Sistema de resfriamento híbrido

O sistema híbrido é um sistema que possui equipamentos para resfriamento úmido ou seco, podendo ser condensadores a ar ou a água, torres de tiragem natural ou torres de tiragem mecânica. Os sistemas seco e úmido podem operar em conjunto ou separados, podendo ser utilizados de maneira independente de acordo com as condições climáticas.

De modo geral, os sistemas híbridos são projetados para operarem como um sistema seco, utilizando os componentes úmidos apenas durante a estação quente (FLEISCHLI; HAYAT, 2014). Além disso, existem diversos arranjos para o sistema híbrido, sendo os mais comuns, de acordo com IAEA (2012):

 Condensador de contato indireto com sistema seco e úmido em paralelo, sendo o sistema seco indireto: os componentes são projetados para operarem em paralelo, de modo que os componentes úmidos operam apenas durante picos de temperatura no verão.

 Condensador de contato indireto com sistema seco e úmido em paralelo, sendo o sistema seco direto: a saída do condensador é bifurcada, sendo que uma parte é resfriada nos equipamentos secos e outra parte resfriada nos equipamentos úmidos. A determinação da parcela que será resfriada em cada sistema é feita de acordo com fatores econômicos, de modo a obter o menor consumo de água durante os meses com alta temperatura.  Condensador de contato indireto com sistema seco e úmido em série, de maneira

independente, sendo o sistema seco indireto: a água é resfriada primeiramente no sistema seco e, então, resfriada num trocador cuja água em circulação é resfriada numa torre de resfriamento úmida. No entanto, sempre que o sistema seco for suficiente para atingir as temperaturas de operação do sistema, o sistema úmido não é utilizado.  Condensador de contato indireto com sistema seco e úmido em série, sendo o sistema

seco indireto: idem ao sistema anterior, porém sem um trocador de calor intermediário. Nesse caso, são as torres de resfriamento são grandes equipamentos. Por exemplo, em San Juan (Novo México, Estados Unidos), a central possui 500 MW instalados, sendo que o sistema de resfriamento possui duas torres mecânicas induzidas, cada uma com cinco células e cada célula com 16 trocadores de calor seco e duas seções evaporativas, como apresenta a Figura 3.15. Atualmente, duas unidades foram fechadas em dezembro de 2017, e é previsto que em 2022 a central será totalmente desativada devido a questões ambientais (MONTOYA, 2018).

Figura 3.15. Termelétrica San Juan, próxima de Farmington, Novo México. Fonte: ROBINSON-AVILA (2015)

 Condensador de contato direto com sistema seco e úmido em série: parte da água desmineralizada é resfriada no sistema seco e, então, resfriada em um trocador de calor intermediário cuja água é resfriada numa torre de resfriamento úmida. Nesse sistema, a redução do consumo de água atinge valores entre 95% e 98% em comparação a um sistema de resfriamento úmido.

 Condensador de contato direto com sistema seco e úmido em paralelo: ambos os sistemas operam de modo independente para reduzir a perda de eficiência da planta com o sistema seco. Os sistemas podem operar em conjunto, de modo que tanto as torres de tiragem mecânica ou as torres de tiragem natural podem ser utilizadas, como apresenta a Figura 3.16.

Figura 3.16. Sistema de resfriamento híbrido. Fonte: Adaptado de BUSHART (2014)

O sistema híbrido também pode ser utilizado para reduzir a formação de pluma ou neblina. Quando o ar está com alta temperatura e com alta umidade na saída da torre de resfriamento úmida e a temperatura ambiente é baixa, o ar na saída se torna visível. Esse fenômeno é muito comum em países com invernos rigorosos, podendo acarretar em fechamento de estradas e diminuição da visibilidade.

Durante o período de inverno, o ar entra na torre na condição 1 e sai na condição 2, entrando em equilibro com as condições ambiente passando de 2 a 1, como apresenta a Figura 3.17. Durante o verão, o ar entra na condição 3 saída na condição 4, entrando em equilíbrio com o ambiente ao passar pela linha 4-3, como apresenta a Figura 3.17.

Figura 3.17. Torre sem abatimento de pluma. Fonte: Adaptado de HENSLEY (2009)

O abatimento de pluma é feito através da redução da temperatura do ar na saída da torre de modo a condensar o vapor e, assim, reduzir a umidade do ar na saída. O ar entra através de uma seção abaixo dos ventiladores, com uma série de tubulações onde passa a água quente antes de ser aspergida na torre, e permitindo que a umidade do ar diminua. Esse ar seco se mistura com o ar úmido na saída da torre devido aos ventiladores, passando pelas linhas 3-4 e 2-4 da Figura 3.18. O ar na saída da torre entra em equilíbrio com as condições ambientes através ao passar da condição 4 para a condição 1, da Figura 3.18 (HENSLEY, 2009).

Figura 3.18. Abatimento de pluma numa torre de resfriamento úmida. Fonte: Adaptado de HENSLEY (2009)

Na Figura 3.19 é apresentado o esquema da torre com abatimento de pluma, sendo que a numeração se refere a numeração da Figura 3.18.

Figura 3.19. Esquema de uma torre de resfriamento com abatimento de pluma. Fonte: Adaptado de HENSLEY (2009)

As torres com abatimento de pluma podem ser circulares, quando a vazão em circulação é alta. Na Figura 3.20 é apresentada a operação de uma torre com abatimento de pluma, sendo que em a) o sistema de abatimento de pluma está ativado e em b) o sistema de abatimento de pluma está desativado.

a) b)

Figura 3.20. a) Abatimento de pluma ativado. b) Abatimento de pluma desativado. Fonte: SPX COOLING TECHNOLOGIES (2017)

Dentre as vantagens no uso desse sistema estão o aumento da eficiência durante meses de alta temperatura (em comparação ao sistema unicamente seco), redução do consumo de água (em comparação ao sistema unicamente úmido). No entanto, o custo inicial, custo de operação e de manutenção são altos devido à necessidade de manutenção em dois sistemas (BUSHART, 2014).