Autor(es): Vinha, João Celso Rosa da
Data: 2010
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10400.22/4409
Origem: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Assunto(s): Impulsor; Força impulsionadora; Integração; Optimização; Reutilização; Torre de arrefecimento; Impeller; Driving force; Integration; Optimization; Reutilization; Cooling Tower
Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química
Uma vez chegado o momento de elaborar uma tese para a conclusão do segundo ciclo de estudos em Engenharia Química, a escolha dentro das opções disponíveis, foi por um lado o contexto laboral, onde me insiro, como trabalhador estudante e por outro lado um tema relacionado com água. Surge então, como oportunidade de trabalho a avaliação do desempenho de uma Torre de Arrefecimento. Os objectivos foram definidos, após formação da equipa de suporte e concepção, no local onde se desenvolveu o trabalho. A motivação base deste trabalho foi responder às seguintes perguntas: Terá a Torre de Arrefecimento capacidade para remover toda a carga térmica, à máxima capacidade, na época de Verão? Em caso negativo, que medidas poderão ser tomadas? Inicialmente inventariaram-se os aspectos relevantes e formularam-se as hipóteses no sentido de responder às questões levantadas. Considerou-se a necessidade de avaliar a torre de arrefecimento e toda a rede de permuta de calor do sistema, face ao aumento de carga do caudal térmico devido à expansão da fábrica. A variável mais importante da torre de arrefecimento (TA), temperatura de termómetro húmido, foi redefinida com recurso aos melhores dados disponíveis, aplicando-se a análise clássica recomendada (Cheremisinoff et al., 1989). O valor atribuído para a temperatura de termómetro húmido foi de 22 ºC. A exploração e estratégia para alcançar os objectivos passaram por medições tão rigorosas quanto possível, pela análise da literatura especializada, bem como da utilização do simulador Aspen Plus e da folha de cálculo Excel. Os modelos teóricos foram verificados com as ferramentas computacionais, confrontados com a realidade e suportados pela experiência de recursos humanos tanto internos como externos. A metodologia seguida passou pelo doseamento teórico/prático, orientado para os resultados. Dada a diversidade das fontes de informação e variedade de ferramentas optou-se por apresentar as unidades em Sistema Internacional (SI) e Inch Pound Second (IPS). Fez-se toda a verificação dos cálculos de projecto, construíram-se as curvas de desempenho, determinou-se a capacidade e eficiência da TA, avaliaram-se os requisitos hidráulicos, bem como imposições operatórias como a necessidade da água de arrefecimento deixar a torre a 26ºC. A resposta às perguntas inicialmente formuladas indica que a TA actual não tem capacidade para remover toda a carga térmica (35 MW) quando a fábrica opera à máxima capacidade e quando a temperatura de bolbo húmido sobe para valores iguais ou superiores a 22ºC. Assim, não e possível manter a temperatura da agua de fornecimento a 26 oC sem reduzir a produção. As propostas sem custos de investimento passam por reduzir a razão L/G e neste caso diminuir o caudal de L porque o aumento de caudal G requer investimento. Numa análise \retrofit. Procura-se rearranjar a rede de permutadores de calor de forma a diminuir o caudal de água de arrefecimento procurando substituir arranjos em paralelo por serie. Como reforço fazer a purga na corrente de retorno e manter uma manutenção geral preventiva de acordo com as melhores técnicas disponíveis (BAT fs) (Hensey, John C., 2006). As propostas mais eficazes e versáteis mas que requerem investimento são as seguintes: substituir o enchimento por um de maior desempenho, aplicar extractores com maior capacidade e melhorar área de retenção de gotículas. Este estudo foi levado a cabo com os recursos existentes, cujas limitações experimentadas, aconselham a testes mais rigorosos, com equipamento específico e dedicado. Existem no mercado empresas certificadas e especializadas que executam testes, de modo a diminuir a variabilidade, aumentando a exactidão de acordo com as normas internacionais ASME PTC-23 e ATC-105 (Hensey, John C., 2006). Neste tipo de equipamento de desempenho térmico em que a ciência e a tecnologia estão já bem estabelecidas, não encontra, no entanto, resultados totalmente conclusivos, por isto e importante seguir as referências existentes. Por ser também um mercado muito competitivo e de grande valor acrescentado, a informação especializada, as inovações e o desenvolvimento técnico estão protegidos no sentido de manter a vantagem competitiva de quem as detém.
Since I had a task to submit a thesis to get the second cycle of Chemical Engineer Degree, the option between available opportunities was: first to do it in my workplace and second to find a theme related with water. To fulfill these two conditions the Cooling Tower water system was chosen. The general aim of the work was the reevaluation of the existing project in a retrofit situation. The objectives defined after conceptualization were: Preparation of the index flow sheet, material and energy balance of the total system, hydraulic assessment of total network, assessment of pumping system in place and Cooling Tower capacity and efficiency evaluation. At the beginning, all the previous work done was analysis of described objectives where hypotheses were formulated to face the question: will the cooling tower remove the increased heat load after revamping the plant, in summer time? In case of negative answer which proposals are suggested? The more important variable that defines the project like this one is the wet bulb temperature that was redefined with the best available data and proper method applied for these cases. The value of 22 ºC is the actual setting number for wet bulb temperature. The exploration and strategy to achieve the objectives were by measurement as stringed as possible, by analysis of specialized literature and use of simulator Aspen Plus and Excel spreadsheets. The theoretical model was verified by the computational tools and the internal human resources experiences as well as external were not forgotten. The methodology used was a mixture of theoretical/trial and error approaches for oriented results. Because of the diversified sources of information and variety of tools used, it was decided to work with the two main unit systems: International System (SI) and Inch Pound Second system (IPS). Project recalculation and verification was made, both built up performance curves and capacity and efficiency analysis. Operation parameters and hydraulic services were reassessed and 26 ºC water supply temperature confirmed. The answer to the previous question is: The actual Cooling Tower doesn’t remove the total heat (35 MW) load in Summer time. In periods when wet bulb temperature equals or surpasses 22 ºC the TA needs to reduce heat load with consequent production reduction in order to maintain the cold water temperature at 26 ºC, otherwise we will expect greater values according to simulators and practice tests. The second answer is: As demonstrated, it is possible to increase the TA performance with less L/G and as a complementary action change a cold blowdown by a hot one without investment. As a general recommendation preventive maintenance with best practices is the key ( Hensey, John C.,2006). The most effective proposals but that requires investment are: Replace filling with one with best performance, apply extractors with greater capacity and improve the drift eliminator. The tower performance was determined with existing resources whose limitations require more precise tests with specified equipment technology available in the market, which will permit good accuracy according with international ATC 105 and CTR 23 standards.
