Desenvolvimento de um sistema de redução de perda de água por evaporação em torres de arrefecimento
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Data de Publicação: | 2019 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/51643 |
Resumo: | Perdas de água por evaporação são comuns em torres de resfriamento devido à influência de ventos e lançamento do vapor gasto na atmosfera. A procura por soluções visando reduzir o consumo de água nos setores industriais é de extrema importância. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia que avalia a expansão de um sistema para auxiliar a recuperação de água evaporada em uma torre de resfriamento, minimizando suas perdas. Para isso, foram realizados estudos com simulação numérica de um sistema para a captura dos vapores por condensação, que foi feito através de adição de uma estrutura metálica que possibilita a desumidificação do vapor saturado na saída da torre. A estrutura deve ser disposta logo acima do ventilador da torre e, para isto, foram consideradas as características psicrométricas de uma região do nordeste do Brasil e as condições de operação da referida torre. Para a quantificação do comportamento do sistema foi utilizado o software ANSYS CFX que permitiu a formulação do perfil de distribuição da fração água /ar segundo a variação de temperatura (20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC), vazão de água (4000 m3/h, 4366 m3/h, 4700 m3/h), vazão do ar (635,45 Nm3/h, 685,45 Nm3/h, 735,45 Nm3/h) e velocidade de rotação do ventilador (75,9 rpm, 79,9 rpm, 85,9 rpm). Nestes domínios foram verificadas as melhores condições para recuperação da água alimentada. A Via Fluidodinâmica Computacional (CFD) foi avaliada a conformação da manta metálica de estágio simples e composto, em três estágios, caracterizando o nível de condensação e a viabilidade de se usar vários estágios durante o processo. A influência das variações da temperatura, vazão de água, vazão de ar e velocidade de rotação do ventilador, resultam nos seguintes efeitos: (i) ao se aumentar a temperatura do ar de entrada de 20 a 40oC, promoveu-se diminuição da concentração da fração volumétrica, indicando uma menor taxa de recuperação da água evaporada; (ii) fazendo-se variar a vazão da água na entrada, observou-se o aumento das frações volumétricas de água na região inferior, indicando menor probabilidade de arraste e consequentemente perda por evaporação; (iii) ao aumentar a vazão de ar de entrada foi possível verificar maior dispersão por arraste, aumentando assim a perda por evaporação; e (iv) o efeito da variação da rotação do ventilador provocou menores concentrações da água, o que está ligado ao aumento de arraste. |
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RIBEIRO, Dafne Luana Ramoshttp://lattes.cnpq.br/7095888982442837http://lattes.cnpq.br/2445243904431423http://lattes.cnpq.br/6361567059632670BENACHOUR, MohandSANTOS, Valdemir Alexandre dos2023-07-26T14:21:37Z2023-07-26T14:21:37Z2019-09-13RIBEIRO, Dafne Luana Ramos. Desenvolvimento de um sistema de redução de perda de água por evaporação em torres de arrefecimento. 2019. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2019.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/51643Perdas de água por evaporação são comuns em torres de resfriamento devido à influência de ventos e lançamento do vapor gasto na atmosfera. A procura por soluções visando reduzir o consumo de água nos setores industriais é de extrema importância. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia que avalia a expansão de um sistema para auxiliar a recuperação de água evaporada em uma torre de resfriamento, minimizando suas perdas. Para isso, foram realizados estudos com simulação numérica de um sistema para a captura dos vapores por condensação, que foi feito através de adição de uma estrutura metálica que possibilita a desumidificação do vapor saturado na saída da torre. A estrutura deve ser disposta logo acima do ventilador da torre e, para isto, foram consideradas as características psicrométricas de uma região do nordeste do Brasil e as condições de operação da referida torre. Para a quantificação do comportamento do sistema foi utilizado o software ANSYS CFX que permitiu a formulação do perfil de distribuição da fração água /ar segundo a variação de temperatura (20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC), vazão de água (4000 m3/h, 4366 m3/h, 4700 m3/h), vazão do ar (635,45 Nm3/h, 685,45 Nm3/h, 735,45 Nm3/h) e velocidade de rotação do ventilador (75,9 rpm, 79,9 rpm, 85,9 rpm). Nestes domínios foram verificadas as melhores condições para recuperação da água alimentada. A Via Fluidodinâmica Computacional (CFD) foi avaliada a conformação da manta metálica de estágio simples e composto, em três estágios, caracterizando o nível de condensação e a viabilidade de se usar vários estágios durante o processo. A influência das variações da temperatura, vazão de água, vazão de ar e velocidade de rotação do ventilador, resultam nos seguintes efeitos: (i) ao se aumentar a temperatura do ar de entrada de 20 a 40oC, promoveu-se diminuição da concentração da fração volumétrica, indicando uma menor taxa de recuperação da água evaporada; (ii) fazendo-se variar a vazão da água na entrada, observou-se o aumento das frações volumétricas de água na região inferior, indicando menor probabilidade de arraste e consequentemente perda por evaporação; (iii) ao aumentar a vazão de ar de entrada foi possível verificar maior dispersão por arraste, aumentando assim a perda por evaporação; e (iv) o efeito da variação da rotação do ventilador provocou menores concentrações da água, o que está ligado ao aumento de arraste.PRH-28Water losses by evaporation are common in cooling towers due to the winds influence and release of spent steam into the atmosphere. The search for solutions in order to reduce water consumption in industrial sectors is of utmost importance. Thereby, the present work aimed to develop a methodology that evaluates the expansion of a system to assist the evaporated water recovery in a cooling tower, minimizing its losses. For this purpose, studies were performed with numerical simulation of a system for the vapor capture by condensation, which was done by adding a metal structure to allow the dehumidification of the saturated vapor in the tower's output. The structure must be arranged just above the tower fan and, for this, the psychrometric characteristics of a region of northeastern Brazil and the operating conditions of the tower were considered. The ANSYS CFX software was used to quantify the system behavior, which allowed the formulation of the water/air fraction profile distribution according to the temperature variation (20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC), water flow (4000 m3/h, 4366 m3/h, 4700 m3/h), air flow (635.45 Nm3/h, 685.45 Nm3/h, 735.45 Nm3/h), and fan rotation speed (75.9 rpm, 79.9 rpm, 85.9 rpm). In these domains the best conditions for the fed water recovery were verified. The Computational Fluid dynamic Pathway (CFD) evaluated the metal blanket conformation of the single-stage and composed in three stages, characterizing the condensation level and the feasibility of using various stages during the process. The influence of temperature variations, water flow rate, air flow rate, and fan rotation speed result in the following effects: (i) by increasing the inlet air temperature from 20 to 40oC decreased the volume fraction concentration, indicating a lower recovery rate of evaporated water; (ii) by changing the water flow at the inlet, it was observed the increase of the volumetric water fractions in the lower region, indicating a lower probability of drag and consequent loss by evaporation; (iii) by increasing of inlet air flow, it was possible to verify greater dispersion by drag, thus increasing the evaporation loss; and (iv) the effect of fan rotation variation caused lower water concentrations, which is linked to increased drag.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia QuimicaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia químicaCFDCondensaçãoDesumidificação do arGerenciamento de recursos hídricosTorres de resfriamentoDesenvolvimento de um sistema de redução de perda de água por evaporação em torres de arrefecimentoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Dafne Luana Ramos Ribeiro.pdfTESE Dafne Luana Ramos Ribeiro.pdfapplication/pdf5495909https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/51643/1/TESE%20Dafne%20Luana%20Ramos%20Ribeiro.pdf22d8800679ac7a5c0d1a8f1d5af222b3MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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