Classifica¸ c˜ ao quanto ` a tiragem de ar

Torres de tiragem natural

Quanto ao tipo de torres de tiragem de forma natural, existem torres atmosf´ericas e torres do tipo chamin´e (hiperb´olicas). Neste tipo de torres n˜ao existe nenhum tipo de equipamento mecˆanico para realizar a movimenta¸c˜ao do ar.

As torres atmosf´ericas n˜ao utilizam nenhum enchimento material, ou seja, o contacto entre o ar e a ´agua ´e provocado por um aerossol (enchimento do tipo aerossol). O efeito de aspira¸c˜ao provocado pelo aerossol de ´agua, vertical (Figura 3.12a) ou horizontal (Fi- gura 3.12b), induz um escoamento de ar na torre de arrefecimento, sendo este paralelo ao escoamento de ´agua. Algumas torres atmosf´ericas verticais s˜ao suscet´ıveis aos efeitos ad- versos do vento, uma vez que apresentam velocidades do ar relativamente baixas (entrada e sa´ıda) (ASHRAE, 2016). Este tipo de torres apresentam um custo reduzido e s˜ao ape- nas utilizadas em pequenas dimens˜oes. O seu uso em processos em que ´e necess´ario uma certa precis˜ao na temperatura da ´agua n˜ao ´e aconselh´avel e por esse motivo raramente s˜ao utilizadas (Hensley, 2009).

(b) Horizontal

Figura 3.12: Tipos de torres atmosf´ericas (ASHRAE, 2016)

Nas torres de arrefecimento de tiragem natural do tipo chamin´e, o caudal de ar necess´ario ´e induzido pela diferen¸ca de densidades entre o ar quente e h´umido (menos denso) dentro da torre e ar exterior (mais denso). A transferˆencia de calor neste tipo de torres podem ser em escoamento em contra-corrente, cruzado ou paralelo e os enchimentos utilizados s˜ao do tipo respingo ou filme (ASHRAE, 2016). Inicialmente, as torres do tipo chamin´e apresentavam uma configura¸c˜ao cil´ındrica e posteriormente passaram a ter a configura¸c˜ao de um cone truncado. Atualmente apresentam uma forma hiperb´olica, sendo que esta configura¸c˜ao apresenta algumas vantagens tais como: resistˆencia mecˆanica superior; semelhan¸ca entre o escoamento natural do ar e a forma da torre; torres com menos volume de material, pois devido `a resistˆencia mecˆanica da forma hiperb´olica ´e poss´ıvel usar uma espessura da parede inferior em compara¸c˜ao com outro tipo configura¸c˜oes; com esta forma consegue-se reduzir a dependˆencia da dire¸c˜ao do vento (Cheremisinoff & Cheremisinoff, 1981; Hill et al., 1990).

As torres hiperb´olicas s˜ao torres de grandes dimens˜oes podendo atingir os 200 metros de altura e cerca de 100 metros de diˆametro. Devido `a sua grande dimens˜ao, estas torres s˜ao utilizadas em centrais t´ermicas onde existe grandes quantidades de calor a ser rejeitado. Apesar de n˜ao se gastar energia para os ventiladores, o caudal de ´agua deste tipo de torres ´e superior quando comparado com outros tipos aumentando deste modo a energia gasta na bombagem da ´agua. Devido `a sua tiragem natural, as torres hiperb´olicas apresentam maior eficiˆencia em locais de maior humidade relativa e por esse motivo, em zonas ´aridas e de elevada altitude, devem ser utilizadas torres de tiragem mecˆanica (Hensley, 2009; Sampaio, 2010).

3.5. Classifica¸c˜ao das torres de arrefecimento evaporativas

Figura 3.13: Torre de arrefecimento hiperb´olica (ASHRAE, 2016)

Torres de tiragem mecˆanica

Torres de arrefecimento de tiragem mecˆanica fazem uso de um ou v´arios ventiladores para fornecer um certo caudal de ar `a torre. O desempenho t´ermico deste tipo de torres tende a ter uma maior estabilidade, sendo afetado por poucas vari´aveis psicrom´etricas comparativamente `as torres naturais. Com o uso de ventiladores consegue-se regular o caudal de ar que entra na torre, compensando varia¸c˜oes das condi¸c˜oes atmosf´ericas e varia¸c˜oes da quantidade de calor a rejeitar atrav´es da regula¸c˜ao da capacidade do ventilador (Hensley, 2009). Para al´em de se conseguir regular a capacidade de arrefecimento, as torres de tiragem mecˆanica tˆem um baixo custo de constru¸c˜ao, s˜ao torres mais pequenas e compactas em compara¸c˜ao com torres naturais e existe uma redu¸c˜ao dos gastos referentes ao sistema de bombagem (torre de menores dimens˜oes). Contudo estas torres apresentam algumas desvantagens tais como: maiores custos de manuten¸c˜ao e maiores consumos de energia devido aos ventiladores; e problemas de ru´ıdo provocado pelo sistema de ventila¸c˜ao (Sampaio, 2010).

As torres de tiragem mecˆanica podem ser divididas em for¸cadas (Figura 3.14a) ou indu- zidas (Figura 3.14b), esta divis˜ao vai depender da localiza¸c˜ao do sistema de ventila¸c˜ao na torre de arrefecimento. Nas torres de tiragem for¸cada, os ventiladores, localizados na en- tradas de ar na parte inferior, injetam ar na torre. J´a nas torres induzidas, os ventiladores encontram-se na parte superior da torre, na sa´ıda de ar, extraindo o ar dentro da torre para o exterior. No tipo de torre for¸cada o enchimento encontra-se em press˜ao positiva, enquanto que no tipo induzido encontra-se em press˜ao negativa (Stanford III, 2003).

(a) For¸cada

(b) Induzida

Figura 3.14: Tipos de torres de tiragem mecˆanica (Legg, 2017)

ˆ For¸cadas

Torres de tiragem mecˆanica for¸cadas s˜ao caracterizadas por altas velocidades de entrada e baixas velocidades de sa´ıda, consequentemente tornam-se suscet´ıveis para a existˆencia de recircula¸c˜ao. Esta recircula¸c˜ao provoca que o desempenho das torres for¸cadas seja inferior ao das induzidas (Hensley, 2009).

Os ventiladores utilizados em torres for¸cadas s˜ao, normalmente, do tipo centr´ıfugo, que apesar de requererem mais potˆencia que os ventiladores axiais, tˆem a vantagem de serem capazes de operar contra elevadas press˜oes est´aticas associadas ao sistema de tubagem (Hensley, 2009). Como a entrada de ar se encontra na parte inferior, estas torres encontram-se menos sujeitas a vibra¸c˜oes apresentando deste modo uma maior resistˆencia estrutural. Os ventiladores centr´ıfugos apresentam menores n´ıveis de ru´ıdo e por esse motivo este tipo de torres podem ser instaladas em espa¸cos interiores (Sampaio, 2010). Contudo quando instaladas em espa¸cos interiores, deve existir uma distˆancia m´ınima entre a entrada e sa´ıda de ar com o intuito de minimizar a recircula¸c˜ao (Hensley, 2009).

3.5. Classifica¸c˜ao das torres de arrefecimento evaporativas

ˆ Induzidas

Neste tipo de torres a velocidade de descarga do ar ´e trˆes a quatro vezes superior `

a velocidade de entrada, o que reduz a propabilidade de ocorrˆencia de recircula¸c˜ao (Hensley, 2009). Uma vez que o ventilador se encontra na parte superior da torre em contacto com o ar quente de descarga, reduz-se o risco de forma¸c˜ao de gelo neste componente. Estas torres apenas utilizam ventiladores axiais, ao contr´ario da torres for¸cadas que podem utilizar os dois tipos. Em compara¸c˜ao com a torres for¸cadas, as torres de tiragem induzida necessitam de uma potˆencia de ventila¸c˜ao superior para movimentar a mesma massa de ar uma vez que o ar apresenta menor densidade, encontra-se mais quente e cont´em um teor de vapor de ´agua mais elevado do que o ar de entrada (Kr¨oger, 2004). Como o escoamento de ar em torres de tiragem induzida ´e mais uniforme, estas torres apresentam um maior desempenho sendo por isso o tipo que ´e mais utilizado.

Na Tabela 3.1 apresenta-se uma compara¸c˜ao entre torres naturais e torres de tiragem mecˆanica.

Tabela 3.1: Compara¸c˜ao entre caracter´ısticas de torres de arrefecimento de tiragem natural e mecˆanica (Cheremisinoff & Cheremisinoff, 1981)

Considera¸c˜oes Tiragem mecˆanica Tiragem natural Localiza¸c˜ao Deve ser localizada com al-

guma distˆancia da instala¸c˜ao. Isto ´e necess´ario para se ga- rantir um bom fornecimento de ar e por causa de proble- mas associados `a forma¸c˜ao de pluma e gotas no ar de des- carga. O ru´ıdo tamb´em pode ditar a escolha da localiza¸c˜ao da torre.

Podem ser constru´ıdas perto das instala¸c˜oes da central (cerca de 1,5 do diˆametro da torre) para se reduzir os cus- tos associados `a tubagem. A sua localiza¸c˜ao deve ser esco- lhida para que os gases prove- nientes da central n˜ao interfi- ram com a torre.

Materiais de constru- ¸c˜ao

Pode ser fabricada em ma- deira, metal ou cimento. A estrutura deve ser dimensio- nada para suportar as cargas produzidas pelo vento e sis- mos, devem tamb´em suportar o peso dos componentes da torre, ´agua de circula¸c˜ao e vi- bra¸c˜oes mecˆanicas.

Produzidas em bet˜ao, com pa- redes de espessura reduzida para garantir uma boa resis- tˆencia aos esfor¸cos provocados pelo vento.

Investimento inicial Podem ser utilizados materi- ais mais baratos como a ma- deira e materiais pl´asticos. Ventiladores com custo ele- vado.

Constru´ıdas com materiais re- lativamente caros tais como o bet˜ao armado.

Tabela 3.1 Continua¸c˜ao

Considera¸c˜oes Tiragem Mecˆanica Tiragem Natural

Custos de opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao

Como n˜ao ´e necess´ario muita potˆencia de bombagem de ´

agua, os custos relativos `a circula¸c˜ao de ´agua s˜ao bai- xos. Os custos de energia relativamente aos ventiladores s˜ao consider´aveis, bem como os custos de manuten¸c˜ao dos mesmos e de todos os compo- nentes associados (correias e transmiss˜oes).

Os custos totais de opera¸c˜ao favorecem as torres de tiragem natural.

Recircula¸c˜ao e forma- ¸

c˜ao de pluma

S˜ao o maior problema das tor- res de tiragem mecˆanica.

Devido as suas elevadas velo- cidades de descarga das tor- res naturais, raramente existe problemas de recircula¸c˜ao. Aplica¸c˜oes Economicamente favor´aveis

em compara¸c˜ao com as torres hiperb´olicas, exceto quando s˜ao instala¸c˜oes de grande dimens˜ao.

As torres naturais s˜ao a es- colha mais indicada para cen- trais t´ermicas. S˜ao seleciona- das quando: (a) existe baixas temperatura de bolbo h´umido e alta humidade relativa; (b) combina¸c˜ao de baixas tempe- raturas de bolbo h´umido com altas temperaturas da ´agua (entrada e sa´ıda).

Torres hiperb´olicas com ventila¸c˜ao assistida

Este tipo de torres s˜ao torres hiperb´olicas que incluem um sistema de ventila¸c˜ao para opera¸c˜ao intermitente, combinando as melhores caracter´ısticas da tiragem natural e tam- b´em mecˆanica (Cheremisinoff & Cheremisinoff, 1981). Um exemplo deste tipo de torres encontra-se representado na Figura 3.15. Apesar das torres de tiragem mecˆanica serem de mais compactas e baratas que a torres naturais, as primeiras apresentam maiores consumos de energia e tˆem problemas de recircula¸c˜ao. Com a utiliza¸c˜ao de torres hiperb´olicas com ventila¸c˜ao assistida consegue-se eliminar o problema de recircula¸c˜ao devido `as elevadas velocidades de descarga e tamb´em se consegue reduzir a potˆencia gasta nos ventiladores (comparando com torres mecˆanicas) (Cheremisinoff & Cheremisinoff, 1981; Hensley, 2009). Para a mesma potˆencia de arrefecimento, as torres hiperb´olicas assistidas apresentam cerca de 2₃ do diˆametro e metade da altura das torres hiperb´olicas padr˜ao, o que diminui o seu impacto visual (Cheremisinoff & Cheremisinoff, 1981).

3.5. Classifica¸c˜ao das torres de arrefecimento evaporativas

Figura 3.15: Torre de arrefecimento hiperb´olica com ventila¸c˜ao assistida (HAMON, Abril 2020)