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RESFRIAMENTO EVAPORATIVO

A água é um dos mais preciosos recursos naturais tendo seu consumo atingido níveis sem precedentes.  O condensador evaporativo recircula a água de resfriamento permitindo reutilizá-la sucesivas vezes ,reduzindo seu consumo em até 95%, quando comparado como os sistemas de passagem única.

Para a seleção/dimensionamento do condensador evaporativo é preciso o conhecimento dos seguintes dados:

  1. Q = quantidade de calor a ser retirada (kcal/h; btu/h)
  2. temperatura de condensação objetivo (°C ou °F)
  3. refrigerante, e.g. amônia (R-717), R-22
  4. temperatura de bulbo úmido (°C ou °F)
  5. outros itens: finalidade do processo (refrigeração e.g. laticínio, abatedouro,; condensação de vapores de propano, butano, propileno, localidade onde será instalada (e.g. cidade), localização (teto, campo aberto, dentro de uma sala), qualidade da água (água industrial, água alcalina, ácida ou com substâncias em suspensão), especificaçôes especiais, e.g. ruído, incendio, potência absorvida (max.)  

 

PRINCíPIO DE FUNCIONAMENTO

O gás a ser condensado circula através da serpentina de condensação a qual é resfriada constantemente com água recirculada.  O ar forçado pelo ventilador causa a evaporação de uma pequena quantidade de água.  Esta evaporação retira calor da serpentina resfriando-a com consequente condensação do gás.

A capacidade do condensador evaporativo é função da temperatura de bulbo úmido do ambiente, enquanto que a capacidade de um condensador a ar remoto é função da temperatura do bulbo seco.

Como as temperaturas de bulbo úmido de projeto são normalmente de 8 até 11°C mais baixas que as de bulbo seco, a temperatura real de condensação, em instalações que utilizam resfriamento evaporativo, pode ser de 8 a 11°C menor, resultando num consumo de energia até 30% inferior para o sistema.

O condensador evaporativo dissipa o calor diretamente para o ar do ambientte.  Utilizando-se condensadores do tipo "shell and tube" e torre de resfriamento, o calor será transferido inicialmente para a água de resfriamento por medio do condensador e depois para a atmosfera por meio da torre de resfriamento.

A  função do condensador evaporativo é de transmitir calor de um fluído circulando por dentro de um sistema de tubos, para a água, que os molham, no lado externo.

Ar do ambiente é aspirado em contra corrente com a água que mantém os tubos sempre molhados.  Para se evitar a recirculação do ar saturado, o ventilador axial descarrega-o na vertical para cima, em alta velocidade.  

O sistema de tubos é mantido sempre molhado, o calor passa do fluído a ser refrigerado/condensado através das paredes tubulares, para a água e destas para o ar mediante vaporização de uma pequena parte de água.

A água do circuito perde cerca de 2% a 3% da sua massa, devido a evaporação, aumentando conseqüentemente sua concentração de sais (carbonatos e sulfatos).  A variação de temperatura da água provoca a formação de cristais dos sais existentes na água.  Estes cristais aderem com extrema facilidade as superficies metalicas, i.e. serpentinas trocadoras de calor, diminuindo o coeficiente de troca térmica.

“Evaporative condensing is still by far the most economical means to remove latent heat.  Other condensing methods are based on using dry air or a cooling tower.  However, this holds true as long as the heat transfer surfaces on both sides of the tubes are kept clean and free of thermal insulating films such as oil, scale, algae growth.” (James Dodds, US-Argentina)

“Because of these problems, the potential for lower capital and operating costs from evaporative condensers may not be realized due to poor design, poor installation or poor operating practices.” (Brake, Australia)

 

detalhes construtivos

A distribuição de água se faz uniformemente através de árvores de bicos ou esguichos, situadas acima do enchimento e consistindo de um distribuidor principal e ramais, sendo a pressão dos bocais aproximadamente 0.350 kg/cm2 na entrada do distribuidor.

Ventilador axial com passo regulável.  Aspiração do ar em contra corrente, com descarga em alta velocidade para cima (1800 fpm), o que evita recirculação de ar saturado.

Eliminadores de gotas de dupla passagem, baixa perda de carga limitam o arraste a 0.1-0.2% da água em circulação.

 

TRATAMENTO DE áGUA

Em um condensador evaporativo, quando uma parte da água se evapora, os sólidos em suspensão permanecem no sistema.  Como consequência a concentração de impurezas aumenta rapidamente tendendo a continuar a crescer enquanto a torre estiver em operação e houver evaporação.  Além disso, a água em circulação poder vir a ser contaminada por constitutivos presentes no ar.  Se esta concentração de sólidos dissolvidos e impurezas não for controlada, poder causar depósitos, borras, ou corrosão, os quais reduzirão a eficiência da unidade e disminuirão a vida do equipamento.

Para prevenir esta concentração de impurezas, é recomendado purgar continuamente uma quantidades de água igual aquela evaporada.  Sob condições extremas mesmo esta purga poder ser insuficiente, devendo um tratamento de água ser efetuado nestes casos.  O tratamento deve ser compatível como os materiais utilizados.

Cálculo do consumo ou água de reposição

A evaporação E poder ser calculada conhecendo-se a variação de umidade absoluta do ar da entrada à saida da torre, utilizando-se um diagrama psicrométrico.  Na prática podemos adotar um valor máximo de 1% da vazão de água de projeto.

A perda de água por arrastamento A não excede de 0.2% do vazão total de água.

A purga P, quantidade constante necessária para evitar-se a concentração prejudicial de sais incrustantes ou óleos poder ser calculada levando en conta o nível de concentraçãoes C:

C = ( E + P + A) / ( P + A)

que significa quantas vezes será a concentração da água circulante em relação a água de reposição.

A perda por evaporação provoca um aumento da concentração de sais na água de circulação.  As perdas por arraste e a purga mantêm essa concentração num nível constante definido pelo C, que normalmente oscila entre 2 e 3.

Conhecendo-se o nível de concentração admissível, podemos calcular a purga:

 

C = 2

     P = E / ( C - 1) - A = 1 / ( 2 - 1) - 0.2 = 0.8%

reposição = E + A + P =  1% + 0.2% + 0.8% = 2% da vazão total

 

C = 3

     P = E / ( C - 1) - A = 1 / ( 3 - 1) - 0.2 = 0.3%

reposição = E + A + P =  1% + 0.2% + 0.3% = 1.5 % da vazão total

 

 

manutenção preventiva e corretiva

Haverá com certeza uma deposição de lama no fundo do tanque, trazida pela água de reposição e resultante da lavagem do ar.  Por tanto, uma inspeção periódica deverá ser feita para verificar-se o nível dessa deposição e caso contrario, executar-se uma drenagem do tanque e lavagem do fundo.

Recomenda-se adicionar na água periódicamente biocidas e desincrustantes para evitar incrustaçôe.  A adição tardia dessas substâncias após o acúmulo de sujeira provocará desprendimento de partículas que podem entupir a instalação.

Além do exposto a inspeção periódica deve extender-se ao motor, seus rolamentos, e se o acoplamento não for direto, atenção deverá ser dada ao esticamento das correias e lubrificação dos mancais.

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