resfriamento

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Sistemas de resfriamento
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Refrigeração e resfriamento
Sistemas Abertos de Resfriamento	
Sistemas Semi-Abertos (ou Abertos de Recirculação)
Sistemas Fechados (“Closed-Systems”)
Processos que Exigem Operações de Resfriamento	
Torres de Resfriamento
Conceitos gerais
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Introdução
A água é largamente utilizada em vários processos como agente de resfriamento. Além de sua abundância em nosso planeta, a água apresenta um calor específico relativamente elevado, tornando-a própria para as operações de resfriamento.
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Resfriamento e refrigeração
“Resfriamento” indica uma redução de temperatura, em qualquer intervalo que seja, 
“Refrigeração” indica, especificamente, a redução de temperatura a valores abaixo de 0º C (273 K).
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Sistemas abertos de resfriamento
Também chamado de sistema de uma só passagem (“once-through”), é empregado quando existe disponibilidade de água suficientemente alta, com qualidade e temperatura satisfatórias para as necessidades do processo. A água é captada de sua fonte, circula pelo processo de resfriamento e é descartada ao final, com uma temperatura mais elevada.
Neste tipo de sistema não há como proceder um tratamento químico conveniente da água, uma vez que volumes muito altos estão envolvidos. Além disso, este processo tem o inconveniente de gerar a chamada “poluição térmica”, que pode comprometer a qualidade do curso de água onde é despejada.
Emprega-se este sistema em locais próximos a fontes abundantes e/ ou pouco onerosas de água. 
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Sistemas semi-abertos de resfriamento
É utilizado quando existe demanda elevada e disponibilidade limitada de água.
Após passar pelos equipamentos de troca térmica que devem ser resfriados, a água aquecida circula por uma instalação de resfriamento (torre, lagoa, “spray”, etc.) para reduzir sua temperatura e tornar-se própria para o reuso.
Apresenta um custo inicial elevado, porém resolve o problema de eventual escassez de água, possibilita menor volume de captação e evita o transtorno da poluição térmica. Pode ser submetido a um tratamento químico adequado, capaz de manter o sistema em condições operacionais satisfatórias e, com isto, pode-se reduzir os custos operacionais do processo.
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Sistemas fechados de resfriamento
É aplicado em processos nos quais a água deve ser mantida em temperaturas menores ou maiores do que as conseguidas pelos sistemas semi-abertos.Também é empregado em instalações pequenas e móveis. 
Neste sistema, a água (ou outro meio) é resfriada em um trocador de calor e não entra em contato direto com os demais fluidos do processo (ar, gases, etc.)
Alguns exemplos que utilizam este sistema são: circuitos fechados para resfriamento de compressores, turbinas a gás, instalações de água gelada, radiadores de motores a combustão interna (automóveis, caminhões, tratores, máquinas estacionárias) e algumas instalações de ar condicionado e refrigeração.
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Processos que Exigem Operações de Resfriamento	
Operações siderúrgicas, metalúrgicas, fundições, usinagens, resfriamento de fornos, moldes, formas, etc.
Resfriamento de reatores químicos, bioquímicos e nucleares.
Condensação de vapores em operações de destilação e evaporadores, colunas barométricas, descargas de turbinas de instalações termelétricas e nucleares, etc.
Resfriamento de compressores e gases frigoríficos em circuitos de refrigeração (condensadores evaporativos), incluindo operações de ar condicionado e de frio alimentar.
Arrefecimento de mancais, peças, partes móveis, lubrificantes, rotores e inúmeras máquinas e equipamentos.
Resfriamento dos mais variados fluidos (líquidos e gases) em trocadores de calor, entre muitas outras aplicações.
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Torres de Resfriamento
Existem vários modelos e disposições diferentes de torres e sistemas de resfriamento de água, cada qual com suas aplicações mais usuais e respectivas vantagens e desvantagens.
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Torres de resfriamento
Figura 8: Modelo clássico de torre de resfriamento, mostrando seus principais componentes.
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Torres de resfriamento
Figura 9: Torres de resfriamento de águas diversas
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Sistema de resfriamento do tipo “spray-pond”.
Figura 10: Sistema de resfriamento do tipo spray-pond
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Sistemas de refrigeração
Sistema aberto
Sistema semi aberto
Sistema Fechado
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SISTEMAS ABERTOS SEM RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA
ÁGUA É TOMADA DA PLANTA FORNECEDORA
PASSA ATRAVÉS DO SISTEMA DE RESFRIAMENTO
RETORNA AO CORPO RECEBEDOR DE ÁGUA APÓS ABSORÇÃO DO CALOR
GRANDE CONSUMO DE ÁGUA 
IMPOSSIBILIDADE DE TRATAMENTO QUÍMICO
POLUIÇÃO TÉRMICA EM RECURSOS HÍDRICOS
APLICAÇÕES
INDÚSTRIAS LOCALIZADAS JUNTO A GRANDES MANANCIAIS OU NO LITORAL 
ÁGUA DOCE E SALGADA, RESPECTIVAMENTE 
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Problemas dos sistemas abertos 
Sólidos em suspensão: Causam erosão e depósitos que podem formar pilhas de aeração diferencial.
Crostas:Depósitos aderentes causados por sais de Ca e Mg.
Depósitos biológicos: Proliferação de algas, fungos e bactérias. Além da transferência de calor há os problemas de corrosão por aeração diferencial e com redutores de sulfato.
Corrosão: Galvânica e por aeração diferencial.
Erosão, Cavitação e Impingimento: Causa são os sólidos suspensos, próprio projeto do sistema e a velocidade da água.
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
Isaias Masiero
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Sistema de água de refrigeração aberto com circulação (ou semi aberto)
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Vantagens em relação ao sistema aberto
Recebe água de uma torre/reservatório de refrigeração
Passa através do equipamento a ser refrigerado
Retorna a água através da unidade evaporadora finalidade primordial
Economizar água
Possibilita tratamento adequado: corrosão, incrustações, proliferação de microrganismos . 
Ciclo é repetido utilizando água de reposição suficiente para balancear água evaporada + purgas. 
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Isaias Masiero
http://www.engquim.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Socrates/Capitulo2-Fofano.pdf
Especificação de água de refrigeração – sistema semi-aberto
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Isaias Masiero
Informações da Nalco
Balanço de massa em sistemas de refrigeração do sistema semi-aberto
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Problemas dos sistemas de refrigeração semi - abertos
Poluentes atmosféricos ( Principalmente na torre de refrigeração.):
	gasosos – Sulfeto de hidrogênio, dióxido e trióxido de enxofre, amônia e dióxido de carbono.
	 sólidos – Poeiras características de cada industria. 
Corrosão: SO2 reduz o pH e aumenta o teor de sulfatos na água favorecendo aparecimento de bactérias redutoras de sulfatos como a Desulfovibrio desulfuricans que causa sérios problemas de corrosão. A amonia aumenta o pH causando ataque em ligas de cobre. O dióxido de carbono também reduz o pH aumentando a tendência a corrosão.
Controle de corrosão: Uso de inibidores de corrosão tais como : NaNO2,Na2CrO4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco,molibidatos e ésteres de fosfatos.
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
Isaias Masiero
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Problemas dos sistemas de refrigeração semi - abertos
Depósitos: Clarificação deficiente, absorção de poeiras pela água na torre, teores elevados de íons ferro proveniente da ação das bactérias ferro- oxidantes.
Crostas: Dureza temporária e sais de Mg e silicatos solúveis
 Na2SO3 + MgSO4 MgSiO3 + Na2SO3
Depósitos metálicos: Proveniente da redução de sais metálicos. 
Borras ou lamas de fosfatos: São comuns quando o tratamento anticorrosivo é realizado com trifosfatos e polifosfatos de sódio.
 P3O105- + H2O  2HPO42- + H2PO42-
 H2PO42-  HPO42-  PO43-
 Ca2+ + PO43-  Ca3 (PO4)2
 Mg2+ PO43-  Mg3(PO4)2
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
Isaias Masiero
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Tipos de bactérias condições de crescimento e problemas causados
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Controle microbiológico
Isaias Masiero
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Proteçãocontra a corrosão
Controles:
Biológico – biocidas (CuSO4, NaClO, Cl2, NaBrO)
Controle do pH
Inibidores de corrosão
Proteção catódica
Inibidores de corrosão:
Inibidores anódico oxidantes – cromatos e molibidatos (somente em meio aerado);
Inibidores anódicos não-oxidântes – silicatos, ortofosfatos alcalinos, fosfino e fosfocarboxílicos;
Inibidores catódicos – sais de zinco, polifosfatos, fosfonatos orgânicos e ésteres de fosfatos;
Inibidores específicos para cobre – benzotriazol, toliltriazol e mercaptobenzotiazol.
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
Isaias Masiero
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Controle da água para evita incrustação e corrosão:
Índice de Langelier
Indice de Ryznar
Indice de Puckorius
Indice de Larson-Skold: É mais conhecido como indice de corrosão IC = 1,408*ppmCl- + 1,042*ppmSO42-/ppm alcalinidade total Se IC<1/2 corrosão uniforme e se IC> 1/2 Corrosão por pites.
Incrustação e corrosão
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Sistema de água de refrigeração fechado
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Sistema Fechado
Água que circula pelo sistema é resfriada num trocador de calor por meio de um outro fluido.
Vantagens
O consumo de água é quase nulo.
Permite melhor controle de temperatura.
Os sólidos dissolvidos não concentram.
Não há necessidade de purgas.
Não ocorre crescimento biológico. 
Não há contato com o ar.
Não há limites para uso de produtos químicos, tornando mais eficaz o controle de corrosão e incrustação .
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Àgua de refrigeração – sistema fechado
Especificação: Neste caso, não existe uma especificação genérica, uma vez que neste sistema não há perdas de água. As especificação são particulares para cada equipamento.
Uma exemplo a água de refrigeração de fornos de indução é: 
Dureza total 9,5 a 10 °dH (5 a 100 mg/l em CaCO3)
Dureza de carbonatos 6,5 a 8,5 °dH (65 a 85 mg/l em CaCO3)
pH - 6 a 8
Condutividade < 600S/cm
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Tratamentos para água de sistema fechado
Proteção contra incrustação: Melhor maneira de evitar incrustações é o uso de água abrandada ou desmineralizada pois o consumo é pequeno. Ou aplicação de agentes de superfície como: polifosfatos fosfonatos, esteres de fosfatos e polieletrólitos sintéticos.
Proteção contra a corrosão: Uso de inibidores de corrosão tais como : NaNO2, Na2CrO4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco, molibidatos e ésteres de fosfatos.