Substituição do sistema de torre de resfriamento
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As torres de resfriamento de circuito aberto ou de contato direto são o tipo mais comum, onde a água é fornecida à torre após a coleta de calor e borrifada na parte superior enquanto um ventilador estabelece um fluxo de ar ascendente. Isso faz com que parte da água evapore, diminuindo sua temperatura geral. Embora este método seja eficaz, ele apresenta várias limitações:
- Água extra deve ser fornecida para compensar as perdas por evaporação.
- Como a água está em contato direto com a atmosfera, ela deve ser tratada constantemente para evitar o acúmulo de partículas e bactérias.
Embora as torres de resfriamento de circuito aberto sejam simples, elas não são a opção mais eficiente disponível: existem alternativas que oferecem maior eficiência energética e manutenção mais simples. A torre de resfriamento e a bomba de água associada normalmente representam cerca de 15% do consumo de energia em sistemas de água gelada. Portanto, quaisquer atualizações que aumentem a sua eficiência energética oferecem um retorno financeiro atrativo.
Torres de resfriamento de circuito fechado com resfriamento adiabático
Uma torre de resfriamento de circuito fechado também se baseia no princípio do resfriamento evaporativo, mas a água utilizada pelos processos ou chillers nunca está em contato direto com a atmosfera; em vez disso, ele circula através de uma serpentina dentro da torre de resfriamento e a água de um suprimento separado é borrifada para obter o efeito de resfriamento evaporativo. Quando o resfriamento adiabático é implantado, a maior parte da rejeição de calor é obtida apenas com o ventilador; os aspersores de água são controlados com precisão para que a quantidade de água fornecida seja exatamente a necessária para complementar o efeito de resfriamento natural do ar.
O resfriamento adiabático oferece várias vantagens em relação às torres de resfriamento convencionais de circuito aberto:
- A água é mantida livre de partículas. Isto permite que bombas, chillers e outros componentes do sistema operem de forma mais eficiente, aumentando ao mesmo tempo a sua vida útil.
- Os custos de tratamento e manutenção da água são bastante reduzidos. O volume de água que necessita de tratamento é significativamente menor do que nas torres de resfriamento de circuito aberto.
- O uso intermitente de sprinklers economiza água e energia.
Em geral, o resfriamento adiabático pode reduzir os custos operacionais em até 30%, em comparação com torres de resfriamento convencionais de circuito aberto.
Trocadores de calor de placas com torres de resfriamento de circuito aberto
Uma alternativa ao resfriamento adiabático é manter a torre de resfriamento convencional, mas isolá-la do processo ou da planta de resfriamento com um trocador de calor a placas. Em termos simples, o permutador de calor separa o circuito de água em dois segmentos:
- No primeiro segmento, a água circula entre o trocador de calor e o processo ou chiller do qual o calor é removido.
- No segundo segmento, a água se move entre a torre de resfriamento e o trocador de calor.
- Desta forma, o calor pode ser liberado para o exterior sem misturar os dois fluxos de água.
Como o trocador de calor já isola a torre de resfriamento do resto do sistema, uma torre convencional de circuito aberto pode ser utilizada. Na verdade, combinar uma torre de resfriamento de circuito fechado e um trocador de calor é redundante e um desperdício de dinheiro.
Melhorias Adicionais em Sistemas de Torres de Resfriamento
As torres de resfriamento podem ser atualizadas para sistemas de maior desempenho, mas também é possível atualizar componentes individuais do sistema para melhorar ainda mais a eficiência energética e a flexibilidade operacional.
Controle de velocidade para ventiladores e bombas
Tanto as torres de resfriamento convencionais quanto os resfriadores adiabáticos utilizam um ventilador para estabelecer o fluxo de ar necessário. Quando o sistema está operando em condições de carga parcial, a velocidade do ventilador pode ser reduzida para obter economias de energia significativas. Isso é conseguido com um inversor de frequência variável (VFD), um dispositivo que ajusta a tensão e a frequência de alimentação para reduzir a velocidade do motor abaixo do valor da placa de identificação.
Em ventiladores de descarga aberta, como os de torres de resfriamento, a economia de energia obtida é proporcional à velocidade do ventilador ao cubo. Isso significa que um ventilador de torre de resfriamento operando a 80% da velocidade consumiria apenas 51,2% de sua potência nominal (80% x 80% x 80%).
Para melhorar ainda mais a poupança de energia, um VFD também pode ser utilizado para controlar a bomba de água. Utilizando um sistema de controle, a velocidade de ambos os motores pode ser coordenada para corresponder com precisão à carga de resfriamento, minimizando o consumo geral de energia.
Economizador Waterside: Trocador de calor entre circuitos de água em uma planta de resfriamento
No caso de centrais de refrigeração, é possível aumentar a eficiência global instalando outro permutador de calor, mas neste caso entre o circuito de água do condensador e o circuito de água refrigerada. Este tipo de trocador de calor é denominado economizador waterside e pode permitir a remoção do calor do circuito de água gelada antes de chegar ao chiller, que deve fornecer apenas o efeito de resfriamento extra que não é possível com o trocador de calor.
É importante notar que esta abordagem só é possível sob certas condições meteorológicas, e a sua eficácia diminui à medida que a humidade relativa aumenta. Por exemplo, um economizador à beira-mar é um investimento muito melhor na cidade de Nova Iorque do que no sul da Flórida.
Motores Premium NEMA
Os motores de ventiladores e bombas são responsáveis pela maior parte do consumo de energia nas torres de refrigeração e respetivos circuitos de água, sendo inúmeras as aplicações onde funcionam 24 horas por dia. Portanto, é possível obter economias significativas de energia substituindo estes motores por modelos de maior eficiência.
Os motores nos EUA possuem três níveis de eficiência, onde o NEMA Premium indica o mais alto desempenho. Por exemplo, os níveis médios de eficiência de um motor refrigerado por ventilador totalmente fechado de 460 V, 15 HP, 1.800 rpm são os seguintes, de acordo com a NEMA:
- Eficiência Padrão: 86,6%
- Eficiência Energética: 91,1%
- Eficiência Premium: 92,4%
Neste caso, a atualização da eficiência padrão para a eficiência premium representaria um aumento de 5,8%. A economia anual aumenta proporcionalmente ao total de horas de uso do motor a cada ano, o que normalmente é alto no caso de torres de resfriamento.
Observações Finais
As torres de resfriamento desempenham um papel muito importante em ambientes comerciais e industriais. Em grandes instalações comerciais, os chillers resfriados a água são muito superiores aos seus equivalentes resfriados a ar para ar condicionado; embora os chillers resfriados a ar não precisem de uma torre de resfriamento, a vantagem da eficiência energética dos chillers resfriados a água compensa o custo extra. Em ambientes industriais, a água é um meio de resfriamento prático e altamente disponível, e as torres de resfriamento são uma forma econômica de remover o calor da água para recirculação.
Complementar uma torre de resfriamento com um trocador de calor simplifica a manutenção, isolando a água de resfriamento do ambiente, e os resfriadores adiabáticos oferecem isso, além de maior eficiência energética. Se tal atualização for complementada com motores de alta eficiência e VFDs para controle de velocidade, a eficiência máxima do sistema poderá ser alcançada.
O alto desempenho é mais fácil de alcançar quando os sistemas HVAC são instalados pela primeira vez e pode ser mais caro para instalações existentes. A contratação de uma empresa de engenharia qualificada para projeto, consultoria e supervisão garante que as torres de resfriamento e outros sistemas prediais sejam especificados corretamente, considerando a eficiência energética e o custo total de propriedade.
Nota do Editor: Esta postagem foi publicada originalmente em dezembro de 2016 e foi reformulada e atualizada para maior precisão e abrangência.
