Torre de Resfriamento de Água: Projeto e instalação de sucesso
São muitas as atividades industriais obrigadas a eliminar calor produzido e não reutilizável. As torres de resfriamento são a melhor e mais econômica solução. Para um projeto e instalação de sistema de refrigeração serem bem sucedidos são necessários três grupos de informações:
- Dados do processo: Quantidade de calor, vazão de água, temperatura da água quente e depois de resfriada;
- Dados das condições climáticas: Cada região possui um índice chamado bulbo húmido que influenciará todo projeto;
- Dados da operação: Área da torre, vazão de ar do ventilador, potência de acionamento, ruído, tratamento da água, hidráulica e acessórios.
Veja abaixo os detalhes de cada grupo de informações para se montar um projeto de resfriamento de água e sua instalação.
Dados do Processo
Quantidade de calor a ser dissipado (Q) em kcal/h
Relaciona-se com a vazão de água (Gw) e suas temperaturas de água quente (tw1) em °C e temperatura de água resfriada (tw2) em °C, através a fórmula Q = Gw x c x (tw1 – tw2) em kcal/h, onde c = 1, calor específico da água.
Devido a sua dependência das condições de resfriamento, a quantidade de calor não é um valor que por si só determina o tamanho de uma torre de resfriamento.
Vazão de água a ser resfriada (Gw) em m³/h
Uma otimização da vazão de água é necessária, uma vez que ela influencia sobremaneira o processo e os dados de operação de todo o processo. Basicamente existem as seguintes relações:
Vazão de água muito grande. Resulta:
- Alto consumo de energia de bombeamento;
- Baixo salto térmico, significando falta de utilização da reserva de capacidade da torre de resfriamento, ou seja, capacidade de evaporação.
Vazão de água muito pequena. Resulta:
- Pequeno valor para a aproximação ao bulbo húmido (approach), significando uma torre de resfriamento muito grande;
- Resulta em salto térmico muito grande, resultando em grandes trocadores de calor, consequência das temperaturas de processo.
Temperatura da água quente (tw1) em °C.
A temperatura da água quente é dependente direta do processo, por exemplo, da temperatura do produto a ser resfriado e de seu gradiente de temperatura. A temperatura da água resfriada tem que ser menor, que a temperatura mais baixa do produto a ser resfriado.
Em condições normais de operação a temperatura da água quente varia para o Brasil de 32 °C a 50 °C.
Alguns processos tem temperatura de água quente muito alta, cerca de 90 °C a 95 °C. Nestas condições deve-se atentar para os materiais que serão utilizados na construção da torre de resfriamento, no tocante a sua estabilidade mecânica a altas temperaturas. A maioria dos plásticos resistem até 55 °C. Através da utilização de um sistema de tubulação com recirculação de água, consegue-se baixar a temperatura da água quente. Veja figura abaixo:
Temperatura da água fria-resfriada (tw2) em °C.
A temperatura da água resfriada é o valor mais importante a ser considerado, levando-se em conta a determinação do tamanho da torre de resfriamento.
Quanto mais perto for a temperatura da água resfriada da temperatura de bulbo húmido, maior será a torre de resfriamento. Desta maneira deve o projetista observar a real necessidade de temperaturas muito baixas.
Salto térmico, z = tw1 – tw2 (°C).
O resfriamento da água, dentro de uma torre de resfriamento, é chamado de salto térmico. Então: Z = tw1-tw2.
O salto térmico ideal deve ser entre z = 5 a 30 °C, para se conseguir uma instalação segura e econômica. Para saltos térmicos menores que 5 °C a torre de resfriamento não é suficientemente utilizada, enquanto para z maior que 30 °C, pode acontecer da temperatura de água fria não ser atingida. A base para esta afirmação é o pouco tempo de contato água/ar dentro da torre, principalmente nas instalações modernas com torres compactas. Uma solução eficiente é a instalação de um sistema de “by-pass”, conforme figura acima e ou instalar 2 torres com mesmo tamanho com o gradiente total igual à soma dos gradientes de cada torre.
Aproximação ao bulbo húmido, do inglês approach (a) em (°C).
É a diferença de temperatura entre a água resfriada (tw2) e a temperatura de bulbo húmido (tf), denominada aproximação ao bulbo húmido, do inglês (approach). Tem influência direta no tamanho da torre de resfriamento.
Dados das condições climáticas do local
Temperatura de bulbo seco (tL) e humidade relativa do ar (phi).
A temperatura de bulbo seco do ar na região, bem como sua umidade relativa (phi), determinam as condições do ar atmosférico. Diagramas psicométricos mostram a relação entre os valores mencionados.
Temperatura de bulbo úmido, (tf) em °C.
É específica para cada região e são mencionadas em tabelas. As autoridades aeroportuárias medem os valores de bulbo úmido constantemente. Para utilização da temperatura de bulbo húmido do local, considera-se a média das máximas temperaturas medidas para cada local nos meses de verão. Para efeito de projeto, deve-se considerar que estes valores podem ser ultrapassados em condições especiais em até 5% das horas do dia.
A seguir veja os valores de bulbos úmidos de algumas regiões em °C:
São Paulo – 24
Santos – 27
Campinas – 24
Vitória – 28
Belo Horizonte – 25
Uberlândia – 24
Rio de Janeiro – 27
Curitiba – 23,5
Londrina – 23,5
Foz do Iguaçu – 27
Florianópolis – 26
Joinville – 26
Porto Alegre – 27
Santa Maria – 25,5
Rio Grande – 26
Uruguaiana – 26
Brasília – 24
Goiânia – 26
Cuiabá – 27
Campo Grande – 25
Ponta Porã – 26
São Luiz – 28
João Pessoa – 28
Terezina – 28
Fortaleza – 26
Natal – 27
Recife – 26
Maceió – 27
Salvador - 26
Amapá – 27
Manaus – 29
Santarém – 29
Belém – 27
Alemanha – 16,5
Argentina – 22
USA – 19
Inglaterra – 14
Peru – 22
Venezuela – 27
Itália – 18
Chile – 20
Espanha – 19
Bolívia – 27
Dados de operação
Área ocupada pela torre de resfriamento
É função direta das condições de operação, ou seja, vazão de água e suas temperaturas. É importante o cliente informar as limitações de espaço. Uma torre de resfriamento não deve ter uma densidade da chuva, ou seja m³/m².h, maior que 30 m³/m².h para torres em contra corrente e 50 m³/m².h para torres de corrente cruzada.
Vazão de ar do ventilador da torre
Para o funcionamento da torre de resfriamento é necessário a movimentação de uma quantidade específica de ar através a torre. O fabricante da torre deve operar com velocidades do ar que provoquem pouco arraste de água e baixa perda de carga. A velocidade ideal é no intervalo de 2,5 até 3,5 m/s. Considerações de ruído e consumo de energia devem ser observados.
Perda de carga
É função da forma construtiva, janela de entrada de ar, etc. Cada tipo de enchimento tem uma perda de carga, medida em laboratório. Este valor tem importância no cálculo do motor de acionamento do ventilador.
Potência do motor de acionamento
A potência do ventilador é de suma importância pois determina o custo de operação do equipamento. Como valores indicativos, torres de funcionamento básico devem consumir de 0,5 a 0,7 kw/m² e as torres “aceleradas”, de 0,7 a 0,9 kw/m².
Tipos de torres de resfriamento
Diferentes pontos de vista determinam o tipo de construção de uma torre de resfriamento:
- - Tipo de ventilação, natural ou forçada;
- - Células redondas ou retangulares;
- - Em série ou em blocos;
- - Posição do ventilador, insuflando ou aspirando;
- - Contra corrente ou corrente cruzada;
Para as condições climáticas brasileiras, torres de ventilação natural são pouco usadas, preferindo-se as de ventilação forçada. A grande maioria das instalações, salvo algumas refinarias e na produção de açúcar e álcool, as torres instaladas são do tipo compactas, algumas redondas, maior parte em contra corrente e algumas em corrente cruzada.
Nível de ruído
Basicamente a Caravela - Thermotank, fabrica 3 tipos de torres de resfriamento:
Standard: nível de ruído de 85 db(A), medidos a 2 m de distância da torre;
Silencioso: nível de ruído de 78 db(A), medidos a 2 m de distância da torre;
Supersilencioso: nível de ruído de 72 db(A), medidos a 2 m de distância da torre;
Tratamento de água
Para uma vida longa e livre de manutenção para sua torre de resfriamento, não deixe de fazer um tratamento eficiente.
Inflamabilidade de torres de resfriamento - Perigo de incêndio.
Cuidado. Torres de resfriamento de água, pegam fogo, quando expostas a fonte de calor, tipo maçarico, chama aberta etc. As torres de resfriamento Caravela - Thermotank, podem ser construídas com materiais resistentes ao fogo. Em diversas categorias: Tipo V0, Tipo VI, Tipo V II. De acordo com a norma UL 9 4 – USA.
Circuitos hidráulicos
Bombas, válvula e tubulações. Devem ser dimensionados para comportar a vazão do sistema e a temperatura de trabalho.
Monitoramento do sistema
A Caravela Thermotank está habilitada a instalar quadros de comando completos, controlando bombas hidráulicas - vazões de água, ventiladores, temperaturas da água quente e resfriada, vibrações, qualidade da água e outros.
Acessórios
Escadas, guinchos, abafadores de ruídos e outros.
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