Análise experimental e simulação em CFD de um enchimento alternativo para torres de resfriamento

Abstract

O componente de maior relevância no desempenho de uma torre de resfriamento é o seu enchimento. Este é usado para aumentar a superfície de contato, bem como o tempo de contato entre o ar e a água no interior da torre, para proporcionar melhor transferência de calor. O objeto de estudo deste trabalho é um enchimento alternativo construído com arranjos de gargalos de garrafa PET (Poli Tereftalato de Etileno). O gargalo de uma garrafa de PET tem elevada resistência e possui ranhuras em alto relevo na sua superfície externa que aumentam o percurso da água no enchimento, favorecendo sua evaporação. O desempenho deste promissor enchimento alternativo foi avaliado e comparado com o enchimento industrial convencional, através de testes experimentais e simulações numéricas. Foram analisadas experimentalmente combinações de condições para três temperaturas de entrada da água na torre, três vazões de entrada de água e três vazões de ar, totalizando 27 testes experimentais para cada enchimento testado. Foi analisado o desempenho térmico dos enchimentos, quanto aos seus parâmetros de resfriamento e eficiência térmica. As análises numéricas foram realizadas através da modelagem em Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), usando o software Ansys/CFX. Foi adotado o modelo Euler-Lagrange para a solução do escoamento bifásico associado à mistura de ar-água. O modelo numérico foi validado pelos testes experimentais, e teve como objetivo proporcionar uma melhor compreensão dos parâmetros associados aos desempenhos térmicos e hidráulicos dos enchimentos. Como resultado, conclui-se que o enchimento proposto, com gargalos PET em arranjo cruzado, tem um bom potencial, apresentando ótima eficiência comparada ao enchimento industrial, chegando a resfriar a água de entrada da torre em até 8,0 °C, com uma diferença de menos de 1°C, em relaçao ao enchimento industrial. O modelo em CFD apresentou uma boa correlação com os resultados experimentais, com um erro relativo máximo de 3,1%.