Avaliação operacional de torres de resfriamento : um estudo de caso em uma torre no RS

Abstract

Diante da crise financeira e também da necessidade de operações baseadas nos pilares da sustentabilidade, há grande interesse na melhoria de processos para que estes consumam menos recursos naturais e operem com custos mais baixos. Em relação a custo operacional, o consumo energético mostra-se como uma parcela considerável desta conta, devido aos altos preços dos combustíveis e da energia elétrica. Em uma indústria, equipamentos elétricos rotativos, como bombas e ventiladores, são grandes consumidores de energia elétrica e, portanto, a operação eficiente destas máquinas é de suma importância. As torres de resfriamento, por exemplo, são equipamentos muito comuns nas indústrias e que utilizam ventiladores de grande porte para promover o resfriamento da água através do contato com ar atmosférico. Este trabalho apresenta um estudo da relação entre a vazão de ar entregue pelos ventiladores de uma torre de resfriamento de uma indústria petroquímica e a temperatura da água de resfriamento. A metodologia do estudo foi baseada em três etapas: cálculo da característica da torre por um modelo matemático sugerido pelo Cooling Tecnology Institute, determinação da temperatura da água de resfriamento prevista pelo modelo e validação do modelo, comparando a temperatura predita com o valor medido pela instrumentação. Através deste modelo matemático foi possível prever, com uma variação em torno de 1°C ou menos, a temperatura da água de resfriamento da torre para faixas de umidade do ar variando entre 50 e 100%. Com este método, constatou-se que a torre opera, na maior parte do período estudado (janeiro a maio de 2015) com mais ventiladores ligados do que seria necessário, causando assim uma redução da temperatura da água em até 4°C abaixo do limite máximo, que é de 30°C. Para o processo, entregar a água de resfriamento a uma temperatura inferior ao limite máximo não representa um problema. Porém, em termos de energia, reduzir a temperatura da água mais do que o necessário representa um gasto de energia que poderia ser evitado. Este trabalho mostrou que, somente no período de janeiro a maio de 2015, cerca de R$ 300.000,00 poderiam ter sido economizados se a torre operasse com um controle mais rigoroso da rotação dos ventiladores. Com o modelo empírico utilizado neste estudo, foi determinada a razão ideal entre a vazão de água quente e a vazão de ar para que a temperatura da água de resfriamento chegasse a 29°C, para faixas de umidade relativa do ar variando de 5 em 5%, de 50 a 100%. Por fim, foi determinada uma relação linear entre a razão entre as vazões de água e ar e a temperatura do ar ambiente para cada faixa de umidade relativa. Esta relação linear permite que sejam ligados ou desligados os ventiladores necessários para que a temperatura da água se mantenha em 29°C, evitando o gasto de energia desnecessário. Este estudo permite que o ajuste da vazão de ar seja feito de forma discreta pela operação da torre através dos gráficos que relacionam a vazão de ar com a temperatura ambiente. Além disso, os resultados também sugerem que a implantação de inversores de frequência nos ventiladores poderia ser uma alternativa viável e vantajosa, desde que estudada mais profundamente.