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Curso de Torres de Curso de Torres de Resfriamento de Água Resfriamento de Água Aspectos Gerais Aspectos Gerais Ministrado por: André Luiz Ministrado por: André Luiz Dalossi Costa Dalossi Costa Orientador: Prof. Roberto Alves Orientador: Prof. Roberto Alves

Curso Torre Resfriamento

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Torre Resfriamento

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Page 1: Curso Torre Resfriamento

Curso de Torres de Curso de Torres de Resfriamento de ÁguaResfriamento de Água

Aspectos GeraisAspectos Gerais

Ministrado por: André Luiz Dalossi Ministrado por: André Luiz Dalossi CostaCosta

Orientador: Prof. Roberto AlvesOrientador: Prof. Roberto Alves

Page 2: Curso Torre Resfriamento

Aula 1:Aula 1:

1 Introdução1 Introdução

2 Embasamento Teórico:2 Embasamento Teórico:

2.1 Mistura de Gases Ideais:2.1 Mistura de Gases Ideais:

2.2 Princípios da Psicrometria:2.2 Princípios da Psicrometria:

2.2.1 O Ar úmido2.2.1 O Ar úmido

2.2.2 Umidade, Umidade Relativa e 2.2.2 Umidade, Umidade Relativa e EntalpiasEntalpias

2.2.3 Ar Úmido em Contato com Água 2.2.3 Ar Úmido em Contato com Água LíquidaLíquida

2.2.4 Ponto de Orvalho2.2.4 Ponto de Orvalho

2.2.5 Saturação Adiabática e 2.2.5 Saturação Adiabática e TemperaturasTemperaturas

2.2.6 Cartas Psicrométricas2.2.6 Cartas Psicrométricas

Page 3: Curso Torre Resfriamento

1 – Introdução1 – Introdução

Crescimento Econômico

Aumento do PIB

Aumento doConsumo de Energia

Elétrica

Aumento do Consumo de Petróleo

Page 4: Curso Torre Resfriamento

Exploração Distribuição

Refino

Petróleo

Page 5: Curso Torre Resfriamento

O Crescimento econômico sustentável só é obtido O Crescimento econômico sustentável só é obtido através de contínuas melhorias econômicas;através de contínuas melhorias econômicas;

O aperfeiçoamento econômico na industria O aperfeiçoamento econômico na industria petrolífera passa necessariamente por melhorias petrolífera passa necessariamente por melhorias do processo de refino;do processo de refino;

Os parâmetros de rendimento nos fornece um Os parâmetros de rendimento nos fornece um retrato do processo de refino.retrato do processo de refino.

Através da análise do rendimento podemos retirar Através da análise do rendimento podemos retirar conclusões sobre o desenvolvimento do processo.conclusões sobre o desenvolvimento do processo.

A variável mais utilizada para se estabelecer A variável mais utilizada para se estabelecer rendimentos é a energia;rendimentos é a energia;

Avaliar o rendimento energético de um processo Avaliar o rendimento energético de um processo significa estudo minucioso das fontes de consumo significa estudo minucioso das fontes de consumo e perdas de energia;e perdas de energia;

O Processo de Refino e o O Processo de Refino e o Crescimento EconômicoCrescimento Econômico

Page 6: Curso Torre Resfriamento

O Processo de Refino e a O Processo de Refino e a RefrigeraçãoRefrigeração

Os derivados de petróleo obtidos do refino estão em altas Os derivados de petróleo obtidos do refino estão em altas temperaturas;temperaturas;

Os derivados precisam ser armazenados antes de serem Os derivados precisam ser armazenados antes de serem distribuídos;distribuídos;

Todos tem certa volatilidade e são inflamáveis, por isso Todos tem certa volatilidade e são inflamáveis, por isso necessitam ser resfriados antes de sofrerem qualquer necessitam ser resfriados antes de sofrerem qualquer outro processamento;outro processamento;

Muitas vezes a refinaria produz a energia elétrica que ela Muitas vezes a refinaria produz a energia elétrica que ela consumirá através de termelétricas que funcionam com consumirá através de termelétricas que funcionam com ciclo Rankine;ciclo Rankine;

O ciclo Rankine tem como combustível o derivado mais O ciclo Rankine tem como combustível o derivado mais pesado obtido do refino;pesado obtido do refino;

O vapor que sai das turbinas das termelétricas deve ser O vapor que sai das turbinas das termelétricas deve ser resfriado para ser recirculado.resfriado para ser recirculado.

A refrigeração é feita através de trocadores de calor A refrigeração é feita através de trocadores de calor (condensadores e permutadores);(condensadores e permutadores);

Os condensadores e permutadores rejeitam seu calor para Os condensadores e permutadores rejeitam seu calor para a água de refrigeração, que por sua vez deve rejeitar o a água de refrigeração, que por sua vez deve rejeitar o calor para atmosfera através de uma torre de resfriamento calor para atmosfera através de uma torre de resfriamento (geralmente).(geralmente).

Page 7: Curso Torre Resfriamento

2 Embasamento Teórico:2 Embasamento Teórico:

A torre de resfriamento pode ser A torre de resfriamento pode ser considerada um trocador de calor;considerada um trocador de calor;

Água + ar + contato entre eles = Água + ar + contato entre eles = resfriamento;resfriamento;

Resfriamento é realizado pelo Resfriamento é realizado pelo mecanismo evaporativo;mecanismo evaporativo;

Transferência de Calor: evaporação e Transferência de Calor: evaporação e condução;condução;

Os princípios para o entendimento da Os princípios para o entendimento da dinâmica do resfriamento estão na dinâmica do resfriamento estão na psicrometria.psicrometria.

Page 8: Curso Torre Resfriamento

Mistura de Gases IdeaisMistura de Gases Ideais

As torres trabalham com uma As torres trabalham com uma mistura de gases: Ar úmido = ar mistura de gases: Ar úmido = ar seco + vapor d´água;seco + vapor d´água;

Deve-se entender as leis físicas e Deve-se entender as leis físicas e químicas que regem esta mistura;químicas que regem esta mistura;

Elaboração de uma teoria para Elaboração de uma teoria para estudos das propriedades de estudos das propriedades de misturas de gases não reagentes misturas de gases não reagentes entre si.entre si.

Page 9: Curso Torre Resfriamento

A Composição da MisturaA Composição da Mistura

Determinação da composição, Determinação da composição, pressão e temperatura;pressão e temperatura;

Considere uma mistura de gases Considere uma mistura de gases com dois ou mais componentes;com dois ou mais componentes;

A composição pode ser A composição pode ser determinada pela massa ou número determinada pela massa ou número de mols de cada componente na de mols de cada componente na mistura.mistura.

Page 10: Curso Torre Resfriamento

A Composição da MisturaA Composição da Mistura

kmolkgoumol

gemcomponentedomolarMassaM

kgougemmassam

kmoloumolemmolsdenúmeron

ondeM

mn

i

i

i

i

ii :

A massa total de uma mistura e a soma das A massa total de uma mistura e a soma das massas de cada componente:massas de cada componente:

j

ii gmm

1

Page 11: Curso Torre Resfriamento

A Composição da MisturaA Composição da Mistura

ladmensionam

mmf i

i

As quantidades relativas de seus componentes, As quantidades relativas de seus componentes, especificada como fração mássica vem dada por:especificada como fração mássica vem dada por:

A listagem das frações mássicas de uma mistura é chamada A listagem das frações mássicas de uma mistura é chamada de análise gravimétrica, e a soma das frações mássicas de análise gravimétrica, e a soma das frações mássicas nunca deve ultrapassar o valor inteiro da unidade.nunca deve ultrapassar o valor inteiro da unidade.

Page 12: Curso Torre Resfriamento

A Composição da MisturaA Composição da Mistura

O numero total de mols da mistura vem dado por:O numero total de mols da mistura vem dado por:

molnnj

ii

1

A quantidade relativa de componentes pode ser também especificada em A quantidade relativa de componentes pode ser também especificada em termo do número de mols de cada componente, isto é chamado de termo do número de mols de cada componente, isto é chamado de fração molar, e é obtida pela fórmula:fração molar, e é obtida pela fórmula:

ladmensionan

ny ii

Page 13: Curso Torre Resfriamento

A Composição da MisturaA Composição da Mistura

Uma listagem das frações molares dos Uma listagem das frações molares dos componentes da mistura é chamada de análise componentes da mistura é chamada de análise molar. A soma das frações molares também não molar. A soma das frações molares também não deve ultrapassar a unidade.deve ultrapassar a unidade.

A massa molar média de uma mistura é definida A massa molar média de uma mistura é definida por:por:

molg

n

mM

mol

gMyM i

j

ii

1

.

Page 14: Curso Torre Resfriamento

Relacionando P, V e TRelacionando P, V e T

Volume fechado com mistura de gases.Volume fechado com mistura de gases.

Page 15: Curso Torre Resfriamento

Relacionando P, V e TRelacionando P, V e T

Considere um sistema descrito como na figura anterior. Certo Considere um sistema descrito como na figura anterior. Certo número de gases contidos em um vaso fechado de volume “V”, número de gases contidos em um vaso fechado de volume “V”, a temperatura de mistura é “T” e a pressão é “p”. a temperatura de mistura é “T” e a pressão é “p”. Considerando esta como sendo uma mistura de gases ideais, Considerando esta como sendo uma mistura de gases ideais, podemos relacionar estes parâmetros pela equação de podemos relacionar estes parâmetros pela equação de Clapeyron:Clapeyron:

V

TRnp

..

Ao se fazer essas suposições é possível estudar o problema Ao se fazer essas suposições é possível estudar o problema utilizando dois modelos químicos diferentes:utilizando dois modelos químicos diferentes:

Page 16: Curso Torre Resfriamento

Relacionando P, V e TRelacionando P, V e T

a)a) Modelo de Dalton:Modelo de Dalton:- Atrações moleculares desprezíveis;Atrações moleculares desprezíveis;- Os componentes não se afetam;Os componentes não se afetam;- Cada molécula é livre para vagar pelo Cada molécula é livre para vagar pelo

volume disponível;volume disponível;- Cada componente se comporta como Cada componente se comporta como

uma gás ideal nas mesmas condições uma gás ideal nas mesmas condições da misturada mistura

- Assim cada componente exerce uma Assim cada componente exerce uma pressão parcial;pressão parcial;

- A soma das pressões parciais fornece a A soma das pressões parciais fornece a pressão da mistura.pressão da mistura.

Page 17: Curso Torre Resfriamento

Relacionando P, V e TRelacionando P, V e T

a)a) Modelo de Dalton:Modelo de Dalton:

PaV

TRnp i

i

..

pyp ii .

j

iipp

1

Page 18: Curso Torre Resfriamento

Relacionando P, V e TRelacionando P, V e T

b)b) Modelo de Amagat: Modelo de Amagat:- Cada componente se comporta como um gás isolado Cada componente se comporta como um gás isolado

da mistura a pressão e temperatura da mistura;da mistura a pressão e temperatura da mistura;- Assim cada componente ocuparia um volume parcial Assim cada componente ocuparia um volume parcial

que ao ser somado resultaria no volume da mistura.que ao ser somado resultaria no volume da mistura.

3..m

p

TRnV i

i

VyV ii .

j

iiVV

1

Page 19: Curso Torre Resfriamento

Avaliando U, H, S e Calores Avaliando U, H, S e Calores EspecíficosEspecíficos

Para se aplicar os princípios de conservação e a segunda Para se aplicar os princípios de conservação e a segunda lei da termodinâmica a um sistema que utiliza a lei da termodinâmica a um sistema que utiliza a mistura de gases como fluido de trabalho, é mistura de gases como fluido de trabalho, é necessária a avaliação das propriedades necessária a avaliação das propriedades termodinâmicas da mistura em diversos estados.termodinâmicas da mistura em diversos estados.

Avaliando Energia Interna (U) e Entalpia (H):Avaliando Energia Interna (U) e Entalpia (H):

São obtidas através da soma da contribuição de cada São obtidas através da soma da contribuição de cada componente da mistura na condição em que ele se componente da mistura na condição em que ele se encontra no sistema.encontra no sistema.

Uma vez que as duas são funções apenas da Uma vez que as duas são funções apenas da temperatura isto facilita a sua determinação.temperatura isto facilita a sua determinação.

Page 20: Curso Torre Resfriamento

Avaliando U, H, S e Calores Avaliando U, H, S e Calores EspecíficosEspecíficos

entalpiakJHH

ernaenergiakJUU

j

ii

j

ii

1

1

int

específicaentalpiakgkJ

m

Hh

específicaernaenergiakgkJ

m

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i

ii

i

ii

int

kmolkgkJh

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kmolkgkJu

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ii

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..1

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iiimistura

j

iimistura

j

iiimistura

j

iimistura

uyu

uu

hyh

hh

1

1

1

1

.

.

Page 21: Curso Torre Resfriamento

Avaliando U, H, S e Calores Avaliando U, H, S e Calores EspecíficosEspecíficos

Avaliando Cp e Cv:Avaliando Cp e Cv:

A mesma analogia pode ser feita para a avaliação dos A mesma analogia pode ser feita para a avaliação dos calores específicos.calores específicos.

kmolKkgkJcyc

KkgkJcc

kmolKkgkJcyc

KkgkJcc

j

ipip

j

ipp

j

iviv

j

ivv

i

i

i

i

...

.

...

.

1

1

1

1

Page 22: Curso Torre Resfriamento

Avaliando U, H, S e Calores Avaliando U, H, S e Calores EspecíficosEspecíficos

Avaliando a Entropia (S):Avaliando a Entropia (S):

A mesma analogia para entalpia e energia interna pode A mesma analogia para entalpia e energia interna pode ser feita para entropia. Ressalta-se apenas que a ser feita para entropia. Ressalta-se apenas que a entropia depende de duas propriedades, a temperatura entropia depende de duas propriedades, a temperatura da mistura e a pressão parcial do gás (ou a temperatura da mistura e a pressão parcial do gás (ou a temperatura da mistura e ao volume total da mistura). Assim sendo:da mistura e ao volume total da mistura). Assim sendo:

kmolKkgkJs

n

s

n

ss

KkgkJs

m

S

m

Ss

KkJSS

j

ii

j

i i

i

j

ii

j

i i

i

j

ii

..

.

11

11

1

Page 23: Curso Torre Resfriamento

Princípios da PsicrometriaPrincípios da Psicrometria

Concentrando-se agora no estudo da Concentrando-se agora no estudo da mistura do ar seco com o vapor mistura do ar seco com o vapor d’água de forma que eles se d’água de forma que eles se comportem como gases ideais, a comportem como gases ideais, a água condensada pode estar presente água condensada pode estar presente no sistema (como ocorre nas torres no sistema (como ocorre nas torres de resfriamento). O conhecimento dos de resfriamento). O conhecimento dos mecanismos de funcionamento destes mecanismos de funcionamento destes sistemas é essencial para o estudo sistemas é essencial para o estudo das torres.das torres.

Page 24: Curso Torre Resfriamento

O Ar ÚmidoO Ar Úmido

• É a mistura de ar seco + vapor;É a mistura de ar seco + vapor;• O ar seco se comporta como um O ar seco se comporta como um

componente puro;componente puro;• Na prática se comporta como uma mistura Na prática se comporta como uma mistura

de gases ideais;de gases ideais;• Assim a teoria anterior é totalmente válida.Assim a teoria anterior é totalmente válida.

Page 25: Curso Torre Resfriamento

O Ar ÚmidoO Ar Úmido

Considerando as figuras abaixo:Considerando as figuras abaixo:

Page 26: Curso Torre Resfriamento

O Ar ÚmidoO Ar Úmido

O sistema acima, consiste em um sistema fechado, com volume O sistema acima, consiste em um sistema fechado, com volume “V”, contendo ar úmido a pressão “p” e temperatura “T”, essa “V”, contendo ar úmido a pressão “p” e temperatura “T”, essa mistura obedece a equação de Clapeyron:mistura obedece a equação de Clapeyron:

misturaparagasesdosteconsR

misturadavolumeV

misturadaatemperaturT

misturadamolecularpesoM

misturadamassam

misturadapressãop

ondeV

TMRm

V

TRnp

tan

:....

Page 27: Curso Torre Resfriamento

O Ar ÚmidoO Ar Úmido

Para cada componente considera-se que este estivesse Para cada componente considera-se que este estivesse sozinho no volume “V” e na temperatura “T” (modelo de sozinho no volume “V” e na temperatura “T” (modelo de Dalton), enquanto exerce uma pressão parcial na parede Dalton), enquanto exerce uma pressão parcial na parede do sistema. A pressão da mistura é a soma das pressões do sistema. A pressão da mistura é a soma das pressões parciais do ar seco e do água. Assim sendo:parciais do ar seco e do água. Assim sendo:

vaporopara

V

TMRm

V

TRnp

oaroparaV

TMRm

V

TRnp

vvvv

aaaa

....

sec....

Page 28: Curso Torre Resfriamento

O Ar ÚmidoO Ar Úmido A quantidade de água geralmente é muito A quantidade de água geralmente é muito

inferior a ar seco, consequentemente os inferior a ar seco, consequentemente os valores da formulação acima para o vapor, valores da formulação acima para o vapor, são muito menores do que para o ar seco;são muito menores do que para o ar seco;

A segunda figura mostra o estado típico do A segunda figura mostra o estado típico do vapor em uma mistura;vapor em uma mistura;

Quando a pressão parcial do vapor Quando a pressão parcial do vapor corresponde a pressão de saturação da água corresponde a pressão de saturação da água diz-se uma mistura saturada;diz-se uma mistura saturada;

Ar saturado é uma mistura de ar seco mais Ar saturado é uma mistura de ar seco mais vapor saturado ;vapor saturado ;

A quantidade de vapor na mistura varia de A quantidade de vapor na mistura varia de zero para o ar seco até um máximo quando a zero para o ar seco até um máximo quando a mistura é saturada. mistura é saturada.

Page 29: Curso Torre Resfriamento

Umidade, umidade relativa e Umidade, umidade relativa e entalpia da mistura entalpia da mistura

• A umidade vem definida por:A umidade vem definida por:

oardemassam

vapordemassam

ondem

m

a

v

a

v

sec

:

v

v

aa

vv

pp

p

pM

pM

.622,0

.

.

• A umidade relativa vem definida por:A umidade relativa vem definida por:

Page 30: Curso Torre Resfriamento

Umidade, umidade relativa e Umidade, umidade relativa e entalpia da misturaentalpia da mistura

• A umidade relativa vem definida A umidade relativa vem definida por:por:

pTg

v

satv

v

pTsatv

v

p

p

aindaOu

saturadovapordomolarfraçãoy

amostranavapordomolarfraçãoy

ondey

y

,

,

,,

:

:

Page 31: Curso Torre Resfriamento

Umidade, umidade relativa e Umidade, umidade relativa e entalpia da misturaentalpia da mistura

• Avaliando U, S, H:Avaliando U, S, H:Os valores destas propriedades podem ser avaliados somando Os valores destas propriedades podem ser avaliados somando

as contribuições de cada componente nas condições nas as contribuições de cada componente nas condições nas quais o componente existe na mistura, assim sendo:quais o componente existe na mistura, assim sendo:

vvaava hmhmHHH ...

vaa

hhm

H.

vaa

vvaava

uum

U

umumUUU

.

..

Page 32: Curso Torre Resfriamento

Umidade, umidade relativa e Umidade, umidade relativa e entalpia da misturaentalpia da mistura

Ao se avaliar a entropia do ar úmido, a contribuição de cada Ao se avaliar a entropia do ar úmido, a contribuição de cada componente é avaliado na temperatura da mistura e na componente é avaliado na temperatura da mistura e na pressão parcial respectiva. Podemos mostrar que a pressão parcial respectiva. Podemos mostrar que a entropia específica do ar úmido vem dada por:entropia específica do ar úmido vem dada por:

misturadaatemperaturnasaturadovapordoentropiaTs

ondeRTspTs

g

gvv

:ln.,

Page 33: Curso Torre Resfriamento

Ar úmido em contato com Ar úmido em contato com água líquida água líquida

• Na maioria das torre o ar úmido Na maioria das torre o ar úmido esta em contato com a água esta em contato com a água líquida;líquida;

• Esta interface interfere na dinâmica Esta interface interfere na dinâmica do resfriamento;do resfriamento;

• Isto é explicado pelo fato de que o Isto é explicado pelo fato de que o ar seco da atmosfera nem sempre ar seco da atmosfera nem sempre esta saturado, assim parte de água esta saturado, assim parte de água líquida irá se vaporizar em busca do líquida irá se vaporizar em busca do estado de equilíbrio.estado de equilíbrio.

Page 34: Curso Torre Resfriamento

Ponto de orvalho Ponto de orvalho

• No ar úmido pode ocorrer condensação de No ar úmido pode ocorrer condensação de parte do vapor, a medida que se reduz a parte do vapor, a medida que se reduz a temperatura, formando-se assim o orvalho;temperatura, formando-se assim o orvalho;

• Isto ocorre em um resfriamento da mistura Isto ocorre em um resfriamento da mistura a pressão constante o vapor atinge o ponto a pressão constante o vapor atinge o ponto de saturação, se este resfriamento de saturação, se este resfriamento continuar a vapor começa a se condensar continuar a vapor começa a se condensar até sobrar água liquida e ar seco.até sobrar água liquida e ar seco.

• A temperatura de saturação para a pressão A temperatura de saturação para a pressão do vapor é chamada de ponto de orvalho.do vapor é chamada de ponto de orvalho.

Page 35: Curso Torre Resfriamento

Ponto de orvalhoPonto de orvalho

Page 36: Curso Torre Resfriamento

• A umidade absoluta de uma mistura de ar seco mais A umidade absoluta de uma mistura de ar seco mais vapor d´água pode ser determinada a partir do vapor d´água pode ser determinada a partir do conhecimento de três parâmetros importantes: pressão, conhecimento de três parâmetros importantes: pressão, temperatura e a temperatura adiabática de saturação temperatura e a temperatura adiabática de saturação TasTas . A relação entre essas quantidades é dada por: . A relação entre essas quantidades é dada por:

Saturação Adiabática Saturação Adiabática

Page 37: Curso Torre Resfriamento

Saturação AdiabáticaSaturação Adiabática

misturadapressãop

TemsaturadovapordopressãoTp

ondeTpp

Tp

absolutaumidade

TemsaturadoliquidodoentlapiaTh

TemsaturadoliquidodoentlapiaTh

TemsaturadovapordoentlapiaTh

TemsaturadovapordoentlapiaTh

TemardoentlapiaTh

TemardoentlapiaTh

ondeThTh

ThThThTh

asasg

asg

asg

f

asasf

g

asasg

a

asasa

fg

asfasgaasa

:.622,0´

Page 38: Curso Torre Resfriamento

Saturação AdiabáticaSaturação Adiabática

Page 39: Curso Torre Resfriamento

Temperatura de bulbo úmido Temperatura de bulbo úmido e seco e seco

• A temperatura de bulbo úmido se refere àquela A temperatura de bulbo úmido se refere àquela que seria medida se colocássemos um que seria medida se colocássemos um termômetro dentro da mistura;termômetro dentro da mistura;

• A temperatura de bulbo seco se refere a A temperatura de bulbo seco se refere a temperatura do ar na mistura;temperatura do ar na mistura;

• Quando um termômetro de bulbo úmido está Quando um termômetro de bulbo úmido está em associação com um de bulbo seco temos em associação com um de bulbo seco temos um instrumento chamado de um instrumento chamado de psicrômetro;psicrômetro;

• Para misturas de ar e vapor na faixa de pressão Para misturas de ar e vapor na faixa de pressão e temperaturas ambientes a temperatura de e temperaturas ambientes a temperatura de saturação adiabática é aproximadamente a saturação adiabática é aproximadamente a temperatura de bulbo úmido temperatura de bulbo úmido

Page 40: Curso Torre Resfriamento

Temperatura de bulbo úmido Temperatura de bulbo úmido e secoe seco

Page 41: Curso Torre Resfriamento

Cartas PsicrométricasCartas Psicrométricas

• As propriedades mais importantes As propriedades mais importantes do ar úmido em geral estão do ar úmido em geral estão representadas por cartas representadas por cartas psicrométricas;psicrométricas;

• A carta é elaborada para uma A carta é elaborada para uma pressão constante;pressão constante;

• Cada localidade deve ter sua Cada localidade deve ter sua prórpria carta de acordo com a prórpria carta de acordo com a pressão barométrica média anual.pressão barométrica média anual.

Page 42: Curso Torre Resfriamento

Cartas PsicrométricasCartas Psicrométricas

Page 43: Curso Torre Resfriamento
Page 44: Curso Torre Resfriamento

Dúvidas????Dúvidas????ee

ExercíciosExercícios

Page 45: Curso Torre Resfriamento

Aula 2Aula 2

1 Torres de Resfriamento:1 Torres de Resfriamento:1.1 Introdução1.1 Introdução1.2 Transferência de Calor e 1.2 Transferência de Calor e

MassaMassa1.2.1 Teoria de Merkel1.2.1 Teoria de Merkel

1.3 Tipos1.3 Tipos1.4 Considerações Importantes1.4 Considerações Importantes1.5 Componentes1.5 Componentes1.6 Critérios Para Localização1.6 Critérios Para Localização

Page 46: Curso Torre Resfriamento

IntroduçãoIntrodução

Resfriamento

PermutadoresTorres de

ResfriamentoÁgua de

Resfriamento

Page 47: Curso Torre Resfriamento

IntroduçãoIntrodução

Page 48: Curso Torre Resfriamento

Transferência de Calor e Transferência de Calor e Massa Massa

• Sempre que há um gradiente de temperaturas Sempre que há um gradiente de temperaturas ou de concentrações, ocorrem fenômenos de ou de concentrações, ocorrem fenômenos de transferência para que o equilíbrio entre os transferência para que o equilíbrio entre os meios seja restabelecido;meios seja restabelecido;

• Condução e a convecção;Condução e a convecção;• Em convecção quando um fluído com velocidade, Em convecção quando um fluído com velocidade,

temperatura e concentração definidos, escoa temperatura e concentração definidos, escoa sobre uma superfície cuja a temperatura é sobre uma superfície cuja a temperatura é diferente ocorre o fenômeno da transferência de diferente ocorre o fenômeno da transferência de calor. calor.

• Vários fatores influenciam a determinação dos Vários fatores influenciam a determinação dos coeficientes convectivos, como geometria do coeficientes convectivos, como geometria do problema, propriedades do fluído em problema, propriedades do fluído em escoamento e condições deste escoamento e condições deste

Page 49: Curso Torre Resfriamento

Teoria de MerkelTeoria de Merkel• As teorias utilizadas para se estudas os As teorias utilizadas para se estudas os

fenômenos de transferência na fenômenos de transferência na engenharia são plenamente conhecidos;engenharia são plenamente conhecidos;

• Não um método preciso para Não um método preciso para determinação da área de troca térmica determinação da área de troca térmica entre água e ar úmido, sendo assim não é entre água e ar úmido, sendo assim não é possível estabelecer um coeficiente de possível estabelecer um coeficiente de transferência de calor;transferência de calor;

• Uma complicação adicional reside no fato Uma complicação adicional reside no fato de haver transferência de calor e massa de haver transferência de calor e massa ao mesmo tempo;ao mesmo tempo;

• problemas dinâmicos dos escoamentos, problemas dinâmicos dos escoamentos, escoamentos turbulentosescoamentos turbulentos

Page 50: Curso Torre Resfriamento

Teoria de MerkelTeoria de Merkel• Merkel propôs a solução que combinou em teoria os dois Merkel propôs a solução que combinou em teoria os dois

tipos de transferência envolvidos através do balanço de tipos de transferência envolvidos através do balanço de energia (entalpia).energia (entalpia).

Água

Ar NãoSaturado

Película deAr Saturado

Page 51: Curso Torre Resfriamento

Teoria de MerkelTeoria de Merkel• A equação abaixo representa matematicamente o A equação abaixo representa matematicamente o

fenômenofenômeno

kgJemambienteardoentalpiah

kgJempelículanaardoentalpiah

memtoresfriamendevolumeV

memerfacedaáreaa

skgemáguadevazãoG

sm

kgemcalordeciatransferêndeecoeficientK

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G

VaK

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h a

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int

.´.

3

2

2

2

1

Page 52: Curso Torre Resfriamento

Teoria de MerkelTeoria de Merkel• Ao se integrar a equação resulta em:Ao se integrar a equação resulta em:

oardekgJemsaturadonãoardoentalpiah

oardekgJemardepelículadaentalpiah

memcalordeciatransferêndetotalerfícieS

mskgemmassadeciatransferêndeecoeficientK

sJemotransferidcalorQ

ondehhSKQ

A

U

AU

sec

sec

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.

:..

2

2

Page 53: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de Resfriamento Resfriamento

Torres de ResfriamentoAspectos de Configuração

Aberto semRecirculação

Aberto comRecirculação

Sistema Fechado

Page 54: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 55: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 56: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 57: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Torres de Resfriamento

Aspectos Mecânicos

TiragemNatural

Tiragem MecânicaInduzida

Tiragem MecânicaForçada

Page 58: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 59: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 60: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 61: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Torres de Resfriamento

Aspectos de Fluxode Ar

Contra corrente Corrente Cruzada

Page 62: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 63: Curso Torre Resfriamento

Tipos de Torres de Tipos de Torres de ResfriamentoResfriamento

Page 64: Curso Torre Resfriamento

Considerações importantes Considerações importantes • As refinarias também utilizam o sistema de refrigeração As refinarias também utilizam o sistema de refrigeração

fechado, empregado em sua maioria para a refrigeração de fechado, empregado em sua maioria para a refrigeração de máquinas;máquinas;

• A temperatura da água resfriada depende muito das condições A temperatura da água resfriada depende muito das condições atmosféricas locais;atmosféricas locais;

• A temperatura da água fria fica em torno de 25ºC a 30ºC e da A temperatura da água fria fica em torno de 25ºC a 30ºC e da água quente entre 45ºC a 50ºC;água quente entre 45ºC a 50ºC;

• Em função da evaporação ocorre um contínuo aumento da Em função da evaporação ocorre um contínuo aumento da concentração de sais diluídos na água de resfriamento sendo concentração de sais diluídos na água de resfriamento sendo necessária a purga de parte da água;necessária a purga de parte da água;

• outro tipo de perda está ligado ao arraste de gotas de água outro tipo de perda está ligado ao arraste de gotas de água pelos ventiladores;pelos ventiladores;

• Devido a estes dois problemas é necessária uma contínua Devido a estes dois problemas é necessária uma contínua reposição de água;reposição de água;

• Como a água de resfriamento possui sais diluídos isto favorece Como a água de resfriamento possui sais diluídos isto favorece a ocorrência de corrosão e incrustação nos componentes da a ocorrência de corrosão e incrustação nos componentes da torre;torre;

• é comum encontrar o desenvolvimento de fauna microbiana na é comum encontrar o desenvolvimento de fauna microbiana na bacia, enchimento e entradas de ar, prejudicando assim o fluxo bacia, enchimento e entradas de ar, prejudicando assim o fluxo de água e ar e também a superfície de troca térmica;de água e ar e também a superfície de troca térmica;

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Componentes: EnchimentoComponentes: Enchimento

• A função do enchimento é promover A função do enchimento é promover o contato entre a água e o ar;o contato entre a água e o ar;

• Facilidade para instalação;Facilidade para instalação;• Boa eficiência na promoção do Boa eficiência na promoção do

contato água-ar;contato água-ar;• Baixa resistência ao fluxo de ar;Baixa resistência ao fluxo de ar;• Durabilidade e resistência à água e Durabilidade e resistência à água e

às possíveis contaminações.às possíveis contaminações.

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Componentes: EnchimentoComponentes: Enchimento• Enchimento Tipo Película:Enchimento Tipo Película:- Forma uma película de água em sua superfície, Forma uma película de água em sua superfície,

aumentando a área de contato com o ar ;aumentando a área de contato com o ar ;- Este enchimento tem a forma de colméias de Este enchimento tem a forma de colméias de

abelha;abelha;- Alta eficiência, pois não prejudica o fluxo de ar;Alta eficiência, pois não prejudica o fluxo de ar;- Ocupa pouco espaço e permite a construção de Ocupa pouco espaço e permite a construção de

torres com menor altura;torres com menor altura;- Pensar em uma configuração que evite o acumulo Pensar em uma configuração que evite o acumulo

de incrustações e algas que obstrua a passagem de incrustações e algas que obstrua a passagem do fluxo de ar;do fluxo de ar;

- Enchimento de película formados por placas Enchimento de película formados por placas paralelas, lisas ou corrugadas, dispostas paralelas, lisas ou corrugadas, dispostas verticalmente, na mesma direção que o fluxo de verticalmente, na mesma direção que o fluxo de ar. ar.

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Componentes: EnchimentoComponentes: Enchimento

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Componentes: EnchimentoComponentes: Enchimento

• Enchimento de Respingamento:Enchimento de Respingamento:

-- Onde as superfícies de troca térmicas são as Onde as superfícies de troca térmicas são as gotículas que se formam quando a água cai gotículas que se formam quando a água cai sobre perfil “V”. Este tipo de perfil aumenta a sobre perfil “V”. Este tipo de perfil aumenta a eficiência, pois minimiza as perdas do fluxo eficiência, pois minimiza as perdas do fluxo horizontal de ar. horizontal de ar.

Page 69: Curso Torre Resfriamento

Componentes:Eliminadores Componentes:Eliminadores de gotas de gotas

• Quanto mais dispersa estiver a água no fluxo de ar Quanto mais dispersa estiver a água no fluxo de ar que atravessa a torre, melhor vai ser o que atravessa a torre, melhor vai ser o desempenho desta;desempenho desta;

• Uma das conseqüências é o arraste de gotículas de Uma das conseqüências é o arraste de gotículas de água em conjunto com o ar;água em conjunto com o ar;

• O arraste além de representar uma perda adicional O arraste além de representar uma perda adicional de água, carrega consigo uma parcela dos de água, carrega consigo uma parcela dos produtos que geralmente são diluídos na água para produtos que geralmente são diluídos na água para evitar a corrosão e formação de filme bacteriano evitar a corrosão e formação de filme bacteriano (alto custo);(alto custo);

• Para minimizar e até sanar o problema do arraste Para minimizar e até sanar o problema do arraste são utilizados, a jusante do enchimento e na saída são utilizados, a jusante do enchimento e na saída de ar após os ventiladores, eliminadores de gotas de ar após os ventiladores, eliminadores de gotas como os mostrados no próximo slide;como os mostrados no próximo slide;

• Os eliminadores são formados por placas paralelas Os eliminadores são formados por placas paralelas deformadas, ou telas, e levam as perdas por arraste deformadas, ou telas, e levam as perdas por arraste a valores entre 0,001% e 0,1% da água circulante a valores entre 0,001% e 0,1% da água circulante na torre sendo usuais valores em torno de 0,05%.na torre sendo usuais valores em torno de 0,05%.

Page 70: Curso Torre Resfriamento

Componentes:Eliminadores Componentes:Eliminadores de gotasde gotas

Page 71: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Distribuição de Componentes: Distribuição de ÁguaÁgua

• O desempenho da uma torre de uma O desempenho da uma torre de uma torre de arrefecimento, como era de se torre de arrefecimento, como era de se esperar, depende muito da forma como esperar, depende muito da forma como a água quente é distribuída no interior a água quente é distribuída no interior da torre;da torre;

• Distribuidores por gravidade:Distribuidores por gravidade: Consiste em bacias na parte superior da Consiste em bacias na parte superior da

torre, onde por furos a água escoa para torre, onde por furos a água escoa para o interior da torre;o interior da torre;

Não é muito eficiente Não é muito eficiente

Page 72: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Distribuição de Componentes: Distribuição de ÁguaÁgua

• Distribuidores por pressurização:Distribuidores por pressurização: São bicos injetores, que através de uma malha ligada a São bicos injetores, que através de uma malha ligada a

um sistema de bombeamento injeta a água por spray em um sistema de bombeamento injeta a água por spray em alta pressão;alta pressão;

. É a maneira mais eficiente;. É a maneira mais eficiente; a única desvantagem ficar por conta do bombeamento a única desvantagem ficar por conta do bombeamento

que deve receber maior potência para contrabalançar a que deve receber maior potência para contrabalançar a perda de carga nos bicos injetores perda de carga nos bicos injetores

Page 73: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Componentes: Revestimento Revestimento

• O revestimento tem por objetivo básico O revestimento tem por objetivo básico manter a mistura de água e ar dentro da manter a mistura de água e ar dentro da torre, além de fornecer a sustentação torre, além de fornecer a sustentação mecânica para todos os componentes;mecânica para todos os componentes;

• Ser opaco;Ser opaco;• Ser isolante térmico;Ser isolante térmico;• Ser resistente ;Ser resistente ;• Não permitir a aderência e proliferação Não permitir a aderência e proliferação

de algas;de algas;• Ser estável quimicamente.Ser estável quimicamente.• Ser impermeável.Ser impermeável.

Page 74: Curso Torre Resfriamento

Componentes: BaciaComponentes: Bacia• É a parte mais inferior da torre, onde a É a parte mais inferior da torre, onde a

água refrigerada fica armazenada;água refrigerada fica armazenada;• É também o local onde se faz as coletas É também o local onde se faz as coletas

de analise da qualidade da água e as de analise da qualidade da água e as correções necessárias a esta;correções necessárias a esta;

• É na bacia que se localizam os dutos de É na bacia que se localizam os dutos de coleta de água de refrigeração fria que é coleta de água de refrigeração fria que é bombeada para as linhas de resfriamento bombeada para as linhas de resfriamento da refinaria, e também onde estão os da refinaria, e também onde estão os dutos de purga e reposição de água;dutos de purga e reposição de água;

• A estrutura da bacia deve ter os mesmos A estrutura da bacia deve ter os mesmos requisitos do revestimento da torre.requisitos do revestimento da torre.

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• O ventilador é um tipo de máquina de fluxo O ventilador é um tipo de máquina de fluxo volumétrico que transforma a potência volumétrico que transforma a potência fornecida por um elemento mecânico fornecida por um elemento mecânico motor em vazão e pressão de um fluido;motor em vazão e pressão de um fluido;

• O rotor recebe potência e imprime O rotor recebe potência e imprime velocidade ao ar ou fluido, sendo que parte velocidade ao ar ou fluido, sendo que parte dessa velocidade é transformada em dessa velocidade é transformada em energia de pressão;energia de pressão;

• Existem perdas associadas a este processo Existem perdas associadas a este processo devido ao projeto do ventilador;devido ao projeto do ventilador;

Page 76: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• As máquinas que utilizam o ar como fluído de trabalho As máquinas que utilizam o ar como fluído de trabalho são classificadas da seguinte forma de acordo com sua são classificadas da seguinte forma de acordo com sua pressão de trabalho:pressão de trabalho:sucp

Máquina

Compres.

Soprador

Ventilador

Bomba de Vácuo

sucp descp pambp

ambp

ambp

ambp

ambp

ambp

ambp

ambp 25,2cm

kgf

25,214,0cm

kgfa

214,007,0cm

kgfa

abscm

kgf20,1

Page 77: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• Analisando a tabela anterior percebe-se que os Analisando a tabela anterior percebe-se que os ventiladores possuem pressão de trabalho bem ventiladores possuem pressão de trabalho bem reduzida;reduzida;

• Objetivo: apenas movimentar o ar;Objetivo: apenas movimentar o ar;• Quando se seleciona um ventilador devemos Quando se seleciona um ventilador devemos

levar em consideração:levar em consideração:• Custos;Custos;• Performance (estabilidade de operação, Performance (estabilidade de operação,

facilidade de controle, consumo de energia, facilidade de controle, consumo de energia, vazão);vazão);

• Estrutura mecânica (facilidade de instalação);Estrutura mecânica (facilidade de instalação);• Propriedades de autolimpeza das pás;Propriedades de autolimpeza das pás;• Níveis de ruído.Níveis de ruído.

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• Ventiladores Centrífugos:Ventiladores Centrífugos:- o ar entra pela abertura central e é expelido o ar entra pela abertura central e é expelido

por um conjunto de pás fixas a borda do por um conjunto de pás fixas a borda do rotor;rotor;

- Geralmente os ventiladores centrífugos são Geralmente os ventiladores centrífugos são instalados dentro de volutas (ou caracol) instalados dentro de volutas (ou caracol) para permitir o direcionamento do fluxo de para permitir o direcionamento do fluxo de ar;ar;

- Este tipo de rotor pode ser classificado de Este tipo de rotor pode ser classificado de várias formas de acordo com seu aspecto várias formas de acordo com seu aspecto construtivo.construtivo.

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• Ventiladores Axiais:Ventiladores Axiais:- São compostos de rotores com pás de variados São compostos de rotores com pás de variados

perfis aerodinâmicos, estas pás podem ser perfis aerodinâmicos, estas pás podem ser fabricadas de alumínio extrudado ou então de fabricadas de alumínio extrudado ou então de fibra de vidro moldada;fibra de vidro moldada;

- O critério básico para seleção do perfil da pá é que O critério básico para seleção do perfil da pá é que ele produza o fluxo de ar mais uniforme possível;ele produza o fluxo de ar mais uniforme possível;

- Os ventiladores axiais possuem de quatro a oito Os ventiladores axiais possuem de quatro a oito pás, o custo e a vazão de ar fornecida aumentam pás, o custo e a vazão de ar fornecida aumentam de acordo com o aumento do número de pás;de acordo com o aumento do número de pás;

- Para uma vazão específica a rotação do rotor pode Para uma vazão específica a rotação do rotor pode ser reduzida mediante ao aumento do número de ser reduzida mediante ao aumento do número de pás, isto tem o efeito de reduzir o ruído e pás, isto tem o efeito de reduzir o ruído e aumentar a eficiência porém com um aumento no aumentar a eficiência porém com um aumento no custo da máquina.custo da máquina.

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• Todo ventilador antes de ser instalado em uma torre de Todo ventilador antes de ser instalado em uma torre de resfriamento precisa ser ensaiado;resfriamento precisa ser ensaiado;

• As características obtidas neste ensaio são chamadas As características obtidas neste ensaio são chamadas de “características de performance”;de “características de performance”;

• A metodologia de ensaio é toda normalizada por A metodologia de ensaio é toda normalizada por diversas instituições;diversas instituições;

• Os resultados obtidos nos ensaios são reunidos nas Os resultados obtidos nos ensaios são reunidos nas curvas características do ventilador;curvas características do ventilador;

• Essas curvas plotam geralmente parâmetros Essas curvas plotam geralmente parâmetros dependentes (eficiência mecânica, pressão estática, dependentes (eficiência mecânica, pressão estática, nível de ruído, potência no eixo) em função de nível de ruído, potência no eixo) em função de parâmetros independentes (rotação do rotor, vazão de parâmetros independentes (rotação do rotor, vazão de fluido);fluido);

• Como não é possível realizar o ensaio de um ventilador Como não é possível realizar o ensaio de um ventilador (de todos os diâmetros) para todas as rotações (de todos os diâmetros) para todas as rotações possíveis dele ser aplicado, utiliza-se as leis afinidade possíveis dele ser aplicado, utiliza-se as leis afinidade para ventiladores geométricamente semelhantes, assim para ventiladores geométricamente semelhantes, assim apenas uma curva (adimensional) vale para todos.apenas uma curva (adimensional) vale para todos.

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

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Componentes: Componentes: VentiladoresVentiladores

• No caso das torres de resfriamento ´de No caso das torres de resfriamento ´de grande porte fica inviável de se ensaiar grande porte fica inviável de se ensaiar os ventiladores utilizados;os ventiladores utilizados;

• Para isso se usa relações de semelhança;Para isso se usa relações de semelhança;• Porém os rendimentos encontrados para Porém os rendimentos encontrados para

modelo e protótipo serão diferentes, já modelo e protótipo serão diferentes, já que as leis de afinidade não levam em que as leis de afinidade não levam em consideração efeitos viscosos (porém consideração efeitos viscosos (porém serão diferenças reduzidas);serão diferenças reduzidas);

• O ruído do ventilador é um fator muito O ruído do ventilador é um fator muito importante quando se pensa na importante quando se pensa na localização das torres de resfriamento.localização das torres de resfriamento.

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Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

• O sistema de ventilação de um torre são O sistema de ventilação de um torre são todos os componentes envolvidos na todos os componentes envolvidos na circulação de ar exceto o ventilador;circulação de ar exceto o ventilador;

• A interação entre a resistência ao A interação entre a resistência ao escoamento de ar e o ventilador é escoamento de ar e o ventilador é conhecida como “efeito da instalação” conhecida como “efeito da instalação” ou “efeito do sistema”;ou “efeito do sistema”;

• A influencia do sistema de ventilação no A influencia do sistema de ventilação no ventilador deve ser observada de ventilador deve ser observada de maneira separada maneira separada

Page 95: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

a)a) Obstáculos na região de sucção e Obstáculos na região de sucção e descarga:descarga:

- As resistências relacionadas a esse As resistências relacionadas a esse aspecto vêm das estruturas internas;aspecto vêm das estruturas internas;

- O método “Bulk” fornece os coeficientes O método “Bulk” fornece os coeficientes de perda devido a estas estruturas.de perda devido a estas estruturas.

Page 96: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

Sucção:Sucção:

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Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

Descarga:Descarga:

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Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

b)b) Câmara Plenum:Câmara Plenum:- Em torres de tiragem induzida, a câmara plenum é o Em torres de tiragem induzida, a câmara plenum é o

espaço entre o eliminador de gotas e o rotor do espaço entre o eliminador de gotas e o rotor do ventilado;ventilado;

- O que a câmara plenum faz é prejudicar a O que a câmara plenum faz é prejudicar a transformação de energia cinética, ou seja, diminui a transformação de energia cinética, ou seja, diminui a quantidade de energia cinética do ar que sai da quantidade de energia cinética do ar que sai da instalação de ventilação;instalação de ventilação;

- a energia cinética contida no ar devido a sua a energia cinética contida no ar devido a sua velocidade na saída é dissipada pela câmara;velocidade na saída é dissipada pela câmara;

- No caso de uma torre de resfriamento não é isso que No caso de uma torre de resfriamento não é isso que ocorre, o realidade é que o ar quando passa pela ocorre, o realidade é que o ar quando passa pela câmara recompõe parte de sua energia cinética;câmara recompõe parte de sua energia cinética;

- Os ensaios em sistemas de ventilação com câmara Os ensaios em sistemas de ventilação com câmara plenum geralmente demonstram uma geometria plenum geralmente demonstram uma geometria ideal para câmara ideal para câmara

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Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

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Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

c)c) Caixa ou Bainha:Caixa ou Bainha:- Este componente é a estrutura que fica na região Este componente é a estrutura que fica na região

de sucção do ventilador, e a ela está relacionado de sucção do ventilador, e a ela está relacionado o perfil de eficiência do ventilador;o perfil de eficiência do ventilador;

- A eficiência do ventilador depende fortemente do A eficiência do ventilador depende fortemente do perfil de revolução dado a bainha, quanto mais perfil de revolução dado a bainha, quanto mais suave for este perfil melhor será o desempenho suave for este perfil melhor será o desempenho do ventilador;do ventilador;

- instalações com ventiladores de diâmetro grandes instalações com ventiladores de diâmetro grandes necessitam de cuidado na construção desta necessitam de cuidado na construção desta estrutura (melhora na eficiência = grande estrutura (melhora na eficiência = grande economia de energia);economia de energia);

- A localização do ventilador dentro da bainha A localização do ventilador dentro da bainha também influencia muito em seu desempenho também influencia muito em seu desempenho

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Componentes: Sistema de Componentes: Sistema de VentilaçãoVentilação

Page 102: Curso Torre Resfriamento

Componentes:Difusores de Componentes:Difusores de ar ar

• A primeira função básica de um difusor é guiar o A primeira função básica de um difusor é guiar o escoamento na direção em que se quer a descara escoamento na direção em que se quer a descara do ar;do ar;

• A segunda função de um difusor está relacionada A segunda função de um difusor está relacionada com a pressão de descarga do ventilador;com a pressão de descarga do ventilador;

• Uma pressão estática muito pequena aumenta as Uma pressão estática muito pequena aumenta as chances de haver recirculação na torre;chances de haver recirculação na torre;

• Somente um difusor consegue fazer com que a Somente um difusor consegue fazer com que a pressão estática do escoamento seja aumentada pressão estática do escoamento seja aumentada sem que haja grandes perdas de eficiência do sem que haja grandes perdas de eficiência do ventilador;ventilador;

• através de um aumento no diâmetro de saída do através de um aumento no diâmetro de saída do escoamento a velocidade é reduzida promovendo escoamento a velocidade é reduzida promovendo assim um aumento na pressão estática do fluído assim um aumento na pressão estática do fluído (equação de Bernoulli)(equação de Bernoulli)

Page 103: Curso Torre Resfriamento

Componentes:Difusores de Componentes:Difusores de arar

Page 104: Curso Torre Resfriamento

Componentes: EstruturaComponentes: Estrutura• A estrutura mecânica de uma torre de A estrutura mecânica de uma torre de

resfriamento deve suportar todos os outros resfriamento deve suportar todos os outros componentes da torre;componentes da torre;

• Esta estrutura deve isolar a mistura de fluxos Esta estrutura deve isolar a mistura de fluxos de ar e água de maneira a permitir apenas de ar e água de maneira a permitir apenas troca térmica entre essas duas correntes, assim troca térmica entre essas duas correntes, assim criando o que se chama de “ar de torre”;criando o que se chama de “ar de torre”;

• Basicamente a estrutura de uma torre de Basicamente a estrutura de uma torre de resfriamento é uma caixa;resfriamento é uma caixa;

• sendo o material de construção mecânica deste sendo o material de construção mecânica deste componente deve ter características mecânicas componente deve ter características mecânicas específicas, tais como:específicas, tais como:

• Baixo coeficiente de condutibilidade térmica;Baixo coeficiente de condutibilidade térmica;

Page 105: Curso Torre Resfriamento

Componentes: EstruturaComponentes: Estrutura

• Resistência mecânica;Resistência mecânica;• Resistência à corrosão;Resistência à corrosão;• Estabilidades química;Estabilidades química;• Os materiais mais comuns utilizados são: Os materiais mais comuns utilizados são:

Madeira, Aço, Concreto e Fibra-de-vidroMadeira, Aço, Concreto e Fibra-de-vidro;;

Page 106: Curso Torre Resfriamento

Componentes: Entradas de Componentes: Entradas de ArAr

• A entrada de ar, geralmente se A entrada de ar, geralmente se compõe de persianas com angulação compõe de persianas com angulação média de 12º com o chão, por onde média de 12º com o chão, por onde deve ocorrer a passagem livre de ar. deve ocorrer a passagem livre de ar. O espaçamento entre cada aleta da O espaçamento entre cada aleta da persiana deve ser o ideal para que persiana deve ser o ideal para que não ocorra acúmulo de algas e não ocorra acúmulo de algas e vegetação que se prolifere e a vegetação que se prolifere e a entrada de animais tais como entrada de animais tais como pássaros.pássaros.

Page 107: Curso Torre Resfriamento

Critérios para localização Critérios para localização

• A localização é de extrema importância, A localização é de extrema importância, pois o ambiente influí muito no pois o ambiente influí muito no desempenho da torre, devendo-se levar desempenho da torre, devendo-se levar em consideração:em consideração:

• As características do processo de refino ;As características do processo de refino ;• O espaço disponível para sua localização;O espaço disponível para sua localização;• Questão ambiental;Questão ambiental;• Fatores estéticos;Fatores estéticos;• Fatores sociais .Fatores sociais .

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Dúvidas?????Dúvidas?????

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Aula 3Aula 3

1 Controle de uma torre1 Controle de uma torre

2 Parâmetros de Qualidade de AR2 Parâmetros de Qualidade de AR

2.1 Balanço de Material2.1 Balanço de Material

2.2 Ciclos de Concentração2.2 Ciclos de Concentração

2.3 Fatores Externos2.3 Fatores Externos

2.4 Controle Analítico;2.4 Controle Analítico;

2.5 Padrões de Qualidade de 2.5 Padrões de Qualidade de ARAR

Page 110: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

• A torre de resfriamento é um A torre de resfriamento é um equipamento industrial que como vimos equipamento industrial que como vimos engloba outros equipamentos em seu engloba outros equipamentos em seu conjunto e entorno, tais como conjunto e entorno, tais como ventiladores e bombas;ventiladores e bombas;

• O controle corretos das grandezas de O controle corretos das grandezas de funcionamento determina como será o funcionamento determina como será o comportamento de resfriamento;comportamento de resfriamento;

• O controle de uma torre de resfriamento O controle de uma torre de resfriamento esbarra nos seguintes fatores:esbarra nos seguintes fatores:

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Controle de uma torreControle de uma torre

a)a) Controle de Operação e ParadaControle de Operação e Parada::- Relacionado com como se liga e desliga;Relacionado com como se liga e desliga;- Uma torre deve ser ligada toda vez que a água Uma torre deve ser ligada toda vez que a água

de refrigeração (AR) não estiver circulando em de refrigeração (AR) não estiver circulando em sua temperatura nominal de serviço;sua temperatura nominal de serviço;

- O controle de liga e desliga está relacionado aos O controle de liga e desliga está relacionado aos sistemas de bombeamento e ventilação, sendo sistemas de bombeamento e ventilação, sendo que o primeiro deve sempre esta ligado;que o primeiro deve sempre esta ligado;

- Assim deverá haver uma perfeita interface entre Assim deverá haver uma perfeita interface entre os dados de temperatura de AR e condições os dados de temperatura de AR e condições ambientais para saber quando a torre deve ser ambientais para saber quando a torre deve ser utilizada;utilizada;

- Um controle elétrico deverá fazer o serviço de Um controle elétrico deverá fazer o serviço de ligar ou não a torre através de um circuito ligar ou não a torre através de um circuito controlador;controlador;

Page 112: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

b)b) Controle de Capacidade:Controle de Capacidade:- O controle de capacidade é a mesma coisa O controle de capacidade é a mesma coisa

que controle da temperatura da água que controle da temperatura da água condensada (água da bacia) via controle do condensada (água da bacia) via controle do fluxo de ar.;fluxo de ar.;

- A temperatura de AR na linha de pressão irá A temperatura de AR na linha de pressão irá cair se a carga de resfriamento imposta pelos cair se a carga de resfriamento imposta pelos trocadores de calor cair, como indicado por trocadores de calor cair, como indicado por uma queda na temperatura de AR no retorno uma queda na temperatura de AR no retorno e ou quando a temperatura ambiente abaixar;e ou quando a temperatura ambiente abaixar;

- Para que a AR não fique com uma Para que a AR não fique com uma temperatura muito baixa a capacidade (de temperatura muito baixa a capacidade (de resfriamento) da torre deve ser reduzida.resfriamento) da torre deve ser reduzida.

Page 113: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

b.b. 1 - Ciclo de Ventilação1 - Ciclo de Ventilação::- O controle de temperatura da água na bacia é O controle de temperatura da água na bacia é

feito basicamente pela variação da velocidade do feito basicamente pela variação da velocidade do escoamento do ar dentro da torre;escoamento do ar dentro da torre;

- Um controle liga e desliga dos ventiladores se faz Um controle liga e desliga dos ventiladores se faz necessário para não permitir que a temperatura necessário para não permitir que a temperatura exceda o limite;exceda o limite;

- Primeiramente valores limites de temperatura Primeiramente valores limites de temperatura devem ser estabelecidos, e dentro destes limites devem ser estabelecidos, e dentro destes limites deve haver diferenciais para estabelecer o ponto deve haver diferenciais para estabelecer o ponto de liga e desliga do ventilador;de liga e desliga do ventilador;

- É importantíssimo que se escolha um diferencial É importantíssimo que se escolha um diferencial de temperatura razoável, pois o processo de de temperatura razoável, pois o processo de resfriamento demanda tempo, assim diferenciais resfriamento demanda tempo, assim diferenciais muito altos não permitiram que a água seja muito altos não permitiram que a água seja resfriada a tempo resfriada a tempo

Page 114: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

Page 115: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

b.b. 2 - Controle de Velocidade do Ventilador2 - Controle de Velocidade do Ventilador::- Pode-se utilizar o controle de ventilação variável Pode-se utilizar o controle de ventilação variável

e proporcional através de variação de abertura e proporcional através de variação de abertura das entradas de ar, ventiladores com inclinação das entradas de ar, ventiladores com inclinação de pás variável ou então o controle de de pás variável ou então o controle de velocidade do ventilador;velocidade do ventilador;

- O controle de abertura da entrada de ar é pouco O controle de abertura da entrada de ar é pouco usado ;usado ;

- Os ventiladores com ângulos de pá variáveis Os ventiladores com ângulos de pá variáveis possuí um histórico pobre na aplicação em torres possuí um histórico pobre na aplicação em torres de resfriamento (maiores custos e dificuldade de de resfriamento (maiores custos e dificuldade de estabelecer a configuração das pás);estabelecer a configuração das pás);

- A variação de velocidade através de inversores A variação de velocidade através de inversores de freqüência para motores elétricos é a mais de freqüência para motores elétricos é a mais utilizada;utilizada;

Page 116: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre- Como a maioria dos ventiladores das torres são Como a maioria dos ventiladores das torres são

acionados por motores elétricos e como se sabe a acionados por motores elétricos e como se sabe a freqüência da corrente elétrica é o parâmetro que freqüência da corrente elétrica é o parâmetro que determina a rotação síncrona dos motores de determina a rotação síncrona dos motores de indução;indução;

- Um controle proporcional da temperatura da AR;Um controle proporcional da temperatura da AR;- Este tipo de controle só é possível através de Este tipo de controle só é possível através de

controladores automatizados;controladores automatizados;- Novamente os limites de temperatura e os Novamente os limites de temperatura e os

diferencias devem ser bem escolhidos para que diferencias devem ser bem escolhidos para que não haja excessivo consumo de energia nos não haja excessivo consumo de energia nos motores. motores.

- O único problema da utilização desta técnica está O único problema da utilização desta técnica está contido nos custos de instalação dos inversores contido nos custos de instalação dos inversores de freqüência de freqüência

Page 117: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

• Problemas da utilização dos inversores de Problemas da utilização dos inversores de freqüência:freqüência:

- Evitar operar o ventilador em sua velocidade Evitar operar o ventilador em sua velocidade crítica ou muito perto dela;crítica ou muito perto dela;

- Tomar extremo cuidado ao aplicar inversores de Tomar extremo cuidado ao aplicar inversores de freqüência em motores cuja transmissão de freqüência em motores cuja transmissão de potência seja feita por engrenagens;potência seja feita por engrenagens;

- A economia de energia ocasionada pelo inversor A economia de energia ocasionada pelo inversor de freqüência só superará o controle de duas de freqüência só superará o controle de duas velocidades (alta e baixa velocidade) quando o velocidades (alta e baixa velocidade) quando o motor tiver potência nominal acima de 40motor tiver potência nominal acima de 40CV;CV;

- Os inversores devem ter ligação by-pass Os inversores devem ter ligação by-pass (manual ou automático) para que a torre seja (manual ou automático) para que a torre seja operada mesmo que o inversor falhe operada mesmo que o inversor falhe

Page 118: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

b.b. 3 - Plataforma da torre:3 - Plataforma da torre:- Em torre com múltiplas células onde a bacia é Em torre com múltiplas células onde a bacia é

comum para todas as células o controle de comum para todas as células o controle de capacidade é uma combinação entre o capacidade é uma combinação entre o controle de vazão de água e do ciclo de controle de vazão de água e do ciclo de ventilação;ventilação;

- Em cargas de refrigeração leves maximizar as Em cargas de refrigeração leves maximizar as superfícies de troca térmica antes de ligar um superfícies de troca térmica antes de ligar um ventilador é energeticamente mais eficiente;ventilador é energeticamente mais eficiente;

- Quando múltiplas torres ou torres multicélulas Quando múltiplas torres ou torres multicélulas utilizam controle de capacidade de 2 utilizam controle de capacidade de 2 velocidades é mais energeticamente eficiente velocidades é mais energeticamente eficiente operar todas as células em baixa velocidade operar todas as células em baixa velocidade antes de mudar qualquer célula para alta antes de mudar qualquer célula para alta velocidade; velocidade;

Page 119: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torrec)c) Controle da Água de Reposição:Controle da Água de Reposição:- O controle de vazão da água de reposição é feito de O controle de vazão da água de reposição é feito de

acordo com o nível de água na bacia;acordo com o nível de água na bacia;- Válvulas de flutuaçãoVálvulas de flutuação: São mecânicas e de simples : São mecânicas e de simples

operação. São compostas por um flutuador e uma operação. São compostas por um flutuador e uma válvula. O flutuador é inserido dentro da bacia, à medida válvula. O flutuador é inserido dentro da bacia, à medida que o nível de água baixa, a válvula é aberta permitindo que o nível de água baixa, a válvula é aberta permitindo a entrada da água;a entrada da água;

- Sensores elétricos de nívelSensores elétricos de nível: São os mais comuns : São os mais comuns aplicados e detectam quando a água está em seu nível aplicados e detectam quando a água está em seu nível máximo ou quando ela está em seu nível mínimo. máximo ou quando ela está em seu nível mínimo. Quando a água está em seu mínimo um sinal abre a Quando a água está em seu mínimo um sinal abre a válvula solenóide que permite com que a água de válvula solenóide que permite com que a água de reposição entre, e quando o nível chega ao seu máximo reposição entre, e quando o nível chega ao seu máximo outro sinal é enviado e o solenóide fecha a válvula. Em outro sinal é enviado e o solenóide fecha a válvula. Em caso de falha destes sensores uma válvula de flutuação caso de falha destes sensores uma válvula de flutuação pode ser instalada apenas para o período de pode ser instalada apenas para o período de manutenção como by-pass.manutenção como by-pass.

Page 120: Curso Torre Resfriamento

Controle de uma torreControle de uma torre

d)d) Controles de Segurança:Controles de Segurança:- Como vimos acima o nível de água é um Como vimos acima o nível de água é um

controle importantíssimo, assim sendo os controle importantíssimo, assim sendo os sensores de nível devem estar conectados a sensores de nível devem estar conectados a alarmes de segurança que avisam o alarmes de segurança que avisam o responsável quanto a qualquer tipo de responsável quanto a qualquer tipo de problema;problema;

- O ponto mais crítico de uma torre é o sistema O ponto mais crítico de uma torre é o sistema de ventilação, ele ocasiona diversos problemas de ventilação, ele ocasiona diversos problemas mecânicos, principalmente aqueles mecânicos, principalmente aqueles relacionados a vibrações, sendo assim é relacionados a vibrações, sendo assim é importante que se instale sensores de vibração importante que se instale sensores de vibração na estrutura da torre para que não se na estrutura da torre para que não se ultrapasse um limite estabelecido;ultrapasse um limite estabelecido;

- A vibração mecânica pode causar quebra de A vibração mecânica pode causar quebra de estruturas mecânicas devido, principalmente, a estruturas mecânicas devido, principalmente, a fadiga.fadiga.

Page 121: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de ARAR

• O desempenho do resfriamento de uma torre de O desempenho do resfriamento de uma torre de resfriamento é governado pela razão entre as massas resfriamento é governado pela razão entre as massas de ar e água e pelo tempo de contato entre elas;de ar e água e pelo tempo de contato entre elas;

• O tipo de sistema mais comum utilizado em uma torre O tipo de sistema mais comum utilizado em uma torre de resfriamento é o de circuito aberto com de resfriamento é o de circuito aberto com recirculação de água de tiragem forçada, fluxo recirculação de água de tiragem forçada, fluxo cruzado em contracorrente;cruzado em contracorrente;

• Neste tipo de torre há sempre uma perda de Neste tipo de torre há sempre uma perda de evaporação, purga, e uma adição de reposição;evaporação, purga, e uma adição de reposição;

• Qualquer água introduzida em um sistema de Qualquer água introduzida em um sistema de resfriamento deve ser tratada para se prevenir resfriamento deve ser tratada para se prevenir corrosão, incrustações e crescimento microbiológico;corrosão, incrustações e crescimento microbiológico;

• Para se ter controle nestes problemas deve-se manter Para se ter controle nestes problemas deve-se manter constante monitoramento entre três pontos de constante monitoramento entre três pontos de passagem de água na torre são eles: água circulante passagem de água na torre são eles: água circulante (bacia), água de reposição, e água de purga. (bacia), água de reposição, e água de purga.

Page 122: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de Material AR: Balanço de Material

• Uma torre de resfriamento processa a Uma torre de resfriamento processa a queda de temperatura através do queda de temperatura através do resfriamento evaporativo;resfriamento evaporativo;

• O balanço de material passa O balanço de material passa necessariamente por um balanço necessariamente por um balanço volumétrico e outro iônico;volumétrico e outro iônico;

• Aqui se explica o balanço de Aqui se explica o balanço de materiais proposto por Dantas materiais proposto por Dantas (1998);(1998);

Page 123: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

Vazões envolvidas emVazões envolvidas emh

m3

sistemanoáguadetotalvolumeV

ãoconcentraçdecicloC

purgaP

arrasteporperdaR

evaporaçãoE

reposiçãodeáguaA

Page 124: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

Concentrações iônicas envolvidas:Concentrações iônicas envolvidas:

circulaçãonaiônicaãoconcentraçC

spurgasnaiônicaãoconcentraçC

arrastenoiônicaãoconcentraçC

evaporaçãonaiônicaãoconcentraçC

reposiçãodeáguanaiônicaãoconcentraçC

C

P

R

E

A

)()(

Page 125: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

• Na torres de resfriamento todo calor absorvido Na torres de resfriamento todo calor absorvido pela AR nos processos é dissipado na forma de pela AR nos processos é dissipado na forma de calor latente (evaporação) e sensível;calor latente (evaporação) e sensível;

• . A parcela latente representa 90% da dissipação;. A parcela latente representa 90% da dissipação;• A avaliação detalhada desta dinâmica produz um A avaliação detalhada desta dinâmica produz um

retrato que nos permite identificar soluções para retrato que nos permite identificar soluções para reduzir o consumo de água. A evaporação da água reduzir o consumo de água. A evaporação da água circulante depende dos seguintes fatores:circulante depende dos seguintes fatores:

• a) Diferencial de temperatura;a) Diferencial de temperatura;• b) Umidade relativa do ar;b) Umidade relativa do ar;• c) Grau de aproximação entre a Temperatura da c) Grau de aproximação entre a Temperatura da

água e a temperatura do bulbo úmido.água e a temperatura do bulbo úmido.

Page 126: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

As perdas por evaporação podem ser As perdas por evaporação podem ser aproximadas pela fórmula abaixo:aproximadas pela fórmula abaixo:

Equação básica do balanço de Equação básica do balanço de material material

vazãoQ

atemperaturdeldiferenciaT

ondeQT

E

:)1(

100

..185,0%

2PREA

Page 127: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

Considerando as concentrações Considerando as concentrações salinassalinas

Como a concentração salina no vapor Como a concentração salina no vapor é nula é nula e as concentrações no e as concentrações no arraste e na purga são iguaisarraste e na purga são iguaispodemos considerar que ambas são podemos considerar que ambas são águas de concentração do sistema águas de concentração do sistema

3.... PREA CPCRCECA

0EC

PR CC

SPR CCC

4.. SA CPRCA

Page 128: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

Quando o sistema entre em equilíbrio as Quando o sistema entre em equilíbrio as quantidades de sais dissolvidos que quantidades de sais dissolvidos que entram pela água de alimentação são entram pela água de alimentação são iguais às removidas pelos respingos:iguais às removidas pelos respingos:

Essa constante é denominada ciclo de Essa constante é denominada ciclo de concentração, isto é, o número de vezes concentração, isto é, o número de vezes que a água de reposição de concentrou que a água de reposição de concentrou no sistema. no sistema.

5KC

C

A

S

Page 129: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

O ciclo também pode ser calculado pela O ciclo também pode ser calculado pela fórmula:fórmula:

Para se limitar o ciclo de concentração Para se limitar o ciclo de concentração utilizando purgas, podemos calcular utilizando purgas, podemos calcular estas desde que conhecendo os valores estas desde que conhecendo os valores de arraste e evaporação:de arraste e evaporação:

1

RP

EK

61

RK

EP

Page 130: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de Parâmetros de Qualidade de AR: Balanço de MaterialAR: Balanço de Material

Assim a reposição também pode Assim a reposição também pode ser calculada:ser calculada:

E finalmente os respingos podem E finalmente os respingos podem ser calculados:ser calculados:

71

.

K

KEA

PEAR

Page 131: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de AR: Parâmetros de Qualidade de AR: Cálculo da taxa de Cálculo da taxa de

concentraçãoconcentração Como as mudanças no sistema de Como as mudanças no sistema de

refrigeração ocorrem continuamente, refrigeração ocorrem continuamente, para avaliarmos a concentração de certo para avaliarmos a concentração de certo íon dentro dele devemos resolver a íon dentro dele devemos resolver a seguinte equação:seguinte equação:

hmreposiçãoA

hmsistmadototalpurgaP

ppmsistemanoíondeãoconcentraçC

msistemanoáguadetotalvolumeV

ppmíondopesoW

ondeCACPCVW I

3

3

3

:...

Page 132: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de AR: Parâmetros de Qualidade de AR: Cálculo do tempo de Cálculo do tempo de

retençãoretenção Demonstra o tempo que determinado Demonstra o tempo que determinado

componente permanece no sistema componente permanece no sistema provocando a degradação do sistema ou provocando a degradação do sistema ou então aumentando a concentração salina então aumentando a concentração salina e sólidos suspensos que interferem no e sólidos suspensos que interferem no tratamento.tratamento.

hmsistmadototalpurgaP

msistemanoáguadetotalvolumeV

ondehP

VTr

3

3

:

Page 133: Curso Torre Resfriamento

Parâmetros de Qualidade de AR: Parâmetros de Qualidade de AR: Cálculo do tempo de cicloCálculo do tempo de ciclo

Tempo necessário para que uma Tempo necessário para que uma partícula teórica dê uma volta partícula teórica dê uma volta completa no sistema.completa no sistema.

hVazão

VolumeTC .

60.

Page 134: Curso Torre Resfriamento

Ciclos de Concentração Ciclos de Concentração

Ciclo de concentração é o termo Ciclo de concentração é o termo utilizado para representar a utilizado para representar a concentração de certos concentração de certos componentes na água de componentes na água de recirculação e na de reposição recirculação e na de reposição

Maximizando K, Maximizando K, minimiza o consumo da água de minimiza o consumo da água de reposição reposição

1

.

K

KER

Page 135: Curso Torre Resfriamento

Ciclos de ConcentraçãoCiclos de Concentração• O ponto ideal para Ciclo de Concentração O ponto ideal para Ciclo de Concentração

tem se mostrado na faixa de 6 a 7 ciclos;tem se mostrado na faixa de 6 a 7 ciclos;• Com o objetivo de trabalhar com ciclos Com o objetivo de trabalhar com ciclos

maiores, muitas vezes é necessária a adição maiores, muitas vezes é necessária a adição de ácidos para o controle do pH;de ácidos para o controle do pH;

• Quando aumenta o pH, a tendência é de Quando aumenta o pH, a tendência é de haver maior deposição, a água de haver maior deposição, a água de recirculação fica mais concentrada, a recirculação fica mais concentrada, a alcalinidade aumenta com ciclos 8 a 8,5 o pH alcalinidade aumenta com ciclos 8 a 8,5 o pH se equilibra;se equilibra;

• o controle do ciclo de concentração pode o controle do ciclo de concentração pode reduzir custos de Tratamentos de água;reduzir custos de Tratamentos de água;

• O efetivo controle do pH e da corrosão, são O efetivo controle do pH e da corrosão, são dependentes do controle da purga dependentes do controle da purga

Page 136: Curso Torre Resfriamento

Ciclos de ConcentraçãoCiclos de Concentração• O ciclo de concentração é controlado por: O ciclo de concentração é controlado por: • Análise de água de reposição para Análise de água de reposição para

determinar os níveis de concentração de determinar os níveis de concentração de parâmetros introduzidos;parâmetros introduzidos;

• Decidir os níveis toleráveis de Decidir os níveis toleráveis de concentração de parâmetros.concentração de parâmetros.

• Acrescentar alguns.Acrescentar alguns.• Reduzir a purga.Reduzir a purga.• Manter o ciclo constante.Manter o ciclo constante.• Na prática utilizam-se os seguintes Na prática utilizam-se os seguintes

parâmetros como referencia: Cloretos, parâmetros como referencia: Cloretos, Dureza, TDS, SílicaDureza, TDS, Sílica;;

Page 137: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas Conseqüências Conseqüências

a)a) Corrosão:Corrosão: - Corrosão é um ataque da água Corrosão é um ataque da água

ao metal;ao metal;- A corrosão vai diminuindo a A corrosão vai diminuindo a

resistência do metal;resistência do metal;- da corrosão vai depender dos da corrosão vai depender dos

seguintes fatores: temperatura, seguintes fatores: temperatura, velocidade, pH, sais e metal a velocidade, pH, sais e metal a ser corroído;ser corroído;

Page 138: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas ConseqüênciasConseqüências

a)a) Corrosão:Corrosão: • Conseqüências: Conseqüências: - Redução da eficiência operacional dos trocadores;Redução da eficiência operacional dos trocadores;- Aumento de perda de carga/redução da Aumento de perda de carga/redução da

vazão/elevação da pressão da bomba de vazão/elevação da pressão da bomba de recirculação;recirculação;

- Redução da vida útil dos trocadores de calor;Redução da vida útil dos trocadores de calor;- Entupimento dos tubos dos trocadores de calor.Entupimento dos tubos dos trocadores de calor.• Parâmetros de ControleParâmetros de Controle: sólidos totais dissolvidos, : sólidos totais dissolvidos,

cianetos, sulfetos, amônia, pH, aldeídos, aminas, cianetos, sulfetos, amônia, pH, aldeídos, aminas, sais dissolvidos (cloretos, sulfatos), sais sais dissolvidos (cloretos, sulfatos), sais hidrolisáveis (sais de alumínio, ferro, magnésio, hidrolisáveis (sais de alumínio, ferro, magnésio, zinco), sais cuja parte iônica se hidrolisa, zinco), sais cuja parte iônica se hidrolisa, formando soluções básicas; aumento de pH formando soluções básicas; aumento de pH (fosfatos, carbonatos, silicatos), sulfetos, presença (fosfatos, carbonatos, silicatos), sulfetos, presença de cobre, sais de cálcio e magnésio (dureza), de cobre, sais de cálcio e magnésio (dureza), gases dissolvidos (O2, CO2 e H2S).gases dissolvidos (O2, CO2 e H2S).

Page 139: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas ConseqüênciasConseqüências

b)b) Deposição:Deposição:- As impurezas contidas na água podem As impurezas contidas na água podem

depositar-se e ficar presas nas tubulações, depositar-se e ficar presas nas tubulações, provocando as chamadas “incrustações”;provocando as chamadas “incrustações”;

- Os principais fatores causadores da deposição Os principais fatores causadores da deposição são: impurezas, como Cálcio, Magnésio, Ferro, são: impurezas, como Cálcio, Magnésio, Ferro, Sílica, Sólidos Suspensos (material biológico), Sílica, Sólidos Suspensos (material biológico), contaminantes de processo, tratamento contaminantes de processo, tratamento inadequado e ausência de tratamento;inadequado e ausência de tratamento;

- A deposição pode causar a redução do A deposição pode causar a redução do rendimento técnico, corrosão por deposição, rendimento técnico, corrosão por deposição, aumentos de custos e paradas não aumentos de custos e paradas não programadas, e diminuição da vida útil dos programadas, e diminuição da vida útil dos equipamentos;equipamentos;

- Parâmetros de Controle: Dureza Total, Dureza Parâmetros de Controle: Dureza Total, Dureza (Ca), Sílica, alcalinidade total, alumínio, (Ca), Sílica, alcalinidade total, alumínio, Silicatos, zinco, ferro, sais de magnésio, bário. Silicatos, zinco, ferro, sais de magnésio, bário.

Page 140: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas ConseqüênciasConseqüências

b)b) Deposição:Deposição:• Fatores que influenciam a taxa de Fatores que influenciam a taxa de

incrustação:incrustação:- TemperaturaTemperatura processo de precipitação processo de precipitação

acelera-se com o aumento da acelera-se com o aumento da temperatura;temperatura;

- Velocidade da água nos trocadores;Velocidade da água nos trocadores;- Qualidade de água de reposição e de Qualidade de água de reposição e de

resfriamento;resfriamento;- Condições operacionais (ciclo, tempo de Condições operacionais (ciclo, tempo de

retenção, etc).retenção, etc).- Tecnologia aplicada.Tecnologia aplicada.

Page 141: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas ConseqüênciasConseqüências

c)c) Arraste Excessivo:Arraste Excessivo: - O arraste excessivo está ligado O arraste excessivo está ligado

principalmente a problemas mecânicos;principalmente a problemas mecânicos;- Podem ser considerados como causas deste Podem ser considerados como causas deste

arraste, os danos nos separadores de arraste, os danos nos separadores de gotículas, vazão de recirculação muito alta, e gotículas, vazão de recirculação muito alta, e fluxo de ar na torre elevado;fluxo de ar na torre elevado;

- Os principais efeitos deste arraste são: Os principais efeitos deste arraste são: diminuição da eficiência térmica, aumento da diminuição da eficiência térmica, aumento da umidade para a região o que acelera o umidade para a região o que acelera o processo corrosivo externo, e favorecimento processo corrosivo externo, e favorecimento do crescimento microbiológico na parte do crescimento microbiológico na parte externa. externa.

Page 142: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas ConseqüênciasConseqüências

d)d) Contaminação Gasosa:Contaminação Gasosa:- Um condensador instalado próximo Um condensador instalado próximo

a chaminé ou forno absorve a a chaminé ou forno absorve a fuligem e o dióxido de carbono fuligem e o dióxido de carbono exauridos pelos mesmos;exauridos pelos mesmos;

- Essa contaminação aumenta o teor Essa contaminação aumenta o teor de sólidos suspensos e provoca uma de sólidos suspensos e provoca uma queda no pH da água de queda no pH da água de recirculação;recirculação;

- Vazamentos de amônia gasosa Vazamentos de amônia gasosa também são captados pelo exaustor, também são captados pelo exaustor, conferindo uma elevação no pH da conferindo uma elevação no pH da água de recirculaçãoágua de recirculação..

Page 143: Curso Torre Resfriamento

Fatores Externos e Suas Fatores Externos e Suas ConseqüênciasConseqüências

e)e) Crescimento Microbiológico:Crescimento Microbiológico:- Os microrganismos (algas, fungos e bactérias) Os microrganismos (algas, fungos e bactérias)

proliferam-se na água, principalmente, devido às proliferam-se na água, principalmente, devido às contaminações aéreas (material particulado) contaminações aéreas (material particulado) arrebatadas pelo exaustor;arrebatadas pelo exaustor;

- O material particulado serve como alimento;O material particulado serve como alimento;- Bacias expostas a luz a proliferação é grande;Bacias expostas a luz a proliferação é grande;- Os efeitos desse crescimento são: corrosão Os efeitos desse crescimento são: corrosão

microbiológica, mau cheiro, incrustação/deposição microbiológica, mau cheiro, incrustação/deposição volumosa, entupimento de tubulações, perda de volumosa, entupimento de tubulações, perda de eficiência, e redução da vida útil dos eficiência, e redução da vida útil dos equipamentos, crescimento de algas, limos e equipamentos, crescimento de algas, limos e fungos, formação de meio ácido, despolarização fungos, formação de meio ácido, despolarização por bactéria redutora de sulfato;por bactéria redutora de sulfato;

- Parâmetros de Controle: material orgânico, Parâmetros de Controle: material orgânico, nitratos, amônia, DBO, DQO, sulfatos (corrosão nitratos, amônia, DBO, DQO, sulfatos (corrosão microbiológica), turbidez, pH, alcalinidade. microbiológica), turbidez, pH, alcalinidade.

Page 144: Curso Torre Resfriamento

Controle AnalíticoControle Analítico• Para que se possa garantir a boa qualidade da Para que se possa garantir a boa qualidade da

água dos condensadores/torre, é necessária a água dos condensadores/torre, é necessária a realização de testes analíticos diários;realização de testes analíticos diários;

• À medida que a evaporação continua, a À medida que a evaporação continua, a concentração de sólidos totais na água concentração de sólidos totais na água aumenta e quando atinge o limite máximo de aumenta e quando atinge o limite máximo de solubilidade, ocorre formação de solubilidade, ocorre formação de depósito/incrustação;depósito/incrustação;

• O efeito da concentração pode ser impedido O efeito da concentração pode ser impedido com a descarga;com a descarga;

• E a variação de fluxo da descarga irá controlar E a variação de fluxo da descarga irá controlar o ciclo de concentração do condensador;o ciclo de concentração do condensador;

• Alguns parâmetros analíticos quando Alguns parâmetros analíticos quando controlados, permitem uma redução de purga e controlados, permitem uma redução de purga e principalmente reduzem as necessidades de principalmente reduzem as necessidades de tratamento químico mais intensivotratamento químico mais intensivo . .

Page 145: Curso Torre Resfriamento

Controle AnalíticoControle Analítico

• Parâmetros que devem ser observados:Parâmetros que devem ser observados:

• Turbidez;Turbidez;• pH;pH;• Alcalinidade;Alcalinidade;• Sílica;Sílica;• Cloretos;Cloretos;• Ferro Total;Ferro Total;• Fosfatos;Fosfatos;

• Sulfetos;Sulfetos;• Sólidos em Sólidos em

Suspensão;Suspensão;• Alumínio;Alumínio;• Dureza;Dureza;• TDSTDS• Óleos Graxos;Óleos Graxos;• Zinco;Zinco;

Page 146: Curso Torre Resfriamento

Controle AnalíticoControle Analítico

• As contaminações na água podem ser as As contaminações na água podem ser as seguintes:seguintes:

- Ferro;Ferro;- Cloro;Cloro;- AmôniaAmônia- Óleos e Graxas;Óleos e Graxas;- Contaminantes Orgânicos;Contaminantes Orgânicos;- Sólidos Suspensos;Sólidos Suspensos;- Ácidos.Ácidos.

Page 147: Curso Torre Resfriamento

Padrões de Qualidade de Padrões de Qualidade de Água Água

• Padrão de Qualidade Padrão de Qualidade recomendado para recomendado para Água de Resfriamento Água de Resfriamento e Geração de Vapor:e Geração de Vapor:

• * Limites * Limites recomendados em recomendados em ppm, exceto para pH e ppm, exceto para pH e condutividade-que são condutividade-que são expressos em unidades expressos em unidades e µΩ, respectivamente.e µΩ, respectivamente.

• Fonte: UnniroyalFonte: Unniroyal

PARÃMETRO * PADRÃO

pH 7,0 - 8,8

Cloretos < 200

Alcalinidade Total <700

Dureza total < 200

Ferro Total < 3

Sílica < 180

Polifosfatos 10 - 20

Fosfonatos 10 – 20

Condutividade < 1500

Zinco Máximo 5

Page 148: Curso Torre Resfriamento

Padrões de Qualidade de Padrões de Qualidade de ÁguaÁgua

• Padrão de Qualidade Padrão de Qualidade recomendado para recomendado para Água de Resfriamento Água de Resfriamento e Geração de Vapor:e Geração de Vapor:

• *Limites *Limites recomendados em recomendados em mg/L, exceto para pH e mg/L, exceto para pH e turbidez, que são turbidez, que são expressos em unidades expressos em unidades e UT, respectivamente.e UT, respectivamente.

• Fonte: CROOK, 1996.Fonte: CROOK, 1996.

PARÂMETRO * PADRÃO

Cloretos 500

Sólidos Dissolvidos Totais 500

Dureza 650

Alcalinidade 350

pH 6,9 -9,0

DQO 75

Sólidos Suspensos Totais 100

Turbidez 50

DBO 25

Compostos Orgânicos 1,0

Nitrogênio Amoniacal 1,0

Fosfato 4,0

Sílica 50

Alumínio 0,1

Cálcio 50

Magnésio 0,5

Bicarbonato 24

Sulfato 500

Page 149: Curso Torre Resfriamento

Padrões de Qualidade de Padrões de Qualidade de ÁguaÁgua

• Padrão de Qualidade Padrão de Qualidade recomendado para Água recomendado para Água de Reposição em de Reposição em sistemas de resfriamento sistemas de resfriamento com recirculação:com recirculação:

• *Limites recomendados *Limites recomendados em mg/L, exceto para pH em mg/L, exceto para pH e turbidez, que são e turbidez, que são expressos em unidades expressos em unidades e UT, respectivamente.e UT, respectivamente.

• Fonte: Goldstein et al Fonte: Goldstein et al (1979) – Todos os (1979) – Todos os padrões são limites padrões são limites máximos máximos

PARÂMETRO * PADRÃO

Cloretos 500

Sólidos Dissolvidos Totais

500

Dureza 650

Alcalinidade 350

pH 6,0 -9,0

DQO 75

Sólidos Suspensos Totais 50

Turbidez 100

DBO 25

Compostos Orgânicos 1,0

Nitrogênio Amoniacal 1,0

Fosfato 4,0

Sílica 50

Alumínio 0,1

Ferro 0,5

Manganês 0,5

Cálcio 50

Magnésio 0,5

Bicarbonatos 24

Sulfatos 200

Page 150: Curso Torre Resfriamento

Dúvidas????Dúvidas????

Page 151: Curso Torre Resfriamento

Aula 4Aula 4

1 Estudo do Desempenho1 Estudo do Desempenho

1.1 Torres de Contracorrente1.1 Torres de Contracorrente

1.2 Torres de Corrente Cruzada1.2 Torres de Corrente Cruzada

2 Efeitos Meteorológicos em uma Torre2 Efeitos Meteorológicos em uma Torre

Page 152: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Contracorrente Torres de Contracorrente

• Devem se considerar as seguintes Devem se considerar as seguintes hipóteses simplificadoras:hipóteses simplificadoras:

- As temperaturas, fluxos de ar e As temperaturas, fluxos de ar e entalpias de ar são constantes em entalpias de ar são constantes em toda área de uma seção horizontal toda área de uma seção horizontal da torre;da torre;

- O ar frio, na entrada da torre, está O ar frio, na entrada da torre, está saturado e na temperatura de saturado e na temperatura de bulbo úmido bulbo úmido

Page 153: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

A capacidade da torre é definida pela equação A capacidade da torre é definida pela equação abaixo apresentada por Liechtenstein, que abaixo apresentada por Liechtenstein, que corresponde a forma integral da equação de Merkel:corresponde a forma integral da equação de Merkel:

O balanço de energia envolvendo as correntes de água e O balanço de energia envolvendo as correntes de água e ar vem dado por:ar vem dado por:

1...

UQ

UF

t

t AU

L

hh

dtC

L

VaK

2... UFUQLBUAQ ttCLhhG

Page 154: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

1 Na equação (2) “L” é considerado 1 Na equação (2) “L” é considerado constante, sendo desprezada a constante, sendo desprezada a pequena parcela de água que pequena parcela de água que evapora;evapora;

2 2 = número de unidades de = número de unidades de transferência NTU;transferência NTU;

3 3 = faixa de resfriamento = faixa de resfriamento

L

VaK ..

UFUQ tt t

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Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

• Para se resolver a integral (1) dentro do Para se resolver a integral (1) dentro do intervalo de integração dada é comum que intervalo de integração dada é comum que se utilizem métodos gráficos ou numéricos;se utilizem métodos gráficos ou numéricos;

• O método mais comum que se utiliza é o O método mais comum que se utiliza é o método numérico de Tchebeychef que método numérico de Tchebeychef que considera os valores de . O CTI (Cooling considera os valores de . O CTI (Cooling Tower Institute) padronizou estes valores Tower Institute) padronizou estes valores para;para;

• O método numérico resulta na seguinte O método numérico resulta na seguinte equação:equação:

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Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

4.3...8,0

3.3...6,0

2.3...4,0

1.3...1,0

:31111

..4

..

4

3

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1

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LBUA

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AUAUAUAUL

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Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

Por sua vezPor sua vez correspondem às correspondem às entalpias do ar saturado nas temperaturas abaixo entalpias do ar saturado nas temperaturas abaixo respectivamente:respectivamente:

O NTU representa a capacidade de transferência de O NTU representa a capacidade de transferência de massa requerida da torre, para uma dada condição massa requerida da torre, para uma dada condição de operação. de operação.

4321 ,,, UUUU hhhh

4.4.8,0

3.4.6,0

2.4.4,0

1.4.1,0

4

3

2

1

ttt

ttt

ttt

ttt

UFU

UFU

UFU

UFU

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Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

Por outro lado o NTU efetivo de uma torre de Por outro lado o NTU efetivo de uma torre de contracorrente vem dado por:contracorrente vem dado por:

Constante característica do enchimento Constante característica do enchimento (adimensional)(adimensional)

Constante característica do enchimento Constante característica do enchimento (adimensional) geralmente n=0,6(adimensional) geralmente n=0,6

:5...

ondeG

LC

L

VaKn

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n

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Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

• Os valores do NTU calculados pela Os valores do NTU calculados pela equação (1), variando-se a relação (L/G) equação (1), variando-se a relação (L/G) constituem a curva de demanda de uma constituem a curva de demanda de uma torre, por sua vez os valores de NTU torre, por sua vez os valores de NTU obtidos pela equação (5) também obtidos pela equação (5) também variando (L/G) constituem a curva variando (L/G) constituem a curva característica da torre;característica da torre;

• O ponto de encontro entre esta duas O ponto de encontro entre esta duas curvas é chamado de ponto de operação curvas é chamado de ponto de operação que seria obtido a partir dos valores de que seria obtido a partir dos valores de temperaturas de operação da torre. temperaturas de operação da torre.

Page 160: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

Page 161: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

1 – A curva anterior é plotada em escala 1 – A curva anterior é plotada em escala di-log;di-log;

2 – A curva de demanda costuma ser 2 – A curva de demanda costuma ser chamada também de curva de chamada também de curva de aproximação;aproximação;

• Na prática o sistema de distribuição de Na prática o sistema de distribuição de água e o espaço entre a bacia e o água e o espaço entre a bacia e o enchimento também participam da enchimento também participam da transferência de calor e massa, deste transferência de calor e massa, deste modo o NTU da torre deveria ser:modo o NTU da torre deveria ser: esextremidadenchimentototal NTUNTUNTU

Page 162: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de ContracorrenteTorres de Contracorrente

Para cada 10% de aumento na Para cada 10% de aumento na temperatura de água quente na entrada temperatura de água quente na entrada da torre causa uma redução de 2 a 3,6% da torre causa uma redução de 2 a 3,6% no NTU da torre:no NTU da torre:

A equação abaixo permite se calcular a A equação abaixo permite se calcular a variação de NTU para a variação da variação de NTU para a variação da altura do enchimento Y:altura do enchimento Y:

n

UN G

LYC

L

VaK

..

..

Page 163: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes Cruzadas Torres de Correntes Cruzadas

• Ao contrário das torres de contracorrente, Ao contrário das torres de contracorrente, nas torres de corrente cruzada as nas torres de corrente cruzada as condições de vazões, temperaturas e condições de vazões, temperaturas e entalpias não são uniformes ao longo de entalpias não são uniformes ao longo de uma seção horizontal da torre. Adota-se as uma seção horizontal da torre. Adota-se as seguintes simplificações:seguintes simplificações:

• A água é distribuída uniformemente pela A água é distribuída uniformemente pela superfície superior do enchimento;superfície superior do enchimento;

• O ar é distribuído uniformemente pela O ar é distribuído uniformemente pela superfície lateral da torre, fluindo superfície lateral da torre, fluindo horizontalmente através do enchimento;horizontalmente através do enchimento;

• O ar frio, na entrada da torre, está saturado O ar frio, na entrada da torre, está saturado e na temperatura de bulbo úmido.e na temperatura de bulbo úmido.

Page 164: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

• 1 – Na maioria das torres de correntes 1 – Na maioria das torres de correntes cruzadas o enchimento é disposto de forma a cruzadas o enchimento é disposto de forma a se ter entradas de ar em ambos os lados;se ter entradas de ar em ambos os lados;

• 2 – Do mesmo modo que nas torres de 2 – Do mesmo modo que nas torres de contracorrente são também aplicáveis os contracorrente são também aplicáveis os princípios estabelecidos pela teoria de princípios estabelecidos pela teoria de Merkel. Neste caso, porém a solução é Merkel. Neste caso, porém a solução é bidimensional, uma vez que os fluxos de ar e bidimensional, uma vez que os fluxos de ar e água não estão na mesma direção. Os água não estão na mesma direção. Os cálculos são baseados na metodologia cálculos são baseados na metodologia desenvolvida por Zivi e Brad que consiste na desenvolvida por Zivi e Brad que consiste na determinação das propriedades ponto a determinação das propriedades ponto a ponto no interior da torre.ponto no interior da torre.

Page 165: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

Os pontos são os constituintes de malha abaixo:Os pontos são os constituintes de malha abaixo:

Page 166: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas O tamanho da malha adimensional O tamanho da malha adimensional

é dado pelos seguintes valores é dado pelos seguintes valores

2.1..

1.1..

L

aKYy

G

aKXx

Page 167: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas Valores de contorno do problemaValores de contorno do problema

Ao longo do eixo X (j=0):Ao longo do eixo X (j=0): e e

Ao longo do eixo Y (i=0): Ao longo do eixo Y (i=0):

UQiU tt 0,

UQiU hh 0,

BUjA hh ,0

Page 168: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

Calcular os pontos nos limites da torre:Calcular os pontos nos limites da torre:

Como o valor paraComo o valor para da equação (2.2) da equação (2.2) não é conhecido o cálculo é feito por não é conhecido o cálculo é feito por aproximação através de iterações.aproximação através de iterações.

1.221

.2.2.

:0

0,10,10, x

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j

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2.2.2..2

:0

,01,01,0,0 BUjUjULjUjU hhhCxtt

i

jUh ,0

Page 169: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

Calcular os pontos no interior da Calcular os pontos no interior da torre:torre:

Também neste caso os valores de Também neste caso os valores de e e não são conhecidos tendo não são conhecidos tendo

que se usar o método iterativo de que se usar o método iterativo de aproximaçãoaproximação

2.3.2

1.3..2

1,,,1,,11,

1,,,1,1,,

jiAjiAjiUjiUjAjiA

jiAjiAjiUjiULjiUjiU

hhhhxhh

hhhhCxtt

jiAh ,

jiUh ,

Page 170: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

• É importante ressaltar que estes cálculos É importante ressaltar que estes cálculos devem ser feitos com auxílio de um devem ser feitos com auxílio de um computador;computador;

• O tamanho da malha é de fundamental O tamanho da malha é de fundamental importância na precisão dos resultados;importância na precisão dos resultados;

• Escolha tamanhos que não afetarão muito Escolha tamanhos que não afetarão muito na quantidade de cálculos envolvidos, na quantidade de cálculos envolvidos, aumentando assim demais o tempo de aumentando assim demais o tempo de cálculo;cálculo;

• Hoje em dia valore de malha entre 0,1 e Hoje em dia valore de malha entre 0,1 e 0,2 devem ser adotados, pois os 0,2 devem ser adotados, pois os computadores quase não têm mais limites computadores quase não têm mais limites de processamento.de processamento.

Page 171: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

A curva de demanda vem dada por:A curva de demanda vem dada por:

Para efeito prático no dimensionamento e Para efeito prático no dimensionamento e avaliação da torre o que interessa é a avaliação da torre o que interessa é a temperatura média da água em uma linha temperatura média da água em uma linha horizontal da malha.horizontal da malha.

Assim a capacidade efetiva da torre vem dada Assim a capacidade efetiva da torre vem dada por:por:

6

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Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

Page 173: Curso Torre Resfriamento

Estudo do Desempenho: Estudo do Desempenho: Torres de Correntes CruzadasTorres de Correntes Cruzadas

A equação abaixo nos permite calcular a variação A equação abaixo nos permite calcular a variação da capacidade da torre em função da variação da da capacidade da torre em função da variação da altura e largura do enchimento:altura e largura do enchimento:

Da mesma forma que ocorre nas torres de Da mesma forma que ocorre nas torres de correntes cruzadas na medida em que a correntes cruzadas na medida em que a temperatura da água quente na entrada temperatura da água quente na entrada aumenta 10ºC a perda de capacidade varia entre aumenta 10ºC a perda de capacidade varia entre 5 a 9%.5 a 9%.

n

T

T

n

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L

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XYC

L

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...

..

Page 174: Curso Torre Resfriamento

Efeitos Meteorológicos Efeitos Meteorológicos • O desempenho de todos os tipos de torres de O desempenho de todos os tipos de torres de

resfriamento é afetado por mudança nas resfriamento é afetado por mudança nas condições climáticas;condições climáticas;

• Mudanças na temperatura ambiente, umidade Mudanças na temperatura ambiente, umidade relativa, ventos (direção e velocidade), inversões relativa, ventos (direção e velocidade), inversões térmicas, precipitações (chuva e neve) e radiação térmicas, precipitações (chuva e neve) e radiação solar tem maior ou menor grau de influência;solar tem maior ou menor grau de influência;

• A influencia do vento e das inversões é bem A influencia do vento e das inversões é bem complexa de se estabelecer e necessita de um complexa de se estabelecer e necessita de um estudo mais aprofundado;estudo mais aprofundado;

• A chuva tende a reduzir a temperatura de bulbo A chuva tende a reduzir a temperatura de bulbo seco a valores próximos da temperatura de bulbo seco a valores próximos da temperatura de bulbo úmido, mas geralmente os efeitos no úmido, mas geralmente os efeitos no desempenho tanto para chuva quanto para neve desempenho tanto para chuva quanto para neve são muito reduzidos são muito reduzidos

Page 175: Curso Torre Resfriamento

Efeitos MeteorológicosEfeitos Meteorológicos• Se a torre operar ambientes com períodos de Se a torre operar ambientes com períodos de

temperatura atmosférica muito reduzida, o temperatura atmosférica muito reduzida, o congelamento da água de resfriamento pode congelamento da água de resfriamento pode levar a sérios problemas estruturais e de levar a sérios problemas estruturais e de desempenho.desempenho.

• Muitos equipamentos e aditivos de água são Muitos equipamentos e aditivos de água são utilizados para se evitar o congelamento;utilizados para se evitar o congelamento;

• Em dias em que a radiação solar é máxima, ela Em dias em que a radiação solar é máxima, ela pode atingir a superfície de troca térmica por pode atingir a superfície de troca térmica por algum tempo, dependendo dos ângulos de algum tempo, dependendo dos ângulos de construção da torre, isso pode diminuir a taxa construção da torre, isso pode diminuir a taxa de rejeição de calor em algumas torres;de rejeição de calor em algumas torres;

• Os efeitos meteorológicos tem seu grau de Os efeitos meteorológicos tem seu grau de importância elevado a medida que a aplicação importância elevado a medida que a aplicação da torre requer mais cuidado da torre requer mais cuidado

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Efeitos MeteorológicosEfeitos Meteorológicos

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Efeitos MeteorológicosEfeitos Meteorológicos

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Efeitos MeteorológicosEfeitos Meteorológicos

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Dúvidas????Dúvidas????EE

Exercícios e ExemplosExercícios e Exemplos