Ventiladores de tiragem induzida em usinas de açúcar operam em condições severas. Temperatura de gases acima de 150°C, partículas de bagaço e cinzas em suspensão, além de rotações que variam entre 900 e 1800 rpm criam um ambiente hostil para os rolamentos. O desbalanceamento das pás é a causa mais frequente de vibração excessiva e falha prematura desses componentes.
Quando um rolamento falha em um ventilador de tiragem, a parada não programada afeta diretamente a caldeira. A pressão negativa na fornalha cai, a queima do bagaço perde eficiência e a geração de vapor é comprometida. Em muitas plantas, isso significa parada da moagem ou redução forçada da capacidade produtiva.
O Problema: Como o Desbalanceamento Destrói Rolamentos
O desbalanceamento ocorre quando a distribuição de massa no rotor do ventilador não está uniforme em relação ao eixo de rotação. Isso gera uma força centrífuga que varia a cada rotação, criando vibração radial nos mancais. Portanto, os rolamentos recebem cargas dinâmicas cíclicas que não foram previstas no dimensionamento original.
A vibração excessiva acelera a fadiga do material dos elementos rolantes e das pistas. Além disso, as partículas abrasivas presentes no ambiente penetram com mais facilidade nas vedações quando há vibração, contaminando a graxa e aumentando o desgaste. O resultado é a redução drástica da vida útil do rolamento, muitas vezes para menos de 30% do valor nominal calculado.
A norma ISO 20816-1 estabelece limites de velocidade de vibração para máquinas rotativas. Para ventiladores industriais acima de 15 kW, valores acima de 7,1 mm/s RMS indicam severidade alta e exigem ação corretiva imediata. Acima de 11,2 mm/s RMS, a operação deve ser considerada inaceitável.
Causas e Diagnóstico
Acúmulo de Material nas Pás
A cinza e o bagaço carbonizado aderem às pás do ventilador de forma irregular. Em turnos de 8 horas de operação contínua, o acúmulo pode ultrapassar 5 kg distribuídos de forma desigual. Essa massa adicional cria desbalanceamento progressivo.
O diagnóstico é feito com análise de vibração. Um espectro de frequência mostrará um pico dominante em 1x a velocidade de rotação (frequência fundamental). A amplitude desse pico aumenta gradualmente ao longo dos dias. Compare leituras semanais: se a vibração em 1x crescer mais que 20% em um mês, o acúmulo de material é a causa provável.
Desgaste Irregular das Pás
O fluxo de gases com partículas abrasivas desgasta as pás de forma não uniforme. As pás mais expostas perdem massa, enquanto outras permanecem intactas. Esse desequilíbrio é permanente e não desaparece com limpeza.
No espectro de vibração, você verá pico em 1x com amplitude estável ao longo do tempo. A fase da vibração (medida com tacômetro) permanece constante. Se a limpeza das pás não reduzir a vibração, o desgaste irregular é a causa. Inspeção visual com o ventilador parado confirma: meça a espessura das pás com paquímetro em pontos simétricos.
Folga Excessiva no Eixo ou Cubo
A fixação das pás no cubo ou do cubo no eixo pode afrouxar com os ciclos térmicos. Parafusos de fixação perdem torque, chavetas se desgastam. Essa folga permite movimento relativo entre componentes que deveriam ser solidários, criando desbalanceamento variável.
O sintoma é vibração errática. A amplitude em 1x varia significativamente entre medições feitas com intervalo de minutos. Você pode observar também harmônicos (2x, 3x) no espectro, indicando impacto repetitivo. Teste de impacto com martelo instrumentado mostrará frequências naturais deslocadas em relação aos valores de projeto.
Distorção Térmica do Rotor
Ventiladores que operam com gases acima de 200°C podem sofrer distorção permanente do rotor se houver gradiente térmico não uniforme. Uma das laterais do rotor expande mais que a outra, criando desalinhamento e desbalanceamento combinados.
A vibração aparece principalmente na direção axial, além da radial. Medições em ambos os mancais mostrarão fase diferente na direção radial, indicando modo de deflexão do eixo. Esse problema se manifesta logo após partidas ou mudanças bruscas de carga térmica.
Soluções Técnicas
Rolamentos de Rolos Esféricos com Folga Interna Maior
Para ventiladores com temperatura de operação acima de 120°C, especifique rolamentos de rolos esféricos com folga interna C3 ou C4. A série SKF 222 ou 223 é adequada para a maioria das aplicações. Esses rolamentos compensam a expansão térmica do eixo e do alojamento, reduzindo o risco de perda de folga interna durante operação.
A autoalinhamento dos rolos esféricos também compensa pequenos desalinhamentos causados por distorção térmica da carcaça. Isso é crítico porque os mancais de ventiladores de tiragem geralmente estão montados em pedestais soldados a estruturas metálicas que dilatam de forma não uniforme.
Sistema de Vedação Dupla com Purga de Ar
Ambientes com alta concentração de partículas exigem proteção adicional. Um sistema com duas vedações labirinto em série, com injeção de ar comprimido filtrado entre elas, mantém a pressão positiva e impede a entrada de contaminantes. A vazão de ar deve ser suficiente para manter pressão de 0,2 a 0,5 bar acima da pressão ambiente.
A SKF oferece o sistema de vedação SAF com câmara de purga integrada. Esse sistema pode ser especificado junto com unidades de mancal da linha SAF 22500. A purga de ar reduz drasticamente a entrada de partículas, aumentando a vida útil da graxa e dos elementos rolantes.
Instale manômetro na linha de purga e alarme de baixa pressão. Se a pressão cair abaixo de 0,15 bar, a eficácia da vedação é comprometida. Esse monitoramento simples pode evitar falhas custosas.
Lubrificação Automática com Graxa de Alta Temperatura
Sistemas de lubrificação automática garantem reposição de graxa em intervalos corretos, independente da disciplina operacional. Para ventiladores de tiragem, especifique graxas com ponto de gota acima de 250°C e boa resistência à oxidação, como as da linha SKF LGEP 2 ou LGMT 3.
O sistema SKF MonoFlex fornece graxa em doses controladas, evitando tanto a sublubrificação quanto o excesso. O excesso de graxa aumenta a temperatura interna do rolamento por batimento, enquanto a falta acelera o desgaste. Ajuste o intervalo de lubrificação com base na velocidade e temperatura: para 1200 rpm e 140°C, a relubrificação típica é a cada 2000 horas de operação.
Balanceamento Dinâmico em Campo
Quando o desbalanceamento é causado por acúmulo ou desgaste, o balanceamento dinâmico em campo restaura o equilíbrio sem necessidade de desmontagem. Use um analisador de vibração com função de balanceamento em um ou dois planos, dependendo da largura do rotor.
O procedimento envolve medição da vibração original, adição de massa de teste em posição conhecida, nova medição e cálculo da massa corretiva. Em rotores com largura menor que o diâmetro, o balanceamento em um plano é suficiente. Para rotores mais largos, o balanceamento em dois planos elimina também o desbalanceamento de momento.
Balanceamento em campo não corrige desgaste estrutural das pás ou folgas mecânicas. Se a vibração retornar rapidamente após o balanceamento (menos de uma semana), investigue causas mecânicas antes de repetir o procedimento.
Passo a Passo para Diagnóstico e Correção
1. Medição de vibração de referência
Instale sensores de velocidade ou aceleração nos mancais, nas direções horizontal, vertical e axial. Meça com o ventilador em regime estável de operação. Anote a velocidade de rotação exata com tacômetro. Armazene o espectro de frequência e os valores RMS como referência.
2. Análise do espectro
Identifique a frequência fundamental (1x RPM). Se o pico em 1x for dominante e a amplitude estiver acima de 7 mm/s RMS, o desbalanceamento é a causa provável. Verifique também 2x e 3x: picos significativos nessas frequências indicam problemas adicionais como desalinhamento ou folga.
3. Verificação de acúmulo de material
Programar parada para inspeção visual. Remova a tampa de acesso e examine as pás. Se houver acúmulo visível de cinza ou bagaço, realize limpeza completa com escova e jato de ar. Repita a medição de vibração após limpeza. Se a amplitude cair mais que 50%, o acúmulo era a causa principal.
4. Inspeção de fixação
Verifique o torque dos parafusos de fixação das pás e do cubo. Use torquímetro calibrado. Inspecione a chaveta de fixação: deve estar íntegra, sem desgaste ou folga. Verifique aperto da porca de fixação do rotor no eixo. Folgas nesse ponto causam vibração errática.
5. Balanceamento dinâmico
Se após limpeza e verificação de fixação a vibração permanecer acima de 4,5 mm/s RMS, execute balanceamento dinâmico. Fixe massa de teste equivalente a 1-2% da massa do rotor. Meça a variação na amplitude e fase. Calcule a massa corretiva e sua posição angular. Fixe contrapesos por soldagem ou parafusos.
6. Verificação dos rolamentos
Com o ventilador parado, gire o eixo manualmente. A rotação deve ser suave, sem pontos duros ou ruídos. Meça a temperatura dos mancais durante operação: não deve exceder 80°C acima da temperatura ambiente. Se houver aquecimento excessivo ou ruído anormal, o rolamento já foi danificado e deve ser substituído.
7. Estabelecimento de rotina de monitoramento
Após correção, repita medições de vibração semanalmente no primeiro mês, depois mensalmente. Documente temperatura, vibração e inspeção visual de vazamentos de graxa. Essa rotina permite detectar degradação progressiva antes da falha catastrófica.
Indicadores de Confiabilidade
| Indicador | Valor Aceitável | Frequência |
|---|---|---|
| Velocidade de vibração RMS (mm/s) | < 4,5 mm/s | Semanal |
| Temperatura do mancal (°C acima ambiente) | < 60°C | Diária |
| Pressão de purga de ar (bar) | 0,2 a 0,5 bar | Diária |
| Intervalo de balanceamento (meses) | 12 a 18 meses | Conforme histórico |
| Vida útil do rolamento (horas) | ≥ 20.000 horas | Registro de falhas |
O MTBF (Mean Time Between Failures) de rolamentos em ventiladores de tiragem bem mantidos deve superar 24 meses de operação contínua. Se sua planta registra falhas com intervalo menor que 18 meses, há oportunidade de melhoria no dimensionamento, na especificação ou na manutenção preventiva.
Conclusão
Desbalanceamento e vibração em ventiladores de tiragem induzida não são inevitáveis. A combinação de especificação correta dos rolamentos, sistemas de vedação eficazes, lubrificação adequada e monitoramento sistemático da vibração prolonga significativamente a vida útil dos componentes. Cada hora de operação adicional obtida representa redução de custo de manutenção e aumento de disponibilidade da planta.
A escolha do rolamento deve considerar não apenas a carga e rotação nominais, mas também temperatura, contaminação e vibração esperadas. O uso de folga interna adequada e materiais resistentes à temperatura faz diferença prática na durabilidade. Além disso, o monitoramento contínuo permite intervenção antes da falha, transformando manutenção corretiva em preventiva.
Especifique o Rolamento Correto para Sua Aplicação
A equipe técnica da IRSA Rolamentos, distribuidora autorizada SKF, analisa as condições específicas do seu ventilador de tiragem e especifica o componente adequado para temperatura, vibração e contaminação da sua planta.
