BALESTIE & BALESTIE -- PROJETOS E COMPONENTES O.E.M. |
Bemvindo a
BALESTIE & BALESTIE/ INGENIEROS (nee C.T.I. S.A.) O primeiro portal latino-americano de eco-engenharia em suas tres fases: líquido, sólido e gás. |
Resfriamento Evaporativo | BALESTIE & BALESTIE/C.T.I. S.A., uma muito pequena mas bem sucedida sociedade de engenharia originalmente iniciada no Uruguai como fabricante de torres de resfriamento de água, tem visto com êxito ampliar sua atividade paralela de tradicional fornecedor de fornecedores, integrando uma ampla gama de equipamento O.E.M. para estações de tratamento de efluentes (ETE) |
EM CONSTRUÇAO!! |
Case Studies B&B |
CASE STUDY B&B C-642: RESTAURAÇÃO DE TORRES DE RESFRIAMENTO CORRENTE CRUZADA | |
preparado pelo Eng° Martín Balestié, B.A.B.M./UMUC - www.balestie.com ENUNCIADO
DO PROBLEMA ILUSTRATIVO:
restaurar, por meio da instalaçao de enchimento plástico de alta eficiência,
uma torre de resfriamento de corrente cruzada, reutilizando/aproveitando
uma estrutura existente dada e propor para o novo equipamento, um contexto
de funcionamento térmico/operaçao de referência. RESOLUÇAO:
Utilizando informaçao do catálogo original do próprio - calor a dissipar 1:714608 kcal/h 6:750000 btu/hr -
vazao
306180 l/h
1350 U.S. GPM -
temperatura de água quente
35.0°C
95.0°F -
temperatura de água fria
29.4°C
85.0°F -
temperatura bulbo úmido
25.5°C
78.0°F -
chiller tons
450 t.r.
450 t.r. Podemos
reconhecer imediatamente a formula clássica da dissipaçao Observaçao:
O leitor poderá advertir que os fatores de conversao Utilizando
bibliografia especializada e informaçao de desenho (2), Pela
informaçao do catálogo (1), o comprimento L da torre na L
= comprimento em direçao das persianas = louver side length = ca. B
= altura disponível para enchimento = approximate height = ca. Fontes
bem qualificadas (3a), apresentam informaçao mais exata das L
= louver side length =
packed fill length = 9' B
= approximate height = packed
fill height = 7' A
figura anexa oferece uma vista geral da unidade, onde pode-se ver Mesmo
aceitando que possa haver pequenas variaçoes físicas nas 2
* 9' * 7' = 126 sq.ft. louver area (área total de entrada de ar) Segundo
Kelly, em seu mencionado manual de desenho de torres de 1600
lb/hr - 2600 lb/hr Utilizando
a área de entrada de ar já calculada, podemos 126
* 1600 = 201,600 lb/hr dry 126
* 2600 = 327,600 lb/hr dry Para
poder cotejar os números com os valores impressos nos 126 * 1600 = 201,600 * 15/ 60 = 50,400 CFM (mínimo) 126 * 2600 = 327,600 * 15/ 60 = 81,900 CFM (máximo) correspondendo
as seguintes velocidades de entrada do ar e através 50,400
CFM / 126 = 400 fpm 81,900
CFM / 126 = 650 fpm Estes
resultados, números inteiros, coincidem com os principais Nota:
Pode-se verificar, pela aritmética simples e sem aprofundar Sendo
que o Kelly já nao está mais com nós para defender sua tese - 94645 CFM = 94645 * 60 / 15 = 378,580 lb/hr ar seco Sendo
que a superficie de entrada do ar da torre é 126 sq.ft., logo G’
= 378,580 lb/hr / 126 sq.ft. = 3005 lb/hr per sq.ft. DRY AIR >>> vs. Deixando
de lado o pequeno conflito numérico, procuremos agora 1350
gpm = 1350 gpm * 8.33 * 60 lb/hr = 674,730 lb/hr água. Uma
razoável estimaçao do qüociente L/G (ou seja, da mescla água L/G
= 674,730 lb/hr água / 378,580 lb/hr ar seco = 1.78 = ca. 1.8 A
partir deste momento, muda o ponto de vista.
Até agora, somente Sob
a ótica dum fabricante/fornecedor de enchimento devemos Mesmo
aceitando fazer a concessao temporária de admitir receber Nota:
a matriz foi calculada com os seguintes espaços/espacejamentos (o
computador apresenta os resultados com só uma posiçao decimal para
facilitar um pouco a leitura da tabela): delta
X = 0.297 delta Y = 0.165 -> L/G = delta X / delta Y = .297 / .165 = 1.8 para todos os elementos da diagonal principal Mesmo
admitindo/aceitando pequenas oscilaçoes da mistura L/G, centradas ao
redor de 1.8, em quaisquer casos ficamos lidando com valores de KaY/L
requeridos na proximidade de 1.6 ou mais, mesmo no contexto 95/86/78
concedido. Façamos
uma breve pausa e uma síntese da situaçao.
Aceitando as vazoes de água e ar publicados no catálogo do
fabricante, aceitando ainda as temperaturas de operaçao 95/86/78, nosso
objetivo será procurar/encontrar a quantidade de enchimento necessário
para atingir o contexto térmico proposto.
Das Nosso
estudo deve entao continuar procurando determinar a KaY/L
= .2454 * (G’^.465) * (L’^.535) * Y / L’ Em
nosso caso de estudo, e com a provável excomunhao de Kelly, temos: G’ = 3005 lb/hr per sq.ft. (já calculado antes) Y
= 7' (espaço/altura disponível para instalar os painéis) Resta
calcular L’ (i.e. o crossflow water loading ou water mass velocity em
lb/hr per sq.ft.). Nós já tínhamos
feito a conversao da vazao de água em unidades de massa: 1350
gpm = 1350 * 8.33 * 60 lb/hr = 674,730 lb/hr de água Para
estimar o L’ poderíamos dividir esse valor pela área das caixas
coletoras de água quente, ou avaliar a profundidade de enchimento
horizontal (i.e. air travel depth) como a quarta parte da dimensao
denominada A no catálogo da torre. Logo
obtemos:
A / 4 = 18' / 4 = ca. 4.5' Revisando
casos anteriores muito similares, decidimos fixar o air travel fill depth
em 4', uma suposiçao bastante sensata, e depois confirmada (3).
A água, entao, cairá pela gravidade na seguinte superficie
horizontal:
2 * 4' * 9' = 72 sq.ft. O
L’ resulta inmediatamente:
L’ = 674,730 / 72 = 9372 lb/hr sq.ft. Podemos
agora proceder na avaliaçao da capacidade de troca térmica possível ao
colocar 4' (48") de enchimento state of the art na estrutura
existente. Devemos
simplesmente empregar os valores calculados na fórmula do enchimento já
apresentada:
KaY/L = .2454 * (G’^.465) * (L’^.535) * Y / L’ onde:
G’ = 3005 lb/hr per sq.ft. (ar)
L’ = 9372 lb/hr per sq.ft. (água)
Y = 7' (espaço/altura
disponível para o enchimento)
KaY/L = .2454 * (3005'^.465) * (9372'^.535) * 7 / 9372 = 1.012!! A
pergunta que naturalmente surge é, sendo que o chefe da usina já aceitou
instalar a máxima quantidade possível do quiçá o mais sofisticado
enchimento do mundo, qual será a capacidade provável, ou ao menos ideal,
desde que em nossos desenvolvimentos em nenhum momento foram consideradas
medidas por má fabricaçao (e.g. ventilador deficiente), má localizaçao
da torre (e.g. recirculaçao do ar), montagem (má distribuiçao de água
ou ar), ausencia de tratamento químico (flora/fauna nos tanques,
enchimento ou bicos de pulverizaçao), ou falta de manutençao (painéis
rotos, carcaças da torre ou fan stacks perfuradas). Para
completar rápidamente nossa apresentaçao, e com isso fornecer a resposta
a nossa pergunta, aceitamos recalcular tudo quase desde o começo, com o
objetivo de verificar os resultados obtidos e reforçar a lógica de cálculo
para uma melhor assimilaçao da técnica, talvez de maior utilidade para
os estudantes das diversas escolas de engenharia.
Nós dizemos que a capacidade da torre, equipada com a quantidade
de enchimento calculada (2 * 9' * 7' * 4' = 504 cu.ft.) e aceitando a
vazao do ar publicado no catálogo, corresponde ao serviço especificado
para um projeto de aproximadamente 300 chiller tons, em condiçoes
95/85/78, adotando os tradicionais 3 gpm por tonelada de refrigeraçao. O que segue, é simplesmente aritmética. Obtemos
o vazao de água como:
300 chiller tons * 3 gpm/chiller ton = 900 gpm Expressando
a magnitude da água em lb/hr:
900 gpm = 900 * 8.33 * 60 lb/hr água = 449820 lb/hr água Recalculando
o novo L/G (nós já dissemos aceitar manter o G, ainda que seja um valor
fora da tradiçao):
L/G = 449820 lb/hr água / 378,580 lb/hr ar seco = 1.193 = ca.1.2 Reiterando
os cálculos de integraçao segundo Gauss Seidel para 95/t2/78 e L/G = ca.
1.2 obtemos tabelas similares a segunda matriz apresentada no apêndice.
Pela simples inspeçao dos valores da diagonal podemos ver que para
atingir temperaturas da água de saída perto de 85.2°F devemos exigir
enchimento a valores de KaY/L superiores a 1.3.
Com
nossa reestrutura, o L’ fica como segue:
L’ = 449820 / 72 = 6248 lb/hr sq.ft. Avaliando
novamente a fórmula do enchimento com os novos valores:
KaY/L = .2454 * (G’^.465) * (L’^.535) * Y / L’ onde
agora:
G’ = 3005 lb/hr per sq.ft. (ar)
L’ = 6248 lb/hr per sq.ft. (água)
Y = 7' (espaço/altura
disponível para o enchimento) KaY/L = .2454 * (3005'^.465) * (6248'^.535) * 7 / 6248 = 1.22 Levando
em conta as múltiplas dificuldades superadas, e a precariedade de nosso cálculos,
poderiamos aceitar acrescentar meio pé na altura de enchimento se isso
por fim procurasse a almejada soluçao.
Aceitando, entao, mais esse compromisso local, a fórmula do
enchimento produz o seguinte resultado: KaY/L
= .2454 *(3005'^.465) * 6248'^.535)* 7.5 /6248 = 1.3095 = ca. 1.31
Nosso
estudo chega entao ao bom fim e pode aposentar-se em paz.
Lamentavelmente, o deficit, superior ao 30% ( = (450-300)*100/450)
ficará na usina sem nenhuma misericórdia.
Afortunadamente,
a disponibilidade atual de verdadeiros sistemas especializados de cálculo
nos permitem quantificar as condiçoes de operaçao de forma ainda mais
exata, evitando-se situaçoes como a analizada.
Mesmo assim, os desenvolvimentos numéricos feitos nas páginas
anteriores nós permitem avaliar, de forma bastante razoável, e com
relativamente excassos recursos, o potencial térmico duma instalaçao
dada, além de compartilhar uma lógica de cálculo, essencial para os
responsáveis de área, no que concerne a correta e mais justa avaliaçao
das diversas propostas e fornecedores. Nota
final e reconhecimentos Além
das generosas recomendaçoes editoriais da Dra. Marilda Rodríguez,
a confecçao desta guia introdutória conseguiu-se principalmente devido a
contribuiçao técnica e corroboraçao numérica dos engenheiros Richard
Aull, da Brentwood Industries, Pennsylvania, e Manuel Balestié,
da Compañía Técnico Industrial S.A., Montevidéu, permitindo
compartilhar informaçao relevante de um projeto industrial concreto.
O
responsável da área deve consultar as inumeráveis publicaçoes
especializadas e monografias específicas tanto no referente ao tipo de
torre de resfriamento, e.g. contra-corrente, corrente-cruzada, como tipo
de enchimento selecionado: painéis de chapas de PVC (vários tamanhos),
barras, random. Estas notas
foram preparadas simplesmente como uma guia de orientaçao na tarefa de
facilitar o dimensionamento de um desenho preliminar ou restauraçao,
perante a uma situaçao concreta, neste caso industrial.
É importante o acesso a manuais de engenharia das companhias
fornecedoras. Afortunadamente
para todos nós, praticamente todo fabricante de componentes ou unidades
completas conta com um processo de desenho ou seleçao automatizado, ao
menos em forma parcial. 1.
Marley Catalog NC-8800-P-78A, Mission, Kansas.
1978. 2.
Neil W. Kelly, Crossflow Cooling Tower Performance.
Kansas City, Missouri: Kelly
and Associates, 1976. 3.
Richard Aull, P.E. Correspondencia interna CTIR/Brentwood 03/05/96. 4.
Carl Munters & Co. Calculation Charts, Sollentuna, Sweden. 5.
Robert Burger, Cooling Tower
Technology: Maintenance, Upgrading and Rebuilding. p.48, 2nd. ed. Fairmont
Press, Inc., Georgia. 1990. 6.
Neil W. Kelly, Blueprint for the preparation of crossflow cooling tower
characteristic curves, Neil W. Kelly & Associates, Kansas City 1976.
Presented as TP-146 A at CTI Annual Meeting bibliografia básica sobre torres de resfriamento em geral 1. McKelvey, K.K. and Maxey Brooke, The Industrial Cooling Tower. Amsterdam:
Elsevier Publishing Co., 1959.
2.
Cooling Tower Institute, Cooling
Tower Performance Curves. Forth
Worth, Texas: Millican Press, 1967. 3.
Kelly, Neil. W., Crossflow Cooling Tower Performance.
Kansas City, Missouri: Kelly
and Associates, 1976. 4.
Jackson, J., Cooling Towers. Imperial
Chemical Industries Limited, London.
1951. 5. Hensley, John C., Cooling Tower Fundamentals. 2nd. ed. MCT Company. Kansas. 1985. 6.
Burger, Robert, Cooling Tower
Technology: Maintenance, Upgrading and Rebuilding. 2nd. ed. Fairmont
Press, Inc., Georgia. 1990. literatura adicional/monografias várias de interesse 1.
Rule, David L., Evaporative Cooling Maintenance to Improve System
Efficiency. ASHRAE Journal April 1994. 2. McBurney, Kevin, Maintenance Suggestions for Cooling Towers and
Accessories. ASHRAE Journal June 1990. 3. Meitz, Amanda K., Cooling Tower Water Treatment in the 1990s. ASHRAE
Journal June 1990. 4.
Joyce, Charles T. and Shelton, Sam V., Cooling Tower Optimization for
Centrifugal Chillers. ASHRAE Journal, June 1991. 5.
Murphy, Dan. Cooling Towers used for Free Cooling. ASHRAE Journal, June
1991. 6.
Fulkerson, Robert D., Comparative Evaluation of Counterflow Cooling Tower
Fills, Journal of the Cooling Tower Institute, Vol. 9 No. 2. 7.
Lefevre, Marcel R., Eliminating the Merkel Theory Approximations - Can It
Replace the Empirical Temperature Correction Factor? Journal of the CTI,
Vol. 8, No. 1. 8.
Lefevre, Marcel R., Influence of air and water temperature on fill
characteristics curve, TP-85-8. Presented a the CTI Annual Meeting.
January 1985. 9. Feltzin, Allen E. and Benton, Dudley, A more nearly exact representation
of cooling tower theory, Journal of the CTI.
Vol. 12, No. 2. 10.
ASHRAE Handook: Fundamentals. ASHRAE,
New York. 1985. 1.
Chittom
Fan Rating Program v. 07.24.91. Tulsa,
Oklahoma. 1991. 2.
King
Sun Industry Equipment Selection KST-N Series 3.
3.
King Sun Industry Equipment Selection KFT Series 4.
Tower
Internals Guide Program, Norton Chemical Process, 1994. 5.
Quaisquer
linguagem de programaçao. 6.
Marcel
Lefevre, programa IDXF. Marcel
Lefevre Corporation. 7.
e-mail:
cti@adinet.com.uy
APENDICE
Matriz de temperaturas promédio KaY/L
KaX/G
t1/t2/twb
95.0/t2/78.0
0.00 0.29
0.59 0.89
1.18 1.48
1.78 2.07
2.37 2.67
2.97 0.0
95.0
95.0 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0 0.16
91.7 92.2
92.5 92.7
93.0 93.2 93.4
93.5 93.5
93.7 93.7 0.33
89.2 89.9
90.4 90.9
91.2 91.5
91.9 92.0
92.4 92.5
92.7 0.49 87.2
88.0 88.7
89.2 89.7
90.2 90.5
90.9 91.2
91.5 91.7 0.66 85.7
86.5 87.2
87.7 88.4
88.9 89.2
89.7 90.0
90.4 90.7 0.82 84.4
85.2 86.0
86.5 87.2
87.7 88.2
88.7 89.0
89.5 89.7 0.99 83.2
84.0 84.9
85.5 86.2
86.7 87.2
87.7 88.2
88.5 89.0 1.15 82.5
83.2 84.0
84.7 85.2
85.9 86.4
86.9 87.4
87.7 88.2 1.32 81.7
82.5 83.2
83.9 84.5
85.0 85.5
86.0 86.5
87.0 87.4 1.48 81.0
81.7 82.5
83.2 83.7
84.2 84.9
85.4 85.9
86.2 86.7 1.65 80.5
81.2 81.9
82.5 83.0
83.7 84.2
84.7 85.2
85.7 86.0 delta X = 0.297 = ca. 0.30
l/g= delta X / delta Y = .297 / .165 = 1.8 delta Y = 0.165 = ca. 0.17
KaY/L = i * delta Y As temperaturas da diagonal principal correspondem a l/g
= 1.80; logo vemos que para atingir 95/86/78°F com esse qüociente
mistura líquido/gás deveremos igualar ou superar um KaY/L de 1.65.
Se tivéssemos que resolver, por exemplo 95/87.2/78°F com o mesmo
qüociente líquido/gás, alcançaria cumprir um KaY/L = 0.99.
Matriz de temperaturas promédio KaY/L
KaX/G
t1/t2/twb
95.0/t2/78.0
0.00 0.15
0.31 0.46
0.62 0.78
0.93 1.09
1.24 1.40
1.56 0.00 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0
95.0 95.0 0.13 92.4
92.5 92.7
92.9 93.0
93.0 93.2
93.4 93.4
93.5 93.5 0.26 90.2
90.5 90.9
91.0 91.2
91.5 91.7
91.9 92.0
92.2 92.2 0.39 88.5
88.9 89.2
89.5 89.7
90.0 90.2
90.5 90.7
91.0 91.2 0.52 87.0
87.5 87.7
88.2 88.5
88.7 89.0
89.4 89.5
89.9 90.0 0.65 85.7
86.2 86.5
87.0 87.4
87.7 88.0
88.2 88.5
88.9 89.0 0.78 84.7
85.2 85.5
86.0 86.4
86.7 87.0
87.4 87.7
88.0 88.2 0.91 83.7
84.2 84.7
85.0 85.5
85.7 86.2
86.5 86.7
87.0 87.4 1.04 83.0
83.5 83.9
84.2 84.7
85.0 85.4
85.7 86.0
86.4 86.7 1.17 82.4
82.7 83.2
83.5 84.0
84.4 84.7
85.0 85.4
85.7 86.0 1.30 81.7
82.2 82.5
83.0 83.4
83.7 84.0
84.4 84.7
85.0 85.2 delta X = 0.156
L/G = delta X /
delta Y = .156 / .130 = 1.2 delta Y = 0.130
KaY/L = i * delta Y = i * .130 Neste
caso, as temperaturas da diagonal principal correspondem a l/g = 1.20;
logo vemos que para atingir 95/85.2/78°F com essa mistura líquido/gás
deveremos igualar ou superar um KaY/L de 1.30. Síntese:
em ambos casos estamos longe dos valores que podemos obter (ca. 1+) com o
que seja talvez o enchimento mais sofisticado do mundo (Accu Pac 1900).
|