Projeto e calculadora de água de resfriamento com torre: vazão, diâmetro e bombeamento

CÓDIGO DA MATÉRIA: PE072

Uma central de água de resfriamento transporta calor dos equipamentos de processo até uma torre, que o rejeita para o ambiente. Nesta publicação, reunimos uma apresentação do sistema, um diagrama didático e uma calculadora para estimar vazão, velocidade, diâmetro interno por critério de velocidade e altura manométrica de um percurso simplificado.

Modelagem didática no Blender: torre aberta, bombas de circulação e trocadores. Detalhamento com referência ao LOD 350; componentes genéricos, não destinados à fabricação.

Como a água circula

A água resfriada deixa a bacia da torre, passa pela bomba em operação e chega aos consumidores. Depois de receber calor nos trocadores, retorna à distribuição superior da torre. Parte da água evapora durante o contato com o ar, resfriando a água que chega novamente à bacia.

Neste exemplo, os consumidores recebem água a 30 °C e devolvem a 35 °C. Há duas bombas em paralelo, com uma operando e uma reserva. Os três trocadores também são paralelos: não se somam as perdas dos três como se estivessem em série. O fluido de processo permanece separado da água da torre.

Diagrama do circuito

Diagrama didático revisado: alimentação passa pelos trocadores antes de alcançar o retorno à torre. Instrumentação e linhas auxiliares simplificadas.

A reposição mantém o nível da bacia; a purga ajuda a controlar a concentração de sais. Drenos e extravasor têm funções próprias, com destino adequado. Nível muito baixo deve proteger as bombas, e o controle de temperatura pode atuar no ventilador. A implantação real exige ainda tratamento da água e cuidados de operação e manutenção.

Do balanço térmico ao ponto de referência da bomba

Exemplo hipotético: 100 kW, ΔT de 5 K, diâmetro interno de 62,7 mm, fator de Darcy 0,025 e comprimento equivalente de 60 m.

O balanço térmico usa ṁ = Φ/(cp × ΔT) e Q = ṁ/ρ. Para converter m³/s em m³/h, multiplica-se por 3.600. A velocidade é v = 4Q/(πD²), e a perda por atrito é hf = fD × (Leq/D) × v²/(2g).

No exemplo, os valores sem arredondamento são aproximadamente 17,225 m³/h, 1,550 m/s e 2,928 m de perda no trecho. Somando 5 m de desnível e 8 m de outras perdas/requisitos, resulta H ≈ 15,928 m. Isso fornece um ponto de referência, sem selecionar uma bomba comercial.

Escopo do exemplo. A ferramenta considera um trecho equivalente com vazão uniforme. Em redes ramificadas, cada trecho e o percurso crítico precisam ser avaliados com suas vazões. O desnível é medido entre a superfície livre de referência e a descarga, não é simplesmente a altura do ponto mais alto. Os 8 m ilustrativos não devem repetir perdas já incluídas no trecho.

Como interpretar a calculadora

Altere a carga térmica, as temperaturas e os dados hidráulicos. O diâmetro informado é interno, não DN. O fator é o de Darcy e deve ser obtido por análise do regime/rugosidade ou dados aplicáveis; o valor 0,025 é apenas uma hipótese. O critério de 2 m/s também é ilustrativo.

O cálculo não determina capacidade térmica comercial da torre, consumo de reposição, purga, tratamento químico, NPSH ou potência do motor. A seleção da torre depende das condições ambientais, inclusive temperatura de bulbo úmido. A seleção da bomba exige curva característica, eficiência, NPSH e limites operacionais.

Referências técnicas

Baltimore Aircoil — funcionamento das torres de resfriamento; KSB — altura manométrica. Valores adotados neste exemplo são hipóteses didáticas, não especificações de fabricantes.

Calculadora de água de resfriamento

Preencha os dados para obter uma memória de pré-dimensionamento do exemplo.

Carga térmica (kW)Temperatura de alimentação (°C)Temperatura de retorno (°C)Calor específico (kJ/kg·K)Massa específica (kg/m³)Diâmetro INTERNO (mm)Comprimento equivalente (m)Fator de atrito de DarcyDesnível estático (m)Demais perdas/requisito de pressão (m)Critério de velocidade (m/s)

Pré-dimensionamento didático. Não substitui projeto, seleção de equipamentos ou verificações de segurança.