O que é uma Torre de Resfriamento a Natura?

Uma torre de resfriamento a corrente natural é um tipo de trocador de calor que resfria a água por contato direto com o ar. É usada em usinas de energia, refinarias de petróleo, plantas petroquímicas e plantas de gás natural para remover o excesso de calor do sistema de circulação de água. Uma torre de resfriamento a corrente natural se baseia no princípio do fluxo convectivo para fornecer a circulação de ar, sem a necessidade de ventiladores ou outros dispositivos mecânicos. O fluxo de ar é impulsionado pela diferença de densidade entre o ar quente e úmido dentro da torre e o ar ambiente mais frio e seco fora da torre.

Como funciona uma torre de resfriamento a corrente natural?

O princípio básico de funcionamento de uma torre de resfriamento a corrente natural é ilustrado no seguinte diagrama:

Os principais componentes de uma torre de resfriamento a corrente natural são:

• Inlet de água quente: Este é o local onde a água quente do sistema ou condensador entra na torre no topo. O inlet de água quente está conectado a uma série de bicos que pulverizam a água sobre o material de enchimento.

• Material de enchimento: Este é um material poroso que fornece uma grande área de superfície para a transferência de calor entre a água e o ar. O material de enchimento pode ser feito de madeira, plástico, metal ou cerâmica. O material de enchimento pode ser arranjado de diferentes maneiras, como barras de respingos, grades ou pacotes de filme.

• Bacia de água fria: Este é o local onde a água resfriada se acumula na parte inferior da torre. A bacia de água fria tem uma válvula de drenagem e uma bomba que recircula a água de volta ao sistema ou condensador.

• Inlet de ar: Este é o local onde o ar fresco entra na torre na base. O inlet de ar pode ser aberto ou fechado, dependendo do design da torre.

• Outlet de ar: Este é o local onde o ar quente e úmido sai da torre no topo. O outlet de ar pode ter um difusor ou uma chaminé para melhorar o fluxo de ar.

O processo de resfriamento da água em uma torre de resfriamento a corrente natural envolve dois mecanismos principais: transferência de calor sensível e transferência de calor latente.

• Transferência de calor sensível: Esta é quando o calor é transferido da água quente para o ar frio por contato direto. Como resultado, a temperatura de ambos os fluidos muda, mas não sua fase. A transferência de calor sensível depende de fatores como a diferença de temperatura, a taxa de fluxo e a área de superfície de contato.

• Transferência de calor latente: Esta é quando o calor é transferido da água quente para o ar frio por evaporação. Como resultado, parte da água muda de fase de líquida para vapor, absorvendo calor de seu entorno. A transferência de calor latente depende de fatores como a razão de umidade, a pressão de vapor e o coeficiente de transferência de massa.

A combinação de transferência de calor sensível e latente resfria a água e aquece o ar. A água resfriada cai para a bacia de água fria, enquanto o ar aquecido sobe para o outlet de ar devido à flutuabilidade. O efeito de flutuabilidade cria uma corrente natural que atrai mais ar fresco no inlet de ar, criando um ciclo contínuo de resfriamento.

Quais são os tipos de torres de resfriamento a corrente natural?

As torres de resfriamento a corrente natural podem ser classificadas em dois tipos com base em sua configuração:

• Torres de resfriamento a corrente natural contrafluxo: Nestas torres, a água flui para baixo, e o ar flui para cima em direções opostas. Isso permite uma maior diferença de temperatura e uma maior eficiência de resfriamento. No entanto, essas torres requerem mais altura e mais bicos de pulverização do que as torres de fluxo cruzado.

• Torres de resfriamento a corrente natural de fluxo cruzado: Nestas torres, a água flui para baixo, e o ar flui horizontalmente em direções perpendiculares. Isso permite uma menor altura e menos bicos de pulverização do que as torres de contrafluxo. No entanto, essas torres têm uma menor diferença de temperatura e uma menor eficiência de resfriamento do que as torres de contrafluxo.

A tabela a seguir resume algumas das vantagens e desvantagens de cada tipo:

| Fluxo cruzado | Menor altura Menor custo Menos bicos de pulverização Menos propensa à formação de incrustações | Menor diferença de temperatura Menor eficiência de resfriamento Pior distribuição de água Mais propensa ao congelamento |

A figura a seguir mostra a diferença entre as torres de resfriamento a corrente natural de contrafluxo e de fluxo cruzado:

Quais são as aplicações das torres de resfriamento a corrente natural?

As torres de resfriamento a corrente natural são geralmente preferidas para aplicações que exigem:

• Grande capacidade de resfriamento constante ao longo de muitos anos

• Baixos custos operacionais e de manutenção

• Baixo nível de ruído e consumo de energia

• Alta resistência a cargas de vento e corrosão

Alguns exemplos de aplicações que usam torres de resfriamento a corrente natural são:

• Usinas termelétricas que usam carvão, óleo, gás ou combustível nuclear para gerar eletricidade

• Refinarias de petróleo que processam petróleo bruto em vários produtos, como gasolina, diesel, querosene, etc.

• Plantas petroquímicas que produzem produtos químicos a partir de matérias-primas de petróleo ou gás natural

• Plantas de gás natural que processam gás natural em gás natural liquefeito (GNL), gás natural comprimido (GNC) ou outros produtos

Quais são as vantagens e desvantagens das torres de resfriamento a corrente natural?

Algumas das vantagens das torres de resfriamento a corrente natural são:

• Elas não requerem ventiladores ou outros dispositivos mecânicos para induzir o fluxo de ar, o que economiza energia e reduz o ruído

• Elas têm baixos custos operacionais e de manutenção, pois possuem menos partes móveis e menos desgaste

• Elas têm baixas perdas do sistema, pois perdem menos de 1% do fluxo total de água devido à evaporação

• Elas têm uma grande capacidade de resfriamento, pois podem lidar com grandes volumes de fluxo de água

• Elas não têm recirculação de ar, pois possuem uma saída alta que impede que o ar quente reentre na torre

Algumas das desvantagens das torres de resfriamento a corrente natural são:

• Elas requerem um grande investimento inicial de capital, pois são caras para construir e instalar

• Elas requerem uma grande área, pois têm uma base larga e uma altura elevada

• São difíceis de obter permissão de planejamento, pois têm um impacto estético negativo na área local

• Seu desempenho depende da velocidade e direção do vento, pois podem afetar o fluxo de ar e a transferência de calor