Balanceamento de ventiladores de torres de arrefecimento: pás, cubo, redutor e veio de transmissão

A célula da torre de arrefecimento pára por atuação do relé de vibração, quase sempre no dia mais quente, quando a carga é máxima. O anel do ventilador ronca, o pavimento treme, o redutor começa a perder óleo. A hélice, com vários metros de diâmetro, gira devagar, mas a massa está distribuída num raio grande, e o desequilíbrio aqui nasce de coisas que um ventilador comum não tem: água dentro da pá de fibra de vidro, incrustação num só lado da hélice, um contrapeso de fábrica perdido, um ângulo de montagem que se desviou. Subimos à plataforma superior — o patamar no topo da torre de arrefecimento —, separamos o que na vibração vem da massa, o que vem da aerodinâmica e o que vem do acionamento, e balanceamos a hélice diretamente no cubo. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, com deslocações a todo o território de Portugal.

Atualizado em 27 de agosto de 2026 · por AXILINE · Vila Nova de Gaia

Sintomas: como se comporta um ventilador de torre de arrefecimento desequilibrado

O eixo do ventilador é vertical, por isso a força centrífuga do desequilíbrio gira num plano horizontal. Ela passa para os rolamentos do redutor, para a estrutura de apoio, para o anel do ventilador e depois para toda a estrutura da torre. A construção é leve e flexível, por isso tudo vibra ao mesmo tempo, e a queixa costuma chegar não do mecânico, mas do operador que vê a célula parada.

Uma segunda particularidade: nas torres de arrefecimento quase sempre há um relé de vibração ou um sensor de vibração ligado à paragem de emergência. Aqui o desequilíbrio nota-se não pelo ruído, mas pelos disparos. Enquanto o limite não é ultrapassado, a máquina continua a trabalhar tranquilamente durante meses com um desequilíbrio crescente, e vai destruindo os rolamentos do redutor.

• O relé de vibração dispara cada vez mais vezes: primeiro uma vez por mês, depois em cada arranque ou ao mudar para a velocidade alta
• A vibração aumentou depois de substituir uma pá, trocar pás de posição, reparar o cubo ou lavar a hélice
• O anel do ventilador ronca, o pavimento treme, a vibração ouve-se nas células vizinhas e na sala por baixo da torre
• O redutor começou a perder óleo, os assentamentos ficaram danificados, a fixação da estrutura de apoio ou das vigas sob o redutor afrouxou
• Os acoplamentos elásticos do veio de transmissão aquecem, os pacotes de discos partem-se, os parafusos dos semi-acoplamentos cisalham
• A massa de balanceamento de fábrica no cubo ou na fixação da raiz deslocou-se ou perdeu-se, com marcas de ferrugem por baixo
• As pontas das pás passam a alturas diferentes, e apareceram marcas de roçamento na superfície interior do anel
• A pá de fibra de vidro soa a oco quando batida e pesa visivelmente mais do que as vizinhas: entrou água para dentro
• A máquina trabalha por época, e depois da paragem de inverno a vibração já não é a mesma do outono

O método de diagnóstico mais barato numa torre de arrefecimento: compare a vibração em todas as células no mesmo regime, nos mesmos pontos da carcaça do redutor. As células são iguais, por isso a que se destaca do conjunto é a candidata ao trabalho. Os limites absolutos dependem da parte aplicável e da edição da ISO 20816 e do limite definido no seu relé de vibração, mas a dispersão entre células vizinhas é mais informativa do que qualquer tabela.

Fontes: ISO 13373-5:2020

Como é o acionamento e de onde vem aqui o desequilíbrio

O esquema típico de uma torre de arrefecimento de tiragem induzida é este. O motor fica fora do fluxo de ar, no pavimento ou numa estrutura saliente, e roda a 1000 ou 1500 rpm. Dele parte, através de acoplamentos elásticos, um veio de transmissão longo, muitas vezes em tubo compósito, até um redutor angular sob o cubo do ventilador. O redutor reduz a rotação várias vezes, e a hélice gira devagar, normalmente entre cerca de 90 e 250 rpm. As pás são grandes e leves, em fibra de vidro oca ou alumínio prensado; ficam presas no cubo por grampos de raiz com ângulo de montagem regulável.

Daqui resulta a principal consequência para a medição. Numa só máquina convivem duas frequências de rotação diferentes: a do ventilador e a do veio com o motor. Enquanto não as separar no espectro (a decomposição da vibração por frequências), é cedo para falar de desequilíbrio da hélice: o relé de vibração reage da mesma forma a ambas.

Porque vêm primeiro os ângulos, a flecha e as massas, e o balanceamento depois

Esta é a principal diferença entre uma torre de arrefecimento e qualquer outro ventilador, e aqui a ordem não se discute. A dispersão do ângulo de montagem cria uma força aerodinâmica na frequência de rotação. A dispersão de massas do conjunto cria uma força de massa. Numa única medição em rotação de trabalho, estas não se distinguem de forma alguma, mas tratam-se de modo diferente. Se colocar as massas primeiro e só depois ajustar os ângulos, terá de recalcular a correção do zero.

A fábrica seleciona o conjunto de pás não apenas pela massa, mas pelo momento estático, ou seja, pelo produto da massa pela distância ao centro de gravidade. É por isso que substituir uma única pá por uma nova de outro lote quase sempre acaba em vibração, mesmo que a balança mostre valores parecidos.

• Medimos o ângulo de montagem de cada pá com um goniómetro digital, sempre no mesmo raio a partir da raiz, a partir do plano do cubo. Nas torres de arrefecimento, a tolerância do fabricante é mais apertada do que num ventilador axial comum: uma dispersão de meio grau já altera de forma percetível o impulso da pá.
• Verificamos a flecha nas pontas. Rodamos a hélice devagar à mão e medimos a folga entre a ponta de cada pá e uma marca fixa no anel. Mantemos a dispersão dentro da tolerância do fabricante, caso contrário as pás trabalham a alturas diferentes e criam uma componente de momento — um binário de forças que baloiça a hélice.
• Pesamos as pás quando há suspeita de água ou de substituição. Uma pá com água soa a oco quando batida e revela-se mais pesada do que as vizinhas em quilogramas. Uma pá assim é seca e vedada, não compensada com massa.
• Mudamos de regime. O desequilíbrio de massa não depende do caudal de ar: passe para a velocidade baixa ou feche parcialmente as persianas, e a amplitude muda de forma previsível, com o quadrado da rotação. A componente aerodinâmica comporta-se de outra maneira quando o regime muda.
• Verificamos a repetibilidade da fase. A fase é o ângulo que indica onde, na hélice, está o ponto pesado; o aparelho mede-a através de uma marca no veio. Uma massa fixa dá uma fase estável de arranque para arranque, enquanto um grampo de raiz com folga ou água que se desloca dentro da pá provocam desvios de fase de dezenas de graus.

Na prática isto parece maçador e funciona de forma fiável: apertar os grampos de raiz com o binário indicado pelo fabricante, ajustar os ângulos de forma igual, corrigir a flecha, e só depois ligar o aparelho. Muitas vezes metade da vibração já desaparece nesta etapa, e ao balanceamento resta um resíduo pequeno.

O que verificamos antes da primeira massa

Tudo o que é tocado com as mãos é feito com a máquina parada, bloqueada e travada. A metodologia geral para separar o desequilíbrio de outras causas está descrita num artigo sobre como determinar a causa da vibração. Aqui fica apenas o que se verifica especificamente numa torre de arrefecimento.

• Ângulos de montagem, flecha nas pontas, binário de aperto dos grampos de raiz e estado das superfícies de assentamento no cubo
• Integridade das pás: fissuras no gelcoat e delaminação da fibra de vidro junto à raiz, marcas de fretting sob as chapas de fixação, corrosão do alumínio, estado dos furos de drenagem
• Massas de balanceamento de fábrica: se estão todas no lugar de acordo com a ficha da máquina, se estão apertadas, se a fixação por baixo não corroeu
• Folga radial entre as pontas das pás e o anel do ventilador em toda a circunferência, e marcas de roçamento no anel
• Redutor: nível e estado do óleo, presença de água e emulsão no óleo, folga do veio de saída, espectro dos rolamentos e do engrenamento
• Veio de transmissão: empeno, estado dos acoplamentos elásticos e dos pacotes de discos, aperto dos parafusos dos semi-acoplamentos, presença da proteção
• Alinhamento de eixos entre o motor e o redutor, estado da base do motor e da sua fixação ao pavimento
• Estrutura de apoio: fissuras nas vigas sob o redutor, afrouxamento dos ancoragens, estado do anel do ventilador e da sua fixação, verificação de ressonância na desaceleração livre
• Regime: rotação, velocidade do motor de duas velocidades ou referência do variador de frequência, posição das persianas, se a célula vizinha está a funcionar

Depois disto vem a medição. Colocamos dois acelerómetros (sensores de vibração) na carcaça do redutor, na horizontal, em duas direções perpendiculares entre si — ao longo do eixo do veio de transmissão e transversalmente —, em superfícies rígidas junto aos rolamentos. Colamos a marca refletora no veio lento ou no cubo, e apontamos o sensor de fase a laser por baixo. Uma particularidade da torre de arrefecimento: a frequência de rotação do ventilador a 150 rpm é de 2,5 Hz, ou seja, abaixo da banda padrão de 10–1000 Hz sobre a qual estão construídas as zonas da ISO 20816. Por isso, fixamos a banda de medição explicitamente no relatório e não aplicamos estes valores a uma tabela que não é a sua.

Fontes: ISO 13373-3:2015

Altura, vento e bloqueio do ventilador

Trabalhar numa torre de arrefecimento é trabalhar em altura, num ambiente húmido e escorregadio. Chegamos com o nosso próprio sistema de segurança, mas a parte organizacional está do seu lado, e tem de ser combinada antes da deslocação, não no dia dos trabalhos.

• O travamento do ventilador é obrigatório, e não é o mesmo que desligar o motor. O tiro de ar através da torre e o vento fazem a hélice rodar em desaceleração livre, por isso, antes de subir até ao cubo, o veio é fixado mecanicamente, com o travão ou bloqueio de fábrica.
• Bloqueio do arranque com etiquetas, sob a responsabilidade de uma única pessoa, tendo em conta a automação: a célula pode arrancar sozinha em função da temperatura da água de recirculação.
• Células vizinhas. Não trabalhamos junto a um ventilador em rotação no mesmo plano do pavimento: aí há o seu próprio fluxo de ar, o seu ruído e os seus salpicos.
• Pavimento, escadas e proteções. A fibra de vidro molhada é escorregadia, e uma escotilha aberta no anel é um vão. Mantemos as ferramentas presas por cordas de segurança, porque uma chave que caia vai parar à bacia.
• Janela de vento. Um ventilador com pás de vários metros é como uma vela. Com vento forte, a carga na hélice varia, a amplitude e a fase oscilam de arranque para arranque, e o coeficiente de influência — a resposta da máquina à massa de prova, a base de todo o cálculo — torna-se pouco fiável. Com trovoada e vento de tempestade não trabalhamos de todo.
• Temperatura e formação de gelo. Balancear uma hélice com gelo não faz sentido: é uma massa temporária, que desaparece com o degelo.

Os requisitos para o arranque, o bloqueio, a fixação das massas e a zona de projeção estão descritos num artigo à parte sobre segurança no balanceamento no local. Na torre de arrefecimento juntam-se apenas a altura e a água, mas são precisamente elas que determinam quanto tempo leva cada ciclo de paragem, por isso planeie a janela de trabalho com margem.

Como decorre o balanceamento no local

1. Pedido

   Análise da máquina a partir de fotografias

   Envia-nos o tipo de torre de arrefecimento, o diâmetro do ventilador, o número e o material das pás, a rotação da hélice e do motor, o esquema do acionamento, se há variador de frequência ou duas velocidades, e fotografias do cubo, dos engastes de raiz, do redutor e do pavimento. Respondemos onde ficará o plano de correção (a secção do rotor onde serão colocadas as massas), com que fixaremos as massas e que acesso e travamento são necessários.

2. Mecânica

   Ângulos, flecha, grampos, acionamento

   Percorremos a lista de verificação com a máquina travada. Ajustamos os ângulos de montagem e corrigimos a flecha nas pontas, apertamos os grampos de raiz, verificamos os acoplamentos e o alinhamento de eixos do acionamento. Se a causa for encontrada aqui, o resto pode nem ser necessário.

3. Arranque 0

   Medição inicial e separação de frequências

   Sensores na carcaça do redutor, marca no veio lento. Registamos a rotação, a vibração total (o nível global em todas as frequências), a componente de rotação com a fase e o espectro. Verificamos à parte as componentes na frequência de rotação do veio de transmissão: se a maior parte da energia vier do veio ou de um desalinhamento, é cedo para balancear a hélice.

4. Marcação

   Pás como posições fixas

   Numeramos as pás no sentido de rotação e introduzimo-las no programa como posições fixas. A partir daí, o aparelho já não responde com um ângulo nem com um sentido de referência, mas com o número da pá e a massa, dividindo a massa entre duas posições vizinhas quando necessário. Numa hélice de quatro pás, isto elimina o erro mais frequente na colocação da massa.

5. Massa de prova

   Massa pequena num raio grande

   A hélice é leve, o raio é grande, por isso a massa de prova costuma ser pequena. Colocamo-la no ponto de fixação de fábrica junto à raiz da pá ou no braço do cubo, e fixamo-la com a mesma segurança com que fixaremos a massa definitiva. Consideramos válido um arranque em que a amplitude mudou 20–30 por cento ou a fase 20–30 graus.

6. Correção

   Massas por posição, com troca de pás se necessário

   O programa indica a massa e o número da posição. Se a massa calculada ultrapassar o limite do fabricante para um único ponto, distribuímo-la por vários engastes de raiz, ou primeiro redistribuímos o conjunto de pás por momento, e o resto é ajustado com uma massa pequena. O resíduo após o arranque de controlo é eliminado com um balanceamento de afinação (trim) — um ajuste fino pelos coeficientes já calculados, sem novos arranques de prova.

7. Controlo

   Medição final, ambas as velocidades, relatório

   Controlo no mesmo regime e nos mesmos pontos. Se a máquina for de duas velocidades ou tiver variador de frequência, registamos o resultado nas duas velocidades de trabalho: a correção de uma hélice rígida funciona em qualquer uma delas, mas uma ressonância da estrutura pode existir apenas numa. Para o relatório vão os valores antes e depois, os ângulos das pás, as massas e as posições das massas de correção.

Fontes: Manual de operação Balanset-1A

Planos de correção e como fixar as massas neste rotor

A geometria aqui é simples: a largura do cubo é muito menor do que o diâmetro da hélice, a relação comprimento/diâmetro é claramente pequena, e o desequilíbrio é praticamente estático puro — a hélice é simplesmente mais pesada de um lado. Por isso há um único plano de correção, junto ao cubo: os braços da cruzeta, os engastes de raiz das pás, os pontos de fixação de fábrica para massas. Um único arranque de prova, uma única colocação de massas.

Um segundo plano surge não na hélice, mas no acionamento. O veio de transmissão é um rotor independente, que se balanceia em dois planos, pelos semi-acoplamentos, na sua própria frequência de rotação. Por isso, numa torre de arrefecimento, é mais correto falar não de dois planos de um único rotor, mas de duas tarefas distintas, resolvidas em sequência e com sensores diferentes. A regra para escolher o número de planos está descrita num artigo sobre balanceamento num plano e em dois planos.

A fixação neste rotor é fortemente limitada pelo material. A soldadura nunca se aplica numa pá de fibra de vidro, e numa pá de alumínio ou num cubo fundido ela empena o metal e altera a estrutura junto ao cordão. Também não se pode furar a pá: abre-se a cavidade, e a água entra por esse orifício. Resta a fixação mecânica, e o primeiro passo é procurar aquilo que o fabricante já previu.

• Fixação apenas em aço inoxidável ou galvanizado a quente. O aço-carbono comum corrói numa só época numa torre de arrefecimento, a massa perde material e desloca-se, e o desequilíbrio regressa de repente.
• Fixamos e contramos a rosca, porque vibração mais humidade constante são as condições ideais para o desaperto espontâneo.
• Qualquer orifício aberto no compósito é vedado. Água dentro da pá anula todo o trabalho em poucos meses.
• Uma massa magnética só é aceitável como massa de prova num cubo de aço, e é retirada antes de a máquina ser entregue.
• Todas as massas instaladas, os seus valores, raios e números de posição são registados na ficha do ventilador, para que na próxima reparação não sejam deitadas fora como peças estranhas.

Os métodos de fixação de massas de correção, em termos gerais, estão descritos num artigo à parte sobre fixação de massas. Para uma torre de arrefecimento, dele aplica-se apenas a parte mecânica, e tudo o que envolve soldar placas fica excluído, tal como o material das pás.

Fontes: ISO 21940-11:2016

Quando o balanceamento no local não é possível ou não ajuda

Uma lista honesta poupa-lhe uma deslocação. Eis os casos em que paramos e propomos outra coisa primeiro.

• A pá acumulou água ou delaminou. Secagem, reparação ou substituição vêm primeiro, o balanceamento depois. Não faz sentido compensar com massa uma massa variável.
• Fissura junto à raiz da pá ou no cubo. O balanceamento iria mascará-la, e uma pá que se solte em rotação de trabalho destrói o anel e sai para fora da torre.
• Folga no grampo de raiz ou assentamento da pá danificado. Nestas condições a fase é instável, o coeficiente de influência não é fiável, e a reparação vem primeiro.
• Os ângulos de montagem não são reguláveis, e as pás estão deformadas. A irregularidade aerodinâmica não se corrige com massa; a hélice é reparada ou substituída.
• A vibração vem do acionamento: desalinhamento entre o motor e o redutor, acoplamentos desgastados, defeitos nos rolamentos ou no engrenamento do redutor. Fazemos o diagnóstico e dizemos exatamente o que tratar, mas massas nas pás não mudam isso.
• Ressonância do anel, das vigas sob o redutor ou da estrutura da torre. Na desaceleração livre vê-se um pico estreito junto à rotação de trabalho, e a fase inverte-se. Resolve-se com a rigidez da estrutura ou com a mudança de rotação, não com massas.
• A rotação não se mantém estável: o variador de frequência controla o ventilador em função da temperatura da água e muda constantemente a velocidade. Só balanceamos se o responsável do processo fixar a frequência durante os trabalhos.
• Não há acesso ao cubo e aos engastes de raiz, não existe escotilha no anel, e o travamento do ventilador não está previsto. Nesse caso discutimos uma desmontagem parcial ou a remoção da hélice.
• Tempo. Vento forte, trovoada, formação de gelo. Isto não é capricho: com uma carga de vento instável, o resultado da medição não é fiável.

Se, depois de um balanceamento correto, a vibração não descer ou regressar rapidamente, a causa normalmente não está nas massas. Sete cenários deste tipo estão descritos num artigo sobre porque é que o balanceamento não ajuda, e a escolha entre trabalhar no local ou retirar o rotor para oficina está num artigo sobre balanceamento no local ou em bancada.

O que recebe e como marcar uma deslocação

No final, recebe não só uma célula silenciosa, mas também valores que pode anexar ao auto e comparar dentro de uma época. O relatório inclui: vibração inicial e residual em cada ponto de medição, com indicação da direção e da banda de medição; a componente de rotação do ventilador separadamente e as componentes na frequência de rotação do veio de transmissão separadamente; os ângulos de montagem medidos das pás e a dispersão nas pontas; massas, raios e números de posição de todas as massas instaladas; o esquema de distribuição das pás, se foi feita uma seleção por momento; espectros antes e depois, e um parecer sobre a mecânica do acionamento. Damos a avaliação por zonas da parte aplicável da ISO 20816 com uma ressalva direta sobre a edição e a banda, porque a frequência de rotação do ventilador fica abaixo da gama padrão.

Os coeficientes de influência da sua máquina ficam guardados. O próximo balanceamento do mesmo ventilador — por exemplo, depois de substituir uma pá ou depois de uma reparação sazonal — dispensa arranques de prova e demora bastante menos tempo. O trabalho é feito por engenheiros que desenvolvem e fabricam os aparelhos Balanset e que fazem eles próprios o balanceamento no local. O diagnóstico de vibrações com relatório custa 300 EUR por unidade, o balanceamento acrescenta a partir de 250 EUR, a fatura mínima por visita é de 500 EUR, e o cálculo exato para a sua máquina é feito pela calculadora no site. Numa torre de arrefecimento com várias células, conte-as numa só visita: os sensores e o método já estão preparados, e a segunda célula sai bastante mais barata do que uma deslocação à parte.

• Tipo de torre de arrefecimento e número de células, diâmetro do ventilador, número e material das pás
• Rotação da hélice e do motor, esquema do acionamento, comprimento do veio de transmissão, tipo de acoplamentos
• Regulação: duas velocidades, variador de frequência ou rotação fixa, quem pode fixar o regime
• Se existem pontos de fixação de fábrica para massas de balanceamento e se a ficha do ventilador se conservou
• Como está organizado o acesso à plataforma superior e ao cubo, com que se trava o ventilador, quem é responsável pelo bloqueio do arranque
• Fotografias do cubo, dos engastes de raiz, do redutor, dos acoplamentos e das vigas de apoio, e ainda uma vista da hélice a partir do interior do anel
• Limite definido no relé de vibração e registos de disparos, se existirem
• A sua janela de paragem da célula e as condições meteorológicas aceitáveis para os trabalhos

Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, com deslocações a todo o território de Portugal. Envie as respostas à lista, e diremos com franqueza: se o seu ventilador se balanceia no local, se é preciso primeiro ajustar os ângulos e secar a pá, ou se o problema está no acionamento e se resolve com alinhamento de eixos e reparação do redutor. Se os seus dados mostrarem que as massas não vão ajudar, dizemos isso antes da deslocação, não depois.

Fontes: ISO 20816-1:2016 · Especificações do fabricante Balanset-1A

Perguntas frequentes

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