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Quarta-feira, 22 de Abril de 2015

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Água de resfriamento, porquê mantê-la limpa?

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 enormevariedade de processos industriais que geram calor excessivo. Embora toda torre de resfriamento reutilizecontinuamente a água, elas ainda podem consumir de 20% a 30% do volume total de água do sistema. Uma operaçãootimizada e uma manutenção adequada dos sistemas de torre de resfriamento podem proporcionar significanteeconomia no consumo de água.

Funcionamento da torre de resfriamentoA água aquecida é continuamente recirculada de uma fonte quente, como por exemplo um sistema de ar condicionadoou 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 datorre onde é distribuída por tubos ou calhas sob o material de enchimento interno, chamado colméia. A colméiapermite que água aquecida seja espalhada de forma uniforme por toda área da torre. O ventilador da torre puxa o aratravés da água que está caindo sobre a colméia 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 natorre. Quanto maior for a mistura entre o ar e a água, mais eficiente será o resfriamento.

EvaporaçãoO resfriamento ocorre em uma torre pelos mecanismos de resfriamento evaporativo e por sensível troca térmica. Aperda de calor por evaporação (cerca de 2000BTU por Quilograma de água) reduz a temperatura da águaremanescente na torre. Uma menor quantia de resfriamento ocorre também, quando a água remanescente transferecalor para o ar. A taxa de evaporação é aproximadamente 1% do fluxo de água passando através da torre para cada5,5oC reduzidos na temperatura da água. A redução na temperatura da água irá variar de acordo com o Ponto deOrvalho do ambiente. Quanto mais baixo for o ponto de orvalho, maior será a diferença de temperatura (rT) entre aágua que está entrando na torre (água aquecida) e a água de saída da torre (água resfriada). Outra regra simples paraestimar a taxa de evaporação de uma torre de resfriamento é a seguinte: taxa de evaporação é igual a 12lpm por 100ton de carga trocada na torre. Quando a temperatura do ponto de orvalho está baixa, a velocidade dos ventiladores deindução da torre pode ser reduzida através da utilização de controladores de velocidade. Ou também, os ventiladorespodem 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 visandoreduzir o acúmulo de contaminantes na água circulante. Com a evaporação ocorre a concentração dos contaminantesda água, como os sólidos dissolvidos. Promovendo o dreno (blow-down) e adicionando água nova (make-up), o nívelde sólidos dissolvidos na água pode ser mantido, reduzindo assim a formação de incrustação mineral e de outroscontaminantes 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 águacirculante na torre. A qualidade da água na torre depende da qualidade da água de make-up, do tratamento químicoda água e da taxa de blow-down. A otimização do blow-down em conjunto com um tratamento de água adequado, representa a maior oportunidadepara o aumento da eficiência da água. O blowdown pode ser controlado manualmente ou automaticamente porválvulas atuadas por temporizadores (timers) ou por medidores de condutividade (condutivímetro).

Perda por respingoO termo “respingo” é usado para qualificar a perda da água, na forma de névoa, que é carregada pelo vento para forada torre. Uma taxa típica de respingo é de 0,05% a 0,2% da vazão da torre. A redução no respingo através dainstalação de venezianas ou eliminadores de gotas conserva água, retém químicos do tratamento de água no sistemae 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 erespingo. O volume de água de make-up adicionado afeta diretamente a qualidade da água no sistema. A relaçãoentre a qualidade da água de blowdown e a qualidade da água de make-up pode ser expressa como “ciclo deconcentração” (Fig. 2).

O uso mais eficiente da água ocorre quando o ciclo de concentração aumenta e o blow-down diminui.

Balanço da águaUm simples balanço da água em um sistema de torre de resfriamento pode ser determinado se três dos quatroseguintes parâmetros forem conhecidos: make-up, evaporação, respingo e blow-down (Figura 3).

Otimização do Blow-downO consumo de água na torre de resfriamento pode ser reduzido drasticamente através da minimização do blow-downem coordenação com um programa de manutenção e operação integradas. O blow-down é minimizado quando o ciclode concentração aumenta. Alguns estados americanos têm leis que controlam o nível da qualidade da água numa torrede resfriamento na tentativa de promover o uso eficiente da água. Alguns destes estados exigem que o STD (sólidostotais dissolvidos) na água de blow-down seja de 2000ppm ou maior, para torre com capacidade superior a 250ton. Ovolume de água economizado pelo aumento do ciclo de concentração pode ser determinado por esta equação: Porexemplo: Aumentando o ciclo de concentração de dois para seis, serão economizados 40% do volume da água de make-upinicial (Figura 4). O ciclo de concentração máximo na qual uma torre de resfriamento pode ainda operar corretamentedependerá da qualidade da água de make-up, assim como PH, STD, alcalinidade, condutividade, dureza e nível demicroorganismos. O uso e a sensibilidade do sistema de resfriamento também indicam quanto o blow-down poderá serreduzido. Incrustação, corrosão, sólidos e proliferação de bactérias são quatro parâmetros críticos que devem sercontrolados numa torre de resfriamento. Taxas mínimas de blow-down devem ser determinadas juntamente com umótimo programa de tratamento de água para a torre de resfriamento.

Controlando o Blow-downPara controlar melhor o blow-down e o ciclo de concentração, as instalações podem utilizar analisadores na linha dealimentação da água de make-up e na linha de blow-down. Os analisadores permitem ao operador controlarcuidadosamente o uso da água. O blow-down dos sistemas de água de recirculação é realizado quando acondutividade da água alcança um nível pré-estabelecido. O blow-down é feito em um processo de batelada, drenandovolumes determinados de água. O melhor caminho é usar um controle de condutividade para, continuamente, drenar ereabastecer o sistema com água. Sistemas contínuos mantém a qualidade da água num nível mais consistente semgrandes variações no STD.

Tratamento da águaQuase toda torre de resfriamento bem cuidada usa um programa de tratamento

de água. O objetivo deste tratamento é manter limpa a superfície dos trocadoresde calor, bem como minimizar o consumo de água e encontrar limites dedescarte. Os parâmetros químicos críticos da água que requerem revisão econtrole incluem PH, alcalinidade, condutividade, dureza, crescimentomicrobiológico, biocidas e inibidores de corrosão. Dependendo da qualidade daágua de make-up, os programas de tratamento devem incluir inibidores decorrosão e incrustação, juntamente com bactericidas. Estes produtos químicosnormalmente são adicionados ao sistema através de dosadores automáticoscontrolados por medidor de PH. Os dosadores automáticos de produtosquímicos, tendem a diminuir a quantidade de produtos químicos requerida.

Condicionadores MagnéticosEste equipamento se propõe a provocar uma alteração na carga superficial dasmoléculas da água, ou seja, ele provoca um realinhamento das moléculas queevita a incrustação nos trocadores e nas tubulações. Com a ação dos magnéticosa água passa a ter maior “fluidez” provocando o desplacamento das incrustaçõesexistentes. Os carbonatos precipitados tendem a se depositar nas zonas debaixa velocidade, como por exemplo a bacia da torre de resfriamento, ondepoderão ser removidos mecanicamente por filtração ou limpeza manual. Fornecedores destes magnéticos clamam queeste produto remove incrustação sem a utilização dos produtos químicos convencionais.

Fontes alternativas de água de make-upAlgumas instalações podem ter uma oportunidade de reutilizar a água residual de outros processos para água demake-up na torre de resfriamento. O reuso da água de rejeito de um sistema de Osmose Reverse ou de outra fonte dedescarte limpo na planta, por exemplo. Em alguns casos, o efluente tratado pode ser usado como make-up na torre deresfriamento se o ciclo de concentração for mantido baixo. Similarmente, o blow-down pode ser corretamente utilizadocomo água de processo em algumas aplicações. Existem casos onde a água considerada como rejeito no sistema terceário do tratamento de efluentes pode serutilizada como água de make-up. Nessas aplicações de reuso, registros de formação de inscrustação foramproblemáticos onde não foi também empregado o pré-tratamento de abrandamento da água.

FiltraçãoA filtração em torre de resfriamento é usada basicamente para remover os sólidos existentes na água de recirculação eem alguns casos na água de make-up, quando esta tem alto teor de sólidos suspensos. Dentre os sólidos que causamproblemas 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, serágarantida 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 deeficiência dos bactericidas;Os ganhos obtidos vão ao encontro das exigências contidas na ISO14000 e fazem parte da Política Ambiental dediversas empresas preocupadas com o uso racional de recursos importantes como a água e a energia elétrica.

Opções de FiltraçãoA filtração em uma torre de resfriamento pode ser feita na Vazão Total da torre (Full Stream) ou apenas em umaparcela 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 taxade 5% da vazão total da torre como sendo um número “ideal” para o dimensionamento de um sistema de filtraçãolateral. Isso se deve ao tamanho, custo de manutenção e principalmente custo inicial de instalação destes filtros paragrandes vazões. Não existe um número “exato” para determinar a taxa de filtração de uma torre, porém sabemos que quanto maior foreste 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 águade torre de resfriamento. Trata-se do Filtro Separador Centrífugo, o qual remove sólidos sedimentáveis por meio da ação centrífuga, geradasimplesmente pela velocidade de bombeamento da água. O Filtro Separador Centrífugo tem diferenças técnicas quegarantem 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 deresfriamento, 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 avazão total de uma torre de resfriamento, ele pode ainda ser mais econômico do que os filtros convencionais debarreira.Amplamente utilizado no mundo para filtrar água de torre de resfriamento, o Filtro Separador Centrífugo está instaladoem grandes grupos mundiais como a IBM, American Airlines, Hilton Hotel, Neslé, Chrysler, Monsanto, GM, CalifórniaSteel, 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.

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