AULA 4 - maquinas termicas

Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 1

CAPÍTULO 3

TORRES DE RESFRIAMENTO

AULA 4

1- INTRODUÇÃO


Uma torre de resfriamento é um equipamento no qual a água é resfriada pela perda de calor latente, devido à vaporização.

Obviamente, um pouco de água é perdida como vapor, mas, como o calor latente de vaporização da água é elevado ( à pressão atmosférica cerca de 2380 KJ / kg ) , o efeito de refrigeração devido à evaporação de uma pequena quantidade de água é bastante compensador.

Os processos verificados em torres de refrigeração são de transferência de calor e de massa ( água vaporizada transferida para o ar ).

Uma torre é projetada de modo a se obter a máxima área de contato entre a água e o ar, de forma que, para cada nível de temperatura na torre, o equilíbrio entre a água e o ar saturado seja rapidamente atingido; ao mesmo tempo, a queda de pressão ao longo da torre deve ser pequena, o que requer a utilização de bicos sprays ( com o inconveniente de perdas de água por arrasto) ou de grandes camadas de enchimento, para transferência de massa.

2 - TIPOS DE TORRES

2.1 - Torre de tiragem natural

Neste tipo de torre, a movimentação do ar depende do “efeito chaminé”, o qual se dá por meio da diferença de densidade do ar que provoca a sua movimentação.

2.2 - Torre de resfriamento hiperbólica


São torres de tiragem natural com formato hiperbólico, usualmente construídas em concreto e de grandes capacidades.

Figura 3.1 - Torre de resfriamento de água hiperbólica

2.3 - Torre de resfriamento de água de tiragem mecânica

Nestas, a movimentação do ar é efetuada por intermédio de um ventilador. Quanto à localização do ventilador, são classificadas em:

2.3.1 - Forçada - quando o ventilador situa-se no lado da entrada do ar, portando “forçando” a passagem do ar pela torre (fig.3.2)


Figura 3.2 - Torre de resfriamento de água de tiragem forçada

2.3.2- Induzida - são assim chamadas aquelas nas quais o ventilador situa-se do lado de saída do ar, portanto “induzindo ou puxando” o ar pela torre.

Figura 3.3 - Torre de resfriamento de tiragem induzida


Quanto à direção relativa entre o ar e a água, as torres de tiragem mecânica podem ser do tipo:

2.3.3 - Corrente cruzada ( cross-flow) - são as torres nas quais a água em queda vertical é resfriada pelo ar em trajetória horizontal, conforme mostra a figura 3.4.

Figura 3.4 - Torre de tiragem mecânica de correntes cruzadas

2.3.4 - Contra-corrente ( counter flow) - São aquelas nas quais a água em queda vertical é resfriada pelo ar em trajetória vertical ascendente.

Figura 3.5 - Torre de resfriamento de tiragem mecânica do tipo contra-corrente

3 - DESEMPENHO DE TORRES


O desempenho global de uma torre de refrigeração pode ser expresso em termos de balanço de transferência de calor e massa na torre.

Entrada da torre Saída da torremassa Massa de ar + vapor d’água

Ma1 + Mva1

Massa de água Mag2

Massa de ar + vapor d’águaMa2 + Mva2

Massa de águaMag1

calor Calor sensível da águahag2 . Mag2

Calor sensível do ar secoha1 . Ma1

Entalpia do vapor dágua no ar que entra : hva1 . Mva1

Calor sensível da águahag2 . Mag1

Calor sensível do ar secoha2 . Ma2

Entalpia do vapor d’água noar que sai : hva2 . Ma2

Entalpia do vapor d’água evaporado na torrehva2 . Mva2 - hva1 . Mva1

Os índices 1 e 2 referem-se às posições no piso e no topo da torre de refrigeração, respectivamente.

Um balanço simplificado como o pretendido neste estudo ignora: partículas de água arrastadas pelo ar que deixa a torre variações de energia cinética e potencial calor perdido através das paredes da torre

O aluno poderá efetuar o balanço térmico seguindo o procedimento proposto no ítem 5.2 .

O desempenho de uma torre também é verificado através da medição da aproximação entre a temperatura da água resfriada e de bulbo úmido.

4 - NORMASRecomendamos a adoção dos padrões do C.T.I - Cooling Tower Institute - U.S.A, visto serem internacionalmente aceitos pelos fabricantes e usuários de torres de resfriamento. 5 - TRABALHO PRÁTICO


5.1 - Objetivo

Este trabalho tem por objetivo a avaliação do desempenho de uma torre de resfriamento, através do balanço térmico e da verificação de sua aproximação em relação à temperatura de bulbo úmido.

5.2 - Procedimento

a) construir balanços de massa e temperatura através da torre como um todo efetuando as seguintes medições:

tag2 tar s 2

. tar u 2

Vag2

topo da torre 2

base da torre 1

tag1

. tar s1

Vag1 tar u1

Determinar:


a) temperaturas da água (tag ) na entrada e na base da torre.

b) temperaturas de bulbo seco (tar s ) e de bulbo úmido (tar u ) do ar na entrada e saída (topo) da torre.

c) vazão volúmetrica do ar ( V ar

) , em ( m3 / s )

A vazão volumétrica do ar deverá ser determinada pelo produto: velocidade do ar (m/s) x área transversal (m2), sendo que a velocidade do ar será obtida pela média aritmética de pelo menos 06 medidas de velocidade do ar em pontos diferentes junto ao ponto correspondente à área transversal considerada (na entrada ou na saída de ar na torre).

d) vazão volumétrica da água (V ag

), em (m3 / s) , através de

rotâmetro existente na linha de entrada da água na torre.

O cálculo da vazão mássica da água (mag

) poderá ser feito

admitindo-se sua densidade igual a 1000 kg / m3.

e) determinar a vazão mássica do ar pela equação:

mV

var

ar

ar

onde:

mar

= vazão mássica do ar ( kg / s)

V ar

= vazão volumétrica do ar ( m3 / s)

var = volume específico do ar obtido na carta psicrométrica ou tabelas termodinâmicas.

Observe que, conhecendo-se t ar s e t ar u é possível, através da carta psicrométrica, obter os seguintes dados para o ar:

v = volume específico (m3/kg)w = massa de vapor d’água por unidade de massa de ar seco (umidade absoluta ) h = entalpia específica do ar úmido (kJ/kg)


= umidade relativa ( porcentagem de saturação)

f) determinar a vazão mássica para o vapor d’água:

mvap

1 = mar

x w1

mvap

2= mar

x w2

g) Calcular a perda de água por evaporação:

Perda de água = mvap

2 - mvap

1=

= mar

( w2 - w1 )

h) Energia ganha pelo ar = mar

( har2 - har1 )

i) Energia perdida pela água = mag

2. h ag2 - mag

1. h ag1

onde: h ag1 e hag2 são as entalpias da água a t1 e t2 .

e mag

1 = mag

2 - perdas por evaporação

j) comparar a energia ganha pelo ar com a energia perdida pela água.

k) concluir sobre a capacidade de refrigeração da torre

l) medir a “aproximação” da torre (igual a tag 1 - tar u 1 )

5.3 - Relatório

Emitir relatório apresentando os resultados obtidos no item 5.2.


6 - BIBLIOGRAFIA

6.1 - Processos de Transmissão de CalorDonald Q. KernEditora Guanabara

6.2 - Fenômenos de Transferência - Experiências de LaboratóriosKamal A. R. IsmailEditora Campus

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