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aula de maquinas termicas
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Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 1
CAPÍTULO 3
TORRES DE RESFRIAMENTO
AULA 4
1- INTRODUÇÃO
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 2
Uma torre de resfriamento é um equipamento no qual a água é resfriada pela perda de calor latente, devido à vaporização.
Obviamente, um pouco de água é perdida como vapor, mas, como o calor latente de vaporização da água é elevado ( à pressão atmosférica cerca de 2380 KJ / kg ) , o efeito de refrigeração devido à evaporação de uma pequena quantidade de água é bastante compensador.
Os processos verificados em torres de refrigeração são de transferência de calor e de massa ( água vaporizada transferida para o ar ).
Uma torre é projetada de modo a se obter a máxima área de contato entre a água e o ar, de forma que, para cada nível de temperatura na torre, o equilíbrio entre a água e o ar saturado seja rapidamente atingido; ao mesmo tempo, a queda de pressão ao longo da torre deve ser pequena, o que requer a utilização de bicos sprays ( com o inconveniente de perdas de água por arrasto) ou de grandes camadas de enchimento, para transferência de massa.
2 - TIPOS DE TORRES
2.1 - Torre de tiragem natural
Neste tipo de torre, a movimentação do ar depende do “efeito chaminé”, o qual se dá por meio da diferença de densidade do ar que provoca a sua movimentação.
2.2 - Torre de resfriamento hiperbólica
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 3
São torres de tiragem natural com formato hiperbólico, usualmente construídas em concreto e de grandes capacidades.
Figura 3.1 - Torre de resfriamento de água hiperbólica
2.3 - Torre de resfriamento de água de tiragem mecânica
Nestas, a movimentação do ar é efetuada por intermédio de um ventilador. Quanto à localização do ventilador, são classificadas em:
2.3.1 - Forçada - quando o ventilador situa-se no lado da entrada do ar, portando “forçando” a passagem do ar pela torre (fig.3.2)
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 4
Figura 3.2 - Torre de resfriamento de água de tiragem forçada
2.3.2- Induzida - são assim chamadas aquelas nas quais o ventilador situa-se do lado de saída do ar, portanto “induzindo ou puxando” o ar pela torre.
Figura 3.3 - Torre de resfriamento de tiragem induzida
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Quanto à direção relativa entre o ar e a água, as torres de tiragem mecânica podem ser do tipo:
2.3.3 - Corrente cruzada ( cross-flow) - são as torres nas quais a água em queda vertical é resfriada pelo ar em trajetória horizontal, conforme mostra a figura 3.4.
Figura 3.4 - Torre de tiragem mecânica de correntes cruzadas
2.3.4 - Contra-corrente ( counter flow) - São aquelas nas quais a água em queda vertical é resfriada pelo ar em trajetória vertical ascendente.
Figura 3.5 - Torre de resfriamento de tiragem mecânica do tipo contra-corrente
3 - DESEMPENHO DE TORRES
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 6
O desempenho global de uma torre de refrigeração pode ser expresso em termos de balanço de transferência de calor e massa na torre.
Entrada da torre Saída da torremassa Massa de ar + vapor d’água
Ma1 + Mva1
Massa de água Mag2
Massa de ar + vapor d’águaMa2 + Mva2
Massa de águaMag1
calor Calor sensível da águahag2 . Mag2
Calor sensível do ar secoha1 . Ma1
Entalpia do vapor dágua no ar que entra : hva1 . Mva1
Calor sensível da águahag2 . Mag1
Calor sensível do ar secoha2 . Ma2
Entalpia do vapor d’água noar que sai : hva2 . Ma2
Entalpia do vapor d’água evaporado na torrehva2 . Mva2 - hva1 . Mva1
Os índices 1 e 2 referem-se às posições no piso e no topo da torre de refrigeração, respectivamente.
Um balanço simplificado como o pretendido neste estudo ignora: partículas de água arrastadas pelo ar que deixa a torre variações de energia cinética e potencial calor perdido através das paredes da torre
O aluno poderá efetuar o balanço térmico seguindo o procedimento proposto no ítem 5.2 .
O desempenho de uma torre também é verificado através da medição da aproximação entre a temperatura da água resfriada e de bulbo úmido.
4 - NORMASRecomendamos a adoção dos padrões do C.T.I - Cooling Tower Institute - U.S.A, visto serem internacionalmente aceitos pelos fabricantes e usuários de torres de resfriamento. 5 - TRABALHO PRÁTICO
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 7
5.1 - Objetivo
Este trabalho tem por objetivo a avaliação do desempenho de uma torre de resfriamento, através do balanço térmico e da verificação de sua aproximação em relação à temperatura de bulbo úmido.
5.2 - Procedimento
a) construir balanços de massa e temperatura através da torre como um todo efetuando as seguintes medições:
tag2 tar s 2
. tar u 2
Vag2
topo da torre 2
base da torre 1
tag1
. tar s1
Vag1 tar u1
Determinar:
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 8
a) temperaturas da água (tag ) na entrada e na base da torre.
b) temperaturas de bulbo seco (tar s ) e de bulbo úmido (tar u ) do ar na entrada e saída (topo) da torre.
c) vazão volúmetrica do ar ( V ar
) , em ( m3 / s )
A vazão volumétrica do ar deverá ser determinada pelo produto: velocidade do ar (m/s) x área transversal (m2), sendo que a velocidade do ar será obtida pela média aritmética de pelo menos 06 medidas de velocidade do ar em pontos diferentes junto ao ponto correspondente à área transversal considerada (na entrada ou na saída de ar na torre).
d) vazão volumétrica da água (V ag
), em (m3 / s) , através de
rotâmetro existente na linha de entrada da água na torre.
O cálculo da vazão mássica da água (mag
) poderá ser feito
admitindo-se sua densidade igual a 1000 kg / m3.
e) determinar a vazão mássica do ar pela equação:
mV
var
ar
ar
onde:
mar
= vazão mássica do ar ( kg / s)
V ar
= vazão volumétrica do ar ( m3 / s)
var = volume específico do ar obtido na carta psicrométrica ou tabelas termodinâmicas.
Observe que, conhecendo-se t ar s e t ar u é possível, através da carta psicrométrica, obter os seguintes dados para o ar:
v = volume específico (m3/kg)w = massa de vapor d’água por unidade de massa de ar seco (umidade absoluta ) h = entalpia específica do ar úmido (kJ/kg)
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 9
= umidade relativa ( porcentagem de saturação)
f) determinar a vazão mássica para o vapor d’água:
mvap
1 = mar
x w1
mvap
2= mar
x w2
g) Calcular a perda de água por evaporação:
Perda de água = mvap
2 - mvap
1=
= mar
( w2 - w1 )
h) Energia ganha pelo ar = mar
( har2 - har1 )
i) Energia perdida pela água = mag
2. h ag2 - mag
1. h ag1
onde: h ag1 e hag2 são as entalpias da água a t1 e t2 .
e mag
1 = mag
2 - perdas por evaporação
j) comparar a energia ganha pelo ar com a energia perdida pela água.
k) concluir sobre a capacidade de refrigeração da torre
l) medir a “aproximação” da torre (igual a tag 1 - tar u 1 )
5.3 - Relatório
Emitir relatório apresentando os resultados obtidos no item 5.2.
Capítulo 3 - TORRES DE RESFRIAMENTO Pág. - 10
6 - BIBLIOGRAFIA
6.1 - Processos de Transmissão de CalorDonald Q. KernEditora Guanabara
6.2 - Fenômenos de Transferência - Experiências de LaboratóriosKamal A. R. IsmailEditora Campus