Desenvolvimento de um sistema de redução de perda de água por evaporação em torres de arrefecimento

Abstract

Perdas de água por evaporação são comuns em torres de resfriamento devido à influência de ventos e lançamento do vapor gasto na atmosfera. A procura por soluções visando reduzir o consumo de água nos setores industriais é de extrema importância. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia que avalia a expansão de um sistema para auxiliar a recuperação de água evaporada em uma torre de resfriamento, minimizando suas perdas. Para isso, foram realizados estudos com simulação numérica de um sistema para a captura dos vapores por condensação, que foi feito através de adição de uma estrutura metálica que possibilita a desumidificação do vapor saturado na saída da torre. A estrutura deve ser disposta logo acima do ventilador da torre e, para isto, foram consideradas as características psicrométricas de uma região do nordeste do Brasil e as condições de operação da referida torre. Para a quantificação do comportamento do sistema foi utilizado o software ANSYS CFX que permitiu a formulação do perfil de distribuição da fração água /ar segundo a variação de temperatura (20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC), vazão de água (4000 m3/h, 4366 m3/h, 4700 m3/h), vazão do ar (635,45 Nm3/h, 685,45 Nm3/h, 735,45 Nm3/h) e velocidade de rotação do ventilador (75,9 rpm, 79,9 rpm, 85,9 rpm). Nestes domínios foram verificadas as melhores condições para recuperação da água alimentada. A Via Fluidodinâmica Computacional (CFD) foi avaliada a conformação da manta metálica de estágio simples e composto, em três estágios, caracterizando o nível de condensação e a viabilidade de se usar vários estágios durante o processo. A influência das variações da temperatura, vazão de água, vazão de ar e velocidade de rotação do ventilador, resultam nos seguintes efeitos: (i) ao se aumentar a temperatura do ar de entrada de 20 a 40oC, promoveu-se diminuição da concentração da fração volumétrica, indicando uma menor taxa de recuperação da água evaporada; (ii) fazendo-se variar a vazão da água na entrada, observou-se o aumento das frações volumétricas de água na região inferior, indicando menor probabilidade de arraste e consequentemente perda por evaporação; (iii) ao aumentar a vazão de ar de entrada foi possível verificar maior dispersão por arraste, aumentando assim a perda por evaporação; e (iv) o efeito da variação da rotação do ventilador provocou menores concentrações da água, o que está ligado ao aumento de arraste.