Esses tipos de torres de resfriamento são pré-montados na fábrica, podendo ser transportados simplesmente em caminhões, por se tratarem de máquinas compactas. A capacidade das torres do tipo pacote é limitada e, por esse motivo, são geralmente preferidas por instalações com requisitos de baixa rejeição de calor, como fábricas de processamento de alimentos, fábricas de têxteis, algumas fábricas de processamento de produtos químicos ou edifícios como hospitais, hotéis, shoppings, fábricas automotivas etc.

Devido ao seu uso frequente em ou próximo a áreas residenciais, o controle do nível de som é uma questão relativamente mais importante para torres de resfriamento do tipo pacote.

Instalações como usinas de energia, usinas de processamento de aço, refinarias de petróleo ou usinas petroquímicas geralmente instalam torres de resfriamento do tipo erguidas em campo devido à sua maior capacidade de rejeição de calor. As torres erguidas em campo geralmente são muito maiores em tamanho em comparação com as torres de resfriamento do tipo pacote.

Uma torre de resfriamento típica erguida em campo tem uma estrutura de plástico reforçado com fibra pultrudada (FRP), revestimento de FRP , uma unidade mecânica para tiragem de ar e um eliminador de deriva.

Com relação ao mecanismo de transferência de calor empregado, os principais tipos são:

• torres de resfriamento úmido ou torres de resfriamento evaporativo operam no princípio de resfriamento evaporativo . O refrigerante de trabalho (geralmente água) é o fluido evaporado e é exposto aos elementos.

• As torres de resfriamento de circuito fechado (também chamadas de resfriadores de fluido e torres de resfriamento adiabáticas ) passam o refrigerante de trabalho por um grande trocador de calor , geralmente um radiador , sobre o qual água limpa é borrifada e uma corrente induzida por ventilador é aplicada. O desempenho de transferência de calor resultante é próximo ao de uma torre de resfriamento úmido, com a vantagem de proteger o fluido de trabalho da exposição e contaminação ambiental. Alternativamente, a água é pulverizada no ar de entrada ou fornecida na "mídia de enchimento" para resfriar o ar antes de passar para os radiadores.

• torres de resfriamento a seco (ou resfriadores a seco ) são torres de resfriamento de circuito fechado que operam por transferência de calor por meio de um trocador de calor que separa o fluido de resfriamento do ar ambiente, como em um radiador, utilizando transferência de calor por convecção. Eles não usam evaporação.

• As torres de resfriamento híbridas são torres de resfriamento de circuito fechado que podem alternar entre operação úmida e seca. Isso ajuda a equilibrar a economia de água e energia em uma variedade de condições climáticas.

Em uma torre de resfriamento úmido (ou torre de resfriamento de circuito aberto), a água quente pode ser resfriada a uma temperatura inferior à temperatura de bulbo seco do ar ambiente, se o ar for relativamente seco (ver ponto de orvalho e psicrometria ). À medida que o ar ambiente passa por um fluxo de água, uma pequena parte da água evapora e a energia necessária para evaporar essa parte da água é retirada da massa de água restante, reduzindo assim sua temperatura. Aproximadamente 420 quilojoules por quilograma (970 BTU / lb) de energia térmica são absorvidos pela água evaporada. A evaporação resulta em condições de ar saturado, baixando a temperatura da água processada pela torre para um valor próximo à temperatura de bulbo úmido , que é inferior à temperatura ambientetemperatura de bulbo seco , a diferença determinada pela umidade inicial do ar ambiente.

Para obter um melhor desempenho (mais resfriamento), um meio chamado fill é usado para aumentar a área de superfície e o tempo de contato entre os fluxos de ar e água. O enchimento de respingos consiste em material colocado para interromper o fluxo de água, causando respingos. O preenchimento de filme é composto de folhas finas de material (geralmente PVC ) sobre as quais a água flui. Ambos os métodos criam área de superfície aumentada e tempo de contato entre o fluido (água) e o gás (ar), para melhorar a transferência de calor.

As escadas de acesso na base de uma enorme torre de resfriamento hiperbolóide dão uma ideia de sua escala (Reino Unido).

Com relação à aspiração de ar pela torre, existem três tipos de torres de resfriamento:

• Calado natural - utiliza a flutuabilidade por meio de uma chaminé alta. O ar quente e úmido sobe naturalmente devido ao diferencial de densidade em comparação com o ar externo seco e mais frio. O ar quente e úmido é menos denso do que o ar mais seco à mesma pressão. Esta flutuação de ar úmido produz uma corrente ascendente de ar através da torre.

• Tiragem mecânica - usa motores de ventilador acionados por energia para forçar ou puxar o ar pela torre.

o Tiragem induzida - Uma torre de tiragem mecânica com um ventilador na descarga (na parte superior) que puxa o ar para cima pela torre. O ventilador induz o ar quente e úmido para fora da descarga. Isso produz velocidades de entrada e saída de ar baixas, reduzindo a possibilidade de recirculação na qual o ar descarregado flui de volta para a entrada de ar. Este arranjo de ventilador / aleta também é conhecido como passagem .

o Tiragem forçada - Uma torre de tiragem mecânica com um ventilador do tipo soprador na entrada. O ventilador força o ar para dentro da torre, criando altas velocidades de entrada e saída de ar. A baixa velocidade de saída é muito mais suscetível à recirculação. Com o ventilador na entrada de ar, o ventilador está mais suscetível a complicações devido às condições de congelamento. Outra desvantagem é que um projeto de tiragem forçada normalmente requer mais potência do motor do que um projeto de tiragem induzida equivalente. O benefício do projeto de tiragem forçada é sua capacidade de trabalhar com alta pressão estática . Essas configurações podem ser instaladas em espaços mais confinados e até mesmo em algumas situações internas. Essa geometria em leque / aleta também é conhecida como blow-through .

• Tiragem natural assistida por ventilador - Um tipo híbrido que parece uma configuração de tiragem natural, embora o fluxo de ar seja auxiliado por um ventilador.

As torres de resfriamento hiperbolóides (às vezes incorretamente conhecidas como hiperbólicas ) se tornaram o padrão de projeto para todas as torres de resfriamento de tiragem natural devido à sua resistência estrutural e uso mínimo de material. A forma hiperbolóide também ajuda a acelerar o fluxo de ar convectivo para cima , melhorando a eficiência do resfriamento. Esses projetos são popularmente associados a usinas nucleares . No entanto, essa associação é enganosa, já que o mesmo tipo de torres de resfriamento também é frequentemente usado em grandes usinas termelétricas a carvão. Por outro lado, nem todas as usinas nucleares têm torres de resfriamento e, em vez disso, algumas resfriam seus trocadores de calor com água de lago, rio ou oceano.

Eficiências térmicas de até 92% foram observadas em torres de resfriamento híbridas. 

Torre de resfriamento de fluxo cruzado de tiragem mecânica usada em uma aplicação HVAC

Pacote de torre de resfriamento de fluxo cruzado

Normalmente, custos iniciais e de longo prazo mais baixos, principalmente devido aos requisitos da bomba.

O fluxo cruzado é um projeto no qual o fluxo de ar é direcionado perpendicularmente ao fluxo de água (veja o diagrama à esquerda). O fluxo de ar entra em uma ou mais faces verticais da torre de resfriamento para encontrar o material de preenchimento. A água flui (perpendicular ao ar) através do enchimento por gravidade. O ar continua através do enchimento e, portanto, passa pelo fluxo de água em um volume de plenum aberto. Por último, um ventilador força o ar para a atmosfera.

Uma bacia de distribuição ou água quente que consiste em uma panela funda com orifícios ou bocais em sua parte inferior está localizada perto do topo de uma torre de fluxo cruzado. A gravidade distribui a água através dos bicos de maneira uniforme em todo o material de enchimento. Fluxo cruzado V / s contra fluxo

Vantagens do design de fluxo cruzado:

• A distribuição de água por gravidade permite bombas menores e manutenção durante o uso.

• O spray não pressurizado simplifica o fluxo variável.

Desvantagens do projeto de fluxo cruzado:

• Mais propenso a congelamento do que projetos de contra fluxo.

• O fluxo variável é inútil em algumas condições.

• Mais propenso a acúmulo de sujeira no aterro do que projetos de contra fluxo, especialmente em áreas empoeiradas ou arenosas.

Chuveiros dentro da torre de resfriamento

Torre de resfriamento do tipo pacote contra fluxo de tiragem forçada

Em um projeto de contra fluxo, o fluxo de ar é diretamente oposto ao fluxo de água (consulte o diagrama à esquerda). O fluxo de ar primeiro entra em uma área aberta abaixo da mídia de preenchimento e, em seguida, é puxado verticalmente. A água é pulverizada através de bicos pressurizados próximos ao topo da torre e, em seguida, flui para baixo pelo enchimento, em oposição ao fluxo de ar.

Vantagens do projeto de contra fluxo:

• A distribuição de água de pulverização torna a torre mais resistente ao congelamento.

• A fragmentação da água em spray torna a transferência de calor mais eficiente.

Desvantagens do projeto de contra fluxo:

• Custo inicial e de longo prazo normalmente mais alto, principalmente devido aos requisitos da bomba.

• Difícil de usar fluxo de água variável, pois as características de pulverização podem ser afetadas negativamente.

• Normalmente mais barulhento, devido à maior altura de queda de água da parte inferior do preenchimento para a bacia de água fria

Aspectos comuns de ambos os projetos:

• As interações do fluxo de ar e água permitem uma equalização parcial da temperatura e evaporação da água.

• O ar, agora saturado com vapor d'água, é descarregado pelo topo da torre de resfriamento.

• Uma "bacia de coleta" ou "bacia de água fria" é utilizada para coletar e conter a água resfriada após sua interação com o fluxo de ar.

Ambos os projetos de fluxo cruzado e contra fluxo podem ser usados em torres de resfriamento de tiragem natural e mecânica.

Quantitativamente, o equilíbrio do material em torno de um sistema de torre de resfriamento evaporativo e úmido é governado pelas variáveis operacionais da taxa de fluxo volumétrico de make-up , evaporação e perdas de vento, taxa de retirada e os ciclos de concentração.

No diagrama adjacente, a água bombeada da bacia da torre é a água de resfriamento encaminhada através dos resfriadores e condensadores de processo em uma instalação industrial. A água fria absorve o calor das correntes quentes do processo que precisam ser resfriadas ou condensadas, e o calor absorvido aquece a água circulante (C). A água quente retorna ao topo da torre de resfriamento e escorre para baixo sobre o material de enchimento dentro da torre. À medida que desce, entra em contato com o ar ambiente que sobe através da torre, seja por tiragem natural ou por tiragem forçada, usando grandes ventiladores na torre. Esse contato faz com que uma pequena quantidade de água seja perdida como vento ou deriva (W) e parte da água (E) evapore. O calor necessário para evaporar a água é derivado da própria água, que resfria a água de volta à temperatura original da bacia e a água está então pronta para recircular. A água evaporada deixa seus sais dissolvidos para trás na maior parte da água que não foi evaporada, aumentando assim a concentração de sal na água de resfriamento circulante. Para evitar que a concentração de sal da água se torne muito alta, uma parte da água é retirada ou soprada (D) para descarte. A reposição de água doce (M) é fornecida à bacia da torre para compensar a perda de água evaporada, a perda de água por vento e a água de escoamento.

Tiragem induzida por ventilador, torre de resfriamento contra fluxo

Usando essas taxas de fluxo e unidades dimensionais de concentração:

M = Água de reposição em m 3 / h

C = Água circulante em m 3 / h

D = Retirada de água em m 3 / h

E = Água evaporada em m 3 / h

C = Perda de água por vento em m 3 / h

X = Concentração em ppmw (de quaisquer sais completamente solúveis ... geralmente cloretos)

X M = Concentração de cloretos na água de reposição (M), em ppmw

X C = Concentração de cloretos na água circulante (C), em ppmw

Ciclos = Ciclos de concentração = X C / X M (adimensional)

ppmw = partes por milhão em peso

Um balanço hídrico em torno de todo o sistema é então: [19]

M = E + D + W

Como a água evaporada (E) não tem sais, o equilíbrio de cloreto em torno do sistema é: [19]

MX M = DX C + WX C = X C ( D + W )

 

e, portanto:

 

A partir de um equilíbrio de calor simplificado em torno da torre de resfriamento:

 

Onde:  

H V = calor latente de vaporização da água = 2260 kJ / kg

ΔT = diferença de temperatura da água do topo da torre para a base da torre, em ° C

c p = calor específico da água = 4,184 kJ / (kg ° C) 

Perdas por vento (ou deriva) (W) é a quantidade total do fluxo de água da torre que é arrastado no fluxo de ar para a atmosfera. A partir de torres de resfriamento industriais de grande escala, na ausência de dados do fabricante, pode-se presumir que seja:

W = 0,3 a 1,0 por cento de C para uma torre de resfriamento de tiragem natural sem eliminadores de deriva de vento

W = 0,1 a 0,3 por cento de C para uma torre de resfriamento de tiragem induzida sem eliminadores de deriva de vento

W = cerca de 0,005 por cento de C (ou menos) se a torre de resfriamento tiver eliminadores de deriva de vento

W = cerca de 0,0005 por cento de C (ou menos) se a torre de resfriamento tiver eliminadores de desvio de vento e usar água do mar como água de reposição.

O ciclo de concentração representa o acúmulo de minerais dissolvidos na água de resfriamento em recirculação. A descarga de extração (ou purga) é usada principalmente para controlar o acúmulo desses minerais.

A química da água de reposição, incluindo a quantidade de minerais dissolvidos, pode variar amplamente. Águas de reposição com baixo teor de minerais dissolvidos, como as de fontes de água de superfície (lagos, rios etc.), tendem a ser agressivas aos metais (corrosivas). As águas de reposição dos lençóis freáticos (como poços ) são geralmente mais ricos em minerais e tendem a ser incrustantes (minerais de depósito). Aumentar a quantidade de minerais presentes na água por meio de ciclos pode tornar a água menos agressiva para a tubulação; no entanto, níveis excessivos de minerais podem causar problemas de dimensionamento.

Relação entre ciclos de concentração e taxas de fluxo em uma torre de resfriamento

À medida que os ciclos de concentração aumentam, a água pode não ser capaz de reter os minerais em solução . Quando a solubilidade desses minerais é excedida, eles podem precipitar como sólidos minerais e causar incrustação e problemas de troca de calor na torre de resfriamento ou nos trocadores de calor . As temperaturas da água em recirculação, tubulações e superfícies de troca de calor determinam se e onde os minerais precipitarão da água em recirculação. Freqüentemente, um consultor profissional de tratamento de água avalia a água de reposição e as condições de operação da torre de resfriamento e recomenda uma faixa apropriada para os ciclos de concentração. O uso de produtos químicos de tratamento de água, pré-tratamento, comoamaciamento de água , ajuste de pH e outras técnicas podem afetar a faixa aceitável de ciclos de concentração.

Os ciclos de concentração na maioria das torres de resfriamento geralmente variam de 3 a 7. Nos Estados Unidos, muitos suprimentos de água usam água de poço com níveis significativos de sólidos dissolvidos. Por outro lado, um dos maiores suprimentos de água, para a cidade de Nova York , tem uma fonte de água da chuva superficial bastante baixa em minerais; assim, as torres de resfriamento dessa cidade costumam concentrar-se em 7 ou mais ciclos de concentração.

Uma vez que ciclos mais altos de concentração representam menos água de reposição, os esforços de conservação de água podem se concentrar no aumento dos ciclos de concentração. Água reciclada altamente tratada pode ser um meio eficaz de reduzir o consumo de água potável da torre de resfriamento, em regiões onde a água potável é escassa.

Limpe a sujeira e os detritos visíveis da bacia de água fria e das superfícies com qualquer biofilme visível (ou seja, limo).

Os níveis de desinfetante e outros produtos químicos em torres de resfriamento e banheiras de hidromassagem devem ser mantidos continuamente e monitorados regularmente.

Devem ser feitas verificações regulares da qualidade da água (especificamente os níveis de bactérias aeróbicas) usando dipslides , pois a presença de outros organismos pode sustentar a legionela, produzindo os nutrientes orgânicos de que precisa para se desenvolver. [ citação necessária ]

Veja também: Tratamento de água industrial

Além de tratar a água de resfriamento circulante em grandes sistemas de torres de resfriamento industriais para minimizar incrustações e incrustações , a água deve ser filtrada para remover partículas e também dosada com biocidas e algicidas para evitar crescimentos que possam interferir no fluxo contínuo da água. [18] Sob certas condições, um biofilme de microrganismos como bactérias, fungos e algas pode crescer muito rapidamente na água de resfriamento e pode reduzir a eficiência de transferência de calor da torre de resfriamento. O biofilme pode ser reduzido ou evitado com o uso de cloro ou outros produtos químicos. Uma prática industrial normal é usar dois biocidas, como os tipos oxidantes e não oxidantes, para complementar os pontos fortes e fracos um do outro e para garantir um espectro mais amplo de ataque. Na maioria dos casos, um biocida oxidante de baixo nível contínuo é usado, então alternando para uma dose de choque periódica de biocidas não oxidantes.

Um dos principais problemas que as torres de resfriamento enfrentam é a corrosão e degradação de peças de metal devido à decomposição natural, formando ferrugem e compostos que quebram o metal. Com o tempo, a corrosão enfraquece as partes mecânicas de uma torre de água e causa mau funcionamento, contaminação da água usada na torre.

Os algicidas, como seu nome pode sugerir, têm como objetivo matar algas e outros micróbios semelhantes a plantas na água. Os biocidas podem reduzir outros restos de matéria viva, melhorando o sistema e mantendo o uso de água limpa e eficiente em uma torre de resfriamento. Uma das opções mais comuns quando se trata de biocidas para sua água é o bromo.

Entre os problemas que causam mais danos e sobrecarga aos sistemas de uma torre de água está o dimensionamento. Quando um material indesejado ou contaminante na água se acumula em uma determinada área, ele pode criar depósitos que crescem com o tempo. Isso pode causar problemas que vão desde o estreitamento de tubos até bloqueios totais e falhas de equipamento.

O consumo de água da torre de resfriamento vem de Drift, Bleed-off, Evaporation Loss. A água que é imediatamente reabastecida na torre de resfriamento devido à perda é chamada de Água de Compensação. A função da água de reposição é fazer com que as máquinas e equipamentos funcionem de forma segura e estável.

Legionella pneumophila

Mais informações: Legionelose e Legionella

Uma infinidade de organismos microscópicos, como colônias de bactérias, fungos e algas, podem prosperar facilmente nas temperaturas moderadamente altas presentes dentro de uma torre de resfriamento.

Outra razão muito importante para a utilização de biocidas em torres de arrefecimento é a de evitar o crescimento de Legionella , incluindo espécies que causam a doença do legionário ou a doença do legionário, mais notavelmente a L. pneumophila , ou de Mycobacterium avium . As várias espécies de Legionella são a causa da doença dos legionários em humanos e a transmissão ocorre por meio da exposição a aerossóis - a inalação de gotículas contendo a bactéria. Fontes comuns de Legionella incluem torres de resfriamento usadas em sistemas abertos de recirculação de água de resfriamento evaporativo, sistemas domésticos de água quente, fontes e disseminadores semelhantes que conectam um abastecimento público de água. As fontes naturais incluem lagoas de água doce e riachos.

Pesquisadores franceses descobriram que a bactéria Legionella viajou até 6 quilômetros (3,7 milhas) através do ar de uma grande torre de resfriamento contaminada em uma planta petroquímica em Pas-de-Calais, França. Esse surto matou 21 das 86 pessoas que tiveram uma infecção confirmada em laboratório.

Drift (ou windage) é o termo para gotículas de água do fluxo do processo que podem escapar na descarga da torre de resfriamento. Eliminadores de deriva são usados para manter taxas de deriva tipicamente de 0,001–0,005% da taxa de fluxo circulante. Um eliminador de deriva típico fornece várias mudanças direcionais de fluxo de ar para evitar o escape de gotículas de água. Um eliminador de deriva bem projetado e bem ajustado pode reduzir muito a perda de água e o potencial de Legionella ou exposição a produtos químicos de tratamento de água. Além disso, a cada seis meses, inspecione as condições dos eliminadores de deriva, certificando-se de que não haja lacunas para permitir o fluxo livre de sujeira.

Os Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) dos Estados Unidos não recomendam que os estabelecimentos de saúde façam testes regulares para a bactéria Legionella pneumophila . O monitoramento microbiológico programado para Legionella permanece controverso porque sua presença não é necessariamente evidência de um potencial para causar doença. O CDC recomenda medidas de desinfecção agressivas para limpeza e manutenção de dispositivos conhecidos por transmitir Legionella , mas não recomenda ensaios microbiológicos regulares para a bactéria. No entanto, o monitoramento programado de água potável dentro de um hospital pode ser considerado em certos locais onde as pessoas são altamente suscetíveis a doenças e mortalidade por infecção por Legionella (por exemplounidades de transplante de células-tronco hematopoéticas ou unidades de transplante de órgãos sólidos). Além disso, após um surto de legionelose, as autoridades de saúde concordam que o monitoramento é necessário para identificar a fonte e avaliar a eficácia dos biocidas ou outras medidas de prevenção.

Estudos encontraram Legionella em 40% a 60% das torres de resfriamento.

Encha as placas na parte inferior da torre de resfriamento da Usina de Iru (Estônia). A torre é fechada, revelando várias cabeças de spray de água.

• Windage or Drift - Gotas de água que saem da torre de resfriamento com o ar de exaustão. As gotas de deriva têm a mesma concentração de impurezas que a água que entra na torre. A taxa de deriva é normalmente reduzida pelo emprego de dispositivos semelhantes a defletores, chamados eliminadores de deriva, através dos quais o ar deve viajar após deixar as zonas de enchimento e pulverização da torre. A deriva também pode ser reduzida usando temperaturas mais altas na entrada da torre de resfriamento.

• Explosão - Gotículas de água expelidas da torre de resfriamento pelo vento, geralmente nas aberturas de entrada de ar. A água também pode ser perdida, na ausência de vento, por respingos ou neblina. Dispositivos como telas de vento, venezianas, defletores de respingos e desviadores de água são usados para limitar essas perdas.

• Pluma - O fluxo de ar de exaustão saturado que sai da torre de resfriamento. A pluma é visível quando o vapor de água se condensa em contato com o ar ambiente mais frio, como o ar saturado na respiração de alguém em um dia frio. Sob certas condições, uma coluna de torre de resfriamento pode apresentar riscos de neblina ou formação de gelo em seus arredores. Observe que a água evaporada no processo de resfriamento é água "pura", em contraste com a porcentagem muito pequena de gotas de deriva ou água soprada para fora das entradas de ar.

• Draw-off ou Blow-baixo - A parte do fluxo de água de circulação que é removida (geralmente descarregado para um dreno), a fim de manter a quantidade de sólidos dissolvidos totais (TDS) e outras impurezas a um nível aceitavelmente baixo. Uma concentração mais alta de TDS na solução pode resultar de uma maior eficiência da torre de resfriamento. No entanto, quanto maior a concentração de TDS, maior o risco de incrustação, crescimento biológico e corrosão. A quantidade de purga é principalmente designada pela medição pela condutividade elétricada água circulante. O crescimento biológico, escamação e corrosão podem ser evitados por produtos químicos (respectivamente, biocida, ácido sulfúrico, inibidor de corrosão). Por outro lado, a única maneira prática de diminuir a condutividade elétrica é aumentando a quantidade de descarga de purga e, subsequentemente, aumentando a quantidade de água de reposição limpa.

• O sangramento zero para torres de resfriamento , também chamado de purga zero para torres de resfriamento , é um processo para reduzir significativamente a necessidade de sangrar a água com sólidos residuais do sistema, permitindo que a água retenha mais sólidos na solução.

• Make-up - A água que deve ser adicionada ao sistema de circulação de água para compensar as perdas de água, como evaporação, perda de deriva, blow-out, blow-down, etc.

• Ruído - Energia sonora emitida por uma torre de resfriamento e ouvida (gravada) em uma determinada distância e direção. O som é gerado pelo impacto da queda d'água, pelo movimento do ar pelos ventiladores, pelas pás do ventilador movendo-se na estrutura, pela vibração da estrutura e pelos motores, caixas de engrenagens ou correias de transmissão.

• Abordagem - A abordagem é a diferença de temperatura entre a temperatura da água resfriada e a temperatura de bulbo úmido do ar de entrada (twb). Uma vez que as torres de resfriamento são baseadas nos princípios de resfriamento evaporativo, a eficiência máxima da torre de resfriamento depende da temperatura de bulbo úmido do ar. A temperatura de bulbo úmido é um tipo de medição de temperatura que reflete as propriedades físicas de um sistema com uma mistura de gás e vapor, geralmente ar e vapor d'água

• Intervalo - O intervalo é a diferença de temperatura entre a entrada de água quente e a saída de água resfriada.

• Preenchimento - dentro da torre, os preenchimentos são adicionados para aumentar a superfície de contato, bem como o tempo de contato entre o ar e a água, para fornecer uma melhor transferência de calor. A eficiência da torre depende da seleção e da quantidade de preenchimento. Existem dois tipos de preenchimentos que podem ser usados:

o Preenchimento do tipo de filme (faz com que a água se espalhe em um filme fino)

o Preenchimento do tipo respingo (quebra o fluxo de água em queda e interrompe seu progresso vertical)

• Filtração de fluxo total - a filtragem de fluxo total retira continuamente as partículas de todo o fluxo do sistema. Por exemplo, em um sistema de 100 toneladas, a taxa de fluxo seria de aproximadamente 300 gal / min. Um filtro seria selecionado para acomodar toda a taxa de fluxo de 300 gal / min. Nesse caso, o filtro normalmente é instalado após a torre de resfriamento no lado de descarga da bomba. Embora este seja o método ideal de filtração, para sistemas de maior fluxo pode ter um custo proibitivo.

• Filtração de fluxo lateral- A filtragem de fluxo lateral, embora popular e eficaz, não oferece proteção completa. Com a filtragem de fluxo lateral, uma parte da água é filtrada continuamente. Este método funciona com o princípio de que a remoção contínua de partículas manterá o sistema limpo. Os fabricantes normalmente embalam filtros de fluxo lateral em um skid, completo com uma bomba e controles. Para sistemas de alto fluxo, este método é econômico. O dimensionamento adequado de um sistema de filtração de fluxo lateral é crítico para obter um desempenho de filtro satisfatório, mas há algum debate sobre como dimensionar adequadamente o sistema de fluxo lateral. Muitos engenheiros dimensionam o sistema para filtrar continuamente a água da bacia da torre de resfriamento a uma taxa equivalente a 10% da taxa de fluxo de circulação total. Por exemplo, se o fluxo total de um sistema é 1.200 gal / min (um sistema de 400 toneladas),um sistema de fluxo lateral de 120 gal / min é especificado.

• Ciclo de concentração - Multiplicador máximo permitido para a quantidade de substâncias diversas na água circulante em comparação com a quantidade dessas substâncias na água de reposição.

• Madeira tratada - Um material estrutural para torres de resfriamento que foi amplamente abandonado no início dos anos 2000. Ainda é usado ocasionalmente devido ao seu baixo custo inicial, apesar de sua curta vida útil. A vida útil da madeira tratada varia muito, dependendo das condições de operação da torre, como frequência de paradas, tratamento da água circulante, etc. Em condições adequadas de trabalho, a vida útil estimada dos membros estruturais de madeira tratada é de cerca de 10 anos.

• Lixiviação - A perda de produtos químicos preservativos da madeira pela ação de lavagem da água que flui através de uma torre de resfriamento de estrutura de madeira.

• FRP pultrudado - um material estrutural comum para torres de resfriamento menores, o plástico reforçado com fibra (FRP) é conhecido por sua alta resistência à corrosão. O FRP pultrudado é produzido com a tecnologia de pultrusão e se tornou o material estrutural mais comum para pequenas torres de resfriamento. Oferece custos mais baixos e requer menos manutenção em comparação com o concreto armado, que ainda é utilizado para grandes estruturas.

Nevoeiro produzido pela estação de energia de Eggborough

Sob certas condições ambientais, plumas de vapor d'água podem ser vistas saindo da descarga de uma torre de resfriamento e podem ser confundidas com fumaça de um incêndio. Se o ar externo estiver na saturação ou próximo a ela, e a torre adicionar mais água ao ar, o ar saturado com gotículas de água líquida pode ser descarregado, o que é visto como névoa. Este fenômeno ocorre normalmente em dias frios e úmidos, mas é raro em muitos climas. O nevoeiro e as nuvens associadas às torres de resfriamento podem ser descritas como homogenitus, assim como outras nuvens de origem humana, como rastos e rastros de navios .

Este fenômeno pode ser evitado diminuindo a umidade relativa do ar de descarga saturado. Para isso, em torres híbridas, o ar de descarga saturado é misturado ao ar aquecido de baixa umidade relativa. Algum ar entra na torre acima do nível do eliminador de deriva, passando pelos trocadores de calor. A umidade relativa do ar seco diminui ainda mais instantaneamente à medida que é aquecido ao entrar na torre. A mistura descarregada tem uma umidade relativa relativamente mais baixa e a névoa é invisível.

Quando torres de resfriamento úmido com composição de água do mar são instaladas em várias indústrias localizadas em ou perto de áreas costeiras, a deriva de gotículas finas emitidas das torres de resfriamento contêm quase 6% de cloreto de sódio que se deposita nas áreas de terra próximas. Esta deposição de sais de sódio nas terras agrícolas / vegetativas próximas pode convertê-los em solos salinos ou alcalinos sódicos, dependendo da natureza do solo e aumentar a sodicidade das águas subterrâneas e superficiais. O problema de deposição de sal de tais torres de resfriamento agrava onde os padrões nacionais de controle de poluição não são impostos ou não são implementados para minimizar as emissões de deriva de torres de resfriamento úmido usando composição de água do mar.

Partículas respiráveis em suspensão , com menos de 10 micrômetros (µm) de tamanho, podem estar presentes na deriva das torres de resfriamento. Partículas maiores, acima de 10 µm de tamanho, geralmente são filtradas no nariz e na garganta através dos cílios e muco, mas partículas menores que 10 µm, referidas como PM 10 , podem se depositar nos brônquios e pulmões e causar problemas de saúde. Da mesma forma, partículas menores que 2,5 µm, (PM 2,5 ), tendem a penetrar nas regiões de troca gasosa do pulmão, e partículas muito pequenas (menos de 100 nanômetros) podem passar pelos pulmões para afetar outros órgãos. Embora o total de emissões de particulados de torres de resfriamento úmido com composição de água doce seja muito menor, elas contêm mais PM 10 e PM 2,5do que as emissões totais de torres de resfriamento úmido com composição de água do mar. Isso se deve ao menor teor de sal na deriva de água doce (abaixo de 2.000 ppm) em comparação com o teor de sal na deriva de água do mar (60.000 ppm).

Chaminé de gás de combustão dentro de uma torre de resfriamento úmida de tiragem natural

Conexão da chaminé de gás de combustão em uma torre de resfriamento úmida de tiragem natural

Grandes torres de resfriamento hiperbolóides feitas de aço estrutural para uma usina em Kharkiv (Ucrânia)

Em algumas centrais elétricas modernas equipadas com purificação de gases de combustão , como a Central Elétrica de Großkrotzenburg e a Central Elétrica de Rostock , a torre de resfriamento também é usada como uma chaminé de gás de combustão (chaminé industrial), economizando assim o custo de uma estrutura de chaminé separada. Em fábricas sem purificação de gases de combustão, podem ocorrer problemas de corrosão, devido às reações do gás de combustão bruto com água para formar ácidos .

Às vezes, torres de resfriamento de tiragem natural são construídas com aço estrutural no lugar de concreto (RCC) quando o tempo de construção da torre de resfriamento de tiragem natural está excedendo o tempo de construção do resto da planta ou o solo local é de fraca resistência para suportar o peso o peso das torres de resfriamento RCC ou os preços do cimento são mais altos em um local que opta por torres de resfriamento de tiragem natural mais baratas feitas de aço estrutural.

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Algumas torres de resfriamento (como sistemas de ar condicionado de prédios menores) são fechadas sazonalmente, drenadas e preparadas para o inverno para evitar danos por congelamento.

Durante o inverno, outros locais operam torres de resfriamento continuamente com 4 ° C (39 ° F) de água saindo da torre. Aquecedores de bacia, drenagem da torre e outros métodos de proteção contra congelamento são frequentemente empregados em climas frios. As torres de resfriamento operacionais com mau funcionamento podem congelar durante o tempo muito frio. Normalmente, o congelamento começa nos cantos de uma torre de resfriamento com uma carga de calor reduzida ou ausente. Condições severas de congelamento podem criar volumes crescentes de gelo, resultando em aumento das cargas estruturais que podem causar danos estruturais ou colapso.

Para evitar o congelamento, os seguintes procedimentos são usados:

• O uso de sistemas de desvio de modulação de água não é recomendado durante o tempo congelante. Em tais situações, a flexibilidade de controle de motores de velocidade variável, motores de duas velocidades e / ou motores de duas velocidades torres multicelulares deve ser considerada um requisito.

• Não opere a torre sem supervisão. Sensores remotos e alarmes podem ser instalados para monitorar as condições da torre.

• Não opere a torre sem uma carga de calor. Aquecedores de bacia podem ser usados para manter a água na bandeja da torre em uma temperatura acima de zero. O traço de calor ("fita de aquecimento") é um elemento de aquecimento resistivo instalado ao longo dos canos de água para evitar o congelamento em climas frios.

• Manter a taxa de fluxo de água projetada sobre o enchimento da torre.

• Manipule ou reduza o fluxo de ar para manter a temperatura da água acima do ponto de congelamento.

Torres de resfriamento construídas no todo ou em parte de materiais combustíveis podem suportar a propagação interna do fogo. Esses incêndios podem se tornar muito intensos, devido à alta relação superfície-volume das torres, e os incêndios podem ser ainda mais intensificados por convecção natural ou tiragem com ventoinha. O dano resultante pode ser suficientemente grave para exigir a substituição de toda a célula ou estrutura da torre. Por esta razão, alguns códigos e normas recomendam que as torres de resfriamento de combustível sejam fornecidas com um sistema automático de extinção de incêndios. Os incêndios podem se propagar internamente dentro da estrutura da torre quando a célula não está em operação (como para manutenção ou construção), e mesmo enquanto a torre está em operação, especialmente aquelas do tipo tiragem induzida, devido à existência de áreas relativamente secas dentro das torres.

Por serem estruturas muito grandes, as torres de resfriamento são suscetíveis a danos causados pelo vento, e várias falhas espetaculares ocorreram no passado. Na estação de energia de Ferrybridge em 1 de novembro de 1965, a estação foi o local de uma grande falha estrutural , quando três das torres de resfriamento desabaram devido a vibrações em ventos de 85 mph (137 km / h). [39] Embora as estruturas tenham sido construídas para suportar velocidades de vento mais altas, o formato das torres de resfriamento fez com que os ventos de oeste fossem canalizados para as próprias torres, criando um vórtice. Três das oito torres de resfriamento originais foram destruídas e as cinco restantes foram severamente danificadas. As torres foram reconstruídas posteriormente e todas as oito torres de resfriamento foram reforçadas para tolerar as condições climáticas adversas. Os códigos de construção foram alterados para incluir suporte estrutural aprimorado e testes em túnel de vento foram introduzidos para verificar as estruturas e a configuração das torres.

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