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ÁGUAS DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO - Coggle Diagram
ÁGUAS DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO
UTILIZAÇÃO
Utilizada como veículo para dissipar calor
Processos industriais
Utilizada em processos industriais que necessitam de resfriamento
Resfriar condensadores de vapor em usinas térmicas, condensadores de produtos de petróleo em refinarias
CAUSAS
Durante o funcionamento de certas máquinas ou dispositivos, desenvolve-se certa quantidade indesejável de calor, que deve ser dissipado para não causar transtornos a sistemas de óleos lubrificantes e a sistemas de ar compridos
CONDIÇÕES
Condição ótima: água clarificada, abrandada, desmineralizada e até destilada
Muitas vezes o sistema de refrigeração de uma indústria não comportam o uso de águas com os tratamentos adequados por apresentarem um custo elevado
Devido a possível inviabilidade, água utilizada em sistemas de resfriamento pode ser "in natura" que geralmente tem caráter corrosivo e contem compostos que causam incrustações, especialmente em superfície de troca de calor
Consequências da utilização de uma água inadequada
As incrustações (óxidos de ferro, carbonato de cálcio, sulfatos, óleos, argilas, etc) pelo seu baixo valor de condutividade térmica, reduzem a capacidade de troca nos resfriadores
Outro problema é o ataque localizado aos metais nas áreas onde ficam os depósitos
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS
Sistema aberto (sem recirculação)
Empregado quando existe uma suficiente disponibilidade de água;
Água com qualidade satisfatória;
Baixa temperatura;
A água de refrigeração após passar pelo trocador de calor não mais retorna a ele, sendo descarregada no local de origem ou em outra parte qualquer.
Sistema semi-aberto de recirculação
Em situações de escassez a água é continuamente resfriada para posteriores utilizações;
O resfriamento pode ser feito em circuitos semi-abertos com recirculação de água;
Sistema dito evaporativo e reutiliza água após resfriada em diferentes tipos de equipamentos denominados torres de resfriamento;
No circuito inclui-se um sistema de tratamento adequado para evitar o acúmulo de material indesejável na superfície de troca de calor;
O acúmulo de material é denominado fouling;
Sistema usado quando se necessita de muita água de resfriamento e sua fonte produz uma quantidade limitada e permite a possibilidade de se tratar, quimicamente, suas águas a custos realmente baixos;
Uma das desvantagens é o aumento de concentração de produtos químicos que se verifica na água de refrigeração, devido as perdas por evaporação ou carreamento. Esse fator exige uma reposição de água no sistema e uma descarga para possibilitar a manutenção de um total de sólidos admissíveis;
A água aquecida nos trocadores de calor tem seu calor dissipado em torres de diferentes tipos. Quando a água quente do sistema entra em contato com o ar, um fluxo espontâneo de calor passa dessa água quente para o ar frio, provocando assim, uma evaporação e uma queda de temperatura das outras gotículas, em geral nebulosidade, que formam a corrente de resfriamento;
fouling inorgânico: produtos de corrosão composto por depósitos de óxidos de ferro, lama de fosfato de cálcio, poeira atmosférica ou incrustações como carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e outras;
fouling orgânico: materiais de altos pesos moleculares, oriundos de vazamentos de fluidos de processo, de composição química variada;
fouling biológico: constituído por algas, fungos e bactérias formadores de limo ou material gelatinoso aderente às superfícies metálicas;
Sistema fechado com recirculação
Empregado quando é desejável manter a água de refrigeração com temperaturas muito baixas;
Utilizado para refrigeração de compressores, turbinas a gás, trocadores de calor na indústria, ar condicionado, sistemas de lubrificação à óleo, etc.
Numa torre de resfriamento, a queda de temperatura da água ocorre a medida que as gotas de água atingem o enchimento e formam um filme de gás através do mesmo;
A maior parte dessa água está em contato intimo com o ar, que geralmente é mais frio do que a água. Como a umidade relativa do ar é menor do que 100%, a água evapora e sai com o ar;
A mudança de estado da água requer energia e essa energia é suprimida pela água remanescente na forma de calor. Como consequência, a água baixa a temperatura;
O resfriamento da água por evaporação é responsável por cerca de 95% da refrigeração proporcionada por uma torre. O resto ocorre através de convecção natural.
A escolha de um sistema ou da combinação entre eles depende de diversos fatores:
Quantidade de água e qualidade da água disponível;
Temperatura da água;
Tipo de operação e tamanho do equipamento;
Limitação na qualidade do efluente industrial.
PROBLEMAS ENCONTRADOS
Corrosão
Se houver início de um processo corrosivo, os íons de ferro (Fe+2) formados irão depositar-se sob forma de Fe2O2 x n.H20, iniciando um processo de formação de incrustação ou depósitos;
Os sistemas de refrigeração são expostos a muitos tipos de corrosão, desde eletroquímica em geral até ataques perfurantes causadas por depósitos, eletrólises ou microrganismos;
A corrosão pode reduzir o período de vida útil do equipamento de anos, exigindo reposição custosa;
Pode levar a consertos de equipamento e tempo de manutenção de produção também muito custosos;
Depósitos relacionados à corrosão levam a redução de capacidade e perda de energia por causa das perdas na eficiência da transferência de calor;
Incrustações ou depósitos
Se a água de circulação de um sistema semi-aberto concentra-se o suficiente para formar uma solução saturada de CaCO3 que irá depositar-se, imediatamente, um processo de corrosão por aeração diferenciada;
Os depósitos se originam de minerais que ocorrem naturalmente na água e se precipitam aderindo nas superfícies ou se acumulando no fundo da bacia;
A deposição desses minerais, forma nas superfícies, filmes que podem ser extremamente duros e difíceis de serem removidos;
Esses depósitos acabam por reduzir drasticamente a área transversal de fluxo do sistema de distribuição de água agindo como isolante nas superfícies de troca de calor impedindo que esta atinja a capacidade de troca térmica projetada;
Tipos de depósitos:
Carbonato de cálcio: pode precipitar-se pela decomposição de bicarbonatos geralmente presentes em águas naturais;
Sulfatos e silicatos: encontrados em sistemas de recirculação aberto onde há concentração de produtos químicos devido à perda por evaporação ou carregamento;
Silicatos de cálcio e magnésio: formados pelas reações entre esses cátions e a sílica presente na água, precipitando e formando também duras incrustações em sistemas de água de refrigeração;
Existem diversos outros tipos de depósitos.
As incrustações acontece quando materiais sólidos formam ou contribuem a formação de depósitos nas superfícies do equipamento;
Esses materiais são introduzidos no sistema como sólidos em suspensão e podem entrar pela água de abastecimento ou de reposição, como subprodutos da corrosão ou como materiais aerotransportados;
Estes materiais aderem sobre as superfícies de transferência e reduzem a transferência de calor e o fluxo da água;
Crescimento microbiano
Os depósitos formados de uma ou de outra maneira, irão propiciar para a vida microbiana condições ideais de desenvolvimento microbiano atingindo um nível suficientemente grande, formando depósitos que iniciarão o processo de corrosão;
Os problemas microbianos ocorrem devido à oferta de condições ótimas ao crescimento microbiológico: pH, temperatura, luz solar e abundância de nutrientes;
A existência de elevadas concentrações de micro-organismos em sistemas de refrigeração (confinados) resulta em problemas crescentes de corrosão, depósitos (aglomerados de bactérias ou não), mau cheiro, poluição ambiental e destruição de componentes do equipamento.