Transmissão de Calor e Meio Ambiente: Torres de Resfriamento e suas Decorrências

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1 Transmissão de Calor e Meio Ambiente: Torres de Resfriamento e suas Decorrências João Paulo Moretti Leandro Corazzini Rafael Pagan Stefan Camargo Wilson Domingues Resumo Este trabalho procura apresentar uma explanação do funcionamento de uma torre de resfriamento, a qual funciona baseando-se no processo de evaporação, e brevemente sobre sua influência ambiental associada quando implantada em usinas termoelétricas.enfatizou-se a questão da água utilizada nesses locais, pois as conseqüências de sua utilização altera o ambiente local, graças ao aquecimento gerado e seu retorno indevido ao corpos d`água.ainda utilizou-se conhecimentos de transmissão de calor para sugerir um esquema físico, no caso uma lagoa e uma escada (folhas anexas), para refrigeração da água efluente. Introdução Usina termelétrica é uma instalação destinada a converter a energia de um combustível em energia elétrica. O combustível armazenado em tanques (gás natural, carvão óleo, etc) é enviado para a usina, para ser queimado na caldeira, que gera vapor a partir da água que circula por tubos em suas paredes. O vapor é que movimenta as pás de uma turbina, ligada diretamente a um gerador de energia elétrica. O vapor é resfriado em um condensador, a partir de um circuito de água de refrigeração. Essa água pode provir de um rio, lago ou mar, dependendo da localização da usina, e não entra em contato direto com o vapor que será convertido outra vez em água, que volta aos tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo. Um dos principais problemas oriundos das termelétricas é quanto a disposição da água utilizada no resfriamento de sistemas de reatores. Quando este efluente líquido atinge um corpo d`água sua temperatura está acima daquela encontrada no curso receptor, apresentando sérias ameaças ao equilíbrio dos ecossistemas aquáticos. Os peixes são os mais afetos nessas circunstâncias devido à diminuição de oxigênio dissolvido, resultado desse aquecimento. A vegetação aquática também é afetada, pois essa alteração compromete seu metabolismo, ocasionando muitas vezes a desnaturação de certas proteínas e prejudicando seu crescimento. As termoelétricas atuais utilizam-se basicamente de Torres de Resfriamento como sistema de arrefecimento. Esses equipamentos podem se dividir em três tipos: por evaporação em ciclo semi-aberto, com uso de torres úmidas; resfriamento a ar, ou em ciclo fechado, com o uso de torres secas; e resfriamento híbrido. No Brasil predomina o uso das torres úmidas já que a disponibilidade de água é grande, embora as mais eficientes sejam as híbridas. Revisão Bibliográfica A água que sai das turbinas é conduzida e distribuída no topo da torre de resfriamento, constituída de um enchimento interno para melhor espalhar a água. A torre é alimentada com água captada em mananciais, esta é insuflada com ar ambiente, este em contracorrente ou corrente cruzada com a água. Por meio desse contato líquido gás, parte da água evapora e ocorre o seu resfriamento. Na torre, a principal contribuição para o resfriamento da água é dada por essa evaporação de parte da água que recircula na torre. A evaporação da água transferência de massa da fase líquida para a fase gasosa causa a diminuição da temperatura da água que escoa ao longo da torre de resfriamento porque a água para evaporar precisa de calor latente, e esse calor é retirado da própria água que escoa pela torre. Este fenômeno é responsável por aproximadamente 80% do resfriamento da água. A diferença de temperatura entre o ar e a água é responsável pelos outros 20 % do resfriamento. As vazões mais altas de ar e água provocam, até um determinado limite, uma convecção mais intensa, elevando os coeficientes globais de transferência de calor e massa. O aumento das vazões de ar e água causa um aumento da turbulência, o que favorece a transferência de calor e massa. No entanto, a partir de um determinado ponto, quando as vazões de água e ar tornam-se muito altas, o contato entre a água e o ar torna-se ineficiente, podendo ocorrer, por exemplo, excessivo arraste de água pela corrente de ar. As vazões de água e ar da torre são limitadas pelo tipo de recheio empregado. O desempenho de uma torre de resfriamento varia, entre outros fatores, conforme a temperatura do ar ambiente, umidade do ar, temperatura de bulbo úmido, ou seja, com o clima. No inverno, a temperatura do ar cai e a temperatura de saída da água também cai, caso a carga térmica seja mantida constante. Para manter a temperatura da água de saída constante, pode-se diminuir a vazão de água que recircula no sistema de refrigeração. No verão, ocorre o inverso, a temperatura de saída da água aumenta, comprometendo a operação de um condensador em uma coluna de destilação, por exemplo. Pode-se aumentar a vazão de água no sistema, visando compensar o aumento de temperatura.

2 Fontes de calor próximas às torres de resfriamento podem influenciar sua operação. Problemas de recirculação e interferência são comuns em torres de resfriamento. A recirculação ocorre quando o ar quente e úmido que deixa a torre contamina o ar que está entrando na torre. Esta situação pode ocorrer devido à direção dos ventos, dificuldades de dispersão do ar de saída e formação de neblina. A interferência ocorre quando a ar que sai de uma torre contamina o ar de entrada de outra torre próxima, a direção dos ventos pode causar tal problema. A formação de neblina ocorre quando parte do vapor de água que sai da torre condensa em pequenas gotas, devido ao contato com o ar ambiente mais frio, tornando-se o ar supersaturado. A formação de neblina ocorre com mais freqüência no inverno, dificultando a dispersão do ar quente que sai da torre. Os sais dissolvidos, sólidos e matéria orgânica em suspensão dissolvidos na água de resfriamento são fatores que contribuem para a formação de um meio favorável à proliferação de algas, bactérias e fungos, que por sua vez, prejudicam não só a operação da torre de resfriamento, mas também o desempenho térmico da rede de trocadores de calor. A formação de algas e fungos pode provocar a queda de eficiência, deformação e desprendimento do recheio da torre de resfriamento. O tratamento químico da água de resfriamento para o controle de dureza, ph, condutividade e DBO é importante não só para o desempenho da torre de resfriamento, mas também da rede de trocadores de calor. Em um sistema de torres úmidas a água evaporada é totalmente perdida para a atmosfera, cerca de 70% da água captada, esta evaporação pode causar formação de neblina dependendo da temperatura e da umidade do ar. Em alguns países se tem se reportado danos sobre a vegetação nos arredores das torres de resfriamento, causada pela utilização de anticorrosivos afetando agricultura da região. Devido às perdas por evaporação que ocorrem na torres úmidas, os sais de Ca, Mg, Na, CO3, HCO3, e SO4, presentes naturalmente na água, aumentam suas concentrações no líquido recirculante. Para evitar incrustações, é necessário retirar constantemente uma quantidade de água, cujo conteúdo de sólidos dissolvidos é da ordem de 3 vezes o conteúdo da água captada. Vários fabricantes de tecnologias de resfriamento para usinas termelétricas fornecem sistemas que operam com circuito fechado de água de resfriamento, com radiadores chamados de torres secas, evitando as perdas por evaporação. Em tais sistemas, a água de reposição, bem como a descarga de efluentes são reduzidos significativamente, e cuidados especiais devem ser dirigidos para o problema de ruído. É uma alternativa normalmente considerada em regiões onde o abastecimento de água é um fator restritivo. Este sistema porem apresenta altos custos de implantação, mas os ganhos ambientais compensam tais castos. Também existem sistemas de resfriamento híbrido, que é composto por partes do sistema a seco e por partes do úmido, podendo operar separadamente. Uma situação peculiar sobre a questão do resfriamento de efluentes e aumento de temperatura da água ocorreu na cidade de Americana, estado de São Paulo, na qual a permissão para a utilização de uma termoelétrica não foi expedida. A instalação inicial da Usina compreendia uma torre de resfriamento úmida, a qual,após análise do EIA-RIMA, estaria destinando a água de resfriamento com temperatura acima do permitido por lei. Um segundo projeto foi elaborado para tentar solucionar o problema, para tal sugeriu-se a utilização de uma torre de resfriamento seco em substituição à úmida. A aplicação desse método de refrigeração acarretaria em ganhos essenciais para o meio ambiente, sendo a diminuição drástica de água utilizada e a queda mais acentuada na temperatura final do efluente líquido, os principais fatos benéficos decorrentes dessa mudança. No entanto, não iniciou-se construção da usina por um conjunto de fatores adversos ao meio ambiente, ou seja, não sendo apenas a questão da água o único empecilho de sua concretização mas também a emissão de gases tóxicos acima do permitido. Discussão A diminuição de temperatura necessária em uma termoelétrica é muito grande tornando necessários sistemas com grande eficiência, para alcançar esta precisam-se ser realizados muitos cálculos para encontrar-se a vazão ideal, o tamanho do sistema, a área de contato necessária entre outros. Estes cálculos incluem grande quantidade de conhecimento de transmissão de calor. As torres de resfriamento secas apresentam-se como a alternativa com menor impacto ao meio ambiente próximo a usina, já que estas diminuem a necessidade de captação e água, a emissão de vapores e geração de efluentes, mas devido ao seu alto custo de instalação e operação é preterida em relação as torres de resfriamento úmidas, estas muito prejudiciais não só pela grande necessidade de água como pelas contaminações de efluentes líquidos e gasosos com sais e metais. Diante disto propõem-se a implementação de sistemas híbridos que não apresentam custos muito elevados de instalação e operação e também trazem menores problemas ao ambiente. Conclusão A transferência de calor demostrou-se uma questão diretamente ligada à assuntos ambientais. Há necessidade de cálculos com intuitos mitigatórios e pesquisa contínua para se obter uma maior eficiência de equipamentos. Especificamente, o cuidado com a água envolvida em qualquer processo antrópico, como em termoelétricas, deve ser considerado primordial ante qualquer projeto e assim seguir padrões legislativos.

3 Referencias Bibliográficas SEVÁ F, A.O e FERREIRA, A.L. Parecer sobre o projeto de uma usina termelétrica de grande porte, a gás e a vapor, em Americana, SP, em maio de Contratante: Prefeitura Municipal de Americana/SEPLAMA. Giorgia F. C. e Song T. W. Funcionamento de uma Torre de Resfriamento de Água - Usinas termoelétrica - acesso 16/11/2006 Ferreira A. L.- Estimativas das Influências Ambientais Decorrentes de Instalação de Usinas Termelétricas na Bacia Hidrográfica do Rio Piracicaba - REVISTA DE CIÊNCIA & TECNOLOGIA V. 8, Nº 17 pp d7d4b9c43af0 - Implicações Ambientais na Implantação de UTE's - Acesso em 16/11/2006

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