Torres de Resfriamento

TEORIA

DE

TORRES DE RESFRIAMENTO

Em muitos processos, há necessidade de remover carga térmica de um dado sistema e usa-se, na maioria dos casos, água como o fluido de resfriamento. Devido à sua crescente escassez e preocupação com o meio ambiente, além de motivos econômicos, a água "quente" que sai desses resfriadores deve ser reaproveitada. Para tanto, ela passa por um outro equipamento que a resfria, em geral uma torre chamada torre de resfriamento evaporativo ("evaporative cooling tower") e retorna ao circuito dos resfriadores de processo.

Numa torre de resfriamento, a principal contribuição para o resfriamento da água é dada pela evaporação de parte dessa água que recircula na torre. A evaporação da água causa o abaixamento da temperatura da água que escoa ao longo da torre de resfriamento. Isso ocorre porque a água para evaporar precisa de calor latente, e esse calor é retirado da própria água que escoa ao pela torre. A evaporação de parte da água é responsável por aproximadamente 80% do resfriamento da água. A diferença de temperatura entre o ar e a água é responsável pelos outros 20 % do resfriamento.

TORRES DE RESFRIAMENTO - CONCEITOS

TORRES COM CIRCULAÇÃO NATURAL DE ARÁgua entra em contracorrente com o ar. O ar penetra através de venezianas e ajuda a dispersar as gotas de água e a resfriá-las em sua queda. Não é utilizado ventilador.

TORRES COM CORRENTE DE AR INDUZIDAÁgua entra em contracorrente com o ar, porém há uma ação de um ventilador produzindo uma rarefação na torre, de modo a induzir a entrada do ar em sentido contrário ao da água que goteja.

TORRES COM CORRENTE DE AR FORÇADANestas torres aumenta-se a vazão de ar com o auxílio de um ventilador lateral, forçando a entrada do ar, mantendo uma pressão internamente a torre, fazendo o ar quente saindo por cima, resfriando a água.

TORRES COM CORRENTE CRUZADAA água que cai através do enchimento o faz verticalmente, enquanto o ar usado para o resfriamento caminha na horizontal.

TORRES DE RESFRIAMENTO - CLASSIFICAÇÃO

TORRES COM CIRCULAÇÃO NATURAL DE AR

ESQUEMÁTICO

1 – Entrada de água2 – Água de reposição3 – Cantoneira de fixação4 – Ladrão5 – Dreno6 – Saída de água7 – Motor8 – Hélice do ventilador9 – Parte superior da carcaça10 – Eliminador de gotas11 – Parte da carcaça12 – Tubo de distribuição de água13 – Bico de aspersão14 – Enchimento resfriador (gaiola)15 – Entrada de ar/veneziana16 – Bacia coletora de água

TORRES COM CORRENTE DE AR INDUZIDA (ACIONAMENTO DIRETO)

ESQUEMÁTICO

TORRES COM CORRENTE DE AR INDUZIDA (ACIONAMENTO REDUTOR)

TORRES COM CORRENTE DE AR FORÇADA

ESQUEMÁTICO

TORRES COM CORRENTE CRUZADA

1 – Serpentina2 – Entrada de água a ser resfriado3 – Água condensada na serpentina4 – Bacia coletora de água5 – Bomba de água de resfriamento6 – Aspersores de água sobre a serpentina7 – Ar induzido penetra pelas venezianas8 – Pá de ventilador axial acionado por motor elétrico

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RESFRIADOR ATMOSFÉRICO DE CIRCUITO FECHADO

VARIÁVEIS DE PROCESSO EM TORRES DE RESFRIAMENTO

TEMPERATURA DE BULBO SECOA temperatura de bulbo seco do ar é a própria temperatura do gás (o bulbo do termômetro usado na medição está "seco").

TEMPERATURA DE BULBO ÚMIDOA temperatura do bulbo úmido nos dá grosso modo, uma idéia de quanto calor o ar pode retirar de uma certa massa de água a ele exposta. A temperatura de bulbo úmido é medida com o bulbo do termômetro envolto com uma gaze umidificada com água.

A temperatura de bulbo úmido afeta diretamente o tamanho da torre a ser selecionada. Esta deve ser escolhida de acordo com sua incidência na localidade da instalação durante os meses de verão.

O range de uma torre de resfriamento é definido como a diferença entre a temperatura da água quente (alimentação da torre) e a temperatura da água fria (saída da torre). O range de uma torre varia conforme as condições climáticas e a vazão da água de resfriamento na torre.

O approach de uma torre de resfriamento é a diferença entre a temperatura da água fria (saída da torre de resfriamento) e a temperatura de bulbo úmido do ar na entrada da torre.Para torres de resfriamento industriais, o approach gira em torno de 5°C, sendo também um critério do projeto.


A vazão de água de resfriamento que recircula na torre, juntamente com o range e approach, são as variáveis de processo necessárias para o dimensionamento de uma torre de resfriamento.

Outro dado necessário ao dimensionamento da torre é o parâmetro de desempenho da torre, definido como o produto entre o coeficiente global de transferência de massa e a área especifica do recheio da torre. O parâmetro de desempenho da torre depende do tipo de recheio e das vazões de água e ar empregadas.


As torres selecionadas para efetuar um determinado serviço térmico dentro se especificações idênticas poderão ser de vários tamanhos e apresentarem consumos diferentes, dependendo de um grande número de variáveis, por exemplo:

1 - Aumentando-se o volume de resfriamento e mantendo-se o mesmo tipo de enchimento, aumenta-se a dimensão externa da torre. Com isto, necessita-se uma menor vazão de ar,

resultando, portanto, em menor consumo do ventilador;

2 - Mantendo-se a mesma área molhada do enchimento e alterando-se o tipo de enchimento, as dimensões de torre podem diminuir ou aumentar. Caso as dimensões aumentem, isto significa que o

enchimento é mais aberto á passagem doar, resistência á passagem do ar menor, diminui o consumo do ventilador.

3 - Aumentando-se a vazão de ar, pode-se diminuir o volume de resfriamento da torre. Neste caso, normalmente, o consumo do ventilador aumentará.

RELAÇÃO DE TAMANHO E POTÊNCIA DE TORRES

CLIMANo inverno, a temperatura do ar cai e a temperatura de saída da água também cai, caso a carga térmica seja mantida constante. Para manter a temperatura da água de saída constante, pode-se diminuir a vazão de água que recircula no sistema de refrigeração. No verão, ocorre o inverso; a temperatura de saída da água aumenta.

DIREÇÃO DOS VENTOSA direção dos ventos deve ser considerada durante o projeto e instalação de uma torre de resfriamento. Problemas de recirculação e interferência são os mais comuns em torres de resfriamento. A recirculação ocorre quando o ar quente e úmido que deixa a torre contamina o ar que está entrando na torre. Esta situação pode ocorrer devido à direção dos ventos, dificuldades de dispersão do ar de saída e formação de neblina.

TRATAMENTO DE ÁGUA DA TORREOs sais dissolvidos, sólidos e matéria orgânica em suspensão dissolvidos na água de resfriamento são fatores que contribuem para a formação de um meio favorável à proliferação de algas, bactérias e fungos, que por sua vez, prejudicam não só a operação da torre de resfriamento, mas também o desempenho térmico da rede de trocadores de calor. A formação de algas e fungos pode provocar a queda de eficiência, deformação e desprendimento do recheio da torre de resfriamento. O tratamento químico da água de resfriamento para o controle de dureza, pH, condutividade e DBO é importante não só para o desempenho da torre de resfriamento, mas também da rede de trocadores de calor.

PROBLEMAS OPERACIONAIS


• REDUTOR TRABALHA SOB CONDIÇÕES SEVERAS.

• HÁ INFILTRAÇÃO DE ÁGUA E HÁ CONDENSAÇÃO E CONTAMINAÇÃO DO ÓLEO.

• O ÓLEO DEVE SER DE PREFERÊNCIA SINTÉTICO E OS RETENTORES EM VITON PARA RESISTIR A TEMPERATURA DE DESCARGA DO VENTILADOR

• O FABRICANTE RECOMENDA UMA INSPEÇÃO DIÁRIA, MAS NÃO HÁ CONDIÇÕES DE ACESSO PARA QUE HAJA ESSA INSPEÇÃO DO ÓLEO.


COMISSIONAMENTO

DE

TORRES DE RESFRIAMENTO

• Verificar protocolo de comissionamento de torre de resfriamento

• Encha o tanque e todo o sistema de distribuição de água;

• Abra completamente todas as válvulas de controle de entrada de água. Coloque as bombas em operação e em seguida ajuste as válvulas de controle para equalizar a distribuição de água. Esta operação deve ser executada com o maior rigor, uma vez que a uniformidade na distribuição é de suma importância para a eficiência do sistema.

• Coloque o ventilador em operação e confira a amperagem do motor. Checagem da corrente de operação do motor elétrico, contra corrente nominal. O motor elétrico deve operar com a corrente em torno de 90% da nominal de placa. A corrente estando abaixo do valor, ora mencionado, é um fator indicativo de que a vazão de ar do ventilador esta aquém da vazão original de projeto. Com isso a performance da torre será prejudicada. Se o motor estiver com uma amperagem alta, verifique e ajuste os ângulos das pás do ventilador, conforme recomendação do fabricante.

• Nas torres com acionamento por redutor, substituir o lubrificante após as primeiras duas semanas de uso. A periodicidade das outras trocas deverá ser conforme o fabricante.

• Medir fluxo volumétrico de água, conferindo o flow meter.

COMISSIONAMENTO DE TORRES DE RESFRIAMENTO

• Medir temperatura de bulbo úmido e bulbo seco.

• Checar pressões nas bombas e na entrada da torre

• Medir nível de água nos canais de distribuição. No sistema de canais abertos é necessário o controle da altura d’água nos canais secundários, evitando que haja transbordamento pelos mesmos, o que além de prejudicar a performance da torre, causará o aumento da perda de água por arraste e a conseqüente avaria das pás do ventilador por erosão. O transbordo de água pelos canais secundários pode ser decorrente do excesso de vazão de água do sistema ou ainda devido ao entupimento dos distribuidores de água que estão instalados dentro dos canais secundários. Nos sistemas fechados o problema normalmente encontrado é o entupimento dos bicos pulverizadores. Tal problema causa a má distribuição da água no interior do enchimento, tendo por conseqüência a queda de rendimento da torre.

• Medir temperatura da água na entrada e saída da torre.

COMISSIONAMENTO DE TORRES DE RESFRIAMENTO

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