Cap. 1 - Resfriadores de Água (1)

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Universidade Federal de Rio Grande
Escola de Engenharia
Equipamentos Industriais e de Processo
Resfriadores de Água -
Torres de Resfriamento
A maioria dos sistemas de refrigeração rejeita calor para a
atmosfera:
• Através do Ar - condensadores resfriados a ar;
• Massa de água – condensadores resfriados a água e
Conceito
• Massa de água – condensadores resfriados a água e
condensadores evaporativos.
Em muitas aplicações, a troca de calor entre a água de
refrigeração e o ambiente é realizada por meio de
equipamentos denominados Torres de Resfriamento.
As torres de resfriamento
resfriam a água fazendo-
o entrar em contato com
o ar ambiente, resultando
Conceito
na evaporação de parte
dessa água (transferência
de calor e massa).
Usina Termoelétrica – torres de resfriamento com
fluxo de ar por convecção natural
Conceito
Tipos e Classificação
Nas torres de resfriamento a o contato direto entre a água e
o ar ambiente, ocorrendo um processo combinado de troca
de calor e de massa. Durante o processo parte dessa água
evapora.
Os principais tipos são:
• Com circulação natural de Ar;• Com circulação natural de Ar;
• Com corrente de ar induzida;
• Com corrente de ar forçada.
Podendo as correntes ser:
• Contracorrente ou contrafluxo;
• Correntes de fluxo cruzado.
Circulação Natural de Ar
Apresentam uma
série de aspersores ou
chuveiros que lançam, a
água a ser resfriada em
uma bacia coletora.uma bacia coletora.
O ar penetra pelas
venezianas, em
contracorrente, e ajuda a
dispersar as gotas de água
e a resfriá-las em sua
queda.
Circulação Natural de Ar
Para grandes capacidade, como as torres utilizadas em
usinas térmicas e termonucleares, são utilizados tipos
especiais, como as que apresentam perfil hiperbólico.
Desvantagens:
• Devem localizar-se em lugar elevado para melhor
aproveitamento da ação do vento;
• Exigem área grande e ficam na dependência da ação
do vento para otimização do seu funcionamento.
Corrente de Ar Induzida
Nesse caso, o princípio de funcionamento é semelhante ao
das torres com circulação natural do ar, porém, o ar sai
devido a atuação de um ventilador na parte superior da
torre. Esse ventilador causa uma rarefação na torre,
induzindo a entrada de ar pelas venezianas laterais, em
contracorrente.
Internamente a torre há um enchimento de grades e
colmeias onde ocorre a transferência de calor durante a
descida da água.
Corrente de Ar Induzida
1 – Coletor de entrada da 
água a ser resfriada;
2 – Ventilador Axial;
3 – Bicos pulverizadores;
4 – Separador de gotas;
5 – Tubulação de 
distribuição dos bicos;distribuição dos bicos;
6 – Enchimento;
7 – Revestimento;
8 – Estrutura;
9 – Bacia Recolhedora;
10 – Motor multipolar.
Corrente de Ar Forçado
O ar é insuflado
horizontalmente sobre o
enchimento por onde as
gotículas de ar por
Nesta situação também faz-se uso de um ventilador,
porém um ventilador centrífugo.
gotículas de ar por
gravidade vão passando. A
saída de ar pode ser na
vertical (contracorrente) ou
na horizontal (correntes
cruzadas).
Tipos de Torres de Resfriamento
Fluxo CruzadoContrafluxo
Funcionamento 
Torres de Resfriamento de Contrafluxo
O fluxo de ar é diretamente oposto ao fluxo de água. O
fluxo de ar entra primeiramente em um espaço aberto
abaixo do ponto médio de preenchimento e em seguida,
segue verticalmente.segue verticalmente.
A água é pulverizada através de bicos pressurizados e
flui para baixo através do preenchimento, em oposição
ao fluxo de ar.
Funcionamento 
Torres de Resfriamento de Contrafluxo
Funcionamento 
Torres de Resfriamento de Fluxo Cruzado
O fluxo de ar é direcionado perpendicularmente ao fluxo
da água. O fluxo de ar entra em um ou mais faces
verticais da torre de resfriamento para atender ao
material de preenchimento.
O fluxo de água (perpendicular ao ar) atravessa o
preenchimento por gravidade.
Funcionamento 
Torres de Resfriamento de Fluxo Cruzado
Componentes
1. Carcaça externa
2. Enchimento
3. Eliminador de
gotas
4. Sistema de4. Sistema de
distribuição de
água
5. Acionamento
6. Bacia
7. Porta de inspeção
Componentes internos
Enchimento - Grades Trapezoidais Enchimento - Barras Triangulares
Eliminador de gotas
A lei da linha reta estabelece:
“Os estados pelos quais passa o ar em seu contato com a
superfície molhada se encontram sobre uma linha reta na
Lei da Linha Reta
superfície molhada se encontram sobre uma linha reta na
Carta Psicrométrica, tendendo a aproximarem do estado
saturado à temperatura da superfície”.
Ar de entrada: Temperatura te e umidade We, trocando calor e massa com
a superfície coberta de uma camada de água - tp.
Superfície: ar e água em equilíbrio � estado saturado à temperatura tp e
umidade Wp
Lei da Linha Reta
• te< tp � Transfarência de Calor.
• Pressão parcial do vapor depende
linearmente da umidade absoluta, logo W <
Potencial entálpico
linearmente da umidade absoluta, logo We <
Wp � Potencial de pressões parciais �
transferência de massa.
• Durante a circulação de ar
através da torre, a entalpia
do ar se eleva no processo,
Lei da Linha Reta
a entalpia da água e sua
temperatura deverão
conseqüentemente sofrer
uma diminuição.
Lei da Linha Reta
• A temperatura da água na saída da torre tende a temperatura de bulbo
úmido do ar na entrada.
• Esta é a razão pela qual os fabricantes de torres de resfriamento
indicam a temperatura de bulbo úmido do ar na entrada como únicaindicam a temperatura de bulbo úmido do ar na entrada como única
característica do ar ambiente que afeta o desempenho do equipamento.
• Na medida em que a temperatura de bulbo úmido do ar na entrada da
torre aumenta, o mesmo ocorrerá com a temperatura da água na saída
da torre.
Comportamento da
temperatura da água de
saída da torre de
contrafluxo em função da
temperatura de bulbo
Lei da Linha Reta 
temperatura de bulbo
úmido do ar, para carga
térmica e vazão de água
constantes.
Análise Térmica 
Torre de Resfriamento de Contrafluxo 
A figura mostra um volume
diferencial de uma torre de
resfriamento de contrafluxo onde
L kg/s de água entram pela parte
superior e G kg/s de ar entram
por baixo. Para simplificar, a
pequena quantidade de água
evaporada é desprezada, de
forma que L e G mantêm-se
constantes através da torre.
Análise Térmica 
Torre de Resfriamento de Contrafluxo 
• A água entra no volume diferencial a uma temperatura T, deixando a
temperatura T-dT;
• O ar entra no volume diferencial com uma entalpia de ha e deixa-o com
uma entalpia ha+dha;
• A área total da superfície molhada dA inclui a área superficial das gotas
de água bem como as tiras molhadas ou outro material de enchimento.
• A taxa de energia removida da água dq é igual a taxa recebida pelo ar:
dq = G.dha = L.(4,19 kJ/kg.K) dt (1)
Análise Térmica 
Torre de Resfriamento de Contrafluxo 
Através do princípio de potencial entálpio, temos
dq = hc.dA.(hi-ha)/cpu (2) , onde
hc: coeficiente de película, kW/m2.Khc: coeficiente de película, kW/m .K
hi: entalpia do ar saturado na temperatura da água, KJ/kg ar seco
ha: entalpia do ar, KJ/kg ar seco
cpu: calor específico do ar úmido, KJ/kg.K
Análise Térmica 
Torre de Resfriamento de Contrafluxo 
Para se obter a taxa de calor transferida por toda a torre deve-se integrar
a equação a seguir.
• hi e ha variam com relação a variável de integração A.
Combinando as equações (1) e (2) , rearranjando-se e integrando-se tem-
se:se:
(3)
Onde te e ts são astemperaturas de entrada e saída da água,
respectivamente.
Análise Térmica 
Torre de Resfriamento de Contrafluxo 
Um método tradicional de se realizar a integração da equação (3) é
através do processo numérico apresentado abaixo:
(4)(4)
Onde (hi-ha)m é a diferença de entalpia média (aritmética) para um
incremento de volume.
Análise Térmica 
Torre de Resfriamento de Fluxo Cruzado
Os mesmos princípios de troca de calor e massa e do balanço de energia
deverão ser aplicados, porém o tratamento geométrico dado a torre de
fluxo cruzado é diferente, porém a divisão da torre para fins de análisefluxo cruzado é diferente, porém a divisão da torre para fins de análise
deverá ser realizada, assim como proposto no cálculo numérico para as
torres de contrafluxo.
Testes de Aceitação e condições de saída
• O valor de hc.A/cpu é uma função da dinâmica dos padrões de
escoamento de ar e da dinâmica de queda da torre de resfriamento,
porém a magnitude permanece constante para uma mesma torre,
caracterizando portanto a torre de resfriamento.
Testes de Aceitação e condições de saída
• Este valor é a base para a previsão do desempenho para outras
temperaturas de água de entrada e de outras temperaturas de bulbo
úmido de entrada, e é referido pelos fabricantes como NUT (número de
unidades de transferência).
Testes de Aceitação e condições de saída
• Quanto mais alto o valor do NUT, mais próxima a temperatura da água
de saída da torre estará da temperatura de bulbo úmido do ar de entrada.
• As condições de teste e aceitação poderão ser realizadas sob condições
operacionais diferentes daquelas de projeto, mantendo o NUT constante,
é possível obter as condições de saída da água e do ar, tendo em mãos
as condições operacionais de entrada.
Efeito da qualidade da água
Normalmente, as incrustações são formadas por precipitação de sais e/ou
óxidos na forma cristalina, o que geram incrustações altamente coesas e
aderidas.
Critérios de Seleção
A seleção adequada do resfriador depende basicamente dos seguintes
itens:
• Quantidade de calor a ser removido da água;
• Vazão da água;• Vazão da água;
• Temperatura de entrada da água;
• Temperatura desejada de saída da água;
• Temperatura de bulbo úmido do ar local;
• Nível de ruído.
Referências Bibliográficas
STOECKER, Wilbert F.; JONES, Jerold W. Refrigeração e Ar
condicionado. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1985.
STOECKER, Wilbert F.; JABARDO, J. M. S. Refrigeração Industrial. 2
ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1998.ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1998.
SEMCO – Catálogo de torres de resfriamento modelos VX e STC;
HD Equipamentos – Catálogo de torres de resfriamento série 1800.
TorreTelli – Catálogo de torres de resfriamento séries ASP e INS.