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Relatório sobre a pratica 5 - Torre de resfriamento
Tipologia: Trabalhos
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INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE TECNOLOGIAS E CIÊNCIAS AV. Luanda Sul, Rua Lateral Via S10, Talatona – Município do Belas – Luanda/Angola
Distinção Símbolo Unidade Densidade de empacotamento AB m^2 /m^3 Temperatura de entrada do ar
Humidade relativa de entrada do ar ϕ 1 % Temperatura de saída do ar T 2 ºC Humidade relativa de saída do ar
Temperatura de entrada da água
Temperatura de saída da água
Vazão volumétrica da água VW l/h Queda de pressão ΔP Pa Humidade absoluta X g/kg Entalpia h Kj/kg Temperatura de bulbo húmido Tf ºC Pressão parcial de vapor PD KPa Volume específico V m3/Kg Fluxo mássico do ar mL kg/s Capacidade de resfriamento do ar
Carga térmica da água Qw W Aproximação do bulbo humido a ºC Coeficiente de resfriamento n n Quantidade de água evaporada mw l/h Vazão volumétrica do ar VL m3/h
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Em muitas operações, devido a necessidade de se remover carga térmica de um dado sistema e usa-se, na maioria dos casos, água como o fluido de resfriamento, ou seja, em muitos sistemas de refrigeração, ar condicionado e processos industriais, gera-se calor que deve ser extraído e dissipado. A água quente que sai destes resfriadores deve ser reaproveitada devido a motivos económicos e ambientais, para isso esta água deve passar por outro equipamento que a resfrie. (ELKIND,2002) As torres de resfriamento são equipamentos utilizados para o resfriamento de água industrial, como aquela proveniente de condensadores de usinas de geração de potência, ou de instalações de refrigeração, trocadores de calor entre outros. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de “enchimentos” de diferentes tipos, em contracorrente com uma corrente de ar frio (normalmente à temperatura ambiente). No contacto directo das correntes de água e ar ocorre e evaporação da água, principal fenómeno que produz resfriamento. (TREYBAL,1980) Isso ocorre porque a água para evaporar precisa de calor latente, e esse calor é retirado da própria água que escoa pela torre. A diferença de temperatura entre o ar e a água também é responsável pelo resfriamento. Expondo-se adequadamente água ao ar numa torre de resfriamento, é possível resfriar a água à temperatura de bulbo húmido do ar, esta será mais baixa que a temperatura ambiente. O resfriamento acontece pela evaporação de uma pequena porção de água, calor latente sendo fornecido pela variação do calor sensível do restante. A ênfase está na evaporação de água somente suficiente para resfriar o restante. Numa torre de resfriamento a variação de calor sensível é a quantidade de interesse principal. O projeto de uma torre de resfriamento parte dos valores da vazão e da temperatura da água a ser resfriada. Então, uma vez especificada a geometria da torre em termos de suas dimensões e tipo de enchimento, o funcionamento adequado dependerá do controle da vazão de ar. Em termos de insumo energético, a torre demandará potência para fazer escoar o ar, sendo que o enchimento da torre é um elemento que introduz perda de carga; a água deverá ser bombeada até o ponto de aspersão (MELLO, 2016).
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Quando a humidade relativa é 100%, significa que o ar está saturado. Sendo que para a água a equação de pressão de vapor usada será a de Antoine:
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Imagem 2 : Esquema de equipamento (torre de resfriamento Gunt WL 320) Descrição do esquema: 1 - Bocal de pulverização; 2 - Copa; 3 - Painel de controle; 4 - Câmara de ar; 5 - Ventilador radial; 6 - Válvula de drenagem para o tanque de água; 7 - Tanque de água com aquecedor; 8 - Tanque de alimentação; 9 - Sensor de temperatura/Humidade.
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Ø Modo de operação do equipamento O WL 320 (torre de resfriamento) examina os principais componentes e princípio de uma torre de resfriamento húmido com ventilação forçada. A água é aquecida em um tanque e transportada por uma bomba para um atomizador. O atomizador pulveriza a água a ser resfriada sobre a superfície do convés molhado. A água escorre de cima para baixo ao longo da superfície da capa molhada enquanto o ar flui da parte inferior para a parte superior. O calor é transferido directamente da água para o ar por convecção e evaporação. O volume de água evaporada é registrado. O fluxo de ar é gerado por um ventilador e ajustado usando uma válvula de borboleta. A torre de resfriamento é transparente, permitindo uma observação clara da superfície da capa molhada e da água escorrendo. Torres de resfriamento intercambiáveis (WL 320.
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TABELA 4: Dados Teóricos Para a Torre 1 Φ 1 (%)
dp (PA) dV/dt (l/h)) 49 48,2 35,5 45,8 34,5 21,4 20,4 9 19 49,2 48,4 35,3 47,1 37,8 22,1 20,4 9 19 49,4 48,8 35,2 47,5 39,3 22,7 20,5 8 19 49,7 49,2 34,9 47,3 40,2 23,2 20,6 9 20 49,9 49,7 34,8 47,6 40,6 23,6 20,6 8 18 50 49,9 34,8 47,4 40,8 23,7 20,7 8 20 Os dados apresentados na tabela 4 foram usados como dados de entrada no diagrama de Mollier para determinar as entalpias (h), as humidades absolutas (x), temperatura de bulbo húmido (Tf) e volumes específicos (v). Os resultados destas determinações encontram-se apresentados na tabela abaixo: TABELA5: Dados Teóricos Para a Torre 1 h (KJ/Kg) h (KJ/Kg) x (g/kg) x (g/kg) v (m^3/kg) v (m^3/kg) Tf (ºC) 81100 130200 18,1 31,9 0,906 0,95 26, 80600 130000 17,9 31,9 0,899 0,956 26, 80000 136100 17,7 33,8 0,898 0,958 26, 79200 138800 17,4 35 0,897 0,961 26, 79100 138700 17,4 35,2 0,897 0,961 26, 79000 138700 17,4 35,9 0,897 0,962 25, Esses parâmetros determinados foram usados para calcular os outros parâmetros como fluxo mássico de ar, capacidade de resfriamento do ar, carga térmica da água, vazão volumétrica de ar, quantidade de água evaporada, potência da bomba e a potência do ventilador, estes valores estão apresentados na tabela a seguir: TABELA 6: Dados Teóricos Para a Torre 1 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) 0,013321919 45,56096131 654,1061989 13,1 289,4153889 - 5,5 1,723684211 0, 0,013280048 45,70461157 656,0343478 15,7 346,8566111 - 4,2 1,365217391 0, 0,01250747 3 43,13577145 701,6692121 16,6 366,7401111 - 3,6 1,276923077 0, 0,013245455 45,82397612 789,4291181 17 395,3444444 - 2,9 1,205673759 0, 0,012487935 43,20325901 744,2809103 17 355,81 - 2,5 1,172413793 0, 0,012481442 43,22573145 745,142113 5 17,1 397,67 - 2,2 1,147651007 0,
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Foi calculado o valor médio dos dados fornecidos pelo software e dos dados teóricos e foi feita uma comparação entre estes valores, esta comparação foi feita a partir do erro relativo % como mostrados na tabela a seguir: TABELA7: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 1 Φ 1 (%)
dV/dt (l/h) dp (PA) Valor Teórico 49,533 49,033 35,083 47,117 38,867 22,783 20,533 19,167 8, Valor Software 49,617 49,117 34,992 47,35 39,75 22,992 20,567 19,083 8, Erro Percentual 0,168 0,17 0,261 0,495 2,273 0,914 0,162 0,435 2, TABELA 8: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 1 h (KJ/Kg) h (KJ/Kg) x (g/kg) x (g/kg) v (m^3/kg) v (m^3/kg) Tf (ºC) Valor Teórico 79833,333 135416,667 17,65 33,95 0,899 0,958 26, Valor Software 79516,667 137400 17,525 34,475 0,898 0,96 26, Erro Percentual 0,397 1,465 0,708 1,546 0,167 0,157 0, TABELA9: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 1 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) Valor Teórico 0,013 44,442 715,11 16,083 358,639 - 3,483 1,315 0, Valor Software 0,013 43,834 729,696 16,8 362,69 - 3,192 1,241 0, Erro Percentual 1,474 1,369 2,04 4,456 1,129 8,373 5,623 0, A partir dos resultados mostrados acima podemos verificar que o maior erro encontrado foi de aproximadamente 8,373, este valor de erro pode ser justificado pelas seguintes razões: v Erro na cronometragem: Os dados foram retirados em intervalos de 1 minuto e um atraso poderia variar minimamente os nossos parâmetros mais ainda assim influenciaria minimamente os dados aumentando assim os erros; v Falha ao se estabelecer o fluxo: Com o passar do tempo o fluxo ia tendendo a diminuir e havia necessidade de se ajustar manualmente o fluxo.
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TABELA 12: Dados Fornecidos pelo Software Para a Torre 2 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) 0,01 33,5473 439,1362 10,874 214,7283 0,9904 0,9088 0, 0,0098 33,4818 509,7057 13,1287 306,2251 0,2475 0,9815 0, 0,0097 33,4716 576,6079 16,4927 378,5174 0,268 0,984 0, 0,009 9 33,9166 584,8777 17,3113 391,1657 0,3816 0,9784 0, 0,0098 33,4553 549,4797 17,738 387,7767 0,4643 0,9745 0, 0,0099 33,9006 553,3231 18,2127 394,0331 0,5892 0,9687 0, TABELA13: Dados Teóricos Para a Torre 2 Φ 1 (%)
dV/dt (l/h) dp (PA) 53,4 50,8 32,1 44,6 36,6 23,8 22,7 20 4 53,3 50,2 32,2 46,1 39,8 23,9 22,6 19 4 53,2 50.1 32,4 46,2 40,8 24,1 22,6 18 4 53,2 50,2 32,4 45,7 41,3 24,2 22,7 19 4 53,1 50,3 32,4 45,5 41,8 24,3 22,8 18 4 53,1 50,6 32,4 45 ,1 42,1 24,4 22,8 19 4 TABELA 14: Dados Teóricos Para a Torre 2 h (KJ/Kg) h (KJ/Kg) x (g/kg) x (g/kg) v (m^3/kg) v (m^3/kg) Tf (ºC) 74100 121000 16 30 0,876 0,94 23 74200 126100 16,1 31,5 0,878 0,947 23, 74300 131800 16,3 32,8 0,876 0,945 2 3, 74600 131400 16,3 33,2 0,875 0,95 23, 74800 130000 16,4 33,1 0,878 0,951 23, 75000 131000 16,5 32,6 0,877 0,951 24
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TABELA 15: Dados Teóricos Para a Torre 2 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) 0 ,008928395 30,21368826 418,7417197 12,8 297,6711111 0,8 0,941176471 0, 0,008895335 30,32597738 461,6679062 15,9 351,2751667 0,2 0,98757764 0, 0,008904743 30,29393724 512,0227488 16,7 349,531 0,2 0,98816568 0, 0,008881279 30,3739742 50 4,4566476 17,1 377,7865 0,5 0,971590909 0, 0,008876608 30,3899563 489,9887802 17,5 366,275 0,5 0,972222222 0, 0,008876608 30,3899563 497,0900669 17,7 391,0421667 0,4 0,977900552 0, TABELA 16: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 2 Φ 1 (%)
dV/dt (l/h) dp (PA) Valor Teórico 53,217 50,42 32,317 45,533 40,4 24,117 22,7 18,833 4 Valor Software 53,2 50,3 32,4 45,617 41,05 24,158 22,7 18,917 4 Erro Percentual 0,031 0,238 0,258 0,183 1,609 0,173 0 0,44 2 0 TABELA 17: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 2 h (KJ/Kg) h (KJ/Kg) x (g/kg) x (g/kg) v (m^3/kg) v (m^3/kg) Tf (ºC) Valor Teórico 74400 128550 16,267 32,2 0,877 0,947 23, Valor Software 74500 130500 16,3 32,7 0,877 0,949 23,7 5 Erro Percentual 0,134 1,517 0,205 1,553 0,019 0,141 0, TABELA 18: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 2 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) Valor Teórico 0,009 30,331 480,661 16,283 355,597 0,433 0, 973 0, Valor Software 0,009 30,353 493,539 16,9 360,936 0,417 0,976 0, Erro Percentual 0,071 0,07 2,679 3,787 1,501 3,846 0,246 0,
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TABELA 21: Dados Fornecidos pelo Software Para a Torre 3 dml/dt dVl/dt Ql z Qw a ETA dmw/dt 0,007 23,6619 368,1567 14,494 204,195 5,3173 0,7316 0, 0,0069 23,1998 278,4553 16,248 308,46 5,2451 0,756 0, 0,0069 23,3779 345,574 17,568 396,7199 5,3493 0,7666 0, 0,0069 23,39 06 339,6098 16,3773 355,1946 5,8485 0,7369 0, 0,0069 23,0621 314,8292 15,562 321,7769 5,5954 0,7355 0, 0,007 23,3563 301,3066 15,52 304,9996 5,2711 0,7465 0, TABELA 22: Dados Teóricos Para a Torre 3 Φ 1 (%)
dV/dt (l/h) dp (PA) 56,9 55,8 30,2 (^43 22 36 29 13 ) 56,9 56 29,9 41,1 22,4 36,1 28,6 (^14 ) 57,5 55,9 30,3 41,9 22,4 36,3 (^29 14 ) 57 55,9 29,9 42 22,5 37 29,2 (^13 ) 57,4 56,3 30,3 42 22,5 37,5 29,1 (^15 ) 57,5 56,1 30,4 41,6 22,6 (^38 29 14 ) TABELA 2 3 : Dados Teóricos Para a Torre 3 h (KJ/Kg) h (KJ/Kg) x (g/kg) x (g/kg) v (m^3/kg) v (m^3/kg) Tf (ºC) 71000 121000 15,6 30,5 0,87 0,93 30, 70900 120900 15,6 29,9 0,87 0,93 31 71000 121000 15,7 30,4 0,87 0,93 31, 70900 120600 15,7 29,9 0,87 0, 93 32 70900 119800 15,7 29,8 0,87 0,93 33 71000 119500 15,7 29,8 0,87 0,93 33, TABELA 24: Dados Teóricos Para a Torre 3 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) 0,007773677 26,02626953 388,6838341 14 211,6255556 5,7 1,686746988 0, 0,007773677 26,02626953 388,6838341 13,7 223,0207778 5,1 1,593023256 0, 0,00634718 21,25036009 317,3590216 13,9 226,2765556 4,5 1,478723404 0, 0,007773677 26,02626953 386,3517311 14,5 219,1836111 5 1,526315789 0, 0,00634718 21,25036009 310,3771231 15 261,625 4,5 1,428571429 0, 0,007773677 26,02626953 377,0233191 15,4 250,6948889 4,7 1,439252336 0,
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TABELA 25: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 3 Φ 1 (%)
dV/dt (l/h) dp (PA) Valor Teórico 57,2 56 30,167 41,933 22,4 36,817 28,983 13,833 2, Valor Software 57,3 56 30,233 41,917 22,45 36,908 29 14 2, Erro Percentual 0,175 0 0,221 0,04 0,223 0,249 0,058 1,205 6, TABELA 26: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 3 h (KJ/Kg) h (KJ/Kg) x (g/kg) x (g/kg) v (m^3/kg) v (m^3/kg) Tf (ºC) Valor Teórico 70950 120466,667 15,667 30,05 0,87 0,93 31, Valor Software 70925 120533,333 15,7 29,9 0,87 0,93 31, Erro Percentual 0,035 0,055 0,213 0,499 0 0 0, TABELA 27: Erros Percentuais Entre os Valores da Torre 3 dml/dt (kg/s) dVl/dt (m^3/h) Ql (W)
Qw (W) a (K) ETA dmw/dt (kg/h) Valor Teórico 0,007 24,434 361,413 14,417 232,071 4,917 1,525 0, Valor Software 0 ,008 25,23 369,218 14,458 229,174 4,808 1,502 0, Erro Percentual 3,258 3,258 2,16 0,289 1,248 2,203 1,531 1, A partir dos resultados mostrados acima podemos verificar que o maior erro encontrado foi de aproximadamente 3,258, este valor de erro pode ser justificado pelas mesmas razões apresentadas no experimento 1 pois utilizou-se exactamente o mesmo procedimento. A redução na temperatura da água também foi verificada pois a temperatura passou de 36,817 para 28,983, assim teve uma diminuição de 7, 834 ºC o que é uma redução quando comparada a torre 1, outro factor característico é o aumento da temperatura do ar pois passou de 39,393 para 42,841 que faz um aumento de 12,448 ºC
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Do ponto de vista teórico a pratica foi um sucesso pois se cumpriu com todos os procedimentos descritos no relatório e se percebeu o funcionamento de uma torre de arrefecimento. Quando foram feitos os cálculos referentes a pratica confirmou-se que os procedimentos foram bem empregues pois se obteve valores de erros inferiores a 10% em todas a praticas sendo o maior valor de erro de aproximadamente 8,373%. Os erros podem ser justificados por vários factores tais como: v Erro na cronometragem: OS dados foram retirados em intervalos de 1 minuto e um atraso poderia variar minimamente os nossos parâmetros mais ainda assim influenciaria minimamente os dados aumentando assim os erros; v Falha ao se estabelecer o fluxo: Com o passar do tempo o fluxo ia tendendo a diminuir e havia necessidade de se ajustar manualmente o fluxo. v Falta de precisão na leitura dos dados no diagrama de Mollier; v Arredondamentos feitos nos cálculos; v Falta de calibração do próprio equipamento. Foi verificado que a torre do tipo WL 320.04 é a que melhor arrefeceu a água pois permitiu uma redução de 7,834 ºC em apenas 6 minutos de operação. Isso deve-se a maior altura e o tipo de recheio presente dentro da torre, pois uma maior altura implica maior área de contacto entre a água e o ar. A torre do tipo WL 320.03 foi a que a apresentou a menor redução da temperatura da água nas condições trabalhadas, isso pode ser explicado através do recheio que cada uma das torres possui, pois, a torre do tipo WL 320.02 apresentava a mesma altura e comprimento e só eram diferenciados pelo formato de recheio. Foi possível familiarizarmo-nos com um equipamento muito importante na industrias, equipa este usado para possa ser arrefecida e reutilizado dentro do mesmo processo, o que reduz os custos de produção da empresa.
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