam de forma contínua em campanhas operacionais que podem variar de 01 a 04 anos e estão submetidos a condições ambientais agressivas, no caso de Torres de Resfriamento e com temperaturas altas, no caso dos Air Coolers.
Durante este período é necessário que a Confiabilidade de cada componente seja suficiente para não permitir a ocorrência de falhas.
As ocorrências de Falhas e os componentes críticos
Ao longo de anos acompanhando montagens, manutenções, inspeções e análises de falhas, verifica-se que alguns componentes do ventilador são mais críticos que outros, quando a consideração é a falha.
Considerando os ventiladores de Torres de Resfriamento, os fixadores, (parafusos, prisioneiros, porcas e arruelas), são os que tem apresentado o menor Tempo Médio entre Falhas (MTBF). São componentes que trabalham sob o regime de esforços cíclicos e sob condições de corrosão severas, propiciando a falha por fadiga devido a corrosão.
Nas imagens das Figura 4 e 5, são mostradas situações de fixadores em que ocorreram falhas ou estavam prestes a falhar:
Figura 4: Falha em operação do parafuso de fixação do bipartido das pás, relatório de Análise de Falha (2017)
No caso da Figura 2, na análise de falha efetuada, foi evidenciado que o ventilador estava há quase 05 anos em operação sem atividade de inspeção.
Figura 5: parafusos com estado de corrosão avançados em operação, imagem cedida por cliente (2019)
Na Figura 5, são mostrados as cabeças dos parafusos completamente “folheados” pelo ataque corrosivo do produto da Torre. Foi identificado que passaram por duas campanhas operacionais de 02 anos sem substituição.
Nos Air Coolers, o fator que acelera a ocorrência da falha é a temperatura das serpentinas, tubos aletados, por onde passam o produto aquecido. Os fixadores são os elementos que mais apresentam falhas.
Por uma questão de mudança de procedimento operacional, na paralização do equipamento, seja para manutenção ou inspeção, são paralisados os ventiladores sem que o produto aquecido seja retirado de circulação, criando um aumento de temperatura no plano do VT, dilatando os parafusos e reduzindo o aperto inicial nas pás, ao retornar a operação, a falta de aperto permite que a pá se desloque na direção da parede circular do Air Cooler, travando o rotor como um todo. Na Figura 6, é mostrado a pá travada na parede circular, referente a um Air Cooler em que ocorreu a situação descrita.
Figura 6: Pá encostada na parede do Air Cooler, imagem cedida por cliente (2015)
Nos Air Coolers de fabricação antiga cujas pás são construídas em alumínio, foram identificadas um tipo de falha típica de fadiga. Esta falha está mostrada na Figura 7.
Figura 7 – trinca no pescoço de pá em alumínio, imagem cedida pelo cliente (2014)
Ainda nos Ventiladores de Torre de Resfriamento, a pá é outro componente que pode apresentar desgaste excessivo, em função de condições anormais de operação. O excesso de “arraste” de gotas, provocadas por falha no recheio e nos eliminadores de gotas, aceleram o desgaste em seus bordos de ataque e de saída.
Os demais componentes, cubo central, disco inferior, anel superior e mancais bipartidos, possuem vida útil elevada, requerendo inspeção quando nas intervenções programadas.
A Recomendação à nível de Confiabilidade
O que se deseja, a nível de Confiabilidade, é que o ventilador, seja da Torre de Resfriamento ou do Air Cooler, não falhe no período de campanha, afetando o programa de produção e aumentando os custos de manutenção.
Para tanto, o banco de dados de registro de inspeção e manutenção, passa ser a base para estabelecer a periodicidade e o escopo da intervenção.
Não havendo este banco de dados, deve-se entre campanhas, paradas programadas ou geral, efetuar obrigatoriamente inspeções nos componentes críticos, tais como fixadores, corpo da pá, mancais, correias e polias para avaliar o nível de degradação de cada componente e com isto, definir a nova periodicidade de inspeção / intervenção.
Sugestão do Plano de Inspeção e Manutenção
As recomendações para a equipe de manutenção destes ventiladores, estão listados abaixo na Tabela 1.
Nos ventiladores das Torres de Resfriamento, recomenda-se:
Tabela 1 – recomendações de inspeção / manutenção – VT Torres de Resfriamento
Nos ventiladores dos Air Coolers, recomenda-se:
Tabela 2 - recomendações de inspeção / manutenção – VT Air coolers
Sugestões de Melhorias
No começo deste Artigo, foi abordado que muitas as instalações dos ventiladores de Torres de Resfriamento e Air Coolers são desprovidas de monitoramento de condições e sistemas de controle. Nas Torres de Resfriamento em que existem eixo de transmissão entre redutor e motor elétrico, algumas organizações adotaram a rotina de leitura de vibração no motor elétrico, obtendo sinais que não permitem um bom diagnóstico do que acontece internamente na célula, ventilador e redutor.
Percebe-se que em outras instalações, a engenharia de manutenção e confiabilidade, já implementou:
- Modernização dos ventiladores antigos, com a substituição por equipamentos com projetos aerodinâmicos avançados que permitem operar com melhor desempenho devido ao menor consumo de energia no motor elétrico, aumento na vazão de ar, redução de ruido, além serem mais leves que os anteriores e apresentarem uma maior facilidade na montagem e desmontagem (melhor manutenibilidade).
- Sensores de vibração nos eixos de entrada e saída do redutor, com capacidade de armazenamento dos sinais de vibração nas 03 direções, vertical, horizontal e axial e a temperatura superficial do ponto instalado. Estes sensores têm a capacidade de transmitir estes dados via bluetooth até certa distância do captador, seja celular, tablet etc...
- Inversor de frequência em um dos ventiladores, para permitir modular a utilização do ventilador em função da troca térmica da Torre. O IF é comandado por PLC, que recebe sinal do transmissor de temperatura da água que sai da Torre e retorna a planta industrial (água fria).
Considerações Finais
As Torres de Resfriamento e os Air Coolers ao longo destes últimos anos passaram a ter uma maior atenção da Engenharia de Manutenção e Confiabilidade. Percebe-se que os Planos de Manutenção e Inspeções ficaram mais adequados a função destes equipamentos em suas instalações industriais.
A modernização tem sido adotada por muitas indústrias, promovendo a troca dos ventiladores por equipamentos de melhor perfil aerodinâmico e de maior desempenho operacional.
Junto com a revisão dos Planos de Inspeção, incluíram dispositivos de monitoramento de condições e sistema de controle para se obter melhor adequação do equipamento a condição operacional.
O resultado medido por algumas organizações foi operar campanhas inteiras sem que os ventiladores falhassem. Além de obter ganhos no consumo de energia e na ventilação da Torre de Resfriamento e nos Air Coolers.
Por Emerson Carlos Assunção Sanches
Engenheiro mecânico, mestre em Mecatrônica pela UFBa, atuando em Manutenção de Equipamentos Rotativos desde 1978 e em Confiabilidade desde 2009. Cursos de formação em Engenharia de Confiabilidade na Reliasoft / Compass. Trabalhos aplicados nas instalações de Cimenteira, Siderurgica e Petroquímica. Atualmente professor do Cimatec na graduação e Pós-graduação em disciplina de Confiabilidade. E-mail: eng_spec@terra.com.br
