Uso racional da água em torres de resfriamento

Eficiência

Autor: Alberto Nascimento

Para diminuir o consumo de água, atenção deve ser direcionada às perdas por descargas, respingos e vazamentos
As torres de resfriamento de água, resfriadores e condensadores evaporativos estão longe de tornarem-se tecnologias ultrapassadas. Pelo contrário, são importantes opções para eficiência energética. Além disso, são agentes de purificação da água e do ar. Fora a natural função de lavador do ar atmosférico que esses equipamentos exercem, a evaporação resultante do processo de resfriamento devolve à atmosfera uma pequena parcela da água em circulação, em forma de vapor limpo. “A água que circula em baixa velocidade na bacia das torres provoca a decantação dos sais e sólidos suspensos. Sob esses aspectos, podemos afirmar que os sistemas evaporativos são agentes de purificação da água e do ar. Por tal motivo, utilizando água potável ou de reuso, as torres de resfriamento e condensadores evaporativos exercem uma importante função ecológica”, explica Bolivar Fagundes, diretor presidente da Annemos.
A física nos comprova que “a forma mais eficaz de dissipar calor é através da água”, então por que não utilizar este recurso natural de forma racional e ecologicamente correta? A partir desta questão, Fagundes dá suas dicas para a otimização do uso de sistemas de condensação à água. Segundo ele, os sistemas que utilizam condensação à água são, em média, 30% mais eficientes energeticamente, se comparados aos sistemas de resfriamento a ar. “Então, a questão é conjugar a equação água x energia”, diz.
Para Fagundes, já é possível ver nas indústrias muitas iniciativas que visam à sustentabilidade. “Hoje já percebemos algumas iniciativas nesse sentido. Em muitos casos, o reaproveitamento das águas servidas, agregado à captação das águas de chuva em telhados, vem sendo suficiente para abastecer torres de resfriamento e/ou condensadores evaporativos e, em alguns casos, ainda produzindo sobras para regar jardins, lavar calçadas etc”, exemplifica.
Fagundes ressalta que o controle físico e químico da água de reuso é de vital importância para manter uma água circulante limpa e com qualidade adequada. “As pesquisas e desenvolvimentos de sistemas de reuso de água têm avançado rapidamente, não só para resfriamento de sistemas, como também para consumo em agricultura, postos de lavagem automotiva, residências, prédios comerciais etc”, afirma.
A seguir, o diretor da Annemos dá um exemplo teórico de como poderia operar uma instalação de ar condicionado, com condensação à água, utilizando-se água de reuso:
“Vamos considerar um prédio de escritórios com 2000 m², ocupação média de 400 pessoas e potência de ar condicionado aproximada de 100TR, cujo consumo de água em pia de lavabo e copa é de 15 litros por pessoa/dia (segundo informações de fabricantes de louças e metais), totalizando 6000 litros/dia. A água de reposição necessária para oito horas de funcionamento da torre, neste caso, é de 5000 litros aproximadamente. Se coletarmos essa água em cisternas e ainda adicionarmos a água coletada da chuva, tornaremos o sistema de ar condicionado auto-suficiente em água e, ainda, uma boa sobra para molhar jardins, calçadas etc”
Segundo ele, o tanque de captação (cisterna) de água de chuva é imprescindível neste caso, pois além de armazenar a água para reuso, contribui para minimizar inundações de ruas e avenidas nos grandes centros urbanos. Para Fagundes, o exemplo anterior indica que, “usando o nosso poder de pensar, criar, aprender e adaptar, sempre é possível evoluirmos na busca de melhores soluções.”

Perdas e incrustações
As modernas torres de resfriamento são projetadas para garantir o mínimo de perdas de água por arraste e respingos. “No passado, as perdas de água por arraste representavam 0,1% a 0,2 % da vazão total de recirculação e hoje correspondem a 0,05%”, cita Paulo Cézar da Silva Garcia, diretor técnico da Ambientech Tecnologia Ambiental Ltda
De acordo com Garcia, o maior consumo de água deve-se à evaporação, que corresponde de 0,8% a 1,4% da vazão de recirculação. “Esta perda é inevitável, pois está diretamente relacionada com o processo de resfriamento da água. Se a carga térmica aumentar, haverá também um acréscimo na taxa de evaporação no consumo de água”, afirma.
Uma outra perda de água que pode ser significativa é aquela causada por purgas ou descargas que são aplicadas propositadamente no sistema de resfriamento para se evitar a excessiva concentração dos sais dissolvidos e sólidos em suspensão na água. “Esta concentração é consequência da evaporação de água nas torres de resfriamento e, sem o controle ou limitação através de descargas, podem ser 10 ou mais vezes maior do que a concentração original na água que alimenta o sistema”, explica.
Quando os sais dissolvidos se concentram, por causa da evaporação nas torres de resfriamento, geralmente têm seus limites de solubilidade ultrapassados, resultando na formação de incrustações nos trocadores de calor (condensadores), nas tubulações e no enchimento das torres. “As incrustações restringem o fluxo d’água e, devido à sua baixa condutividade térmica, reduzem a eficiência da troca de calor nos condensadores”, diz Garcia.
Segundo ele, as incrustações mais comuns, cuja ocorrência depende também das características da água, são aquelas formadas com carbonato de cálcio e com sílica. “As incrustações calcárias ocorrem preferencialmente nos condensadores, porque a solubilidade do carbonato de cálcio é inversa em relação à temperatura, ou seja, a solubilidade diminui com o aumento de temperatura nos tubos de troca térmica dos condensadores. Já a insolubilização e deposição de sílica ocorre em todo o circuito de água de resfriamento, pois independe da temperatura”, afirma.
Os dois tipos de incrustação são isolantes: “a sua baixa condutividade térmica provoca drástica redução da eficiência dos trocadores de calor ou condensadores”.
Garcia conta que depósitos de óxidos de ferro, geralmente associados com material biológico, são encontrados nos espelhos dos tubos dos condensadores, nas tubulações e sob a forma de lama nas bacias das torres de resfriamento. “Em inúmeros casos, os óxidos de ferro são produtos da corrosão no próprio sistema de resfriamento e realimentam o processo corrosivo, ao propiciar a formação de pilhas galvânicas por aeração e/ou concentração diferencial. Os depósitos de óxidos de ferro causam obstruções e restrições do fluxo d’água, resultando na perda de eficiência térmica dos sistemas de resfriamento”, alerta.
Para evitar essas situações, Orson Ledezma, gerente de produto - água de resfriamento da Nalco America Latina, ressalta a importância de se dispor de um programa de tratamento, monitoramento e controle integral que seja capaz de detectar essas variações, determinar quais são as ações corretivas mais apropriadas e atuar consequentemente, para entregar assim economias associadas a uma redução na necessidade de manutenção e limpeza. “A manutenção e limpeza de uma torre e um sistema de resfriamento requer normalmente a interrupção das operações para executar limpezas mecânicas manuais ou assistidas por ferramentas mecânicas”, diz. “Outras vezes é necessário fazer limpezas químicas, o que precisa de condições especiais de operação e segurança, já que são manuseados ácidos agressivos tanto para as pessoas que fazem a limpeza como para a metalurgia do sistema”, acrescenta.

Como diminuir o consumo de água?
Considerando que o consumo devido à evaporação é inevitável, uma vez que depende da carga térmica, o foco de atenção deve ser direcionado para as perdas por descargas, por respingos e por vazamentos nas torres de resfriamento. É o que afirma Garcia, da Ambientech. Ele explica que, conforme indicado na equação seguinte, o número de ciclos de concentração (representado pelo símbolo ¢) é a única variável que pode ser trabalhada visando reduzir o consumo de água, já que a evaporação (%E) depende de carga térmica e o arraste (%A) é uma condição de projeto da torre:

%D = % E - % A
¢ - 1
%D : Porcentagem de descargas em relação à vazão de água de resfriamento
%E : Taxa de evaporação em relação à vazão de água de resfriamento
%A : Taxa de arraste de água que ocorre no processo de resfriamento
¢ : Número de ciclos de concentração ou número de vezes que os sais dissolvidos se concentram por efeito da evaporação
“Supondo como exemplo uma taxa de evaporação de 1% e uma taxa de arraste de 0,05%, se não houvesse descargas o número de ciclos seria igual a 21, ou seja, a concentração dos sais dissolvidos na água de resfriamento seria 21 vezes maior que a concentração destes sais na água de reposição (rede municipal, poços etc)”, diz Garcia. Exemplificando, ele esclarece que se o teor de cálcio na reposição fosse igual a 50 mg/l, na água de resfriamento alcançaria 1050 mg/l, e nesta condição haveria forte tendência à formação de incrustações por carbonato de cálcio.
“Desse modo, a estratégia para reduzir o consumo de água deverá ser aquela que proponha a operação do sistema com o maior número de ciclos de concentração e, portanto, com a menor perda por descargas, sem os riscos de formação de incrustações”, destaca.
Para atender tal estratégia são necessárias as seguintes condições, de acordo com o diretor da Ambientech:
- Análise do limite de solubilidade de vários parâmetros químicos, tais como carbonatos de cálcio e de magnésio, sílica e silicatos, em relação ao número de ciclos. Esta análise pode ser feita com o auxilio de um software específico.
- Definição da tecnologia de produtos químicos para tratamento da água, visando ao condicionamento dos sais que ultrapassaram o limite de solubilidade, numa forma não incrustante. Formulações de produtos denominados “dispersantes”, contendo polímeros que inibem a formação de incrustações, devem ser incluídas no programa de tratamento químico.
- Controle das descargas ou purgas através de monitoração das variações do número de ciclos de concentração. O número de ciclos real pode ser monitorado relacionando-se a concentração de um sal solúvel presente na água de reposição com a concentração deste na água de resfriamento.

Número de ciclos (¢) = Teor de cloretos na água de resfriamento
Teor de cloretos na água de reposição

Se o número de ciclos adotado com base na capacidade do produto dispersante escolhido for ultrapassado, aumenta-se a vazão de descargas ou se reduz esta vazão se o número de ciclos estiver abaixo do limite. “Geralmente escolhe-se uma faixa de trabalho para o número de ciclos e mantém-se o controle variando a vazão de descargas”, diz.
fonte:Climatização&Refrigeração