Análise de viabilidade técnica para a recuperação de água em torres de resfriamento

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010Torres de resfriamento são bastante empregadas para o arrefecimento da água proveniente de processos industriais devido ao seu baixo custo e a alta eficiência de troca térmica. Em refinarias, comumente se utiliza torres de resfriamento em circuito aberto, denominadas torres úmidas, onde o ar na temperatura ambiente é insuflado contra a água quente, resfriando-a. Este resfriamento ocorre através da troca de calor por convecção e por evaporação de parte da água. Neste processo de evaporação, uma parte da água é perdida (2 a 5%), sendo reposta no sistema através da retirada de água da bacia hidrográfica próxima à refinaria. Devido ao crescimento da população próximo as refinarias e à tendência de um maior rigor da legislação ambiental em relação ao uso de recursos naturais, a retirada da água para uso na refinaria se torna um problema econômico e ambiental. O objetivo deste trabalho é obter uma bancada de umidificação e desumidificação de ar para ser utilizada em estudos de processos térmicos para recuperação de água do ar úmido, em condições semelhantes às encontradas nas refinarias. A bancada é composta por uma torre de umidificação e uma seção de teste de desumidificação. A torre de umidificação apresenta sistemas de medição e controle de vazão de ar, da temperatura e da vazão de água quente, assim como sistemas de medição de temperaturas da água fria e do ar (bulbo seco e úmido). A seção de teste de desumidificação por resfriamento conta com sistemas de controle e medição de vazão de ar e água gelada, da temperatura da placa e temperaturas de bulbo seco e úmido do ar. A bancada possibilitou o estudo do processo de desumidificação do ar em uma superfície plana simples de alumínio, que não recebeu nenhum tratamento superficial e que representa um caso referência. Os dados experimentais mostraram que é possível, através da condensação e recolhimento da água condensada, recuperar 9% da água que é perdida por evaporação em torres de resfriamento. Melhores desempenhos são esperados para superfícies melhoradas, objeto de pesquisas experimentais que empregarão o aparato desenvolvido nesta dissertação. No caso da Replan, o recolhimento de 9% dá água evaporada equivale ao consumo de uma cidade de aproximadamente 20.000 habitantes. Um modelo matemático de torre de resfriamento contra-corrente foi implementado no software EES para comparação com os dados experimentais. A construção da bancada experimental foi financiada pelo convênio entre a Petrobras e o Labtucal no contexto do projeto entitulado "Desenvolvimento de Processos e Equipamentos para Conservação de Recursos Hídricos em Refinarias - Hidriter"