Torre de arrefecimento

Uma torre de arrefecimento arrefece a água morna que sai dos condensadores de uma central ou de uma fábrica deixando-a cair através de uma corrente de ar: uma pequena parte evapora-se e leva o calor. A água arrefecida volta ao condensador. Uma primeira torre de madeira com tiragem de chaminé, construída por Hans Joachim Balcke, foi ensaiada em Nuremberga em 1894, e a alta casca hiperboloide de betão veio dos Países Baixos durante a Primeira Guerra Mundial.

O que é

Uma máquina ou turbina a vapor de condensação volta a transformar em água o vapor de escape num condensador, e o condensador precisa para isso de um caudal constante de água fria. Onde um rio ou um lago não a consegue fornecer toda, a instalação usa uma torre de arrefecimento: a água morna do condensador é bombeada para a torre e espalhada sobre um enchimento; cai através de uma corrente de ar e junta-se, já fria, numa bacia no fundo, de onde regressa ao condensador.

As grandes torres das centrais são cascas de betão armado, largas na base, mais estreitas acima e ligeiramente abertas no topo, assentes num anel de pilares esguios. Funcionam sem ventiladores: o ar sobe por elas sozinho. As torres mais pequenas de fábricas, hospitais e edifícios de escritórios são caixas onde ventiladores empurram o ar. Em ambos os casos, a maior parte do calor vai-se com o vapor de água que sobe do topo.

Como funciona

Numa torre de tiragem mecânica, um ventilador no topo aspira o ar através da água que cai.

Para se evaporar, a água precisa de muito calor, e tira-o à água que fica. Uma torre de arrefecimento aproveita isto em grande escala. Bicos espalham a água morna sobre o enchimento, camadas de placas ou ripas que a dividem em películas finas e gotas para que a maior superfície possível encontre o ar. Nas torres em contracorrente o ar sobe contra a água que cai; nas de fluxo cruzado atravessa o enchimento de lado. Os separadores de gotas, filas de defletores acima dos bicos, retêm a maior parte das gotículas finas que o ar levaria.

Numa torre de tiragem natural, os pulverizadores e o enchimento ocupam apenas a parte mais baixa da casca, um pouco acima das entradas de ar, e o resto é uma chaminé vazia. O ar que passou pelo enchimento está mais quente e mais húmido do que o ar de fora, e por isso é mais leve. Sobe pela casca como o fumo numa chaminé e puxa ar fresco pelas aberturas da base. A dupla curvatura do hiperboloide dá rigidez à fina casca de betão contra o seu próprio peso e contra o vento, de modo que uma torre muito grande precisa de relativamente pouco material.

A água que se evapora deixa para trás os sais que nela estavam dissolvidos, e estes concentram-se mais a cada passagem pela torre. Para não formarem incrustações, despeja-se regularmente uma parte da água, a purga, e água de compensação substitui-a, juntamente com a que se evaporou e a que se perdeu em gotículas.

Como fazer

A água morna deitada numa garrafa com enchimento sai mais fresca em baixo.

Uma garrafa de plástico transparente e alguns esfregões de plástico bastam para uma maqueta que funciona. Peça a um adulto que corte o fundo de uma garrafa grande de plástico e que faça alguns furos pequenos na tampa. Ponha a garrafa virada ao contrário sobre três pedras num alguidar, para o ar poder entrar entre as pedras e o gargalo, e encha-a sem apertar com os esfregões. Encha um jarro com água morna da torneira, não mais quente do que a mão aguenta à vontade, e meça a sua temperatura.

Deite a água devagar sobre o enchimento e leia a temperatura da água do alguidar logo que o jarro fique vazio. Repita com a garrafa vazia e depois com o enchimento e uma pequena ventoinha a pilhas a soprar por baixo. Quanto maior a superfície por onde a água se espalha e quanto mais ar passa, mais fresca ela sai, e a diferença é maior num dia seco do que num dia húmido.

Aviso de segurança. Use apenas água morna, nunca água quente ou a ferver, para evitar queimaduras. Perto da água use apenas uma ventoinha a pilhas, nunca um aparelho ligado à corrente. A aresta cortada da garrafa pode ser afiada: deve ser um adulto a cortá-la e a cobri-la com fita-cola. A água morna parada pode criar Legionella, a bactéria que causa a doença dos legionários quando se respiram gotículas: não pulverize a água no ar, despeje o alguidar e a garrafa logo após o ensaio, passe-os por água e deixe tudo secar.

História e evolução

Uma máquina a vapor de condensação precisa de muitíssima água de arrefecimento, e nem todas as fábricas e primeiras centrais elétricas tinham um rio à mão para a fornecer. O engenheiro alemão Hans Joachim Balcke foi o primeiro a arrefecer essa água numa torre que puxava o ar por tiragem de chaminé, e em 1894 fundou em Bochum uma empresa para a construir. Segundo o Polytechnisches Journal, a primeira dessas torres, toscamente construída em madeira, entrou em funcionamento de ensaio em 1894 no pátio da companhia elétrica Schuckert, em Nuremberga. Nas torres que a revista descrevia em 1897, a água morna entrava no alto de uma chaminé de madeira e caía sobre muitos tabuleiros de lâminas, enquanto o ar que ela aquecia subia e puxava ar frio por baixo.

Uma torre da década de 1890: uma chaminé metálica cheia de telhas, onde um ventilador sopra ar para cima através da água que cai.

Em 1896, engenheiros americanos descreveram torres com ventilador. Na central elétrica Edison de Brooklyn, uma torre foi construída como uma alta chaminé metálica cheia de telhas. A água quente dos condensadores era espalhada no topo e escorria por entre as telhas, enquanto um ventilador colocado em baixo soprava ar para cima através delas. A água saía no fundo fria o suficiente para voltar aos condensadores, arrefecida sobretudo por evaporação.

Durante a Primeira Guerra Mundial, os engenheiros neerlandeses Frederik van Iterson e Gerard Kuypers patentearam uma torre de arrefecimento de betão armado cujas paredes se estreitavam para o meio e voltavam a abrir-se para o topo. Estas cascas, que puxam o ar sem ventiladores e precisam de pouco material para o seu tamanho, tornaram-se as torres de arrefecimento habituais das grandes centrais a carvão e nucleares. As torres de tiragem mecânica, com ventiladores, servem fábricas, refinarias e a climatização de grandes edifícios.

Como põem água morna em contacto com o ar e libertam gotículas finas, as torres de arrefecimento podem espalhar Legionella. Já se associaram surtos da doença dos legionários a torres, e a limpeza e desinfeção regulares, com separadores de gotas que retêm as gotículas, são o meio habitual de os prevenir.