Orientador: Roger Josef Zemp

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Torres de resfriamento são equipamentos utilizados para dissipar o calor gerado nos mais diversos processos produtivos. O consumo de energia em sistemas de água de resfriamento é dado pelo consumo de energia no ventilador da torre e na bomba de água de circulação. No decorrer do dia e do...

Resumo: Torres de resfriamento são equipamentos utilizados para dissipar o calor gerado nos mais diversos processos produtivos. O consumo de energia em sistemas de água de resfriamento é dado pelo consumo de energia no ventilador da torre e na bomba de água de circulação. No decorrer do dia e do ano, ocorrem variações das condições do ar ambiente e variações da carga térmica a ser rejeitada pelo processo. Comumente as vazões de água e de ar mantém-se constantes nestes sistemas e a temperatura de saída da água da torre varia conforme a temperatura de retorno da água à torre é alterada. Este estudo apresenta um modelo para avaliação das condições de operação que minimizam o consumo de energia no sistema de torres de resfriamento do tipo contracorrente. A partir da modelagem de uma torre contracorrente, do ventilador e da bomba, avaliou-se como o consumo de energia pode ser minimizado neste sistema frente a alterações que ocorrem no processo e nas condições ambiente. Uma das conclusões deste estudo é que a bomba representa o maior consumo de energia em um sistema de torres. Observou-se que quanto maior o número de torres operando, menor o consumo de energia do sistema, exceto para o caso em que se tem até duas torres operando em paralelo, pois neste caso é mais econômico operar com uma torre, considerando as situações estudadas. Em sistemas que utilizam torres de resfriamento do tipo corrente cruzada, como refinarias por exemplo, dada a forma como ocorre o resfriamento da água no recheio deste tipo de torres, existe um gradiente de temperatura da água na saída do recheio, antes de ser misturada na bacia coletora em que a água passa a ter uma temperatura média. Assim, para este tipo de torre, propõe-se uma forma de dividir a água que sai da torre em duas correntes de diferentes temperaturas, uma menor e outra maior. É comum existirem no processo alguns trocadores de calor que se tornaram subdimensionados devido a alterações ocorridas no processo. Disponibilizando-se água a uma temperatura menor, a carga térmica destes trocadores pode aumentar e minimizar a perda de produtos na forma de vapor através de sistemas de respiros dos equipamentos. Nos casos estudados, a carga térmica foi maximizada em até 4,3%, o que resultou em uma redução expressiva de perda de produto não condensado em trocadores de calor

Abstract: Cooling towers are equipment widely used in industrial plants, providing cooling water for heat rejection in process heat exchangers. The energy requirement of the cooling water systems is due to the cooling tower fan and the cooling water pumps. Due to varying climatic conditions along...

Abstract: Cooling towers are equipment widely used in industrial plants, providing cooling water for heat rejection in process heat exchangers. The energy requirement of the cooling water systems is due to the cooling tower fan and the cooling water pumps. Due to varying climatic conditions along the day and the year season and changes of the total heat load to be removed from the process, there is a possibility to adjust tower operating conditions so that energy requirements are minimized, while still satisfying process requirements. This study presents an optimization model that identifies the best operating condition of a cooling water system composed by counter flow cooling towers. These best operating conditions includes water and air flowrates and the number of cooling towers operating in parallel, calculating the air flowrate necessary to satisfy the mass and energy balance in the cooling tower. One of the conclusions is that the pump represents the majority of the system energy consumption. The other conclusion is that the higher the number of towers operating in parallel, the smaller is the energy consumption, except for the case which there is until two towers available. In crossflow cooling towers systems, common in refineries, the intensity the water is cooled changes according to the position the water flows through the fill. Thus there is a water temperature difference at the end of the fill and before be mixed in the tower reservoir. This irregular cooling capacity through the cooling tower fill allows the opportunity of obtaining a colder water stream. It is common in the plant some heat exchangers became undersized after an increase in the production or changes in the process. Thus, if there is a colder cooling water, is possible increase the heat load of this undersized heat exchangers, minimizing the loss of products as vapor through relief systems. In the cases studied, the heating load was maximized until 4.3%, resulting in a meaning reduction of product as vapor in the relief systems

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