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18/05/2021
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Bombas de calor e torres de resfriamento
Tipos de bombas de calor
Por definição, todos os sistemas de refrigeração são bombas de calor, porque 
absorvem energia térmica a um nível baixo de temperatura e a descarregam a um 
nível de temperatura elevado. 
A designação do equipamento bomba de calor, no entanto, desenvolveu-se em 
torno da aplicação de um sistema de refrigeração na qual o calor rejeitado no 
condensador é usado em vez de simplesmente ser dissipado para a atmosfera. 
Existem certas aplicações e ocasiões em que a bomba de calor pode executar 
simultaneamente resfriamento e rejeição de calor, e esta é claramente uma 
situação vantajosa (STOECKER e JONES, 1985). 
Bombas de calor e torres de resfriamento
Existem quatro classificações importantes: 
1) bombas de calor compactas com ciclo reversível,
2) bombas de calor descentralizadas para condicionamento de ar 
em edifícios moderados e grandes, 
3) bombas de calor com um condensador de feixe duplo e 
4) bombas de calor industriais (STOECKER e JONES, 1985). 
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Bombas de calor e torres de resfriamento
1) Bombas de calor compactas com ciclo reversível: 
esta classificação inclui especialmente unidades residenciais e pequenas 
unidades comerciais e são capazes de aquecer um espaço em climas frios 
e resfriá-lo em climas quentes. 
As principais fontes e sumidouros de calor residenciais e comerciais são: 
ar, água, terra. Para fins de explicação, o ar será inicialmente considerado 
como sendo a fonte de calor. 
Bombas de calor e torres de resfriamento
A bomba de calor reversível opera de acordo com o diagrama mostrado na 
Figura:
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Bombas de calor e torres de resfriamento
2) Bombas de calor descentralizadas: uma característica do arranjo 
de bombas de calor descentralizadas, como mostrado na Figura (b), 
a seguir, é que ele pode bombear calor de zonas de um edifício que 
necessitam de refrigeração para outras zonas que necessitam de 
aquecimento. 
As bombas de calor neste conceito são unidades de água-ar, cada 
uma servindo sua própria zona. 
Bombas de calor e torres de resfriamento
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Bombas de calor e torres de resfriamento
3) Bombas de calor compactas com ciclo reversível
Durante a estação de inverno, grandes edifícios podem exigir calor nas 
zonas periféricas. 
Um tipo de bomba de calor de fonte interna que bombeia o calor das 
zonas internas para as zonas periféricas é a bomba de calor com um 
condensador de feixe duplo. 
Bombas de calor e torres de resfriamento
Um arranjo desse sistema é mostrado na Figura, que mostra que uma torre 
de resfriamento resfria a água para um dos feixes e a água flui para as 
serpentinas de aquecimento nas zonas periféricas através do outro feixe.
Bombas de calor com um condensador de 
feixe duplo
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Bombas de calor e torres de resfriamento
4) Bombas de calor industriais: as aplicações de bombas de calor 
que vimos até agora foram direcionadas para aquecimento e 
resfriamento de edifícios, porém, existem algumas aplicações 
industriais atraentes da bomba de calor também.
Um exemplo é um concentrador de suco de frutas, mostrado na 
Figura a seguir. 
O calor para a vaporização da água do suco é fornecido pela condensação 
do refrigerante. O vapor de água flui para o condensador de água, onde a 
água é condensada. 
O suco, que deve ser concentrado a baixa temperatura para preservar o seu 
sabor, entra no vaporizador de água, que opera sob vácuo. 
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Na saída da água condensada, uma bomba eleva a pressão para que o 
condensado possa sair à pressão atmosférica. 
No circuito refrigerante, um trocador de calor refrigerado a água elimina 
o calor gerado na compressão, porque a taxa de transferência de calor no 
vaporizador de água deve ser igual à do condensador de água. 
Uma torre de resfriamento ou torre de arrefecimento é um 
dispositivo de remoção de calor usado para transferir calor residual 
de processo para a atmosfera. 
As torres de resfriamento podem utilizar a evaporação da água para 
remover o calor e resfriar o fluido de trabalho, ou utilizar somente 
ar para resfriar o fluído de trabalho.
TORRE DE RESFRIAMENTO
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As aplicações mais comuns incluem o resfriamento da água que 
circula nas refinarias de petróleo, indústrias químicas, estações de 
energia e refrigeração de edifício.
TORRE DE RESFRIAMENTO
TORRE DE RESFRIAMENTO
As torres variam em 
tamanho, desde 
pequenas unidades no 
topo de telhados a 
estruturas gigantescas 
que podem ser de até 
200 metros de altura e 
100 metros de diâmetro.
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TORRE DE RESFRIAMENTO
O desempenho de uma torre de resfriamento pode ser expresso 
por resfriamento e aproximação. 
O desempenho por resfriamento é dado quando o resfriamento é 
causado pela redução da temperatura da água numa torre de 
resfriamento.
TORRE DE RESFRIAMENTO
O desempenho por aproximação se refere à diferença entre a 
temperatura de bulbo úmido do ar que entra na torre e a 
temperatura da água que sai da torre. 
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TORRE DE RESFRIAMENTO
Um tipo de torre de resfriamento é o de contrafluxo, no qual o ar escoa de
baixo para cima, enquanto que a água escoa de cima para baixo.
A Figura apresenta um volume diferencial (ΔV) de uma seção da torre de
resfriamento em contrafluxo, em que L é a vazão de água, G é a vazão de ar,
ha é a entalpia do ar (kJ/kg de ar seco), ha+dha é a entalpia saindo do volume
diferencial, t é a temperatura da água e t – dt é a temperatura da água saindo
da torre pela parte inferior.
Variação de massa e energia numa torre de resfriamento em contrafluxo.
TORRE DE RESFRIAMENTO
A partir da troca de calor realizada na Figura, a taxa de energia
removida da água é dada por:
Outra expressão para a troca de calor é a partir do princípio do 
potencial entálpico, expresso por:
hc é o coeficiente de convecção (kW/m2K), 
hi é a entalpia do ar saturado na temperatura da água (kJ/kg) de ar seco, 
ha é a entalpia do ar de ar seco (kJ/kg), 
cpm é o calor específico do ar úmido (kJkgK). 
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TORRE DE RESFRIAMENTO
A equação que descreve o termo : 
Sendo que (hi -ha)m é a média aritmética da diferença de entalpia
para um incremento de volume ou temperatura e L é a vazão de água.
EXEMPLO I
Potencial entálpico
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Assim, na seção 0-1, a entalpia média do ar, (ha )m é:
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Determinar a troca de calor de uma torre de resfriamento de água para 
uma empresa de produtos químicos. O ar entra a 20 °C, a água entra a 
28 °C e sai a 25 °C, a vazão de água na entrada
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Seguindo este procedimento para n=1 e n=2, tem-se o resultado 
mostrado na Tabela .
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TORRE DE RESFRIAMENTO
Você está trabalhando numa empresa de sistemas de refrigeração que está realizando o 
projeto de uma torre de resfriamento. Você deve avaliar qual será a temperatura de saída 
do ar na parte superior da torre de resfriamento, sabendo que a vazão de água na entrada 
superior da torre é de 18 kg/s e 35,5 °C e sai da torre a 25,5 °C. O ar com umidade relativa 
de 50% ingressa na parte inferior da torre com uma vazão de 13 kg/s e 20 °C. A Figura 
mostra a torre de resfriamento e a divisão da torre em 10 seções. 
EXEMPLO II
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TORRE DE RESFRIAMENTO
TORRE DE RESFRIAMENTO
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TORRE DE RESFRIAMENTO
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