Aula prática de umidificação

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
ÁREA DE CONHECIMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS
DISIPLINA: ENQ 0251A / OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA QUÍMICA III
CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA
PROFESSOR: MATHEUS POLETTO
HORÁRIO: 58-59
AULA PRÁTICA DE UMIDIFICAÇÃO
ALUNOS: GUSTAVO CABERLON, LAÍS PICOLI, PATRICH SANDRI E PATRÍCIA ADLER.
CAXIAS DO SUL, SETEMBRO DE 2017.
INTRODUÇÃO
	As torres de resfriamento são equipamentos utilizados para remoção de calor em fluidos industriais, como por exemplo: em plantas petroquímicas, o resfriamento é utilizado para controle de pressão nos evaporadores e condensadores das colunas de destilação. O líquido aquecido passa pelos processos industriais e é distribuído mediante aspersão na parte de cima da torre, e em contracorrente com ar frio, gerando evaporação da água, produzindo o fenômeno de resfriamento.
O tratamento de água em sistemas de resfriamento tem relação com processos industriais, afetando diretamente a eficácia da produção e vida útil dos equipamentos envolvidos.  A função do tratamento de água em torres de resfriamento é manter os trocadores de calor limpos de modo a obter uma troca térmica eficiente.
	Resumidamente, torres de resfriamento (Figura 1) são colunas de transferência de massa e de calor projetadas para proporcionar uma maior área de contato entre as duas correntes: água e ar. Em termos de insumo energético, a torre demandará potência para fazer escoar ar, sendo que o enchimento da torre é um elemento que introduz perda de carga; a água deverá ser bombeada até o ponto de aspersão.
Figura 1 - Esquema de Torre de Resfriamento
		O objetivo desta prática é de simular um processo de umidificação, em que ocorre o aumento da umidade de ar, a fim de demostrar uma real situação deste processo. Na umidificação, a transferência de massa e de calor ocorre no sentido da água para o ar, a qual é possível controlar a umidade de um ambiente além de refiar e recuperar água mediante o contato como ar de baixa pressão.
METODOLOGIA DO EXPERIMENTO
O sistema montado para a realização da prática consistia em uma torre com recheio de ---------- com entrada de ar na parte inferior e entrada de água na parte superior e a saída de ambos na posição contrária a entrada, conforme demonstra a Figura 2. A pressão de água foi regulada através de um rotâmetro, já o fluxo de ar não foi medido devido à ausência de equipamento. Na entrada na saída de ar, haviam dois termômetros, um de bulbo úmido e um de bulbo seco.
Figura 2 - Torre de resfriamento semelhante ao usado na prática.
Inicialmente foi verificado o nível de água dos termômetros de saída e de entrada dos bulbos úmidos, a qual foi manualmente umedecida. As passagens de ar e de água foram acionadas, regulando a vazão de água para aproximadamente 100 L/h; a vazão de ar foi estipulada sem que houvesse condições de medi-la tendo como parâmetro a não fluidização da sílica. Utilizou-se a sílica para remoção de impurezas e também para a redução da umidade do ar.
Após o sistema atingir o estado estacionário, realizaram-se as medições das temperaturas de entrada e saída da água, além das medidas de temperatura dos bulbos secos e úmidos.
As vazões de ar e água foram alteradas a fim de provocar a inundação da torre para observar o comportamento do fenômeno.
ANÁLISE DE DADOS
Resultados obtidos para as condições da água no experimento estão relacionadas na Tabela 1 e para o ar na Tabela 2. As condições de entalpia e umidades foram determinadas através da Carta Psicométrica (Figura 3) fornecida.
Com os valores de bulbo seco e úmido da entrada de ar da torre (linhas bordo), foi possível encontrar na carta psicométrica a entalpia (linha laranja) e a umidade absoluta (linha verde) para o ar nestas condições. A umidade relativa foi lida no ponto de amarração da carta, em que chegou a um valor de aproximadamente 79%. Vale ressaltar que a leitura das informações obtidas na carta psicométricas estão passíveis a terem uma pequena variação como valor real por ser um método gráfico, e por isso não apresentarem um resultado exato. 
 
Figura 3 - Carta Psicométrica Utilizada no Experimento
	TEMPERATURA DE ENTRADA 
	39°C
	TEMPERATURA DE SAÍDA 
	38°C
Tabela 1 - Parâmetros da água de alimentação
	TBS ENTRADA
	11°C
	TBU ENTRADA
	9°C
	TBS SAÍDA
	34°C
	TBU SAÍDA
	34°C
	ENTALPIA DE ENTRADA
	18 kJ/kg ar seco
	ENTALPIA DE SAÍDA
	-
	UMIDADE RELATIVA ENTRADA
	79%
	UMIDADE RELATIVA SAÍDA
	100%
	UMIDADE ABSOLUTA ENTRADA
	6,4 g mistura/kg ar seco
	UMIDADE ABSOLUTA SAÍDA
	-
Tabela 2 - Parâmetros do ar
Não foi possível verificar a entalpia e a umidade absoluta de saída do ar, pois a Carta Psicométrica (Figura 2) não apresentou-se adequada para os valores obtidos no experimento. Porém, sabe-se que a umidade relativa da saída é de 100% devido aos valores da temperatura de bulbo seco e úmido serem iguais.
O range (R) é a diferença de temperatura da água de alimentação (quente) e a da água de saída (fria). Já o Approach (A): é a diferença de temperatura da água na saída e da temperatura de bulbo úmido do ar na entrada. Ambas variáveis foram calculadas e apresentadas nas equações aseguir:
	A inundação da torre de resfriamento ocorre devido ao aumento da vazão de ar que dificulta o escoamento do fluxo de água, por meio do processo contracorrente. A inundação diminui a eficiência da transferência de massa e de calor, ocasionando uma baixa troca térmica.
	A torre de resfriamento tem como função o arrefecimento de fluidos industriais. A entrada de água quente ocorre no topo da torre e o fluxo de ar embaixo, por um processo contracorrente. Alguns parâmetros de funcionamento devem ser considerados para elaboração do projeto como: approach, range, vazão de água e ar e altura do recheio.
	Na indústria se encontra alguns tipos de torres de resfriamento, os mais comuns são:
a) torre de tiragem natural: o ar entra na torre por processo natural.
b) torre de tiragem mecânica forçada: o ar é forçado a entrar por meio de um ventilador posicionado na base.
c) torre de tiragem mecânica induzida: o ar é forçado a entrar por meio de um exaustor posicionado no topo.
CONCLUSÃO
A prática realizada proporcionou o entendimento do funcionamento de uma torre de resfriamento, bem como a necessidade do controle das variáveis (vazão, temperatura, rotação do exaustor) para uma melhor eficiência no processo, ou seja, proporcionar a melhor troca térmica possível.
Durante o experimento observou-se alguns detalhes a serem melhorados para a obtenção de resultados mais satisfatórios:
Implantação de um rotâmetro para o controle da vazão de ar;
Melhorar a localização da saída de ar com a possibilidade de um eliminador de gotas;
Dispersor na entrada de água a fim de melhorar a distribuição e troca térmica, evitando que a água escoe por um caminho preferencial,
Utilizar termômetros com maior precisão.
Para se obter uma maior eficiência de uma torre de resfriamento, é necessário um equilíbrio entre as vazões de entrada do ar e da água, evitando que a operação seja prejudicada pelo fenômeno da inundação, a qual diminui a transferência de calor no processo.
REFERÊNCIAS
Funcionamento de uma Torre de Resfriamento de Água. Giorgia Francine Cortinovis e Tah Wun Song, EPUSP. Disponível em: http://www.hottopos.com/regeq14/giorgia.pdf
Torres de Resfriamento. USP. Disponível em: https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5817712/LOQ4086/torres.de.resfriamento2.pdf
< http://www.cleanwaterwtc.com.br/site/aplicacoes/torre-de-resfriamento/ > acesso em 02/09/2017.