UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Ana Flávia Reksua
Gabriel Angelo dos Santos
Maria Eduarda Vieira Holtz
Prática: TORRE DE RESFRIAMENTO
PONTA GROSSA
2023
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prática de Torre de Resfriamento, Exercícios de Engenharia Química
Uma prática realizada em uma universidade tecnológica sobre o funcionamento de uma torre de resfriamento. Ele descreve detalhadamente o equipamento, os princípios de funcionamento, as variáveis envolvidas e os cálculos realizados para determinar a vazão mássica de ar, a quantidade de água evaporada e a eficiência do processo de resfriamento. O documento também compara os resultados obtidos com duas diferentes vazões de ar, mostrando que o aumento da vazão de ar leva a uma maior eficiência no resfriamento da água. Além disso, o documento discute a importância da umidade relativa do ar no processo de resfriamento e apresenta considerações finais sobre a prática realizada.
Tipologia: Exercícios
2023
1 / 8
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Prática de Torre de Resfriamento e outras Exercícios em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity!
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Ana Flávia Reksua
Gabriel Angelo dos Santos
Maria Eduarda Vieira Holtz
Prática: TORRE DE RESFRIAMENTO
PONTA GROSSA
INTRODUÇÃO
Figura 1 - Ilustração do fluxo de uma Torre de Resfriamento
Na figura 1 podemos observar o equipamento utilizado durante a aula prática, onde
a água aquecida é bombeada até o topo da torre e sofre uma distribuição pelo recheio, em
contracorrente temos uma corrente de ar, que também entra no sistema por uma bomba
com vazão determinada.
Em ST-1 temos a temperatura do tanque, ST-2 representa a temperatura que a água
chega ao topo da torre.
Já as indicações ST-3 e ST-4 são, respectivamente, bulbo úmido e bulbo seco da
entrada de ar. No caso do bulbo úmido, indicará a quantidade de umidade relativa do ar
(quantidade de água contida no ar em relação à quantidade máxima que o mesmo ar
poderia conter naquelas condições), uma vez que quando acontece a evaporação, sendo
uma mudança de fase (calor latente) há o consumo de calor, então o bulbo úmido estará em
uma temperatura mais amena, já que as moléculas de maior energia deixam o sistema na
forma de vapor. Quanto menor a umidade relativa do ar, maior a quantidade que evapora e
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para iniciar a análise do experimento realizamos o balanço de massa e energia do
sistema representado na Figura 1 seguindo os cálculos:
● Balanço de massa Ar seco: m
1
.
= m
2
.
= m
ar
.
(1)
● Balanço de massa Água: m
3
.
- m
1
.
⋅ω
1
= m
4
.
- m
2
.
⋅ω
2
Isolando as massas de ar e substituindo, obtemos:
m
evaporada
.
= m
ar
.
( ω ❑
2
− ω ❑
1
Em seguida realizamos o balanço de energia na torre:
Q + W =
entrada
❑
m ( h +
v ²
- gz )−
saída
❑
m ( h +
v ²
- gz )+
dE ❑
sistema
dt
Pelas considerações feitas, temos que:
( m
1
.
⋅ h ❑
1
)+( m
3
.
⋅h ❑
3
)=( m
2
.
⋅h ❑
2
)+( m
4
.
⋅h ❑
4
( m
3
.
⋅ h ❑
3
)−( m
4
.
⋅h ❑
4
)= m
ar
.
( h ❑
2
− h ❑
1
Como a temperatura é conhecida obtemos as entalpias através das
tabelas termodinâmicas, deixando a equação em apenas uma variável:
m
4
.
= m
3
.
− m
ar
.
( ω ❑
2
− ω ❑
1
Substituindo a equação acima na equação anterior à ela e isolando
m ❑
ar
obtemos:
m
ar
.
m ❑
3
⋅ ( h ❑
3
− h ❑
4
( h ❑
2
− h ❑
1
)−( ω ❑
2
− ω ❑
1
) h ❑
4
Logo conseguimos calcular a vazão mássica de ar que circula na torre e a
partir deste valor obtemos
m ❑
4
e
m ❑
evaporada
através das equações acima.
V ❑
1
= m
ar
.
⋅v ❑
1
O experimento foi realizado duas vezes, variando as vazões de ar na entrada
da torre. Para a primeira parte aguardamos o equipamento atingir a temperatura do
setpoint no reservatório de 35 ºC, com um fluxo de água de 1,72 l/min e fluxo de ar
de 3 l/s, com isso foram obtidos os seguintes dados para os sensores distribuídos
na torre de resfriamento.
Tabela 1 - Dados experimentais
A vazão mássica m
3
.
representa a vazão de água que entra na torre, o qual
podemos encontrar seu valor através da equação abaixo:
m
3
.
= ρ. Q (10)
Sabemos que a vazão de entrada foi de 1,72 L/min, convertendo o valor,
2,867E-5 m³/s. Voltamos à equação (10) para encontrar a vazão mássica,
resultando em 0,02867 kg/s.
Com base nos dados da Tabela 1 utilizamos a tabela termodinâmica
(Termodinâmica I - Apêndice - Tabela A-4 Propriedades da água saturada) para
encontrar o valor de entalpia do líquido saturado, representadas por
h
3
e
h
4
. Sendo
necessário realizar a interpolação dos dados de temperatura para encontrar os
valores próximos de entalpia. Para as temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco
encontramos a entalpia por meio da carta psicrométrica, relacionando os valores de
entrada e saída.
Tabela 2 - Dados de entalpia e relação de umidade.
Sabendo esses valores conseguimos então calcular a vazão mássica de ar
seco que circula na coluna pela equação (8). Substituindo pelos valores da tabela
acima. Realizando os cálculos temos que m ar
.
=0,0192 kg / s. Com esse dado podemos
seguir para equação (7) e encontrar a m
4
.
e, em seguida, encontrar o valor de
m evaporada
.
pela equação (3). Os valores encontrados estão dispostos na Tabela 3.
aumento na porcentagem de água evaporada, vazão mássica de água e de vazão
volumétrica do ar. Sendo mais eficiente desta segunda forma, pois quando
aumentamos a vazão de ar também aumentamos a variação de temperatura do
fluido quente. Como podemos comparar as variações de
Δ T
= 2,4 °C e
ΔT
=3,4 °C
para o primeiro e segundo grupo respectivamente.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A prática de torre de resfriamento foi realizada com sucesso, ajudando a entender o
funcionamento de equipamentos industriais utilizados para resfriar água no
processo produtivo. Pode-se observar a distribuição de água quente pelo
enchimento, em contracorrente ao fluxo de ar, através da bomba comparando os
resultados com as duas vazões usadas.
Uma hipótese importante, embora não tenhamos testado isso experimentalmete, já
que o principal objetivo é o resfriamento da água, é a de que quanto menor a vazão
de água, mais eficiente e rápido vai ser o resfriamento, tanto devido a se ter uma
menor quantidade de matéria para ser resfriada, mas também porque uma vazão
excessivamente alta diminuiria a passagem do ar em contracorrente, diminuindo
assim as trocas de calor.
Pode-se observar que com variação do fluxo de ar, de aproximadamente 3 L/s para
aproximadamente 23 L/s, obtemos maior eficiência de resfriamento,com a primeira
vazão, aumentamos de 35,1ºC para 32,7ºC, e com a segunda vazão, de 35,1 ºC
para 31,7ºC. A variação de temperatura foi 1ºC maior para a segunda vazão. Esse
aumento também resultou no aumento do percentual de umidade no fluxo de ar, de
0,388% para 0,416%, um aumento percentual de 7,2%.
Outro fato é o de que umidade relativa do ar é importante no processo de
resfriamento porque a mudança de fase da água ajuda a resfriar o sistema, mas a
evaporação excessiva desperdiça a água do sistema, o que não é desejável.
Em resumo, mesmo com alguns possíveis erros experimentais, como foi o caso da
falta de um sistema de controle de temperatura, obtemos resultados compatíveis e
condizentes.
REFERÊNCIAS
CREMASCO, M. A. Fundamentos de Transferência de Massa. 2. ed. São Paulo:
Unicamp, 2009.
MELLO, Lilian Cardoso de. Influência de variáveis de processo do desempenho
de torre de resfriamento. 2008. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo.