Torre de resfriamento, porque limpar? | Torre de Resfriamento Termoparts
O uso de torres de resfriamento representa o maior reuso da água em aplicações industriais e comerciais
As torres de resfriamento têm como finalidade remover calor de sistemas de ar condicionado e de uma enorme variedade de processos industriais que geram calor excessivo. Embora toda torre de resfriamento reutilize continuamente a água, elas ainda podem consumir de 20% a 30% do volume total de água do sistema. Uma operação otimizada e uma manutenção adequada dos sistemas de torre de resfriamento podem proporcionar significante economia no consumo de água.
A água aquecida é continuamente recirculação de uma fonte quente, como por exemplo um sistema de ar condicionado ou de equipamentos de processo, para a torre de resfriamento (Figura 1).
Na maioria dos sistemas de torre de resfriamento, a água quente (ou água a ser resfriada) é bombeada para o topo da torre onde é distribuída por tubos ou calhas sob o material de enchimento interno, chamado colméia. A colméia permite que água aquecida seja espalhada de forma uniforme por toda área da torre. O ventilador da torre puxa o ar através da água que está caindo sobre a colmeia para provocar a evaporação. O ar pode ser puxado, pelo ventilador, através das venezianas em um fluxo contrário, transversal ou paralelo ao fluxo da água aquecida que está caindo na torre. Quanto maior for a mistura entre o ar e a água, mais eficiente será o resfriamento.
O resfriamento ocorre em uma torre pelos mecanismos de resfriamento evaporativo e por sensível troca térmica. A perda de calor por evaporação (cerca de 2000BTU por Quilograma de água) reduz a temperatura da água remanescente na torre. Uma menor quantia de resfriamento ocorre também, quando a água remanescente transfere calor para o ar. A taxa de evaporação é aproximadamente 1% do fluxo de água passando através da torre para cada 5,5oC reduzidos na temperatura da água. A redução na temperatura da água irá variar de acordo com o Ponto de Orvalho do ambiente. Quanto mais baixo for o ponto de orvalho, maior será a diferença de temperatura (rT) entre a água que está entrando na torre (água aquecida) e a água de saída da torre (água resfriada). Outra regra simples para estimar a taxa de evaporação de uma torre de resfriamento é a seguinte: taxa de evaporação é igual a 12lpm por 100 ton de carga trocada na torre. Quando a temperatura do ponto de orvalho está baixa, a velocidade dos ventiladores de indução da torre pode ser reduzida através da utilização de controladores de velocidade. Ou também, os ventiladores podem operar intermitentes (on – off), economizando energia e também água através da perda por evaporação.
Blow-down (Drenagem)
Blow-down é um termo utilizado para identificar a água que é drenada da bacia da torre de resfriamento visando reduzir o acúmulo de contaminantes na água circulante. Com a evaporação ocorre a concentração dos contaminantes da água, como os sólidos dissolvidos. Promovendo o dreno (blow-down) e adicionando água nova (make-up), o nível de sólidos dissolvidos na água pode ser mantido, reduzindo assim a formação de incrustação mineral e de outros contaminantes na torre, nos condensadores resfriadores e nos trocadores de calor do processo. Eficiência térmica, perfeita operação e vida da torre de resfriamento, são itens diretamente relacionados com a qualidade da água circulante na torre. A qualidade da água na torre depende da qualidade da água de make-up, do tratamento químico da água e da taxa de blow-down.
A otimização do blow-down em conjunto com um tratamento de água adequado, representa a maior oportunidade para o aumento da eficiência da água. O blowdown pode ser controlado manualmente ou automaticamente por válvulas atuadas por temporizadores (timers) ou por medidores de condutividade (condutivímetro).
Perda por respingo
O termo "respingo" é usado para qualificar a perda da água, na forma de névoa, que é carregada pelo vento para fora da torre. Uma taxa típica de respingo é de 0,05% a 0,2% da vazão da torre. A redução no respingo através da instalação de venezianas ou eliminadores de gotas conserva água, retém químicos do tratamento de água no sistema e melhora a eficiência de operação.
Make-up (água de reposição)
Make-up é a água adicionada na torre de resfriamento destinada a repor a água perdida por evaporação, blow-down e respingo. O volume de água de make-up adicionado afeta diretamente a qualidade da água no sistema. A relação entre a qualidade da água de blowdown e a qualidade da água de make-up pode ser expressa como "ciclo de concentração" (Fig. 2).
O uso mais eficiente da água ocorre quando o ciclo de concentração aumenta e o blow-down diminui.
Um simples balanço da água em um sistema de torre de resfriamento pode ser determinado se três dos quatro seguintes parâmetros forem conhecidos: make-up, evaporação, respingo e blow-down (Figura 3).
Otimização do Blow-down
O consumo de água na torre de resfriamento pode ser reduzido drasticamente através da minimização do blow-down em coordenação com um programa de manutenção e operação integradas. O blow-down é minimizado quando o ciclo de concentração aumenta. Alguns estados americanos têm leis que controlam o nível da qualidade da água numa torre de resfriamento na tentativa de promover o uso eficiente da água. Alguns destes estados exigem que o STD (sólidos totais dissolvidos) na água de blow-down seja de 2000ppm ou maior, para torre com capacidade superior a 250ton. O volume de água economizado pelo aumento do ciclo de concentração pode ser determinado por esta equação: Por exemplo:
Aumentando o ciclo de concentração de dois para seis, serão economizados 40% do volume da água de make-up inicial (Figura 4). O ciclo de concentração máximo na qual uma torre de resfriamento pode ainda operar corretamente dependerá da qualidade da água de make-up, assim como PH, STD, alcalinidade, condutividade, dureza e nível de microorganismos. O uso e a sensibilidade do sistema de resfriamento também indicam quanto o blow-down poderá ser reduzido. Incrustação, corrosão, sólidos e proliferação de bactérias são quatro parâmetros críticos que devem ser controlados numa torre de resfriamento. Taxas mínimas de blow-down devem ser determinadas juntamente com um ótimo programa de tratamento de água para a torre de resfriamento.
Controlando o Blow-down
Para controlar melhor o blow-down e o ciclo de concentração, as instalações podem utilizar analisadores na linha de alimentação da água de make-up e na linha de blow-down. Os analisadores permitem ao operador controlar cuidadosamente o uso da água. O blow-down dos sistemas de água de recirculação é realizado quando a condutividade da água alcança um nível pré-estabelecido. O blow-down é feito em um processo de batelada, drenando volumes determinados de água. O melhor caminho é usar um controle de condutividade para, continuamente, drenar e reabastecer o sistema com água. Sistemas contínuos mantém a qualidade da água num nível mais consistente sem grandes variações no STD.
Quase toda torre de resfriamento bem cuidada usa um programa de tratamento de água. O objetivo deste tratamento é manter limpa a superfície dos trocadores de calor, bem como minimizar o consumo de água e encontrar limites de descarte. Os parâmetros químicos críticos da água que requerem revisão e controle incluem PH, alcalinidade, condutividade, dureza, crescimento microbiológico, biocidas e inibidores de corrosão. Dependendo da qualidade da água de make-up, os programas de tratamento devem incluir inibidores de corrosão e incrustação, juntamente com bactericidas. Estes produtos químicos normalmente são adicionados ao sistema através de dosadores automáticos controlados por medidor de PH. Os dosadores automáticos de produtos químicos, tendem a diminuir a quantidade de produtos químicos requerida.
Este equipamento se propõe a provocar uma alteração na carga superficial das moléculas da água, ou seja, ele provoca um realinhamento das moléculas que evita a incrustação nos trocadores e nas tubulações. Com a ação dos magnéticos a água passa a ter maior "fluidez" provocando o desplacamento das incrustações existentes. Os carbonatos precipitados tendem a se depositar nas zonas de baixa velocidade, como por exemplo a bacia da torre de resfriamento, onde poderão ser removidos mecanicamente por filtração ou limpeza manual. Fornecedores destes magnéticos clamam que este produto remove incrustação sem a utilização dos produtos químicos convencionais.
Fontes alternativas de água de make-up
Algumas instalações podem ter uma oportunidade de reutilizar a água residual de outros processos para água de make-up na torre de resfriamento. O reuso da água de rejeito de um sistema de Osmose Reverse ou de outra fonte de descarte limpo na planta, por exemplo. Em alguns casos, o efluente tratado pode ser usado como make-up na torre de resfriamento se o ciclo de concentração for mantido baixo. Similarmente, o blow-down pode ser corretamente utilizado como água de processo em algumas aplicações.
Existem casos onde a água considerada como rejeito no sistema terceário do tratamento de efluentes pode ser utilizada como água de make-up. Nessas aplicações de reuso, registros de formação de inscrustação foram problemáticos onde não foi também empregado o pré-tratamento de abrandamento da água.
A filtração em torre de resfriamento é usada basicamente para remover os sólidos existentes na água de recirculação e em alguns casos na água de make-up, quando esta tem alto teor de sólidos suspensos. Dentre os sólidos que causam problemas em um circuito de resfriamento e que podem ser removidos através de filtração, destacam-se:
As partículas metálicas e incrustações desprendidas dos equipamentos e das tubulações;
Poeira carregada pelo ar e que é puxada para dentro da torre pelos seus ventiladores;
Os minerais precipitados pelo uso de produtos químicos ou de condicionadores magnéticos;
Areia e terra contidas na água de make-up removendo estes sólidos da água da torre de resfriamento, será garantida uma melhor qualidade da mesma, com isso pode-se obter diversos ganhos econômicos, tais como:
Redução nos Custos de Manutenção – menos paradas para limpeza na bacia da torre, nos trocadores de calor, chillers e outros equipamentos do sistema de resfriamento;
Economia de Energia – melhor troca térmica nos trocadores de calor e chillers;
Redução no Consumo de Água – redução no blow-down e no make-up;
Sensível Redução no Consumo de Produtos Químicos – devido à redução de blow-down e make-up e ao ganho de eficiência dos bactericidas;
Os ganhos obtidos vão ao encontro das exigências contidas na ISO14000 e fazem parte da Política Ambiental de diversas empresas preocupadas com o uso racional de recursos importantes como a água e a energia elétrica.
Opções de Filtração
A filtração em uma torre de resfriamento pode ser feita na Vazão Total da torre (Full Stream) ou apenas em uma parcela da vazão, a Filtração Parcial ou Lateral (Side Stream).
As primeiras torres de resfriamento a utilizarem sistema de filtração tiveram como opções os filtros tipo cesto (strainer), tipo cartucho, tipo bag e o filtro de areia.
Os fabricantes destes filtros quase sempre indicam, ao invés da Filtração na Vazão Total, a Filtração Lateral numa taxa de 5% da vazão total da torre como sendo um número "ideal" para o dimensionamento de um sistema de filtração lateral. Isso se deve ao tamanho, custo de manutenção e principalmente custo inicial de instalação destes filtros para grandes vazões.
Não existe um número "exato" para determinar a taxa de filtração de uma torre, porém sabemos que quanto maior for este número, melhor será a qualidade da água da torre de resfriamento.
Atualmente o mercado dispõe de uma tecnologia de filtração mais moderna para ser utilizada como filtração em água de torre de resfriamento.
Trata-se do Filtro Separador Centrífugo, o qual remove sólidos sedimentáveis por meio da ação centrífuga, gerada simplesmente pela velocidade de bombeamento da água. O Filtro Separador Centrífugo tem diferenças técnicas que garantem uma série de vantagens sobre os filtros convencionais de barreira, tais como:
Não necessita de equipamento reserva (stand-by);
Não utiliza elementos filtrantes;
Dispensa retrolavagem;
Sem paradas para limpeza e/ou manutenção;
Perda de carga (DP) baixa e constante – só varia em função da vazão;
Dispositivos que permitem perda "Zero" de líquidos;
Sólidos separados são purgados em local adequado;
O fabricante deste sistema, a DBD Filtros, sugere uma taxa de filtração entre 5% e 20% da vazão total da torre de resfriamento, o que permite ter uma água de recirculação de melhor qualidade.
É importante salientar que se considerarmos o custo benefício do Filtro Separador Centrífugo, mesmo que filtrando a vazão total de uma torre de resfriamento, ele pode ainda ser mais econômico do que os filtros convencionais de barreira.
Amplamente utilizado no mundo para filtrar água de torre de resfriamento, o Filtro Separador Centrífugo está instalado em grandes grupos mundiais como a IBM, American Airlines, Hilton Hotel, Neslé, Chrysler, Monsanto, GM, Califórnia Steel, Corea Power Plant, Guardian,etc.
No Brasil este sistema já vem sendo utilizado por empresas como Pirelli, White Martins (Praxair), Belgo Mineira, Ford, Pneus Michelan, Basf, entre outras.