Operações Unitárias III - Torres de Resfriamento

Prévia do material em texto

OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
Torres de 
Resfriamento
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Introdução
Em muitos sistemas de refrigeração, ar
condicionado e processos industriais gera-se calor
que deve ser extraído e dissipado. Geralmente
utiliza-se água como elemento de resfriamento.
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Disponibilidade
de água
Tipos de torres de resfriamento
• Os métodos para expor a água à corrente de ar
são numerosos, tendo cada um suas vantagens
específicas que devem ser consideradas
(aplicação e rendimento requeridos).
1. Forma de distribuição da água
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
2. Fluxos água - ar
- Torres de fluxo em contracorrente
- Torres de fluxo cruzado
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3. Movimentação do ar
- Torres atmosféricas
- Torres de tiragem mecânica forçada
- Torres induzidas
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.1. Torres atmosféricas
- Água cai em fluxo cruzado ao movimento
horizontal do ar.
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.1. Torres atmosféricas
3.1.1. Características principais
- Alto tempo de vida e baixos custos de manutenção;
- Não há recirculação do ar utilizado;
- Necessário amplo espaço físico;
- Preciso de ancoragem segura contra vento;
- Orientada na direção dos ventos dominantes;
- Custo alto quando comparado com uma torre com
elementos mecânicos.
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.2. Torres de tiragemmecânica forçada
São torres nas quais os ventiladores são
posicionado na entrada do ar.
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.2. Torres de tiragemmecânica forçada
3.2.1. Características principais
- Compactas
- Menor altura de bombeamento
- A orientação da torre não é orientada pelos
ventos dominantes
- Falhas mecânicas diminuem confiabilidade
- Potência de ventilação; gastos de operação
- Custos de manutenção são maiores que os das
torres de tiragem natural
- Ruídos e vibrações produzidos podem ser
constituir um problema
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.2. Torres de tiragemmecânica forçada
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.3. Torres de tiragemmecânica induzida
Torres posicionadas na saída do ar, geralmente na
parte superior.
3.3.1. Características principais
- Possível instalar grandes ventiladores;
- Velocidade do ar considerável, podendo arrastar
corpos estranhos;
- Podem ser instalados filtros de ar;
- Alta velocidade do ar de saída evitam recirculação;
- Tendência a produzir vibrações;
- Menor superfície ocupada que o sistema mecânico.
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
3.3. Torres de tiragemmecânica induzida
NOTAS DE AULAS 14/08/2014
Tipos de torres de resfriamento
14/08/2014NOTAS DE AULAS
Tipos de torres de resfriamento
Balanços de Massa e Energia
14/08/2014NOTAS DE AULAS
Balanços de Massa e Energia
14/08/2014NOTAS DE AULAS
Ar úmido
ma, T4, w4>w34
1
2
5
3
Água de reposição
T5
Água de líquida
m2, T2<T1
Ar atmosférico
ma, T3, w3
Água de líquida
m1, T2
Balanço de massa
Ar seco
�� �� = �� ��
Água
�� � +�� 	+�� 
�=�� �+�� 
�
Sabendo que
�� � = �� �
Então
�� 	 = �� � �� 
� −�� 
�
Ou
�� 	 = �� � 
� − 
�
Balanços de Massa e Energia
14/08/2014NOTAS DE AULAS
Balanço de Energia
0 = �� �ℎ�� + �� �ℎ�� +�� 
�ℎ
� +�� 	ℎ�	 −�� �ℎ�� − �� �ℎ�� +�� 
�ℎ
�
Para estimar os valores das entalpias, verificar em que estado o fluido se
encontra:
0 = �� �ℎ�� + �� �ℎ�� +�� 
�ℎ�� +�� 	ℎ�	 −�� �ℎ�� − �� �ℎ�� +�� 
�ℎ��
Substituindo	�� � = 	�� �,�� 	 = �� � 
� − 
� ,�� 
� = 
��� � e�� 
� = 
��� �
�� � =
�� � ℎ�� − ℎ��
ℎ�� − ℎ�� + 
�ℎ�� − 
�ℎ�� − 
� − 
� ℎ�	
Balanços de Massa e Energia
14/08/2014NOTAS DE AULAS
Exemplo 1:
A água que sai do condensador de uma central elétrica a
38 ºC entra em uma torres de resfriamento com uma vazão mássica de
4,5x107 kg/h. Um fluxo de água resfriada retorna ao condensador vindo
da torre de resfriamento à temperatura de 30 ºC e com a mesma vazão.
A água de reposição é adicionada em um fluxo separado a 20 ºC. O ar
atmosférico entra na torre de resfriamento a 25 ºC e 35 % de umidade
relativa. O ar úmido sai da torre de resfriamento a 35 ºC e 90 % de
umidade relativa. Determine as vazões mássicas do ar seco e da água de
reposição, em kg/h. A torre de resfriamento opera em regime
permanente. Tanto a transferência de calor para as vizinhanças quanto a
potência do ventilador podem ser desprezadas. Como também as
variações de energia cinética e potencial. A pressão permanece constante
durante todo o processo a 1 atm.
Balanços de Massa e Energia
14/08/2014NOTAS DE AULAS
Exemplo 1:
Solução:
�� 	 = �� � 
� −
�
�� � =
�� � ℎ�� − ℎ��
ℎ�� − ℎ�� + 
�ℎ�� −
�ℎ�� − 
� − 
� ℎ�	
�� � = 2,03 × 10
� 	�� ℎ⁄
�� 	 = 5,24 × 10
	 	�� ℎ⁄
14/08/2014NOTAS DE AULAS
14/08/2014NOTAS DE AULAS