Acoplamento para torre de resfriamento: guia do Addax

O acoplamento para torre de resfriamento liga o motor ao redutor do ventilador por um eixo longo, em um ambiente úmido, com cloro e produtos químicos de tratamento da água. Por isso o aço inoxidável deixou de ser a escolha padrão: o acoplamento Addax, da Rexnord (Regal Rexnord), usa um espaçador de compósito de fibra de carbono ou de vidro e um elemento flexível também de compósito, sem metal sujeito à corrosão no trecho central. A resistência padrão à corrosão, segundo o catálogo, excede a do aço inox 316, o conjunto pesa uma fração do aço e dispensa mancal intermediário. Neste guia você vê como funciona o acoplamento para torre de resfriamento, o elemento flexível, as séries 350 a 850 com torque e comprimento, a velocidade crítica, o contrarrecuo e o freio, a instalação com os torques e o alinhamento.

O que é um acoplamento para torre de resfriamento

Na torre de resfriamento, o ventilador puxa o ar que resfria a água. Ele é movido por um motor que fica fora da corrente de ar, e a potência chega ao ventilador por um redutor de engrenagens. Entre o motor e o redutor existe um eixo longo, o eixo de acionamento, que precisa transmitir o torque e absorver o desalinhamento entre os dois equipamentos. O acoplamento para torre de resfriamento é o conjunto que faz essa ligação: dois cubos, dois elementos flexíveis e o espaçador central.

A medida mais importante do conjunto é o DBSE (distance between shaft ends), a distância entre a face do eixo de entrada do redutor e a face do eixo do motor, com tolerância de ±2,5 mm (±0,10 pol). Quase toda instalação de torre é diferente da outra. Por isso, cada acoplamento para torre de resfriamento Addax é feito sob encomenda, de acordo com as especificações do cliente.

Por que usar acoplamento de compósito na torre de resfriamento

O ambiente da torre ataca o metal: umidade o tempo todo, cloro e produtos de tratamento. Um eixo de aço inoxidável longo é pesado, flexiona com a expansão térmica e, acima de certo comprimento, pede um mancal intermediário. O acoplamento para torre de resfriamento de compósito foi pensado para esse cenário. A Rexnord introduziu o conceito no setor em 1987 e informa mais de 50.000 acoplamentos de compósito Addax instalados em todos os continentes ao longo de 25 anos.

Essas são as características declaradas pelo fabricante. O resultado prático é um acoplamento para torre de resfriamento mais leve de instalar, com menos peças para inspecionar e sem o mancal intermediário que muitas torres precisam em eixos longos de aço. Se você trabalha com acoplamentos de lâminas metálicas em outros pontos da planta, veja o guia do acoplamento de lâminas Thomas e o guia do acoplamento Lamiflex.

Partes do acoplamento para torre de resfriamento Addax

• Dois cubos de aço inoxidável 316, usinados com os furos concêntricos ao círculo de furação do elemento. Ficam em ajuste deslizante nos eixos, não com interferência.
• Dois elementos flexíveis de compósito, um em cada ponta, com buchas de aço inoxidável e encapsulamento de uretano.
• Espaçador de compósito flangeado, o tubo longo central, com flanges de fibra contínua nas duas pontas.
• Componentes de montagem de aço inoxidável 316 (parafusos, porcas e arruelas). Para ambientes muito corrosivos há componentes de Monel K-500, sob consulta.

Todos os conjuntos são balanceados dinamicamente conforme a norma ANSI/AGMA 9000-C90, classe 9. A Rexnord pode fornecer, sob consulta, certificados de material, de balanceamento e de conformidade de cada acoplamento. O conjunto vem montado de fábrica, junto com um desenho que traz as dimensões do pedido.

Elemento flexível de compósito

O elemento flexível patenteado é um disco inteiriço de compósito avançado com buchas de aço inoxidável, encapsulado em uretano. O encapsulamento facilita o manuseio e a manutenção e evita atrito e corrosão. Foi projetado para as condições severas da torre e para o desalinhamento elevado: cada elemento flexível admite 1° de desalinhamento.

Dentro do acoplamento, só o elemento flexível sofre carga alternada, em que a fadiga conta. Segundo a Rexnord, cada classe de torque é baseada em testes estáticos e dinâmicos, com fadiga infinita nos valores de torque e de desalinhamento especificados, e a resistência do grafite/epóxi permanece boa acima de 100.000 psi em ciclos infinitos. Os processos de corrosão por atrito e sob tensão, que contribuem para a falha de blocos de discos metálicos, não existem nesse projeto.

O flange do espaçador também é de compósito de fibra contínua, sem nenhum metal. Ele transfere o torque do elemento flexível ao tubo e tem um anel de reforço de alto volume de fibras na região dos parafusos. O catálogo compara esse flange com flanges de fibra de vidro genérica, que não têm o anel e tendem a falhar por fadiga nessa aplicação. É esse conjunto que mais diferencia o acoplamento para torre de resfriamento Addax dos conjuntos com discos metálicos.

Materiais do espaçador: fibra de vidro e de carbono

O catálogo e a página do produto separam as variantes do acoplamento para torre de resfriamento Addax pelo material do espaçador e do flange:

Quanto mais rígido o material, maior o DBSE que o espaçador alcança na mesma rotação, como mostra a tabela abaixo.

Séries e modelos do acoplamento para torre de resfriamento

O catálogo organiza o acoplamento para torre de resfriamento pelas séries 350, 375, 450, 485, 650 e 850, e o manual de instalação também cobre a série 750. O número depois do ponto indica o tamanho do elemento. A tabela mostra os 13 modelos do acoplamento para torre de resfriamento Addax do catálogo, com torque contínuo, pico de sobrecarga, furo máximo, DBSE mínimo e DBSE máximo a 1.780 rpm com fator de serviço de 1,15.

Valores do catálogo Addax (2022-P), convertidos para mm e N·m. A faixa de DBSE vai do material mais curto (vidro ou amalgamação) ao mais longo (carbono especial) da série. Dimensões sujeitas a mudanças; as dimensões certificadas do material pedido são fornecidas sob consulta.

O peso é medido no DBSE mínimo e com o furo mínimo, em conjunto completo. Para ter o peso do seu acoplamento, o catálogo manda subtrair o DBSE mínimo do DBSE do pedido, multiplicar pela alteração de peso por comprimento e somar ao valor base. Tudo isso é calculado pela equipe técnica no momento da cotação.

Velocidade crítica e frequência de passo das pás

Todo eixo longo tem uma frequência natural lateral, a chamada velocidade crítica. Já a frequência de passo das pás (BPF) é o número de pás do ventilador multiplicado pela sua rotação, e causa pulsações de pressão sobre o eixo. Um ventilador de 8 pás a 180 rpm, por exemplo, gera 1.440 pulsações por minuto. Se a frequência natural do eixo coincidir com esse valor, ou com um harmônico, o eixo pode oscilar fora do plano, e a vibração aparece no motor e no redutor.

• Separação de 8%: a frequência natural e a BPF devem ser projetadas com pelo menos 8% de diferença, para não haver sobreposição.
• Margem sobre a velocidade máxima: o Cooling Technology Institute (CTI) recomenda uma velocidade crítica 15% acima da velocidade máxima de operação (fator 1,15). Antes de 2011, a recomendação era 1,30, quando só havia eixos de aço inoxidável.
• Por que 1,15 nos eixos de compósito: segundo a Rexnord, eles têm menos de 1/3 da massa do aço, flexionam bem menos e são mais previsíveis perto da velocidade crítica. A variabilidade de fabricação do eixo Addax fica abaixo de ±3% na frequência natural.

A velocidade crítica de cada acoplamento para torre de resfriamento é calculada com o programa de seleção da Rexnord e entregue ao cliente. Por isso, os dados do ventilador entram na cotação.

Como especificar o acoplamento para torre de resfriamento

O catálogo traz uma folha de dados de aplicação para torre de resfriamento. Para a PEAGE cotar o acoplamento para torre de resfriamento, reúna estes dados:

• DBSE: a distância entre as extremidades do eixo, medida entre a face do eixo de entrada do redutor e a face do eixo do motor, e a quantidade de conjuntos.
• Motor: potência, rpm, tamanho de carcaça (NEMA ou IEC), diâmetro do eixo e tamanho da chaveta. Informe se é de duas velocidades ou de velocidade variável, com a velocidade máxima e a mínima.
• Redutor de engrenagens: relação de redução, diâmetro do eixo de entrada e tamanho da chaveta.
• Ventilador: número de pás e rpm do ventilador.

Contrarrecuo e freio para o ventilador

O ventilador de uma torre pode girar sozinho com o vento, ou na direção contrária, quando a torre está parada. Para isso, a Rexnord oferece duas opções, que se encaixam no acoplamento para torre de resfriamento:

• Contrarrecuo Rexnord para torres de resfriamento: evita que o ventilador gire no sentido contrário ao de operação. É fornecido com parafusos conjugados ao cubo e pode ser montado invertido, para a rotação no sentido oposto.
• Freio Addax para torres de resfriamento: freio mecânico a disco, de acionamento manual, que para e trava o ventilador. Ele se adapta ao cubo do motor do acoplamento de compósito Addax. Dispensa cordas ou laços para segurar o ventilador, pode ser protegido conforme os padrões de segurança de enclausuramento e identificação, e permite ao técnico ter controle direto sobre o giro livre durante a manutenção. Com vento forte, o ventilador pode ser travado em segundos.

O freio ajuda na parada de manutenção. A intervenção deve ser feita sempre fora das áreas de risco, com a energia bloqueada, como orienta o catálogo. Veja também o protetor de acoplamento para NR-12. Para atender à ATEX, o manual exige a proteção com folga radial mínima de 25 mm em relação ao maior diâmetro do acoplamento e os suplementos ATEX.

Instalação do acoplamento para torre de resfriamento

O manual de instalação do acoplamento para torre de resfriamento Addax (Rev. D, dez/2009) vale para os modelos 350 e 375, com 4 pontos de fixação, e 450, 485, 650, 750 e 850, com 6 pontos. Ferramentas: trena, chaves Allen, catraca com soquetes de 1/2″, 9/16″, 5/8″ e 3/4″, chaves combinadas, torquímetro de 15 a 60 N·m, alinhador com relógio comparador (ou o alinhador da Rexnord) e paquímetro digital.

1. Prepare o conjunto. Ele vem montado de fábrica. Retire os parafusos que fixam o espaçador aos elementos, dos dois lados. Os elementos flexíveis ficam presos aos cubos, e não é preciso desmontá-los.
2. Confira cubos, eixos e chavetas. Elimine rebarbas, verifique as dimensões e confirme o DBSE com o desenho fornecido. Os cubos devem deslizar levemente no eixo, e o ajuste com interferência não é recomendado.
3. Monte os cubos. Deixe um eixo cerca de 25 mm para fora do cubo, para entrar o espaçador, e monte o outro cubo rente à ponta do eixo.
4. Posicione o espaçador entre os cubos, alinhando os furos menores do flange com os furos do elemento flexível.
5. Desloque o cubo na direção do espaçador e aperte os parafusos de fixação sem torque final, porque pode ser preciso reposicionar o cubo no alinhamento.
6. Fixe o espaçador ao elemento com parafuso, arruela e porca, aplicando o torque na porca (tabela abaixo). Depois aperte os parafusos de fixação dos cubos, sobre a chaveta e a 90°.
7. Alinhe e confira o alinhamento angular e a folga axial nos dois lados.

Para marcar posição, use só caneta ou marcador de tinta. Não risque o flange nem use ferramentas cortantes. Pequenos arranhões ou áreas lixadas no espaçador central não afetam o desempenho, mas marcas de impacto ou cortes mais profundos devem ser avaliados pelo suporte técnico da Rexnord.

Torque das porcas do elemento flexível

O torque é aplicado na porca. Parafusos e porcas não devem ser reutilizados mais de 4 vezes, e o tamanho 350 não tem arruelas grossas.

Torque dos parafusos de fixação dos cubos

Cada cubo tem 2 parafusos de fixação, um sobre a chaveta e outro a 90°.

Alinhamento angular e folga axial

Verifique o alinhamento angular e a folga axial nos dois lados do acoplamento, antes de entrar em operação. Se a base do motor ou do redutor for flexível, corrija essa flexibilidade antes de alinhar.

• Angular: fixe a base magnética do relógio comparador ao espaçador, com o apalpador na face externa do cubo. Gire o eixo 360° e anote a maior e a menor leitura na vertical e na horizontal. A diferença não pode passar de 0,25 mm nos modelos 350, 375, 450 e 485, e de 0,51 mm nos 650, 750 e 850.
• Axial: meça a folga (GAP) entre o flange do espaçador e o cubo, nas duas pontas, com paquímetro digital. Faça 4 leituras a cada 90°, sem girar o acoplamento. Todas devem ficar na faixa do GAP nominal, com tolerância de ±0,5 mm.

Se os valores estiverem fora, desloque os cubos para corrigir as medidas. Se precisar de calços sob os pés do motor ou do redutor, veja o guia do calço de alinhamento.

Inspeção e troca do elemento flexível

O elemento flexível deve ser inspecionado periodicamente e também logo após qualquer sobrecarga ou desalinhamento. Se aparecerem bolhas ou deformações na superfície, é preciso trocar.

• Sem deslocar o conjunto: a troca é feita sem mover cubos nem espaçador. Apoie o espaçador, retire parafusos, porcas e arruelas de um lado, troque o elemento e fixe tudo. Repita no outro lado.
• Kit de parafusos: a Rexnord recomenda trocar o kit de parafusos junto com o elemento.
• Programação: a recomendação do fabricante é trocar elementos flexíveis e kits de parafusos, porcas e arruelas a cada 5 anos, ou conforme a programação da manutenção.
• Conversão da série 400 para a 450: o elemento da série 450 é 6,9 mm mais fino que o da série 400 (antiga). Para usá-lo como reposição direta sem trocar o espaçador, cada cubo deve ser movido 6,9 mm para fora da ponta do eixo. Se trocar o espaçador, o elemento e os parafusos, não é preciso mover os cubos.

Para planejar a reposição do acoplamento para torre de resfriamento, inclua o elemento e o kit de parafusos no checklist de parada programada. O acoplamento Addax é feito sob encomenda, e a antecedência no pedido é o que evita parar a torre à espera de peça.

Onde usar o acoplamento Addax

O acoplamento Addax é usado em torres de resfriamento, ventiladores, bombas e propulsão naval. Entre os segmentos que a PEAGE atende com essa linha estão:

• Papel e celulose;
• Energética e termoelétrica;
• usinas de açúcar e álcool;
• Petroquímica;
• Náutico.

Em todos eles, o que pesa na escolha do acoplamento para torre de resfriamento é o ambiente úmido ou corrosivo, a distância longa entre os equipamentos e o desalinhamento. Para acoplamentos elásticos de eixo curto na mesma planta, veja os guias do acoplamento Viva e do acoplamento Wrapflex.

Como comprar o acoplamento para torre de resfriamento

O acoplamento para torre de resfriamento Addax é sob encomenda: cada conjunto é feito conforme os dados do cliente, e a PEAGE não mantém esse produto em estoque. O fornecimento é importado, e o prazo depende da fábrica, por isso o time confirma o prazo do seu caso na cotação. Peça com antecedência, de preferência na próxima parada programada.

Para cotar, envie os dados da seção de especificação. Veja a página do produto Addax, que traz o catálogo e as instruções de instalação, e a linha Rexnord. A fábrica é a Rexnord.

Perguntas frequentes sobre o acoplamento para torre de resfriamento

Dados do catálogo Rexnord Addax de compósito (2022-P), da folha de dados de aplicação para torres de resfriamento e do manual de instalação Addax (Rev. D, dez/2009). As características de peso, corrosão e fadiga são as declaradas pelo fabricante. Os exemplos são ilustrativos, e a seleção final deve ser conferida pelo time técnico. Para o conceito de torre de resfriamento, veja a referência.