Recuperação de água em torres de resfriamento por meio de estruturas de condensação porosas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pozzobon, João Carlos
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/133093
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015
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spelling Universidade Federal de Santa CatarinaPozzobon, João CarlosMantelli, Márcia Barbosa HenriquesSilva, Alexandre da Costa2015-05-26T04:09:19Z2015-05-26T04:09:19Z2015333639https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/133093Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015Torres de resfriamento são empregadas para o resfriamento de água utilizada em processos industriais. Neste procedimento, cerca de 2 a 3% do volume da água resfriada é expelida para o ambiente em uma mistura de vapor saturado e ar. Este volume de água pode ser significativo, se tornando um problema ambiental, especialmente em locais onde este insumo é escasso. Portanto, um processo que possa capturar, condensar e devolver à indústria parte desta água perdida por evaporação é importante quando se busca reduzir o consumo e empregar de forma racional este recurso. Neste sentido, o presente trabalho propõe o emprego de estruturas resfriadas por meio de conjunto de tubos de cobre, conectados em um circuito de água fria, que simulam o comportamento do evaporador de termossifões, localizados dentro das torres e em contato com o ar úmido e quente e cujos condensadores estão em contato com o ambiente. Para melhorar a performance destes dispositivos, duas estruturas de condensação em contato com os evaporadores são estudadas: uma formada por um conjunto de tubos de cobre aletados em contato com um meio poroso, e outra semelhante, porém, sem as aletas. O meio poroso estudado consiste em fitas flexíveis de aço inox espiraladas, semelhantes a uma esponja metálica porosa. Uma estrutura semelhante já foi previamente testada em bancadas adequadas, mostrando resultados promissores. Afim de testar a tecnologia proposta, foi construído em laboratório, em escala reduzida, uma torre de resfriamento de tiragem mecânica induzida com fluxo cruzado (com dupla entrada de ar). As estruturas de condensação foram inseridas no seu interior ao lado do enchimento. De uma forma simplificada, o processo a ser monitorado na torre de resfriamento assistida pelas estruturas consiste no escoamento de ar ambiente, que entra pelas laterais da torre passando pelo enchimento (sistema de calhas responsável por retardar a velocidade de escoamento da água, permitindo um maior tempo de contato entre ar e água). Depois de umidificado, o ar percola o meio poroso (estrutura de condensação), o que permite a condensação de parte do vapor contido no ar úmido. Este condensado é, por efeito da gravidade, conduzido até bandejas de recolhimento localizadas na região inferior da torre sendo o seu volume medido. O aparelho experimental em escala reduzida permite controlar a velocidade do ventilador, a temperatura e a vazão mássica de água paraser arrefecida e a temperatura e a vazão da água para ser utilizado nos tubos de cobre que simulam os termossifões. A umidade do ar ambiente e temperatura são variáveis não controladas. Os resultados apontam que a estrutura de condensação sem aleta apresentou uma capacidade maior em recuperar água, com uma porcentagem máxima de 9,36 % da água perdida pela torre, em relação à estrutura contendo aletas, com 8,18% de recuperação máxima. Esta diferença pode estar relacionada com a disposição do meio poroso nos tubos de cobre, a quantidade de meio poroso e o método de construção adotado para confeccionar as estruturas. Estudos preliminares mostram um potencial maior de recuperação de água que deve ser buscado na continuação da presente dissertação.<br>Abstract: Cooling towers are used to cool the water utilized in industrial processes. Through this process, roughly 2 to 3% of the volume of the cooled water is lost to the environment as a mixture of saturated steam and air. This volume of water can be significant, becoming an environmental problem, especially in places where this input is scarce. Therefore, a process that can condense, capture and return part of this water to the industry is important when seeking to reduce consumption and employ rationally this resource. In this sense, this work proposes the use of structures passively cooled through a set of copper tubes, connected in a cold water circuit, which simulate the thermosyphon evaporator behavior, located inside the towers and in contact with moist air and hot and whose capacitors are in contact with the environment. To improve the performance of these devices, two types of condenser structures, which are attached to the evaporators, are studied: one formed by a set of finned copper tubes in contact with a porous medium, and another that uses the same structure, however, without the fins. The porous medium is composed by flexible highly twisted metallic tapes, which works like porous metal foams. The condensation within this structure has previously been tested in an appropriate apparatus, showing promising results. In order to test the proposed technology, it was built in the laboratory, on a smaller scale, a mechanical draft cooling tower, cross-flow induced and with dual air intake. The condensation structures were inserted inside, next to the two fillings, which, in turn, are located close to the tower lateral walls. Therefore, the main parameter to be monitored in the cooling tower assisted by these structures is the flow of air, which enters through the side of the tower through the filling (system responsible for slowing the rate of flow of water, allowing greater contact time between air and water). After humidified, air percolates through the porous (condensation structure), which allows the condensation of the steam contained in the humid air. Therefore, as the condensed vapor forms water, droplets, these are dragged by gravity and conducted at a specific reservoir located in the bottom region of the tower. The experimental small-scale apparatus can control the fan speed, temperature and water flow to be cooled and the temperature and flow of water to be used in copper tubes, which mimic the thermosyphon. The humidity of the ambient air temperature and are not controlled variables. The results show that the condensation structure without fins had a greater ability to recover water, with a maximum percentage of 9.36% of the water lost by the tower, incomparison with the structure containing fins, which recovers the maximum of 8.18%. This difference may be related to the arrangement of the porous copper pipes, the amount of the porous medium and the method of construction adopted for making the structures. Preliminary studies show a greater potential for water recovery to be pursued in the continuation of this dissertation.130 p.| il., grafs., tabs.porEngenharia mecânicaCondensaçãoTubos de calorTorres de resfriamentoControle de umidadeRecuperação de água em torres de resfriamento por meio de estruturas de condensação porosasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL333639.pdfapplication/pdf3849323https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/133093/1/333639.pdfc94d21a2a71f465a1bcd59f4c13d69c1MD51123456789/1330932016-03-07 15:59:42.397oai:repositorio.ufsc.br:123456789/133093Repositório de PublicaçõesPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732016-03-07T18:59:42Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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