Análise experimental e numérica da eficiência de resfriamento de

i

Universidade Federal de Pernambuco – UFPE

Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Análise experimental e numérica da eficiência de resfriamento

de painéis de fibras vegetais utilizados em sistemas de

resfriamento evaporativo

Reginaldo Soares de Oliveira

RECIFE

2011

ii

Universidade Federal de Pernambuco – UFPE

Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Análise experimental e numérica da eficiência de resfriamento

de painéis de fibras vegetais utilizados em sistemas de

resfriamento evaporativo

RECIFE

2011

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade

Federal de Pernambuco como parte dos requisitos

exigidos para obtenção do Título de Doutor em

Engenharia Mecânica.

Área de concentração: Energia

Orientadora: Ana Rosa Mendes Primo

Co-orientador: Jorge Recarte Henríquez Guerrero

Catalogação na fonte

Bibliotecária Raquel Cortizo, CRB-4 664

O48a Oliveira, Reginaldo Soares de. Análise experimental e numérica da eficiência de

resfriamento da painéis de fibras vegetais utilizados em

sistemas de resfriamento evaporativo / Reginaldo Soares de

Oliveira. - Recife: O Autor, 2011.

xxix, 195 folhas, il., gráfs., tabs., figs.

Orientadora: Prof. Dra: Ana Rosa Mendes Primo

Co-orientador: Prof. Dr: Jorge Recarte Henríquez Guerrero

Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Pernambuco.

CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica,

2011.

Inclui Referências Bibliográficas e Anexo.

1. Engenharia Mecânica 2.Resfriamento evaporativo.

3.Conforto ambiental. I. Primo, Ana Rosa Mendes

(orientadora). II. Título.

UFPE

621 CDD (22. ed.) BCTG/2012-190

"ANÁLISE EXPERlMENTAL DA EFICIÊNCIA DE RESFRlAMENTO EM PAINÉISDE FIBRAS VEGETAIS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE RESFRlAMENTO

EVAPORA TIVO"

REGINALDO SOARES DE OLIVEIRA

ESTA TESE FOI JULGADA ADEQUADA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DEDOUTOR EM ENGENHARIA MECÂNICA

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: ENERGIAAPROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARlAMECÂNICA/CIG/EEP/UFPE

----p ~~ESPRIMO~ ORlENTADORAIPRESIDENTE

BANCA EXAMINADORA:

_ T~~/~NRlQUEZ GUERRERO (UFPE)

/á- /7~~Prof. Dr. FÁBIO SANTAN GNANI (UFPE)

_I~_J ~Q~kr of. Dr. JOSÉ CARLOS CHARAMBA DUTRA (UFPE)

13Prof. Dr. CARLOS A ERIO B YNER DE OLIVEIRA (UFPE)

~ ~t; Be.~ elt. .s. "-Praf. Dr. MÁRlO ADUSTO BEZERRA DA SILVA (UFPE)

iv

“Senhor

Tú és o Bom Pastor.

Eu sou a Tua ovelha.

Em alguns dias, estou sujo;

Em outros, estou doente.

Em alguns dias, me escondo;

Em outros, me revelo.

Sou uma ovelha ora mansa, ora agitada.

Sou uma ovelha ora perdida, ora reconhecida.

Eu sou Tua ovelha, Senhor.

Eu conheço a Tua voz.

É que às vezes a surdez toma conta de mim.

Eu sou Tua ovelha, Senhor.

Não permita que eu me perca,

que eu me desvie do Teu rebanho.

Mas se eu me perder, eu Te peço, Senhor,

Vem me encontrar.

Amém ”.

Livro Ágape: Padre Marcelo Rossi

v

DEDICATÓRIA

A minha esposa Eliana,

minha filha Carolyne

e meu filho Felipe,

razões de meu viver.

Porque família é tudo.

vi

AGRADECIMENTOS

A Deus pelo plano de vida que me concedeu a oportunidade de aprendizado,

me dando sabedoria para o desenvolvimento deste trabalho, e quando me

faltava sabedoria, colocando no meu caminho pessoas para me orientar a

atingir os objetivos propostos.

À minha família pelo incentivo constante sempre em busca de vitórias e

compreender minhas ausências durante o desenvolvimento das atividades

deste trabalho.

A Prof. Dr. Ana Rosa Mendes Primo por acreditar no meu potencial e pelo

exemplo de profissionalismo, além dos ensinamentos, dedicação e paciência

na orientação deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Jorge Recarte Henríquez Guerrero pela orientação teórica e

prática, me dando suporte inestimável que contribuiu para conclusão deste

trabalho.

Aos professores da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade

Federal de Pernambuco pelos ensinamentos e incentivos durante nossa

convivência durante o desenvolvimento deste trabalho.

Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sertão

Pernambucano - IFSERTAO-PE Petrolina, pela permissão de meu afastamento

para desenvolver este Doutorado.

A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES,

pelo apoio financeiro que auxiliou no desenvolvimento deste trabalho.

Aos bravos amigos de estrada pelo companheirismo e maravilhosa convivência

no decorrer destes anos.

vii

OLIVEIRA, R. S.. Análise experimental e numérica da eficiência de resfriamento de

painéis de fibras vegetais utilizados em sistemas de resfriamento evaporativo. 2011.

200f. Tese (Doutorado), Universidade Federal de Pernambuco, Recife.

RESUMO

A crescente crise de energia, aliada aos problemas ambientais causados pelos

fluidos refrigerantes usados em condicionadores de ar, além da baixa eficiência

dos sistemas de ventilação, principalmente nos meses mais quentes do ano,

têm aumentado a importância do resfriamento evaporativo. Como contribuição

à disseminação desse tipo de sistema de resfriamento, propõe-se nesse

trabalho estudar a eficiência de resfriamento de novos painéis evaporativos,

confeccionados de fibras vegetais ecologicamente e economicamente viáveis.

Uma configuração é composta de fibra de Coco e a outra de Esponja Vegetal.

A eficiência de resfriamento desses painéis foi comparada com um painel

comercial, à base de Celulose. Foi construído um Túnel de Testes provido de

equipamentos e instrumentos específicos para obtenção da eficiência dos

painéis. A secção de testes dos painéis evaporativos teve dimensões de

0,285m versus 0,295 m, permitindo o teste de duas espessuras de painéis:

0,1m e 0,15 m. Foram testadas três condições de vazões de água e de ar

através dos painéis. Para caracterizar cada painel, as perdas de cargas,

velocidades de ar, vazões de água, absorção de água, gramatura e densidade

foram determinadas. Os resultados revelaram que os painéis alternativos

atingiram eficiência próxima ao painel de Celulose. O melhor resultado

apresentado foi obtido com o painel de 0,15 m de espessura: 77,2% para o

painel de Esponja Vegetal, 79,87% para o painel de fibra de Coco e 84,6%

para o painel de Celulose. Esses resultados foram obtidos para condições de

entrada do ar em torno de 36°C, 24% de umidade relativa, 112,4 g/s para a

vazão de água e 0,6 m/s para a velocidade do ar através dos painéis. Como

conclusão, este estudo mostra que as fibras vegetais apresentam perspectivas

promissoras para o uso, em escala industrial, como painel evaporativo.

Palavras chave: resfriamento evaporativo, conforto ambiental.

viii

OLIVEIRA, R. S.. Experimental and numerical analysis of the cooling efficiency

in vegetable-fiber cooling pads used in evaporative cooling systems. 2011.

200f. Thesis (Doctoral), Universidade Federal de Pernambuco, Recife.

ABSTRACT

The growing energy crisis, allied to environmental problems caused by

refrigerants used in compression air conditioners and the low efficiency of

ventilation systems, especially in the warmer months of the year, have

increased the importance of evaporative cooling. As a contribution to the spread

of this type of cooling system, this paper proposes to study the efficiency of

evaporative cooling of new panels, made of vegetable fibers ecologically and

economically viable. A configuration is composed by coconut fiber and other by

Vegetable Sponge. The cooling efficiency of these panels was compared to the

efficiency of a commercial panel, based on cellulose. A tunnel equipped with

testing equipments and instruments to achieve specific efficiency of the panels

was developed and constructed. The dimensions of the evaporative test section

for the panels had dimensions of 0.285 m versus 0.295 m, allowing the testing

of two panel thicknesses: 0.1 m and 0.15 m. Three flow conditions of water and

air through the panels were tested. To characterize each panel, the loss of load,

air speed, water flow, water absorption, weight and density were determined.

The results revealed that the new panels reached efficiency close to the

commercial panel. The best result obtained was presented by the panel of 0.15

m thick; 77.2% for the panel vegetable sponge, 79.87% for the panel of coconut

fiber and 84.6% for the commercial panel. These results were obtained for

conditions of entry of the air around 36°C, 24% relative humidity, 112.4 g/s for

water flow and air velocity of 0.6 m/s through the panels. In conclusion, this

study shows that vegetable fibers show promising prospects for use as

evaporative panel on an industrial scale.

Key Words: cooling evaporativo, environmental comfort.

ix

SUMÁRIO

Resumo ..................................................................... vii

Abstract ..................................................................... viii

Lista de figuras ..................................................................... xi

Lista de tabelas ..................................................................... xix

Lista de equações ..................................................................... xxi

Lista de símbolos ..................................................................... xxiv

Objetivos ..................................................................... xxvii

Estrutura do trabalho ..................................................................... xxviii

Capítulo 1. Contexto e importância da utilização de sistemas de

resfriamento evaporativo .............................................

01

1.1 Introdução .................................................................... 01

1.2 Formulação do problema ............................................. 04

1.3 Estado da arte ............................................................. 12

Capítulo 2. Materiais e Métodos .................................................... 30

2.1 Climatizador evaporativo ............................................. 30

2.2 Sistemas de condicionamento de ar ambiental do tipo

climatizador evaporativo ..............................................

30

2.3 Tipos de materiais para enchimento utilizados ........... 31

2.4 Capacidade de absorção de água, gramatura e

densidade das fibras ...................................................

35

2.5 Formatação do arranjo dos painéis evaporativos

utilizados no experimento ............................................

38

2.6 Reformulações do Túnel de Testes ............................. 40

2.7 Determinação da vazão de água no Túnel de Testes . 53

2.8 Determinação da velocidade e vazão de ar no Túnel

de Testes .....................................................................

55

2.9 Determinação das perdas de carga dos painéis de

contato ar-água ...........................................................

60

2.10 Definição da temperatura de bulbo seco e umidade

relativa de entrada no painel de contato ar-água ........

63

x

2.11 Principais procedimentos na determinação dos

parâmetros psicrométricos na entrada e saída dos

painéis de contato ar-água ..........................................

66

Capítulo 3. Modelagem Matemática e Simulação Numérica do

processo de resfriamento evaporativo do tipo direto ...

68

3.1 Modelo Matemático ..................................................... 68

3.2 Eficiência de saturação evaporativa ............................ 73

3.3 Determinação das propriedades da água líquida e da

mistura ar e vapor de água ..........................................

75

3.4 Coeficientes convectivos de transferência de calor e

massa ..........................................................................

81

3.5 Simulação numérica .................................................... 94

Capítulo 4. Viabilidade da aplicação do resfriamento evaporativo

com painéis de fibras vegetais ....................................

116

4.1 Análise de custo de fabricação industrial de

Climatizador evaporativo .............................................

133

Capítulo 5. Resultados e Discussões ............................................ 142

Conclusões ......................................................................................... 152

Sugestões para trabalhos futuros ....................................................... 155

Referências bibliográficas ................................................................... 156

Anexos ............................................................................................... 163

Anexo A. Calibração de Termopares .......................................... 164

Anexo B. Análise de Estatística dos Erros das Medições

Experimentais ..............................................................

174

Anexo C. Memória de cálculo dos custos operacionais .............. 191

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Resfriamento evaporativo com pressão positiva ............. 02 Figura 1.2 Resfriamento evaporativo com pressão positiva para

bovinos …………..................................................…...…..

03 Figura 1.3 Resfriamento evaporativo com pressão negativa em

escritório ..........................................................................


estufa com plantas ….................................................…..


aviário ………....................................................……...…..

04 Figura 1.6 Dimensões dos painéis evaporativos de fibras vegetais

tendo o painel de Celulose Rígida Corrugada do Climatizador de ar ECOBRISA EB-20 como referência ..

10 Figura 2.1 Sistema de um climatizador evaporativo com painel de

contato ar-água ................................................................ 31

Figura 2.2 Etapas de processamento da fibra de Coco .................... 32 Figura 2.3 Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) ……………….……..… 32 Figura 2.4 Corte longitudinal do Coco (Cocos Nucifera Linnaeus)

com definição das principais partes .................................

33 Figura 2.5 Instrumentos utilizados para determinar absorção de

água, gramatura e densidade dos materiais utilizados como painel evaporativo ..................................................

35 Figura 2.6 Fibras vegetais secas e molhadas ………………......…... 37 Figura 2.7 Tipos de enchimentos testados experimentalmente ….... 39 Figura 2.8 Túnel de Testes desenvolvido por Barros (2005), sem

alterações ........................................................................

40 Figura 2.9 Túnel de Testes desenvolvido por Barros (2005), com

alterações ........................................................................

41 Figura 2.10 Primeira camada de isolamento termo-acústico do Túnel

de Testes com poliestireno expandido, ISOPOR ® .........

41 Figura 2.11 Segunda camada de isolamento termo-acústico do

Túnel de Testes com polietireno revestido com filme de alumínio ...........................................................................

41 Figura 2.12 Serpentina evaporadora do condicionador de ar …......... 42 Figura 2.13 Bateria de resistências no formato “U” e defletor de ar 43 Figura 2.14 Variador de potência elétrica ……………………………… 43 Figura 2.15 Misturador do fluxo de ar …………………......…………... 44 Figura 2.16 Umidificador de ar ultrassônico ………………..……….… 45 Figura 2.17 Sistema de umidificação do ar no Túnel de Testes ......... 46 Figura 2.18 Laminador de ar do Túnel de Testes ............................... 47 Figura 2.19 Localização dos sensores de temperatura e umidade

relativa no Túnel de Testes antes do painel evaporativo

49 Figura 2.20 Transdutor de umidade relativa do tipo capacitivo …....... 49 Figura 2.21 Sistema de aquisição de dados – Delogger .................... 50 Figura 2.22 Sistema de recirculação de água do painel no Túnel de

Testes ..............................................................................

52 Figura 2.23 Moto-exaustor do Túnel de Testes ……………………….. 52

xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.24 Inversor de frequência para comandar o moto-exaustor 53 Figura 2.25 Duto circular acoplado ao Módulo exaustor de ar ........... 53 Figura 2.26 Instrumentos utilizados na medição da vazão de água ... 54 Figura 2.27 Perfil de velocidade do ar antes do painel (horizontal)

com 4 pontos de medição para a fibra de Coco

( =0,1m e aguam.

=112,4 g/s) ...........................................

57

Figura 2.28 Perfil de velocidade do ar antes do painel (vertical) com

4 pontos de medição para a fibra de Coco ( =0,1m e

aguam.

=112,4 g/s) .............................................................

57

Figura 2.29 Determinação da velocidade do ar medida antes do painel evaporativo ............................................................

58

Figura 2.30 Tubo de Pitot modelo elipsoidal ……………..............…... 61 Figura 2.31 Transdutor eletrônico de pressão diferencial ……......… 61 Figura 2.32 Forma de medição da pressão estática do ar no interior

do Túnel de Testes utilizando Tubo de Pitot ................... 62

Figura 2.33 Carta psicrométrica com constante, ebsT , de 36°C e

e de 24% ......................................................................

64


e de 26% ......................................................................

64


e de 28% ......................................................................

65


e de 30% ......................................................................

65

Figura 3.1 Balanço de energia e massa para um canal do painel evaporativo ..............................................................................

69

Figura 3.2 Parâmetros geométricos para um canal do painel evaporativo ..............................................................................

70

Figura 3.3 Exemplo da definição da temperatura de bulbo seco de saída na condição de saturação de vapor de água

(ssbsT = 20°C) com

ebsT = 36°C, buT = 20°C e

e =22% .................................................................................

74

Figura 3.4 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra

de Coco com =0,1 m e .

agm = 112,4 g/s .............................

84

Figura 3.5 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de

Coco com =0,1 m e .

agm =106,6 g/s ....................................

84


Coco com =0,1 m e .

agm = 89,3 g/s ......................................

85

xiii

LISTA DE FIGURAS


Esponja Vegetal com =0,1m e .

agm = 112,4 g/s ............

85



agm = 106,6 g/s .............

85 Figura 3.9 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de


agm = 89,3 g/s ..............

86


Coco com =0,15 m e .

agm = 112 g/s ..............................

86



agm = 106,6 g/s ..........................

86



agm = 89,3 g/s ...................................

87 Figura 3.13 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de

Esponja Vegetal com =0,15 m e .

agm = 112,4 g/s ..............

87


de Esponja Vegetal com =0,15 m e .

agm = 106,6 g/s ........

87


de Esponja Vegetal com =0,15 m e .

agm = 89,3 g/s ...........

88

Figura 3.16 3/1/ ScShLog versus ReLog para o painel de fibra de

Coco com =0,1 m e .

agm =112,4 g/s ....................................

90


Coco com =0,1 m e .

agm =106,6 g/s .....................................

90


Coco com =0,1 m e .

agm = 89,3 g/s ......................................

90



agm =112,4 g/s .................

91



agm = 106,6 g/s ................

91

xiv

LISTA DE FIGURAS



agm = 89,3 g/s ..................

91



agm = 112,4 g/s ..............................

92



agm = 106,6 g/s ....................................

92



agm = 89,3 g/s .......................................

92



agm = 112,4 g/s .............

93


Esponja Vegetal com = 0,15 m e .

agm = 106,6 g/s ..............

93



agm = 89,3 g/s ................

93

Figura 3.28 Redução de temperatura de bulbo seco utilizando painel

de fibra de Coco com =0,15m, .

arm = 0,06 kg/s e

.

agm=

112,4 g/s (simulação numérica) .......................................

95

Figura 3.29 Elevação de umidade relativa utilizando painel de fibra

de Coco com = 0,15 m, .

arm =0,06 kg/s e .

agm = 112,4

g/s (simulação numérica) .................................................

95

Figura 3.30 Eficiência de resfriamento evaporativo de painel de

contato ar-água de fibra de Coco com = 0,1 m;

ebsT =36°C e .

agm =112,4 g/s .............................................

108 Figura 3.31 Eficiência de resfriamento evaporativo de painel de


ebsT =34°C e .

agm =112,4 g/s .............................................



ebsT =32°C e .

agm =112,4 g/s ............................................

109

xv

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.33 Eficiência de resfriamento evaporativo de painel de


ebsT =30°C e .

agm =112,4 g/s ............................................

109

Figura 3.34 Eficiência de resfriamento evaporativo de painel de contato ar-água de fibra de Esponja Vegetal com

=0,1m; ebsT = 36°C e

.

agm =112,4 g/s ...........................


contato ar-água de fibra de Esponja Vegetal com

=0,1m; ebsT = 34°C e

.

agm =112,4 g/s .............................



=0,1m; ebsT = 32°C e

.

agm =112,4 g/s ............................



=0,1m; ebsT = 30°C e

.

agm =112,4 g/s .............................

111 Figura 3.38 Eficiência numérica de resfriamento para fibra de Coco

com = 0,1 m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT =36°C,

supT = 20°C, =24%, .

arm = 0,06 kg/s .............................

112

Figura 3.39 Temperatura de bulbo seco de saída para fibra de Coco

com = 0,1m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT = 36°C,

supT = 20°C, = 24%, .

arm = 0,06 kg/s ............................

113

Figura 3.40 Eficiência numérica de resfriamento para fibra de Coco

com = 0,1 m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT =40°C,

supT = 21°C, =24%, .

arm = 0,06 kg/s .............................

113


com = 0,1m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT = 40°C,

supT = 21°C, = 24%, .

arm = 0,06 kg/s .............................

113


com = 0,1 m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT =40°C,

supT = 19°C, =10%, .

arm = 0,06 kg/s ............................

114

xvi

LISTA DE FIGURAS


com = 0,1m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT = 40°C,

supT = 19°C, = 10%, .

arm = 0,06 kg/s ...........................

114


com = 0,1 m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT =45°C,

supT = 21°C, =10%, .

arm = 0,06 kg/s ............................

114


com = 0,1m; 0,15 m; 0,2 m e 0,22 m, ebsT = 45°C,

supT = 21°C, = 10%, .

arm = 0,06 kg/s ...............................

115

Figura 4.1 Umidade relativa do ar para o Brasil em 21/01/2010 a 31/01/2010 .......................................................................

117

Figura 4.2 Temperatura máxima do ar para o Brasil em a 21/01/2010 a 31/01/2010 .................................................

117


118


118


119


119


120


120


121


121


122


122


123


123


124


124


125

xvii

LISTA DE FIGURAS

Figura 4.18 Temperatura máxima do ar para o Brasil em a

21/09/2010 a 30/09/2010 .................................................

125 Figura 4.19 Umidade relativa do ar para o Brasil em 21/10/2010 a

31/10/2010 .......................................................................

126 Figura 4.20 Temperatura máxima do ar para o Brasil em a

21/10/2010 a 31/10/2010 .................................................


30/11/2010 .......................................................................


21/11/2010 a 30/11/2010 .................................................


31/12/2010 .......................................................................


21/12/2010 a 31/12/2010 .................................................

128 Figura 4.25 Diagrama bioclimático de Givoni (1992) com

detalhamento dos limites de cada sub-zona da carta psicrométrica ...................................................................

130

Figura 4.26 Ano Climático de Referência de Brasília - GO, plotado no programa Analysis Bio desenvolvido no Laboratório de Eficiência Energética em Edificações da UFSC .........

131 Figura 4.27 Fazenda Área Nova em Petrolina-PE .............................. 133 Figura 4.28 Climatizador evaporativo de pequeno porte .................... 134 Figura 4.29 Instalação de climatizador evaporativo de grande porte . 134 Figura 4.30 Ponto de equilíbrio mensal .............................................. 139 Figura 5.1 Velocidade do ar antes e no interior do painel versus

vazão volumétrica de ar para fibra de Coco com

=0,1m e agm.

=112,4 g/s ...............................................

142

Figura 5.2 Velocidade do ar antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para fibra de Coco com

=0,15m e agm.

=112,4 g/s .............................................

143

Figura 5.3 Número de Reynolds antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para fibra de Coco com

=0,1 m e agm.

=112,4 g/s ..............................................

143

Figura 5.4 Número de Reynolds antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para fibra de Coco com

=0,15 m e agm.

=112,4 g/s ............................................

144

Figura 5.5 Número de Reynolds versus velocidade de ar para fibra

de Coco com =0,1m e agm.

=112,4; 106,6 e 89,3 g/s ..

144

Figura 5.6 Número de Reynolds versus velocidade de ar para fibra

de Coco com =0,15 m e agm.

=112,4; 106,6 e 89,3 g/s

145

xviii

LISTA DE FIGURAS

Figura 5.7 Eficiência de resfriamento, condições psicrométricas do

ar e temperatura da água para a fibra de Coco com

=0,1 m e agm.

=112,4g/s ...............................................

145

Figura 5.8 Eficiência de resfriamento, condições psicrométricas do ar e temperatura da água para a fibra de Coco com

=0,1 m e agm.

=106,6g/s ...............................................

146

Figura 5.9 Eficiência de resfriamento, condições psicrométricas do ar e temperatura da água para a fibra de Coco com

=0,1 m e agm.

=89,3g/s .................................................

146

Figura 5.10 Perda de carga versus velocidade média do ar através

dos painéis com =0,15 m para condições de entrada

de ebsT , =36°C e e =24% .............................................

147

Figura 5.11 Eficiência de resfriamento versus velocidade média do

ar com painéis =0,1m e 0,15m, condições de entrada

de ebsT , =36°C e e =24% .............................................

148

Figura 5.12 Eficiência de resfriamento versus temperatura de bulbo

seco do ar de entrada com painéis de =0,1 m e 0,15m

149

Figura 5.13 Eficiência de resfriamento versus temperatura de bulbo

úmido do ar de entrada com painéis de =0,1 m e 0,15m ...............................................................................

150

Figura 5.14 Eficiência de resfriamento versus umidade relativa do ar

de entrada com painéis de =0,1 m e 0,15 m ................

151

Figura 5.15 Eficiência de resfriamento versus redução da

temperatura de bulbo seco com painéis de =0,1 m e 0,15 m ..............................................................................

151

xix

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 Custo de manutenção preventiva de um climatizador

evaporativo e um condicionador de ar convencional .........

06 Tabela 1.2 Custo de consumo de energia elétrica de um climatizador

e um condicionador de ar ..................................................

08 Tabela 1.3 Custo de aquisição da matéria prima para confecção de

painel .................................................................................

09 Tabela 2.1 Características e propriedades da fibra de Coco ............... 34 Tabela 2.2 Absorção de água, gramatura e densidade dos materiais

utilizados nos painéis evaporativos ...................................

36 Tabela 2.3 Esquema de medições para definição da eficiência de

resfriamento dos painéis no Túnel de Testes ....................

59 Tabela 2.4 Velocidades do ar medidas antes dos painéis

evaporativos e calculados para o interior dos painéis evaporativos .......................................................................

60 Tabela 2.5 Principais condições de teste com os painéis

evaporativos de fibra de Coco ………………………....……


evaporativos de fibra de Esponja Vegetal .....…..…………


evaporativos de Celulose Rígida .....................……………

63 Tabela 3.1 Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de

contato ar-água para o melhor desempenho da fibra de Coco ...................................................................................


contato ar-água para o melhor desempenho da fibra Esponja Vegetal .................................................................


contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft ondulado ....................................................................




contato ar-água para o melhor desempenho da fibra Esponja Vegetal – Luffa .....................................................


contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft ondulado – Comercial ................................................




contato ar-água para o melhor desempenho da fibra Esponja Vegetal – Luffa .....................................................


contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft ondulado – Comercial ................................................

104

xx

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.10 Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de

contato ar-água para o melhor desempenho da fibra de Coco ................................................................................


contato ar-água para o melhor desempenho da fibra Esponja Vegetal – Luffa ...................................................


contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft – Comercial ..............................................................

107 Tabela 4.1 Condições meteorológicas médias para a cidade de

Brasília – GO ...................................................................

131 Tabela 4.2 Estimativa do custo de produção de um climatizador

evaporativo com painéis de fibras vegetais e de Celulose (Custo Industrial) ..............................................

135 Tabela 4.3 Balanço financeiro da Viva Equipamentos Indústria e

Comércio Ltda .................................................................

141 Tabela 5.1 Medidas de velocidade média do ar, diferença entre a

pressão estática do ar (Pe) antes e depois do painel evaporativo (Perda de carga) e eficiência de resfriamento do painel de Celulose Rígida Corrugada do experimento de Vigoderis (2007) .....................................

147

xxi

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1.1 Índice de viabilidade ........................................................ 29 Equação 1.2 Depressão de bulbo úmido na saída ............................... 29 Equação 2.1 Diâmetro hidráulico do Túnel de Testes …………………. 47 Equação 2.2 Espessura do laminador de ar ……………………………. 47 Equação 2.3 Espessura da parede da chapa metálica do laminador

de ar .................................................................................

47 Equação 2.4 Espaçamento entre as chapas metálicas do laminador

de ar .................................................................................

47 Equação 2.5 Correção da umidade relativa lida pelo sensor

capacitivo de entrada .......................................................

49 Equação 2.6 Correção da umidade relativa lida pelo sensor

capacitivo de saída ..........................................................

49 Equação 2.7 Vazão de água do Túnel de Testes ................................. 55 Equação 2.8 Determinação da incerteza de medição propagada da

vazão de água .................................................................

55 Equação 2.9. Vazão volumétrica do ar .................................................. 58 Equação 2.10 Vazão mássica do ar ....................................................... 58 Equação 2.11 Volume específico do ar da mistura ar-vapor de água .... 58 Equação 2.12 Velocidade do ar no interior do painel evaporativo .......... 59 Equação 3.1 Diâmetro hidráulico do canal do painel de contato ar-

água .................................................................................

70 Equação 3.2 Área superficial do canal de espessura 10 cm ................ 71 Equação 3.3 Área superficial do canal de espessura 15 cm ................ 71 Equação 3.4 Balanço de energia genérica ........................................... 71 Equação 3.5 Balanço de energia no volume de controle do painel ...... 71 Equação 3.6 Calor transferido por convecção ...................................... 72 Equação 3.7 Temperatura média logarítmica ....................................... 72 Equação 3.8 Massa de água evaporada .............................................. 72 Equação 3.9 Cálculo da temperatura do ar ao longo do painel

evaporativo ......................................................................

72 Equação 3.10 Cálculo da temperatura do ar ao longo do painel

evaporativo para um domínio discreto formado por N volumes, considerando um volume genérico (i) ..............

73 Equação 3.11 Eficiência de saturação evaporativa ................................ 74 Equação 3.12 Taxa de fluxo mássico de vapor de água calculado para

a saída de cada volume de controle do domínio .............

75 Equação 3.13 Umidade específica de uma mistura ar-vapor de água ... 76 Equação 3.14 Taxa de fluxo mássico de vapor de água em função das

pressões parciais e das massas moleculares .................

76 Equação 3.15 Taxa de fluxo mássico de ar seco em função das

pressões parciais e das massas moleculares .................

76 Equação 3.16 Umidade específica em função das pressões parciais e

das massas moleculares .................................................

76 Equação 3.17 Umidade específica em função das pressões parciais e

das massas moleculares (simplificada) ...........................

76 Equação 3.18 Umidade específica de entrada em função das pressões

parciais e das massas moleculares (simplificada) ...........

76

xxii

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 3.19 Umidade específica na interface ar-água em função das

pressões parciais e das massas moleculares (simplificada) ....................................................................

77 Equação 3.20 Pressão parcial do vapor de água saturado na

tempertura de bulbo seco ................................................

77 Equação 3.21 Pressão parcial do vapor de água saturado na

temperatura de bulbo úmido ............................................ 77

Equação 3.22 Pressão parcial de vapor de água na tempertura de bulbo seco .......................................................................

77

Equação 3.23 Volume específico do ar seco na temperatura de bulbo seco .................................................................................

78

Equação 3.24 Volume específico do ar seco na temperatura de bulbo úmido ...............................................................................

78

Equação 3.25 Volume específico do vapor de água na temperatura de bulbo seco .......................................................................

78

Equação 3.26 Volume específico do vapor de água na temperatura de bulbo úmido .....................................................................

78

Equação 3.27 Volume específico da mistura ar e vapor de água .......... 78 Equação 3.28 Entalpia do ar seco ......................................................... 78 Equação 3.29 Entalpia do vapor de água ............................................... 78 Equação 3.30 Entalpia da mistura ar seco e vapor de água .................. 79 Equação 3.31 Temperatura de bulbo úmido ........................................... 79 Equação 3.32 Constante em função das pressões e entalpia de

vaporização na temperatura de bulbo úmido ..................

79 Equação 3.33 Entalpia de vaporização na temperatura de bulbo úmido 79 Equação 3.34 Constante envolvendo pressão, depressão de bulbo

úmido e temperatura de ponto de orvalho .......................

79 Equação 3.35 Depressão de bulbo úmido .............................................. 79 Equação 3.36 Umidade específica na temperatura de bulbo úmido ...... 79 Equação 3.37 Temperatura de ponto de orvalho ................................... 79 Equação 3.38 Condutividade térmica da mistura do ar-vapor de água .. 80 Equação 3.39 Viscosidade dinâmica da mistura ar-vapor de água ........ 80 Equação 3.40 Calor específico do ar seco ............................................. 80 Equação 3.41 Calor específico do vapor de água .................................. 80 Equação 3.42 Calor específico da mistura ar-vapor de água ................. 80 Equação 3.43 Número de Nusselt .......................................................... 81 Equação 3.44 Comprimento caraterístico ............................................... 81 Equação 3.45 Número de Sherwood ...................................................... 81 Equação 3.46 Coeficiente de difusão de massa ..................................... 81 Equação 3.47 Correlação para o número de Nusselt em escoamento

cruzado sobre feixe de tubos ...........................................

82 Equação 3.48 Correlação para o número de Nusselt em painéis de

Celulose Rígida Corrugada, conforme Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988) .................................

82 Equação 3.49 Correlação para o número de Nusselt em painéis de

Celulose Rígida Corrugada do experimento de Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988) ............................

82

xxiii

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 3.50 Número de Reynolds utilizando o comprimento

característico ...................................................................

82 Equação 3.51 Número de Prandt ........................................................... 83 Equação 3.52 Definição das constantes C1 e m1 do número de

Nusselt .............................................................................

83 Equação 3.53 Correlação para o número de Nusselt em painéis

evaporativos do experimento desta Tese ........................

84 Equação 3.54 Correlação para o coeficiente de transferência de

massa em painéis de Celulose Rígida Corrugada, conforme Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988) ..............................................................................

88 Equação 3.55 Número de Schmidt ......................................................... 88 Equação 3.56 Correlação para o número de Sherwood em painéis de

Celulose Rígida Corrugada, conforme Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988) .................................

88 Equação 3.57 Correlação para o número de Sherwood em painéis de

Celulose Rígida Corrugada do experimento de Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988) ............................

88 Equação 3.58 Correlação para o número de Sherwood em painéis

evaporativos do experimento desta Tese ........................

88

xxiv

LISTA DE SÍMBOLOS

A Área, m²

cA Área transversal livre do canal do painel evaporativo de fibra vegetal, m²

eA Área transversal de escoamento do ar no Túnel de Testes, m²

lpA Área livre frontal do painel evaporativo, m²

scA Área superficial de contato ar-água do canal do painel evaporativo de fibra vegetal, m²

pac Calor específico do ar seco, kJ/kg ºC

pvc Calor específico do vapor de água, kJ/kg ºC

parc Calor específico da mistura de ar e vapor de água, kJ/kgK

1c e 2c Coeficientes de correção

sdT Depressão de bulbo úmido

abD Coeficiente de difusão binária (ar-água), m²/s

buD Depressão de bulbo úmido

hD Diâmetro hidráulico do Túnel de Testes, m

hcD Diâmetro hidráulico do canal do painel de contato ar-água de fibra vegetal, m

Le Espessura da chapa metálica, mm

h Entalpia, kJ/kg

ah Entalpia do ar seco, kJ/kg

vh Entalpia do vapor de água, kJ/kg

arh Entalpia da mistura ar-vapor de água, kJ/kg

ch Coeficiente de transferência de calor por convecção, W/m²°C

mh Coeficiente de transferência de massa, m/s

Ires_balança Incerteza de resolução da balança, kg Ires_cronômetro Incerteza de resolução do cronômetro, s Iprop_vazão_ag Incerteza propagada da vazão de água, kg/s

vI Índice de viabilidade, °C

cL Comprimento característico, m

LL Profundidade do laminador de ar, mm

1m e 2m Coeficientes de correção

agM Massa de água (medida na balança digital), kg

aM Massa molar aparente do ar seco na escala do carbono 12, kg/kmol

vM Massa molecular do vapor de água, kg/kgkmol

n Coeficiente de correção Nu Número de Nusselt

P Ponto de medição da velocidade do ar no Túnel de Testes

Pr Número de Prandtl

xxv

LISTA DE SÍMBOLOS

sPr Número de Prandtl na temperatura da interface ar-água

TTP Perímetro do Túnel de Testes, m

cP Perímetro do canal do painel evaporativo de fibra vegetal, m

atmP Pressão atmosférica ao nível do mar, kPa

tbsvP Pressão parcial de vapor de água no ar na condição de saturação na temperatura de bulbo seco, kPa

tbuvP Pressão parcial de vapor de água no ar na condição de saturação na temperatura de bulbo úmido, kPa

tbsvsP Pressão parcial do vapor de água saturado na tempertura de bulbo seco, kPa

tbuvsP Pressão parcial do vapor de água saturado na tempertura de bulbo úmido, kPa

"cq

Fluxo de calor por convecção (sensível), kJ/s

"evq

Fluxo de calor evaporação, kJ/s

Re Número de Reynolds

gR Constante dos gases, J/kmolK

vR Constante universal de vapor d'agua, J/kmol.K

aR Constante universal de ar seco,J/kmol.K

S Desvio padrão

eSm Desvio padrão médio (erro de medição)

Sc Número de Schmidt

sSc Número de Schmidt na temperatura da interface ar-água

Sh Número de Sherwood

bsT Temperatura de bulbo seco, °C

buT Temperatura de bulbo úmido, °C

poT Temperatura de ponto de orvalho, °C

ssbsT Temperatura de bulbo seco na saída e na condição de saturação, °C

sT Temperatura superficial próximo à interface ar-painel molhado, °C

t Tempo de coleta de dados, s

V Volume, m³

2V Tensão referente à umidade relativa na entrada do painel evaporativo, mV

1V Tensão referente à umidade relativa na saída do painel evaporativo, mV

xxvi

LISTA DE SÍMBOLOS

arQ Vazão volumétrica de ar, m³/s

arm Massa de ar seco, kg

vm Massa de vapor de água, kg

.

m Fluxo mássico, kg/s

agm.

Fluxo mássico de água, kg/s

arm.

Fluxo mássico da mistura ar seco e vapor de água, kg/s

am.

Fluxo mássico de ar seco, kg/s

vm.

Fluxo mássico de vapor de água, kg/s

evm.

= md Fluxo de água evaporada, kg/s

Coeficiente de condutividade térmica, W/mK

v Densidade do vapor de água, kg/m³

mar Densidade específica da mistura de ar e vapor de água, kg/m³

Eficiência de resfriamento evaporativo, %

Lw Espaçamento entre chapas metálicas do laminador de ar, mm

Espessura ou profundidade do material, m

Umidade específica do ar, kg/kg

Umidade relativa da mistura ar e vapor de água, %

p Velocidade do ar no interior do painel evaporativo, m/s

Velocidade do ar, m/s

m Velocidade média do ar, m/s

pa Volume específico do ar seco, m³/kg

pv Volume específico do vapor de água, m³/kg

pmar Volume específico da mistura ar e vapor de água, m³/kg

ar Difusidade térmica,

ar Viscosidade dinâmica da mistura ar-vapor de água, N.s/m²

LMT Temperatura média logarítmica da mistura de ar seco e vapor de água, °C

Constante utilizada para calcular a buT

B Constante utilizada para calcular a buT

xxvii

OBJETIVOS

a) OBJETIVO GERAL

Testar a viabilidade de utilizar fibras vegetais locais no resfriamento

evaporativo, utilizando como referência a eficiência de resfriamento evaporativo

de um painel comercial de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft).

b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Com base no objetivo geral pretende-se atingir os seguintes objetivos

específicos:

Aperfeiçoar o Túnel de Testes construído no Laboratório de termodinâmica

(LABTERMO) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE);

Construir painéis evaporativos alternativos de materiais renováveis (fibras

vegetais) com configuração que possa obter melhor eficiência de

resfriamento evaporativo;

Caracterizar os materiais utilizados como meio úmido, tais como: dimensões,

absorção de água, gramatura e densidade;

Determinar o perfil de velocidade e a velocidade média para cada condição

de teste;

Determinar a vazão de água do sistema de recirculação de água para cada

condição de teste;

Determinar a perda de carga dos painéis evaporativos para cada condição

de teste;

Determinar a eficiência de resfriamento evaporativo em função das

condições psicrométricas de entrada e saída do painel de contato ar-água;

Desenvolver um modelo matemático e uma simulação numérica do processo

de transferência de calor e massa em diferença finita;

Fazer uma análise de custo de fabricação em escala industrial para certificar

a viabilidade da aplicação de fibras vegetais selecionadas como painel de

contato ar-água.

xxviii

ESTRUTURA DO TRABALHO

O item 1.1 do Capítulo 1 (Contexto e importância da utilização de

sistemas de resfriamento evaporativo), Introdução, destaca as informações

básicas para melhor entendimento sobre resfriamento evaporativo e os motivos

que justificam o desenvolvimento do trabalho.


sistemas de resfriamento evaporativo), Formulação do Problema, é direcionado

para questões que ajudaram a subsidiar ações para o desenvolvimento do

trabalho e trata sobre aspectos econômicos, aspectos de análise do impacto

ambiental e florestal, e aspectos de análise referentes à saúde que estão

correlacionados a conforto térmico com utilização de climatizadores

evaporativos e condicionadores de ar convencional.


sistemas de resfriamento evaporativos), Estado da Arte, descreve sobre

trabalhos desenvolvidos sobre resfriamento evaporativo e a contribuição dos

mesmos para o presente trabalho.

O Capítulo 2 (Materiais e Métodos) destaca as características construtivas

e o princípio de funcionamento do climatizador evaporativo do tipo direto,

objeto de estudo desta Tese, onde foi instalado o Túnel de Testes, tipos de

materiais para enchimento e sua caracterização; capacidade de absorção de

água, gramatura e densidade das fibras selecionadas; equipamentos utilizados

na caracterização e formatação do arranjo dos painéis evaporativos utilizados

no experimento; como foram realizadas as alterações no Túnel de Testes e os

painéis com arranjos de fibras vegetais e de Celulose Rígida Corrugada (Papel

Kraft); como foi determinada a vazão de água, o perfil de velocidade e a

velocidade média do ar no Túnel de Testes; como foi definida a perda de carga

dos painéis evaporativos de contato ar-água; quais as temperaturas de bulbo

seco e umidade relativa de entrada foram utilizadas; como foi determinado a

eficiência de resfriamento evaporativo e o roteiro para operação do Túnel de

Testes.

O Capítulo 3 (Modelagem Matemática e Simulação numérica do processo

de resfriamento evaporativo do tipo direto) relata uma modelagem da

transferência de calor e massa do processo de resfriamento evaporativo e é

xxix

baseada em um balanço de massa e energia na corrente de ar que atravessa o

painel úmido. Neste capítulo também se evidencia as equações envolvidas no

processo de transferência de calor e massa, gráficos e tabelas comparativas

entre os resultados experimentais e numéricos.

O Capítulo 4 (Viabilidade da aplicação do resfriamento evaporativo com

painéis de fibras vegetais) consiste numa análise de custo de fabricação em

escala industrial de climatizadores evaporativos utilizando painéis de contato

fabricados de fibras vegetais e de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft).

O Capítulo 5 (Resultados e Discussões) os resultados encontrados são

relatados de forma organizada e sistematizada, onde o significado dos

resultados é avaliado com base em análise estatística de tabelas e gráficos.

Considerando que as observações de outros autores referentes ao tema do

trabalho são descritas, como forma de referência e validação dos dados. Os

resultados encontrados são detalhadamente discutidos e o seu significado é

apontado.

1

Contexto e Importância da Utilização de Sistemas de Resfriamento Evaporativo

CAPÍTULO 1 - Contexto e Importância da Utilização de Sistemas de

Resfriamento Evaporativo

1.1 Introdução.

Várias pesquisas estão sendo desenvolvidas por apelos mundiais para a

conscientização ecológica, direcionadas para uma preocupação com a ecoeficiência,

assumindo-se posições importantes perante o uso de tecnologias que levam em

conta o fator central que é o homem, seu conforto e sua relação com o meio

ambiente. É evidente que o uso racional da água e o reaproveitamento máximo da

energia favorecem não só o lado financeiro e econômico, mas também o lado

ambiental, tendo como foco principal o desenvolvimento sustentável do homem.

O resfriamento provocado pela evaporação de água ocorre com frequência na

natureza. A brisa refrescante nas proximidades de uma cachoeira é um exemplo a

ser seguido. Segundo Lopes et al. (2006) este fenômeno já era observado desde a

antiguidade. Panos molhados e chafarizes eram colocados em pátios internos para

criar um ambiente mais ameno. Os antigos egípcios colocavam grandes jarros de

barro cheios de água nas entradas das pirâmides, para que o ar passasse pelos

jarros e trocasse calor com a água, entrando nas pirâmides com uma menor

temperatura. Escravos do antigo Egito (2500 a.C.) abanavam os jarros de paredes

porosas para resfriar a água do seu interior. Os filtros e bilhas de barro cozido são

uma representação desse fenômeno, ainda usados em cidades do interior do país.

Uma fração da água armazenada evapora através da parede do vaso, resfriando o

líquido remanescente. Na Roma antiga e na Idade Média, reservatórios de água com

paredes umidificadas foram utilizados.

Genericamente, resfriamento evaporativo ocorre quando algum meio ou

produto cede calor para que a água evapore. A evaporação de um líquido qualquer é

um processo endotérmico, isto é, demanda calor para se realizar. Esta transferência

de calor pode ser forçada (quando fornecemos calor) ou induzida (quando criamos

condições para que o produto retire calor do meio).

Atualmente, os sistemas de condicionamento de ar por compressão a vapor e o

de ventilação são os mais utilizados para esse fim. A importância do resfriamento

evaporativo tem evoluído nas últimas décadas, devido a fatores como a crescente

crise de energia, os problemas ambientais causados pelos gases cloroflúorcarbono

(CFC) e hidroclorofluorcarbono (HCFC) usados em condicionadores de ar, bem

2


como a baixa eficiência dos sistemas de ventilação, principalmente nos meses mais

quentes do ano.

Silva (2002) enfatiza que o ar atmosférico é uma mistura de ar seco e vapor de

água e para uma dada condição de temperatura e pressão esta mistura tem

capacidade de conter uma quantidade máxima de vapor d’água. Sendo assim, o

resfriamento evaporativo aproveita esta capacidade do ar de armazenar água em

forma de vapor e opera utilizando a água e o ar como fluidos de trabalho. Consiste

na utilização da evaporação de água através da passagem de um fluxo de ar,

provocando uma redução na temperatura e elevação de sua umidade específica.

Esse processo é mais eficiente quando a temperatura do ar externo é mais elevada

e sua umidade específica é menor, ou seja, quando a necessidade de resfriamento é

maior para otimizar as condições ambientais. O ar já se encontra diluído, ocupando

todos os espaços disponíveis e entra em contato com a água. Desta forma, um

painel evaporativo pode ser utilizado com o propósito de aumentar a área superficial

de contacto entre a água e o ar.

Por possuir uma gama de modelos diferenciados, os climatizadores

evaporativos atendem às mais diversas necessidades dos seus clientes. O tipo da

instalação pode variar conforme o local e como este local é utilizado, podendo ser de

pressão positiva (insuflação de ar) ou negativa (exaustão de ar). O climatizador

evaporativo de pressão positiva pode ser dividido em: duto vertical, duto horizontal

ou direto, conforme Figura 1.1. Nos três casos é necessário manter aberturas para

saída do ar. Caso contrário, cria-se uma pressão positiva alta no recinto com alta

umidade e inviabiliza o funcionamento do aparelho.

Figura 1.1 – Resfriamento evaporativo com pressão positiva (Em 14/09/10: www.ventcenter.com.br/climatizadores-evaporativos.html).

http://www.ventcenter.com.br/resfriadores-evaporativos.html

3


A Figura 1.2 destaca um sistema de resfriamento evaporativo de pressão

positiva muito utilizada para criação de bovinos, onde o teto é isolado termicamente

e as laterais do ambiente são totalmente abertas.

Figura 1.2 – Resfriamento evaporativo com pressão positiva para bovinos (Em 14/09/10: http://francisco-producaoanimal.blogspot.com/).

O climatizador evaporativo de pressão negativa é mais utilizado em estufas de

plantas, criação de animais ou instalações de conforto térmico de grande porte,

conforme as Figuras 1.3 a 1.5.

Figura 1.3 – Resfriamento evaporativo com pressão negativa em escritório (Em 14/09/10: www.alibaba.com/product-gs/285872733/Evaporative_Cooling_Pad.html).

Figura 1.4 – Resfriamento evaporativo com pressão negativa em estufa com plantas (Em 14/9/10: http://photos.tradeholding.com/attach/hash136/144776/cooling_pad_wall.jpg).

http://francisco-producaoanimal.blogspot.com/

http://www.alibaba.com/product-gs/285872733/Evaporative_Cooling_Pad.html

http://photos.tradeholding.com/attach/hash136/144776/cooling_pad_wall.jpg

4


Figura 1.5 – Resfriamento evaporativo com pressão negativa em aviário (Em 14/09/10: www.aviculturaindustrial.com.br).

O principal foco deste trabalho é encontrar novas opções de enchimento que

possam reduzir o custo de produção de um climatizador evaporativo, e que, ao

mesmo tempo possuam uma eficiência de resfriamento próxima do enchimento

comercial de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft). Sendo as fibras vegetais uma

destas opções largamente pesquisadas, pois são abundantes, biodegradáveis e de

baixo custo de processamento. Assim, foram construídos arranjos em forma de

colméias que possibilitam uma maior área de interface ar-água e que favorecem a

transferência de calor e massa para os painéis fabricados a partir da fibra da

Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) e de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus), tendo a

Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) como referência.

1.2 Formulação do problema.

Existem varias questões que serviram de suporte para o desenvolvimento do

trabalho e que justificam pesquisas sobre resfriamento evaporativo, principalmente

em relação ao seu maior concorrente o condicionador de ar por compressão a vapor.

Como referência para uma análise mais criteriosa pode-se citar aspectos

econômicos, aspectos de análise do impacto ambiental e florestal e aspectos de

análise referentes à saúde com aplicação de climatizadores evaporativos e

condicionadores de ar convencional (ACJ). Considerando que os dois sistemas de

climatização não estão restritos a pequenos ambientes, mas podem ser usados em

ambientes com grande volume de ar, e por vezes abertos, e assim, é mais

conveniente do ponto de vista econômico, utilizar o resfriamento evaporativo.

http://www.aviculturaindustrial.com.br/

5


1.2.1 Aspectos econômicos.

1.2.1.1 Custo de aquisição: O custo de aquisição de um condicionador de ar

convencional tem tido uma queda considerável no mundo, devido principalmente à

atuação dos países asiáticos que usam mão de obra de baixo custo e em grande

escala, como também incentivos governamentais. Atualmente um climatizador

evaporativo ainda possui um custo de aquisição alto. Contudo, várias pesquisas

estão sendo desenvolvidas para tornar o climatizador evaporativo mais acessível,

principalmente aquelas referentes a novos materiais para fabricação de painéis

evaporativos de contato ar-água. Quando um climatizador evaporativo for produzido

numa escala industrial próximo de um condicionador de ar convencional, seu preço

de aquisição irá cair consideravelmente;

1.2.1.2 Custo de instalação: O custo de instalação de climatizador evaporativo é

pequeno, pois a corrente elétrica é baixa, diminuindo o custo com a instalação

elétrica. No condicionador de ar convencional a corrente elétrica é alta. Além disso, o

climatizador evaporativo não necessita de uma estrutura especial para sustentação

na edificação, por é consideravelmente mais leve;

1.2.1.3 Custo de manutenção: O custo de manutenção de um condicionador de ar

convencional é alto, pois necessita de uma empresa especializada ou profissional

experiente. Um climatizador evaporativo apresenta um custo de manutenção

mínimo, devido a sua simplicidade construtiva, mesmo que o usuário prefira

contratar empresa especializada ou profissional experiente.

A manutenção preventiva é uma manutenção planejada que previne a

ocorrência corretiva. É o procedimento mais barato e garantido, ou seja, corrigir os

defeitos antes que se manifestem ou logo que comecem a se manifestar, para

causar danos menores. O denominador comum para manutenção preventiva é o

planejamento da manutenção versus tempo. Com o passar do tempo, por exemplo,

um condicionador de ar convencional acumula impurezas, principalmente no filtro de

purificação de ar, no sistema de ventilação e na serpentina evaporadora. Contudo, a

manutenção preventiva em muitas empresas não é valorizada, considerada apenas

como um mal necessário, provocando assim a ocorrência da manutenção corretiva,

com prejuízo à saúde dos ocupantes do recinto. A Tabela 1.1 destaca a manutenção

preventiva dos climatizadores evaporativos e condicionadores de ar convencionais

num período de quatro anos. Verifica-se que este custo é menor para o climatizador

evaporativo.

6


Nos climatizadores evaporativos deve-se executar regulamente as

manutenções preventivas mensais e trimestrais recomendas pelo fabricante.

Quando o painel evaporativo ficar desgastado deve-se comprar um novo painel

evaporativo. Nos condicionadores de ar convencionais a manutenção preventiva

encarece o custo durante estes mesmos quatro anos, seja considerando uma

manutenção preventiva semestral ou anual. Isto sem considerar que é necessário

substituir o filtro de ar de acordo com a intensidade de uso. Caso contrário, o filtro

não terá a eficiência de purificação adequada para reter as impurezas do ar e

permitirá que as impurezas entrem em contato com o interior do condicionador de ar

convencional e até o próprio ambiente condicionado.

Tabela 1.1 – Custo de manutenção preventiva de um climatizador evaporativo e um condicionador de ar convencional (ACJ).

Item ECOBRISA EB-20 ACJ Springer Mod. CA125 12.000 Btu/h

Periodicidade da

manutenção preventiva

simples

Mensal: Limpeza do reservatório de água a ser feito pelo usuário, funcionário ou técnico não especializado.

Limpeza do filtro de ar feito pelo usuário: Quinzenal: Ambientes com muita concentração de poeira (pó de cimento, gesso, cal, areia, pedra ou serragem). Como também salão de Cabeleleiros e Barbearias ou ambientes de grande concentração de pessoas (hospitais, bancos, lojas de muito público, entre outros). Mensal: Ambientes relativamente limpos (Ex: Escritórios, residências, entre outros).

Periodicidade da

manutenção preventiva

geral

Trimestral: Limpeza do painel, reservatório, sistema de recirculação de água e estrutura a ser feito pelo usuário, funcionário ou técnico não especializado.

Semestral: ACJ que funciona durante muito tempo (Ex: Empresas e escolas). Feita por profissional ou empresa especializada. Anual: ACJ que funciona em residências ou durante pouco tempo. Feita por profissional ou empresa especializada.

Diversos Novo painel a cada quatro anos em média (R$200).

O custo da manutenção preventiva gira em torno de R$ 60.

Custo de manutenção para 4 anos

R$ 200 do painel para os quatro anos.

R$ 240 com uso leve para quatro anos (R$ 60 manutenção x 4 anos) R$ 480 com uso pesado para quatro anos (R$ 120 manutenção x 4 anos)

1.2.1.4 Custo de adaptação do ambiente: Um condicionador de ar convencional,

visando menor consumo de energia elétrica, exige ambiente com paredes, pisos e

teto de alta inércia térmica, com boa estanqueidade. O custo para conseguir maior

eficiência de resfriamento e menor consumo de energia elétrica aumenta com

materiais que dificultam a transmissão de calor. As portas devem ser providas de

molas, e as janelas bem vedadas e possuir proteção contra os raios solares. O

sistema de iluminação deve ser de baixa potência elétrica para dissipar menos calor.

Enquanto o climatizador evaporativo não existe esta preocupação, basta deixar

7


aberturas para facilitar a renovação de ar em torno de 100%, evitando a saturação

de vapor d’água no ar;

1.2.1.5 Planejamento Governamental: Para agências governamentais, a redução de

custos de consumo de energia elétrica pode ser realizada diretamente através da

incorporação da tecnologia do climatizador evaporativo em edifícios e outras

instalações. Além disso, o governo pode incentivar a utilização de tecnologias de

climatizador evaporativo como uma relevante alternativa tecnológica que irá poupar

recursos financeiros dos consumidores, provocando uma redução global de

demanda da energia elétrica, reduzir as emissões de poluição do ar e ajudar a

cumprir obrigações decorrentes de tratados internacionais relacionados com a

redução de emissões de poluentes atmosféricos;

1.2.1.6 Iniciativa privada: Para a iniciativa privada, a fabricação e venda de

climatizadores evaporativos apresenta oportunidades significativas para as

empresas de pequeno, médio e grande porte. Isto é vantajoso, mesmo para países

relativamente pobres ou em desenvolvimento, pois ao contrário dos requisitos

técnicos relativamente complexos para a produção de condicionadores de ar

convencionais, o climatizador evaporativo exige apenas a infra-estrutura básica e

competências construtivas com os materiais. Assim, comerciantes de climatizador

evaporativo podem oferecer preços menores que os condicionadores de ar,

mantendo as margens de lucro relativamente altas. Nas regiões com climas de

elevada temperatura e baixa umidade relativa, a venda de climatizadores

evaporativo pode oferecer muito mais do que um "nicho" de mercado;

1.2.1.7 Economia de energia elétrica: O consumo de energia elétrica de um

climatizador evaporativo é referente ao motor do ventilador e a bomba de

recirculação de água de pequeno porte, chegando a reduzir cerca de 90 a 95% do

consumo gasto por um condicionador de ar convencional para uma mesma área. A

Tabela 1.2 mostra uma comparação do consumo de energia elétrica entre um

climatizador evaporativo e um condicionador de ar convencional. Nota-se que o

custo mensal de R$ 8,16 do climatizador evaporativo é muito pequeno quando

comparado ao valor de R$ 85,71 do condicionador de ar convencional, fazendo com

que o custo da água consumida deixe de ser uma preocupação.

8


Tabela 1.2 - Custo de consumo de energia elétrica de um climatizador e um condicionador de ar.

Item Descrição Ecobrisa EB-20 ACJ Springer CA125 12.000 Btu/h

1 Indicado para ambiente (área) 10 a 20 m² 13 a 20 m²

2 Consumo elétrico (Potência) 0,095 kW 1,16 kW

3 Consumo elétrico mensal, 8 horas por dia, 20 dias no mês

15,2 kWh 182,6 kWh

4 Custo mensal da energia elétrica com R$ 0,4694 por kWh

R$ 7,13 R$ 85,71

5 Consumo médio água (=50%) 3 l/h -

6 Consumo mensal água (0,003m³/h x 8 horas x 20 dias )

0,48 m³ -

7 Custo mensal da água com 8 horas por dia, 20 dias no mês R$ 2,52 x 0,48 m³

R$ 1,21 -

8 Custo mensal total R$ 8,16 R$ 85,71

Em 06/2011: www.ecobrisa.com.br e conta residencial concessionária CELPE/COMPESA.

1.2.2 Aspectos de análise do impacto ambiental e florestal.

1.2.2.1 Impacto nas condições atmosféricas: Um climatizador evaporativo não utiliza

gás clorofluorcarbono (CFC) ou hidroclorofluorcarbono (HCFC), que possuem cloro

em sua composição química. Estes são prejudiciais ao meio ambiente, como

ocorrem com os condicionadores de ar convencionais, mesmo que tenham baixo

poder de destruição do ozônio. Dois temas relevantes e preocupantes mundialmente

têm participação destes fluidos refrigerantes:

a) Destruição da camada de ozônio (O3): Ozônio é um gás presente naturalmente

entre 12 a 13 km da Terra, na estratosfera, e absorve parte dos raios ultravioleta do

sol nociva a vida na Terra. A radiação ultravioleta altera o código genético do ácido

desoxirribonucléico (ADN), causando mutações nos seres vivos. Cada organismo

tem sistemas para corrigir o problema, mas quando o organismo não consegue

consertar e a célula morre, pode ser o início de um câncer ou danos à visão,

envelhecimento precoce ou à supressão do sistema imunológico. Os fluidos

refrigerantes que possuem cloro, quando chegam à estratosfera são atingidos pelos

raios ultravioleta do sol, que provocam o rompimento de suas moléculas e reagem

com cada molécula de ozônio, quebrando sua ligação. Um único radical livre de

cloro é capaz de destruir 100 mil moléculas de ozônio, o que acelera a diminuição da

camada de ozônio e prejudica a filtração da radiação ultravioleta.

b) Efeito estufa: Fluidos refrigerantes contribuem para o aquecimento global pelo

fenômeno chamado efeito estufa. Este processo ocorre devido às interações entre a

Terra, sua atmosfera e a radiação solar. A radiação solar que atinge a superfície da

Terra é parcialmente absorvida, parcialmente refletida e parcialmente reirradiada e

http://www.ecobrisa.com.br/

9


novamente emitida pela superfície da Terra com comprimento de onda diferente da

radiação que chega. Alguns gases na atmosfera, como o vapor de água, dióxido de

carbono (CO2), metano (CH4), fluidos refrigerantes utilizados em condicionadores de

ar e outros gases, absorvem esta radiação e a reemitem. Estes gases são

chamados de gases de efeito estufa. O efeito líquido é o aquecimento da superfície

da Terra, similar a forma que uma estufa aprisiona a radiação aquecendo o ar dentro

dela. O efeito estufa é importante para a vida e sem ele, a temperatura média na

superfície da Terra seria apenas -18ºC. Entretanto, é previsto que com o aumento da

concentração de gases de efeito estufa na atmosfera, a temperatura da Terra irá

aumentar, provocando graves desastres ecológicos e materiais.

1.2.2.2 Impacto florestal: O painel comercialmente utilizado em climatizador

evaporativo é fabricado de celulose proveniente de árvores. No caso de painéis

evaporativos fabricados a partir de fibras vegetais, existe uma grande quantidade de

materiais de fácil aquisição e baixo custo. O plantio de Esponja Vegetal (Luffa

Cilíndrica) em larga escala pode reduzir este custo e o retorno é rápido. A fibra do

mesocarpo do Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) pode contribuir para a diminuição do

acúmulo de lixo e propiciar maior inclusão social de famílias de baixa renda. A

Tabela 1.3 destaca o custo de aquisição da matéria prima dos três materiais, onde o

preço do painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) fica próximo ao de fibra

de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) devido ao processo industrial, e o painel de fibra

de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) fica elevado devido à aquisição através de

pequenos produtores e não ser industrializado. As dimensões do painel de Celulose

Rígida Corrugada (Papel Kraft) do Climatizador ECOBRISA EB-20 foram utilizadas

como referência para dimensionar os painéis de fibra vegetal, conforme Figura 1.6;

Tabela 1.3 – Custo de aquisição da matéria prima para confecção de painel.

Item Painel de Celulose

(Munters) Fibra de Coco com resina a

base de látex Fibra de Esponja Vegetal de metro

Preço de mercado Em torno de

R$ 1.400,00 / m³ R$7,00 / m²

(gramatura 250 g/m²) R$1,50 a unidade

Mantas - 28 pç de 0,8 x 0,1 m 28 pç de 0,8 x 0,1 m

Preço do painel 0,2 x 0,6 x 0,1 m

R$ 17,00 R$ 16,00 R$ 42,00

10


Figura 1.6 – Dimensões dos painéis evaporativos de fibras vegetais tendo o painel de Celulose do Climatizador de ar ECOBRISA EB-20 como referência.

1.2.2.3 Impacto ambiental: Quanto maior o número de climatizadores evaporativos e

menor o de condicionadores de ar convencionais, o consumo de energia global

cresce de forma mais lenta, diminui o risco de “Black-outs”, e consequentemente,

diminuindo o impacto ambiental de novas fontes de energia elétrica (usinas

hidrelétricas, eólicas, entre outras).

1.2.3 Aspectos de análise referentes à saúde.

1.2.3.1 Sensação de bem estar e doenças respiratórias: O condicionador de ar

convencional diminui a umidade específica do ar ambiente (quantidade de vapor de

água em suspensão no ar), provocando ressecamento das mucosas nasais,

epiderme, vias respiratórias, olhos e peles mais sensíveis. Com o climatizador

evaporativo a umidade específica é mantida numa taxa ideal para a maioria dos

ocupantes de um determinado recinto, exceto para pessoas que possuem

dificuldades respiratórias devido a doenças ou pessoas idosas, que podem se sentir

desconfortável em ambientes com alta umidade específica, pois a grande

concentração de vapor de água em suspensão no ar exige mais do sistema

respiratório;

1.2.3.2 Renovação de ar do ambiente: O índice de renovação de ar em

condicionador de ar convencional é muito pequeno em função do tamanho do

ambiente e quantidade de pessoas, ou seja, fica em torno de 5 a 10% de vazão de

ar do aparelho. Em alguns modelos não existe a renovação de ar ou o percentual de

renovação é muito pequeno. No caso do climatizador evaporativo o ar é renovado

em torno de 100% e mantém estável a taxa de oxigênio. Além disso, esta renovação

de ar diminui a possibilidade de aparecimento de colônias de fungos/bactérias no

recinto, e assim, diminui a possibilidade de contágio de gripe nos ocupantes e evita

problemas respiratórios comuns com condicionadores de ar convencionais, como a

rinite;

0,2 m

0,6 m 0,1 m

11


1.2.3.3 Nível de ruído no ambiente: O nível de ruído no ambiente com um

condicionador de ar convencional em operação, causado principalmente pelo

compressor é alto quando comparado com um climatizador evaporativo. Como

nosso corpo tem uma capacidade de adaptação muito grande, normalmente se

aceita passivamente o incômodo barulho do condicionador de ar convencional, que

só percebemos quando o mesmo é ligado ou desligado;

1.2.3.4 Temperatura ambiente: Um condicionador de ar pode reduzir a temperatura

de bulbo seco do ambiente a valores próximos de 18ºC. Já o climatizador

Evaporativo do tipo Direto (RED) de contato ar-água, insuflando ar com temperatura

próxima à temperatura de bulbo úmido de entrada, reduz a temperatura do ar

externo em torno de 10ºC. Contudo, o condicionador de ar convencional consegue

atingir uma faixa de temperatura de conforto ampla, pois não depende muito das

condições do ar externo, onde só é afetado nas condições de verão pelo ar externo

em situações de alta temperatura. Enquanto o climatizador evaporativo possui uma

faixa pequena de temperatura de conforto e só consegue ter boa eficiência de

resfriamento quando o ar externo possui uma alta temperatura e uma baixa umidade

relativa. Contudo, nos meses que a temperatura externa ficar em níveis baixos o

sistema de recirculação de água não necessita ser usado, e o aparelho funciona

como um simples ventilador ou exaustor.

Entre todas as justificativas apresentadas as mais significantes para o

consumidor referem-se ao custo de aquisição e a garantia de atingir a temperatura

de conforto térmico. Assim, atualmente o condicionador de ar convencional leva

vantagens, pois poucos consumidores estão preocupados com o custo pós-

aquisição (Exemplo: custo de operação e manutenção), aspectos ambientais e

possuem poucas informações sobre a relação destes aparelhos e sua saúde. Desta

forma este trabalho se propõe a encontrar painéis fabricados a partir de fibras

vegetais que possam ser usados como alternativa de menor custo de produção, com

eficiência de resfriamento evaporativo próximo ou melhor que a Celulose Rígida

Corrugada (Papel Kraft) a fim de diminuir o custo de produção e torná-lo mais

acessível para os consumidores. Sendo assim, cabem as empresas fabricantes de

climatizadores evaporativos divulgarem mais seus produtos e incentivarem

pesquisas nas instituições educacionais, estreitando a relação entre consumidor e

produto, e ao mesmo tempo, as instituições educacionais devem buscar recursos

financeiros para desenvolver pesquisas mais apuradas com ou sem incentivos

governamentais.

12


Vale salientar que o comparativo apresentado se referiu a condicionadores de

ar e climatizadores evaporativos de pequeno porte, mas existem condicionadores de

ar com capacidade de refrigeração numa faixa ampla, que pode atender desde

ambientes pequenos a grandes, e da mesma forma existem climatizadores

evaporativos que atendem uma gama maior. Porém, é necessário analisar quando

cada aparelho pode substituir o outro e propiciar sensação de conforto e bem estar

aos ocupantes do recinto.

1.3 Estado da arte.

Com o intuito de conhecer melhor o processo de resfriamento evaporativo e

encontrar formas de aumentar a eficiência de resfriamento, bem como propor novos

materiais e arranjos, muitos estudos foram desenvolvidos, seja de cunho teórico,

experimental ou aplicado e serviram de parâmetros para auxiliar no desenvolvimento

do presente trabalho de Tese. Assim, apresenta-se aqui um estudo bibliográfico com

reflexões do conteúdo apresentado, correlacionado com o trabalho de Tese.

Macher et al. (1995) na Califórnia, EUA, verificaram experimentalmente a

possibilidade de sistemas de resfriamento evaporativo ficar contaminado por

bactérias. Neste experimento a bandeja de depósito da água foi contaminada com

mais de 106 unidades de formação de colônia (cfu/ml-1) de bactéria. O ar na sala,

onde estava instalado o climatizador evaporativo, foi monitorado durante toda

operação para detectar a presença de bactéria no ar de saída do aparelho, e na

água de entrada do sistema de abastecimento e recirculação. A concentração média

de bactéria do ar no interior foi de 1,2 e 2,4 ufc/m-3 na baixa e alta velocidade do

ventilador (a vazão volumétrica e a velocidade de ar através do painel de contato do

climatizador evaporativo foram de 23 e 44 m3/min, 0,47 e 0,89 m/s). Destacam que

um bom funcionamento e manutenção dos climatizadores evaporativos

provavelmente asseguram um mínimo de exposição humana aos microorganismos

potencialmente nocivos e outros materiais que possam se multiplicar em bandejas

com água, evitando a transferência para o recinto através de respingos de água. É

de suma importância conhecer sobre como aparece e quais condições propicia a

ocorrência da proliferação de fungos, bactéria e algas nos painéis evaporativos,

contudo o trabalho proposto não desenvolveu uma análise química para detectar a

presença destes, mas ciente da possibilidade da ocorrência destaca os meios para

eliminá-los ou minimizá-los.

13


Leal (1997) em Campinas, Brasil, desenvolveu um Sistema Gerador de

Processos Psicrométricos – SIGEP. Com equipamentos/instrumentos adequados,

variaram basicamente, em cada processo gerado pelo SIGEP, as vazões e as

potências elétricas requeridas pelos diferentes sistemas de condicionamento de ar,

que através de um sistema de aquisição de dados acoplado a um microcomputador,

obtiveram, principalmente, a umidade relativa, as velocidades e as pressões dos

fluidos, as temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido de pontos estratégicos,

dentro e fora do volume de controle, a fim de efetuar análise energética e exergética.

Leal (1997) afirma que a metodologia de avaliação pela 1ª e 2ª Lei da

Termodinâmica aplicada em processos de condicionamento de ar é tecnicamente

viável. Ele verificou ainda que a avaliação baseada exclusivamente na 1ª Lei da

Termodinâmica (avaliação energética), em quase a totalidade dos processos

gerados pelo SIGEP, era menos rigorosa que a avaliação exergética, e fornece com

isso uma falsa idéia da real capacidade de realizar trabalho de um sistema, pois

apresenta valores de eficiências energéticas, quase sempre, muito superiores

daqueles calculados pela avaliação exergética. A eficiência exergética para

resfriamento evaporativo, envolvendo especificamente o painel de contato ar-água é

quase totalmente reversível, onde uma parcela muito pequena representa a

irreversibilidade. Sendo assim, este trabalho de Tese se fundamenta apenas na

eficiência energética. Considerando que a eficiência exergética é mais interessante

para a avaliação do sistema de forma mais abrangente, tais como: todo sistema de

resfriamento evaporativo (painel, exaustor, bomba de recirculação de água,

tubulações, registros, etc.) ou uma planta industrial, entre outros. Assim, pode-se

identificar onde fazer melhorias para diminuir as perdas, aumentar a eficiência e

diminuir os custos.

Strobel et al. (1999) em Ohio, EUA, apresentam tabelas para determinação do

fluxo de água mínimo e capacidade mínima da bomba de recirculação de água para

sistemas de Resfriamento Evaporativo Direto (RED). Sugerem taxas de renovação

de ar requeridas para estufas específicas para animais, dimensões e localização do

painel e do exaustor. Aconselham três estágios das condições de conforto térmico

no interior da estufa: quente, morno e frio, onde a recirculação de água é utilizada

pelo sistema apenas nos meses quentes. Além disso, indicam colocar termostatos

na estufa, como também, descrevem como proceder para efetuar uma manutenção

e prolongar a vida útil dos painéis evaporativos. A definição das vazões de água

14


utilizadas no experimento do trabalho de Tese seguiram as instruções de Strobel et

al. (1999).

Joudi e Mehdi (2000) no Iraque apresentam um estudo de aplicação do

Resfriamento Evaporativo Indireto (REI) a uma residência típica localizada na cidade

de Bagdá, sistema este com carga de resfriamento variável. O sistema de

Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI) tinha um trocador de calor tipo placa

com fluxo cruzado tendo-se desenvolvido um modelo teórico. Analisaram e

compararam quatro sistemas: somente Ventilação, Resfriamento Evaporativo do tipo

Direto (RED), Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI) e um sistema de dois

estágios composto de um Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED) e um

Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI). Concluíram que o sistema de dois

estágios fornece a máxima capacidade de resfriamento. Este artigo foi de suma

relevância para compreender sobre características, princípio de funcionamento e

eficiência de resfriamento evaporativo de um e dois estágios, apesar do trabalho de

Tese ser dirigido especificamente para sistema de Resfriamento Evaporativo do tipo

Direto (RED).

Maheshwari et al. (2001) no Kuwait desenvolveram pesquisas voltadas para

conforto térmico utilizando Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI). Segundo

Maheshwari et al. (2001) as grandes diferenças entre as temperaturas de bulbo seco

e bulbo úmido durante o verão podem ser vantajosas para uso de ar fresco pré-

resfriado para o condicionamento de ar de ambientes através de Resfriamento

Evaporativo do tipo Indireto (REI). Apresentam uma avaliação analítica, utilizando os

resultados da eficiência de resfriamento evaporativo e consideraram o registro de

dados meteorológicos de localidades costeiras e interiores do Kuwait. A capacidade

de refrigeração dos aparelhos foi estimada de 3,1 e 2,4 toneladas de refrigeração,

para o interior e as zonas costeiras, respectivamente. Enfatizaram que os requisitos

de energia de condicionadores de ar convencional para climatização nessas áreas

ficam entre 3,85 e 4,93 kW, em comparação com apenas 1,11 kW necessários

utilizando o Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI). A maior contribuição

deste artigo foi enfatizar que as grandes diferenças entre as temperaturas de bulbo

seco e temperatura de bulbo úmido durante o verão podem ser vantajosas para o

uso de ar fresco pré-resfriado para o condicionamento de ar de ambientes através

de um climatizador evaporativo e destacar que não se devem ignorar os registros de

dados meteorológicos das localidades onde se pretende utilizar um sistema de

resfriamento evaporativo.

15


Liao e Chiu (2002), em Taiwan, República da China, desenvolveram um túnel

de vento compacto para determinar os coeficientes de transferência de calor e

massa, como também a eficiência de resfriamento evaporativo de painéis

alternativos. Dois materiais alternativos, um painel feito em malha com espaçamento

de 2,5 mm de fio grosso de PVC revestido de esponja sintética e outro feito de

malha com espaçamento de 7,5 mm de fio fino de PVC revestido também de

esponja sintética. Estes painéis, antes de serem testados no túnel de vento, foram

encharcados em água durante 24 horas. Já nas condições experimentais, esperou-

se uma estabilização das condições de fluxo mássico de água e ar com as

condições de transferência de calor e massa ambiente. Fixando o fluxo mássico de

água e variando o fluxo mássico de ar examinou os efeitos da velocidade do ar, do

fluxo de água, da queda de pressão estática e da espessura do painel em relação à

eficiência de resfriamento, isto é, permitindo um período de 10 minutos para

estabilização entre as novas condições de fluxo mássico de ar. Os resultados de

eficiência de resfriamento evaporativo ficaram em torno de 81,75 a 84,48% para o

painel mais espesso e de 76,68 a 91,64% para o painel mais fino. Este artigo tem

um conteúdo bem abrangente em termo de contribuição para o trabalho de Tese,

onde os autores destacam materiais e métodos de forma clara e mostram o modelo

matemático proposto, como também, os resultados sobre a eficiência de


Kant et al. (2002) em Nova Déli, Índia, apresentam um artigo em que

examinaram a possibilidade de utilizar resfriamento evaporativo nos meses de verão.

Simularam o efeito do número de trocas de ar por hora e do fator de by-pass (FBP)

no desempenho do sistema. Concluíram que se a temperatura e a umidade relativa

são altas no ambiente, o sistema de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED)

não proporciona conforto, mas combinações apropriadas de trocas de ar e de fator

de by-pass (FBP) podem ser utilizadas para propiciarem melhores resultados. Fica

evidente que a umidade relativa alta com muita umidade específica (vapor de água

presente no ar) inviabiliza o emprego de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto

(RED), mas existem mecanismos que podem ser utilizados para obtenção de

melhores resultados. Para o funcionamento do Túnel de Testes do trabalho de Tese,

considerando que a umidade específica da cidade do Recife é alta, utilizou-se uma

serpentina evaporadora de um condicionador de ar em operação na entrada para

diminuir a quantidade de vapor de água presente no ar.

16


Al-Sulaiman (2002), em Dhahran, Arábia Saudita, projetou um protótipo de

túnel de vento para avaliar o desempenho de painéis evaporativos de fibras vegetais

em substituição a painéis evaporativos fabricados de Celulose Rígida Corrugada

(Papel Kraft) com canais desencontrados. As fibras escolhidas foram a fibra da haste

da Palma (Palm), da Juta (Corchorus Capsularis) e da Esponja Vegetal (Luffa

Cilíndrica). Nos testes foram considerados a eficiência de resfriamento evaporativo,

o desempenho do material e a deterioração da eficiência de resfriamento. Os

resultados mostraram que a eficiência de resfriamento média foi de 62,1% para a

Juta (Corchorus Capsularis), 55,1% para a Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica), 49,9%

para a Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) e 38,95% para a Palma (Palm). No

teste de desempenho foi definido qual a quantidade de sal presente e o volume do

material após ser encharcado em água (biodegradação). Na ordem crescente, a Juta

(Corchorus Capsularis) teve menos depósito de sal, seguida pela Palma (Palm),

Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) e Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft). Já no

requisito de biodegradação a Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) obteve melhor

resistência para manter-se com o volume constante, seguida pela Palma, Celulose

Rígida Corrugada (Papel Kraft) e Juta (Corchorus capsularis). Quanto à diminuição

da eficiência de resfriamento evaporativo a Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) obteve

melhor desempenho, seguida da Palma (Palm) e da Celulose Rígida Corrugada

(Papel Kraft). A Juta (Corchorus Capsularis) apresentou o pior resultado. Os

resultados totais indicam que a Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) obteve mais

vantagens. Entretanto, se a superfície da Juta (Corchorus Capsularis) puder ser

trabalhada para melhorar sua resistência à biodegradação, fornecerá a melhor

opção. Este artigo tem um grande valor para o trabalho desta Tese, pois é

direcionado para resfriamento evaporativo utilizando painéis de contato ar-água

fabricado a partir de fibras vegetais. Além disso, evidencia detalhes de

desenvolvimento do túnel de vento utilizado e dos resultados obtidos para

caracterizar cada amostra e sua respectiva eficiência de resfriamento evaporativo.

Daí e Sumathy (2002) em Hong Kong estudaram o material constituinte da

célula evaporativa de um Climatizador evaporativo do tipo contato. Um modelo

matemático para a temperatura de interface ar-água foi desenvolvido. A análise dos

resultados demonstrou que existe um tamanho considerado ótimo para o canal de

ar, o que resulta em uma menor temperatura de saída e que o desempenho do

sistema pode ser melhorado com a otimização dos parâmetros de operação, como

fluxo mássico da água de alimentação e de ar do processo, bem como diferentes

17


tamanhos do painel evaporativo. Através do modelo matemático puderam executar

simulações numéricas com diferentes áreas de contato ar-água, espessura do painel

evaporativo, configurações, parâmetros de entrada, entre outros, e assim,

determinar a influência de cada um no resultado da eficiência de resfriamento

evaporativo. Sendo este o mesmo raciocínio utilizado no trabalho de Tese.

Silva (2002) em Viçosa, Brasil, destaca que em regiões tropicais e subtropicais,

a exemplo do Brasil, os altos valores de temperatura e a baixa umidade relativa do

ar, sobretudo no verão, têm se mostrado como fatores que mais afetam a produção

de frango de corte. E, visando a promover o arrefecimento térmico e melhorar o

ambiente interno das instalações, a avicultura industrial brasileira vem adotando

sistemas climatizados com ventilação em modo de túnel associados a sistema de

resfriamento evaporativo composto de placas de material poroso umedecido por

gotejamento ou aspersor. Usualmente são empregados nestes sistemas placas de

Celulose Rígida Corrugada. O objetivo de Silva (2002) foi estudar a possibilidade de

substituição da Celulose Rígida Corrugada por argila expandida (cinasita). Avaliou-

se a eficiência dos distintos painéis evaporativos no arrefecimento térmico do ar no

interior do galpão. Silva (2002) certificou que os painéis de Celulose Rígida

Corrugada proporcionam melhores índices de conforto térmico e eficiência

evaporativa no arrefecimento térmico do que o material alternativo (cinasita). A

cinasita demonstrou bom potencial para utilização como painel evaporativo,

entretanto há necessidade de posteriores investigações visando ao melhor

dimensionamento. Silva (2002) demonstrou que a argila expandida (cinasita) pode

ser utilizada como material alternativo, pois possui características favoráveis de

densidade, porosidade, durabilidade e disponibilidade no comércio, sugerindo que

satisfaz as exigências pertinentes a um bom material poroso, podendo substituir,

com vantagem econômica, a Celulose Rígida Corrugada. A contribuição para o

trabalho de Tese é a formatação do túnel de vento e os resultados de eficiência de

resfriamento evaporativo dos painéis de contato ar-água.

Castro e Pimenta (2004) em Brasília, Brasil, simularam a transferência de calor

e massa em painéis de contato ar-água usados em sistema de Resfriamento

Evaporativo do tipo Direto (RED) através de modelos matemáticos e correlações

empíricas, de forma computacional, com o intuito de comparar os dados obtidos nas

simulações com os dados do fabricante para determinar a eficiência de resfriamento

e a perda de carga. Observou-se uma boa concordância entre os resultados obtidos

com as simulações e os dados do fabricante, o que validou o modelo de

18


transferência de calor e massa adotado. Uma estimativa da queda de pressão no

painel evaporativo de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) também foi calculada.

Para isso, utilizou-se um modelo semi-empírico a partir dos dados do fabricante.

Assim foi possível simular o painel para diferentes velocidades do ar com as curvas

de aproximação obtidas. Os resultados foram comparados com o modelo de cálculo

de queda de pressão em painéis de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft),

mostrando uma maior concordância com os dados do fabricante. O artigo de Castro

e Pimenta (2004) é uma referência que serviu como ponto de partida para a análise

da transferência de calor e massa no painel evaporativo de contato ar-água.

El-Dessouky et al. (2004) no Kuwait construíram um protótipo de um sistema

de Resfriamento Evaporativo de dois estágios, constituindo-se de um Resfriador

Evaporativo do tipo Indireto (REI) seguido por um Resfriador Evaporativo do tipo

Direto (RED), para avaliar o desempenho de cada tipo de sistema funcionando de

forma independente e em conjunto. A temperatura média de entrada ficou em torno

de 45ºC. Na avaliação, foram consideradas varias espessuras do painel evaporativo,

variação do fluxo mássico de água e de ar no Resfriador Evaporativo do tipo Direto

(RED) e Resfriador Evaporativo do tipo Indireto (REI), configurações diferentes do

Resfriador Evaporativo do tipo Indireto (REI) com um único trocador de calor, dois

trocadores de calor em série e em paralelo. Os resultados foram medidos e

armazenados em um sistema de aquisição de dados. A eficiência de resfriamento

evaporativo () do sistema de dois estágios composto pelo Resfriador Evaporativo

do tipo Indireto (REI) e Resfriador Evaporativo do tipo Direto (RED) ficou em torno de

90 a 120%. Neste caso, a eficiência de resfriamento pode ultrapassar os 100%,

limite teórico para um Resfriador Evaporativo do tipo Direto (RED), visto que a

temperatura da água atinge valores mais baixos entre os dois sistemas, e em

consequência, uma temperatura de bulbo úmido bem menor. Já o Resfriador

Evaporativo do tipo Direto (RED) ficou em torno de 63 a 93%. Enquanto o

Climatizador Evaporativo do tipo Indireto (REI) ficou em torno de 20 a 40%. Em

resumo, os resultados e a análise do experimento indicaram uma atratividade dos

sistemas de resfriamento evaporativo para conforto ambiental. Da mesma forma que

Joudi e Mehdi (2000), este artigo introduz informações relevantes que ajudam a

compreender detalhes sobre as características construtivas, princípio de

funcionamento e eficiência de resfriamento evaporativo () dos Resfriadores

Evaporativos do tipo Direto (RED) e Resfriadores Evaporativos do tipo Indireto (REI),

19


como também de dois estágios, e auxiliaram no desenvolvimento dos trabalhos de

Tese.

Camargo et al. (2005) em Brasília, Brasil, publicaram um artigo que trata sobre

Resfriador Evaporativo do tipo Direto (RED), definindo o desempenho com o

aparelho funcionando durante o verão na cidade de Brasília. Apresentam o princípio

básico do processo de resfriamento evaporativo e o modelo matemático

desenvolvido a partir de equações de um balanço de energia, e finalmente,

determinaram a eficiência de resfriamento do sistema. Da mesma forma que Castro

e Pimenta (2004) este artigo serviu como referência para a análise da transferência

de calor e massa no painel evaporativo de contato ar-água.

Barros (2005) em Recife, Brasil, utilizou uma bancada experimental em forma

de túnel de vento para avaliar o desempenho de fibras vegetais a serem usadas

como superfícies molhadas em resfriamento evaporativo de contato ar-água. As

fibras selecionadas foram de Sisal (Agave Sisalana) e de Coco (Cocos Nucifera

Linnaeus). Para determinar a eficiência de resfriamento evaporativo () um painel de

Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) foi escolhido como referência. A bancada

mostrou-se apropriada e os resultados mostraram uma melhor eficiência de

resfriamento evaporativo para a fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) com 53%,

seguido pela fibra de Sisal (Agave Sisalana) com 43,94% e por último pelo painel de

Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) com 41,22%. Barros declara que os

resultados podem melhorar com arranjos que aumente a área de interface ar-água.

Este trabalho desenvolvido por Barros (2005) serviu de partida para os trabalhos

experimentais de Tese, principalmente porque o mesmo túnel de vento foi utilizado

com algumas alterações construtivas, como também, novos arranjos de painéis de

fibras de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) e Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) foi

confeccionada com configurações mais próximas da Celulose Rígida Corrugada

(Papel Kraft). Deste modo, pode-se obter resultado de eficiência de resfriamento

evaporativo com condições de entrada mais próximas de vazão de ar, vazão de

água e parâmetros psicrométricos de entrada.

Alodan e Al-Faraj (2005) em Riad destacam que os sistemas de resfriamento

evaporativo utilizados comercialmente na Arábia Saudita são de Celulose Rígida

Corrugada (Papel Kraft), que por sua vez, são relativamente dispendiosos. No

entanto, minerais e poeira presentes no ar e na água podem encurtar a vida útil

destes. Assim, descrevem uma nova alternativa de painel evaporativo fabricado de

folhas de metal galvanizado. O painel proposto possui folhas alinhadas verticalmente

20


em forma de ziguezague, onde o distanciamento entre as folhas foi em torno de

7,5mm. A água é despejada na parte superior do painel em forma de gotas através

de pequenos orifícios. O ar externo exaurido pelo exaustor é resfriado ao passar

pelo painel em forma de ziguezague, isto é, ocorre o fenômeno provocado pela

evaporação de uma parcela da água gotejada, e assim, aumenta-se a umidade

específica deste mesmo ar. O estudo utilizou espessuras do painel de 0,15 m; 0,3 m

e 0,45 m. Cada painel foi testado durante 24 horas e os dados foram capturados por

um sistema de aquisição e armazenados a cada dez segundos em um

microcomputador. Para as condições mais severas da temperatura de bulbo seco do

ar externo, a média da eficiência de resfriamento evaporativo foi de 76%, 86% e

88%, para os painéis evaporativos com profundidade de 0,15 m; 0,3 m e 0,45 m,

respectivamente. Alodan e Al-Faraj (2005) destacam as características construtivas

e os procedimentos em que o painel evaporativo de metal foi submetido, tais como

intervalo de tempo para cada medida e tempo total de cada medição. O tempo total

utilizado pelo trabalho experimental de Tese foi de 20 minutos com um intervalo de

tempo de 15 segundos entre cada medição, visto que, um tempo total maior poderia

ser afetado pelas variações das condições psicrométricas do ar de entrada,

dificultando a estabilização em regime permanente.

Paz (2005) desenvolveu um trabalho sobre o tratamento químico da água em

sistemas de resfriamento recirculante, visando à redução dos riscos associados à

bactéria Legionella. Paz (2005) aborda informações sobre a bactéria Legionella, tais

como: microbiologia, ecologia, doença do legionário e febre Pontiac e seus sintomas.

Neste trabalho cita os principais sistemas de resfriamento recirculante e suas

características, as melhores práticas operacionais e de manutenção, a fim de

minimizar os riscos associados com a presença deste organismo em sistemas de

resfriamento, recomendações para o tratamento químico da água, monitoração e

tratamento de rotina, desinfecção de emergência, os principais equipamentos de

proteção individual, formas de manutenção de registros e fornece sugestões para

melhoria no campo do controle da bactéria Legionella, visando à adequação às

normas sanitárias vigentes. Para minimizar a proliferação da Legionella e o risco de

Doença do Legionário a ela associado, Paz (2005) destaca a necessidade de

minimização da estagnação da água, minimização de vazamentos e/ou respingos

para o ambiente climatizado, manter a limpeza geral do sistema, aplicar inibidores de

incrustação e corrosão, controlar a população microbiana total e manter programas

de conscientização de funcionários. Este trabalho destaca aspectos relevantes que

21


foram mencionados no trabalho de Tese. Sabendo que o tratamento químico constitui

apenas um dos aspectos da minimização do risco. O projeto, a operação e as práticas

de manutenção também são vitais para reduzir os riscos à saúde associados com os

sistemas de resfriamento.

Camargo et al. (2006) em Taubaté, Brasil, descrevem três métodos que podem

ser usados como referência para definir a eficiência de resfriamento evaporativo

aplicados a conforto térmico humano em regiões tropicais e equatoriais. Estes foram

aplicados em condições severas para a cidade de Brasília durante diferentes

condições climáticas. O princípio básico de funcionamento do Resfriamento

Evaporativo do tipo Direto (RED) e Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI) é

explicitado, e a eficiência de resfriamento evaporativo é definida. Destacam ainda

que os dados mais importantes para um engenheiro ou projetista ao considerar

aplicações de sistema de resfriamento evaporativo é considerar registros climáticos

para a região específica, a fim de descobrir o que pode ser feito a respeito do

conforto térmico. Frisam que os sistemas de resfriamento evaporativo têm um

potencial muito grande para propiciar conforto térmico e ainda pode ser usado como

uma alternativa aos sistemas convencionais em regiões onde a temperatura de

bulbo úmido de projeto é inferior a 24ºC. Em consequência destas informações,

pode-se afirmar que a temperatura de bulbo seco de saída do painel evaporativo de

contato ar-água pode se aproximar da temperatura de bulbo úmido de entrada e

ficar dentro de uma faixa aceitável de conforto ambiental.

Araújo (2006) em Recife, Brasil, utilizou o túnel de vento construído por Barros

(2005) para identificar as principais características de eficiência de resfriamento

evaporativo que os painéis fabricados a partir das fibras vegetais de Esponja Vegetal

(Luffa Cilíndrica), Sisal (Agave Sisalana) e Coco (Cocos Nucifera Linnaeus)

possuem quando comparadas com o painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel

Kraft). Destacando que as fibras vegetais foram reorganizadas em arranjos

diferentes de Barros (2005). A eficiência de resfriamento do Sisal foi 44,95%

( entrada = 52,4% e = 0,85 m/s), a Esponja Vegetal foi 44,72% ( entrada = 38,44% e

= 0,4 m/s), a fibra de Coco foi 52,24% ( entrada = 36,03% e = 1,83 m/s) e a

Celulose Rígida Corrugada foi 65,92% ( entrada = 26,27% e = 1,9 m/s), em média.

O túnel de vento utilizado por Barros (2005) e posteriormente por Araújo (2006) foi

utilizado no trabalho experimental desta Tese, porém, foram realizadas varias

modificações construtivas, tanto do túnel de vento quanto do painel evaporativo. Os

22


arranjos dos painéis de fibras vegetais desenvolvidos por Araújo (2006) não

possibilitavam condições próximas de vazão de ar em comparação ao painel de

Celulose Rígida corrugada. Com relação à Esponja Vegetal a formatação do arranjo

em rodelas colocadas aleatoriamente na gaiola de testes alterava toda vez que

fosse retirada e recolocada, principalmente devido às dimensões de cada rodela e

seu posicionamento, como também com relação às diversas dimensões dos vazios

no interior das rodelas. O painel fabricado com corda de fibra de Coco e sisal

obtiveram velocidades mais próxima da Celulose Rígida Corrugada (Papel kraft),

mas a formatação do arranjo não foi definida, tais como: quantidade de material,

diâmetro da corda, espaçamento entre as cordas, e dificultando a reprodução da

estrutura do arranjo. Um experimento deve ter um arranjo construtivo do painel que

possua condições de ser reproduzido com as mesmas condições de entrada. Desta

forma, os arranjos dos painéis utilizados no experimento da Tese foram submetidos

às mesmas condições de vazão de ar, vazão de água e condições psicrométricas do

ar de entrada.

Lopes et al. (2006) em Campinas, Brasil, analisaram a viabilidade econômica e

aceitação popular da implantação de Sistemas de Resfriamento Evaporativo do tipo

Direto (RED) na substituição de condicionadores de ar convencionais no bloco A da

Faculdade de Engenharia Mecânica/UNICAMP. Os dois métodos de resfriamento

ambiental foram avaliados levando-se em conta parâmetros como potência, carga

térmica, energia consumida, custo de implementação, vantagens e desvantagens.

Segundo Lopes et al. (2006) os sistemas de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto

(RED) apresentaram uma grande vantagem sobre os condicionadores de ar

convencionais, isto é, quando se procura um conforto térmico de pessoas e

diminuição de impactos ambientais negativos, todavia são pouco conhecidos do

público. Este trabalho é interessante por correlacionar fatores interligados aos dois

sistemas de resfriamento ambiental, e foi utilizado como parâmetro para justificar o

ganho financeiro com a diminuição da energia elétrica consumida pelo climatizador

evaporativo em relação ao condicionador de ar convencional.

Fuchs et al. (2006) em Israel trabalharam com Resfriamento Evaporativo do

tipo Direto (RED) utilizando painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel kraft) para

melhorar as condições psicrométricas do ar de uma estufa com plantas. Segundo

suas argumentações, considerações ecológicas e econômicas motivam o uso de

irrigação de ciclo fechado para facilitar o crescimento de culturas em estufa com

substratos artificiais, submetendo plantas a um aumento do estresse osmótico

23


devido à concentração do soluto acrescido na solução irrigada. Um climatizador

evaporativo foi instalado na estufa para diminuir a taxa de transpiração, aumentando

a quantidade de vapor de água presente no ar e diminuindo o ritmo da acumulação

de soluto. Como resultado, um aumento de umidade no ar atenuou a salinidade

induzindo uma diminuição da taxa de transpiração. Esse artigo se torna interessante

para o trabalho experimental de Tese, pois no primeiro momento, entende-se que o

resfriamento evaporativo é especifico para conforto térmico.

Cachuté et al. (2006) em Uberlândia, Brasil, apresentam uma simulação do

processo de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED), fazendo uso das

práticas da Dinâmica dos Fluidos Computacional, através do programa de simulação

computacional com código CFX (programa ANSYS Workbench), utilizando painel

evaporativo de Celulose Rígida Corrugada. O objetivo foi avaliar, de forma

qualitativa, a queda de pressão ao longo do fluxo de ar através do painel evaporativo

de contato ar-água devidamente umedecido por um fluxo constante de água e com

temperatura pré-estabelecida, através da simulação do escoamento no qual está

inserido, levando em consideração suas características dimensionais e variáveis de

estado. Os resultados desta simulação permitiram uma razoável visualização da

queda de pressão no processo, para as velocidades do ar de 0,5 a 3,5 m/s. Desta

forma concluíram que, a metodologia apresentada é uma ferramenta adequada para

avaliação deste tipo de painel utilizado em processo de Resfriamento Evaporativo do

tipo Direto (RED). A perda de carga encontrada no trabalho de Tese identifica um

valor único pela diferença entre a pressão estática de entrada e de saída obtida de

forma experimental com a utilização de Tubo de Pitot e sistema de aquisição de

dados portátil, enquanto a utilização deste recurso utilizado por Cachuté et al. (2006)

possibilita definir uma faixa de perda de carga em função do deslocamento do fluxo

de ar no painel evaporativo por simulação numérica.

Carossi (2006) em Uberlândia, Brasil, desenvolveu um método matemático

para mapear regiões brasileiras com potencial de utilizar sistemas de resfriamento

evaporativo no condicionamento de ar ambiente. O climatizador evaporativo utilizado

tem capacidade de resfriar ambientes de até 50 m². Os mapas climáticos das

temperaturas e umidades relativas do ar foram sobrepostos e possibilitaram a

caracterização das regiões onde as condições do ar estejam dentro de valores

passíveis de utilização de sistema de resfriamento evaporativo. Os dados climáticos

de temperatura e umidade relativa do ar adquiridos nesta sobreposição foram

usados como entrada no modelo matemático, que forneceu os dados de saída, e

24


assim, foram analisados e descartadas as regiões cujos valores da temperatura e

umidade relativa do ar não se encontram dentro dos parâmetros de conforto térmico.

Desta forma, obteve-se o mapa climático onde o sistema de resfriamento

evaporativo tem potencial de ser utilizado, mês a mês e por estado. O trabalho de

Carossi (2006) é específico na caracterização das regiões brasileiras que possuem

potencial de uso do resfriamento evaporativo fornecendo a informação dos meses

mais propícios para obter uma melhor eficiência de resfriamento evaporativo. Esta

informação se refere principalmente à intensidade da temperatura de bulbo seco e

umidade relativa obtida na entrada do painel evaporativo, ou seja, quanto maior a

temperatura de bulbo seco e menor a umidade relativa melhor a eficiência de


Hosseini et al. (2007) em Tehran, Iran, desenvolveram um sistema de

resfriamento evaporativo de pequeno porte e adaptaram numa turbina a gás com

ciclo combinado para fazer uma modelagem e avaliação da eficiência de

resfriamento evaporativo. No modelo proposto, eles se basearam em diferentes

parâmetros, como a velocidade do ar de admissão, forma geométrica, dimensões e

espessura média. A análise dos resultados do experimento mostrou que a eficiência

de resfriamento evaporativo diminuiu quando ocorreu um aumento da perda de

pressão e aumento da velocidade do ar. A taxa de evaporação da água e a

diminuição da temperatura do climatizador foram calculadas. Os efeitos da

temperatura de bulbo seco, umidade relativa e pressão do ambiente foram

investigados minuciosamente. Os resultados analíticos e práticos mostraram que a

saída da turbina a gás do ciclo combinado da usina ficou com temperatura de bulbo

seco do ambiente em torno 38ºC e umidade relativa em torno de 8% em relação a

11 MW, bem como a queda da temperatura do ar de admissão ficou em torno de

19ºC com o sistema de resfriamento evaporativo. O trabalho de Hosseini et al.

(2007) serve como referência de sistema de resfriamento evaporativo para melhorar

as condições de operação em equipamentos e traz dados relevantes sobre o efeito

da velocidade, perda de carga e evaporação de uma parcela da água recirculada na

eficiência de resfriamento evaporativo.

Lazzarin (2007) em Vicenza, Itália, utilizou uma carta psicrométrica para

enquadrar as condições de conforto ambiental utilizando sistemas de Resfriamento

Evaporativo do tipo Direto (RED) e Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI),

em zonas, para ser utilizado em diversas condições climáticas. O intuito foi facilitar a

escolha, de forma simples e direta, do tipo de sistema mais eficiente para um

25


determinado ambiente. Construíram um túnel de vento com duas configurações

diferentes munidos de ventilador centrífugo; registro motorizado; serpentina de pré-

aquecimento, pós-aquecimento e resfriamento; umidificador adiabático; trocador de

calor tipo serpentina com aletas; laminador de ar; bandeja coletora de água e bomba

de recirculação de água. O trabalho de Lazzarin (2007) é muito parecido com o de

Carossi (2006), mudando a localidade de mapeamento das condições climáticas

propícias para o resfriamento evaporativo, e da mesma forma, é de suma

importância sua observância.

Heidarinejad e Bozorgmehr (2007) no Iran modelaram um sistema de

Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED) e outro com Resfriamento

Evaporativo do tipo Indireto (REI). Este modelo foi obtido a partir das equações que

regem a transferência de calor e massa. Fatores que afetam a eficiência de

resfriamento evaporativo, tais como taxas de fluxo de massa, geometria e

configuração de fluxo de ar foram consideradas. Os resultados mostraram que a

eficiência de resfriamento evaporativo depende do fluxo mássico de ar, do

espaçamento entre placas de passagens úmidas e secas. A eficiência de

resfriamento evaporativo deste sistema para condições típicas de algumas cidades

iranianas foi investigada. A principal contribuição deste trabalho são os fatores que

afetam a eficiência evaporativa.

Vigoderis et al. (2007) em Viçosa, Brasil, publicaram um trabalho experimental,

onde construíram um protótipo de túnel de vento para analisar o desempenho de

argila porosa expandida e umedecida com água para ser utilizada como painel de

contato ar-água em sistema de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED) de

ambientes específicos para animais. O desempenho da argila foi comparado com

um painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel kraft), que possui boa eficiência de

resfriamento, alta durabilidade quando molhado e seco diversas vezes, mas seu

custo de produção e aquisição é elevado. O protótipo mostrou-se eficiente para

caracterização dos painéis e a argila porosa mostrou-se um material eficiente e

apropriado para utilização em resfriamento ambiental. Este trabalho é muito parecido

com Silva (2002), pois utiliza também túnel de vento destacando os resultados

oferecidos para produtividade na criação de animais em ambientes com resfriamento

evaporativo e os resultados da eficiência de resfriamento evaporativo utilizando

painéis de contato ar-água de Celulose Rígida Corrugada e argila porosa expandida.

Rawangkul et al. (2008) no Cairo, Egito, avaliaram a eficiência de resfriamento

de painéis fabricados a partir das fibras de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) de

26


sistema de resfriamento evaporativo. A principal vantagem é a redução do custo de

investimento dos painéis, considerando que o coqueiro é uma planta com grande

área de plantio mundial. Dois painéis foram fabricados, com configurações

diferentes, a partir das fibras do mesocarpo do Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) e

testados experimentalmente, e os dados obtidos foram comparados com painéis de

Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft). O efeito do coeficiente de transferência de

calor, velocidade do ar, queda de pressão e eficiência de resfriamento foram

examinados de forma criteriosa. A velocidade do ar de suprimento foi controlada na

faixa de 1,88 a 2,79 m/s. Os resultados revelaram que a eficiência de resfriamento

dos painéis de fibra de Coco ficou em torno de 35 e 50% e o de Celulose Rígida

Corrugada ficou em torno de 47%. A queda de pressão estática para os dois tipos de

arranjos de fibra de Coco ficaram em torno de 1,5 e 5,1 Pa. Os resultados revelaram

que a temperatura de bulbo seco de saída para a fibra de Coco ficou em torno de 23

a 28°C. Este trabalho correlaciona vários fatores que interferem no resultado da

eficiência de resfriamento evaporativo e faz um comparativo entre dois tipos de

painéis de fibra de Coco e outro de Celulose Rígida Corrugada. Além disso, utiliza

números adimensionais para determinar o coeficiente convectivo de transferência de

calor e o coeficiente de transferência de massa para a relação ar-água nas

configurações específicas dos painéis utilizados. Sendo assim, é de grande valia

para o trabalho de Tese.

Wu et al. (2008) na China fizeram uma análise teórica de transferência de calor

e massa em sistemas de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED). Uma

correlação simplificada da eficiência de resfriamento evaporativo foi proposta e

baseia-se na análise do balanço de transferência de calor e massa entre o ar e a

água. A correlação pode ser aplicada no climatizador evaporativo com fluxo cruzado,

em que um painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft), umedecido com

água, direciona o ar pelos canais e provoca transferência de calor e massa. A

influência da velocidade do ar de entrada e da espessura do painel sobre a

eficiência de resfriamento evaporativo foi discutida. A correlação simplificada da

eficiência de resfriamento evaporativo destacada por Wu et al. (2008) pode ser

utilizado para painéis construídos com arranjos ou materiais diferentes, tais como o

utilizado no experimento do trabalho de Tese, pois considera dados termofísicos das

condições de entrada e saída do painel evaporativo.

Rosa (2009) em Viçosa, Brasil, avaliou a eficiência de resfriamento evaporativo

de painéis de contato ar-água com um protótipo de um túnel de vento utilizado por

27


Silva (2002) e Vigoderis et al. (2007). Porém, nas pesquisas anteriores foi

demonstrado que a argila expandida (cinasita) possui características favoráveis de

densidade, porosidade, durabilidade e disponibilidade no comércio, sugerindo tratar-

se de que satisfaz as exigências pertinentes a um bom material poroso, podendo

substituir, com vantagem econômica, a Celulose Rígida Corrugada. Contudo, não

findou a questão relativa ao dimensionamento dos painéis de argila expandida em

termos de área, escolha de granulometria e espessura, que possibilitem uma

eficiência de resfriamento evaporativo do ar similar à conseguida com a Celulose

Rígida Corrugada. Assim, Rosa (2009) direcionou seu trabalho para obter um

modelo estatístico que permitiu dimensionar placas porosas em argila expandida

para uma grande faixa de condições de temperatura de bulbo seco e velocidade das

correntes de ar, espessura e granulometria, para emprego em condicionamento de

ar de ambientes em geral. Também aplicou os princípios da conservação de massa

e energia no dimensionamento de placas evaporativas de argila expandida,

validando através do experimento e comparações com o painel evaporativo de

Celulose Rígida Corrugada. Além disso, caracterizou a argila expandida em função

das dimensões e especificações granulométricas que fossem consideradas ótimas

em termos de transferência de calor e massa. Foram encontrados valores de

eficiência de resfriamento evaporativo para os painéis confeccionados com argila

expandida na granulometria 1 (referente a brita 1) em relação à granulometria 2

(referente à brita 2), para todas as espessuras de painéis adotadas (0,06 m; 0,08 m

e 0,1 m de espessura). Verificou-se também, boa eficiência de resfriamento

evaporativo com o painel evaporativo de 0,1 m de espessura para a granulometria 2

da argila. Pela análise estatística de regressão linear múltipla, concluiu-se que os

painéis de argila expandida com granulometria 1 e profundidade de 0,08 m são os

que possibilitam melhor eficiência de resfriamento evaporativo para velocidade do ar

entre 0,49 a 1,05 m/s. O interessante é verificar a possibilidade do uso do mesmo

túnel de testes e o mesmo tipo de material (cinasita) variando as características

destes (quantidade, peso, espessura, entre outros), faixas das condições

psicrométricas, vazões de ar e água de entrada.

Kulkarni e Rajput (2010) analisam a eficiência de resfriamento evaporativo de

dois painéis de contato ar-água com 0,6 m de largura, 0,6 m de altura e 0,3 m de

espessura, com arranjo em forma de feixes de cordas fabricadas com fibras de juta

(Jute) no diâmetro de 25 mm em sistemas de Resfriamento Evaporativo do tipo

Direto (RED). No sentido longitudinal os dois arranjos possuíam uma distância entre

28


as cordas equivalente ao diâmetro da mesma. Já no sentido transversal a distância

entre as cordas era equivalente a 1,5 vezes o diâmetro para o arranjo “A”. Para o

arranjo “B” era equivalente a 1,25 vezes o diâmetro. As propriedades do ar são

avaliadas na temperatura do filme, isto é, somou-se a temperatura de bulbo seco de

entrada com a temperatura de bulbo úmido e dividiu-se por dois. A velocidade

máxima no interior do painel de contato ar-água é de três vezes a velocidade de

entrada para o arranjo “A” e cinco vezes para o arranjo “B”. As condições ambientais

eram de 39,9°C de temperatura de bulbo seco e 32,8% de umidade relativa, ou seja,

condições psicrométricas de verão selecionadas com base em dados

meteorológicos de Bhopal na Índia. A temperatura da superfície das cordas foi

assumida como temperatura de bulbo úmido de entrada, onde a teoria da

transferência simultânea de calor e massa foi aplicada. A evaporação da água na

superfície das cordas reduz a temperatura de bulbo seco do ar. A eficiência de

resfriamento evaporativo, temperatura de bulbo seco de saída do ar e a capacidade

de refrigeração foram calculadas para a vazão mássica de ar equivalente a 0,3 até

0,9 kg/s. A eficiência de resfriamento evaporativo variou entre 57 a 73% para o feixe

do arranjo “A” e 74 a 87% para o arranjo “B”. Os valores da temperatura de bulbo

seco de saída ficaram entre 29,4 a 31,7°C para o arranjo “A” e 27,4 a 29,4°C para o

arranjo “B”. A capacidade de refrigeração variou de 2.638 kJ/h a 11.243 kJ/h para o

arranjo “A” e 13.384kJ/h a 33.852 kJ/h para o arranjo “B”. A potência elétrica do

ventilador ficou entre 4,7 a 104,2 W para o arranjo “A” e 16,4 a 323,9 W para o

arranjo “B”. Kulkarni e Rajput (2010) certificaram que o arranjo “B” de cordas

compactas permite uma maior eficiência de resfriamento evaporativo, maior

capacidade de refrigeração, maior perda de carga, e consequentemente, maior

potência elétrica do ventilador. As fibras de juta (Jute) têm grande capacidade de

retenção de umidade e podem ser usadas como painel de contato ar-água em

Refrigerador Evaporativo do tipo Direto (RED), pois obteve um bom desempenho

quando utilizado no arranjo tipo feixe.

Sachdeva, Chaube e Rajpu (2010) apresentam a praticidade de sistemas de

resfriamento evaporativo em diversas cidades da Índia, caracterizada por climas

diferentes. Utilizaram o índice de viabilidade ( vI ) para definir se as condições

externas de temperatura de bulbo seco de entrada ( ebsT , ) e a depressão de bulbo

úmido na saída ( sdT ) são favoráveis para o resfriamento evaporativo de algumas

cidades da índia, conforme Equações 1.1 e 1.2. Quando os resultados dos índices

29


de viabilidade ficaram menores que 10 foram considerados viáveis, quando ficaram

entre 10 e 16 foram considerados aceitáveis no limite, e quando ficaram acima de 16

foram considerados inaceitáveis para o resfriamento evaporativo. Concluíram que os

sistemas de resfriamento evaporativo possuem um grande potencial que propicia

conforto térmico e podem ainda ser usados como uma alternativa aos sistemas

convencionais nas regiões onde a temperatura isobárica de projeto esteja abaixo de

24ºC. Também pode ser usado com sistemas de condicionamento de ar onde o

sistema de resfriamento evaporativo não pode suprir todas as necessidades de

conforto. Algumas alternativas possíveis são os sistemas de múltiplos estágios e de

adsorção de pré-umidificação de sistemas.

sebsv dTTI ,

sbusbss TTdT ,,

(1.1)

(1.2)

30

Materiais e Métodos

CAPÍTULO 2 - Materiais e Métodos

Os materiais utilizados, equipamentos, instrumentos, formas de medições e

caracterização dos painéis são definidos nesta etapa, como também o tipo de

climatizador evaporativo do trabalho de Tese e as alterações do Túnel de Testes.

2.1 Climatizador evaporativo.

É de suma importância obedecer às adequadas faixas de temperatura de bulbo

seco e umidade relativa do ar externo que os climatizadores evaporativos de contato

ar-água podem trabalhar numa determinada região, como também os meses ou

estação do ano que mais são favoráveis, e assim, certificar se é viável sua utilização

como aparelho para propiciar o conforto térmico e sensação de bem estar dos

ocupantes de um determinado recinto, como também favorecer a presença de

animais, plantas e equipamentos, se for o caso. Contudo, além das condições

climáticas favoráveis, uma melhor eficiência de resfriamento evaporativo está

diretamente associada à área de contato entre o ar e a água, onde a área superficial

de interface ar-água deve ser tal que favoreça a transferência de calor e massa.

Então é necessário, antes de tudo, investigar quais os materiais disponíveis e o

melhor arranjo para este fim.

2.2 Sistemas de condicionamento de ar ambiental do tipo climatizador evaporativo.

Os equipamentos de resfriamento evaporativo podem ser de Resfriamento

Evaporativo do tipo Direto (RED) ou de Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto

(REI). Os sistemas de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED) resfriam o ar

pelo contato direto com a água, seja através da área superficial de um líquido ou

com uma superfície sólida umedecida com água, ou ainda, através de água

pulverizada. Já os sistemas de Resfriamento Evaporativo do tipo Indireto (REI), que

não faz parte das atividades experimentais deste trabalho, a água não entra em

contato direto com o ar, pois os dois circulam em canais adjacentes ou a água

circula dentro de tubos e o ar em fluxo cruzado circula no exterior dos tubos. A

Figura 2.1, objeto de estudo desta Tese, apresenta um painel umedecido com água,

onde a passagem do fluxo de calor do ar no painel provoca evaporação da água,

resfriando e umidificando o recinto. A bomba de água funciona de forma contínua.

31


Figura 2.1 – Sistema de um climatizador evaporativo com painel de contato ar-água (Em 03/05/11: www.ecobrisa.com.br/funcionamento.html).

2.3 Tipos de materiais para enchimento utilizados.

O atual padrão de consumo da sociedade estabelece uma relação de

substituição de bens sem que efetivamente o produto tenha completado o seu ciclo

de vida, impondo um verdadeiro processo de obsolescência planejada. Associado a

este fato soma-se o valor de compra estabelecido aos produtos, que não reflete com

fidedignidade a tecnologia e a escassez dos materiais que os compõem. Tem-se

vivenciado a era do desperdício, onde o novo fica velho em questão de meses em

poucos anos, onde o descaso, a insensatez e a falta de cidadania estão arraigados.

Como consequência direta destas atitudes ocorre situações de agressões ao meio

ambiente. Porém, não se trata somente de vislumbrar substituições, mas, sobretudo,

de encontrar novos meios de utilização dos materiais naturais que não têm tido

aproveitamento.

Houve um grande avanço tecnológico no desenvolvimento de novos materiais

e as fibras vegetais passaram a ter menor uso. Com o surgimento das fibras

sintéticas, o consumo das fibras vegetais teve uma queda. Nos últimos anos, a crise

energética, o baixo grau necessário para o processamento destas fibras, sua

abundância, baixo custo e os problemas relacionados pelo uso de fibras sintéticas

ao meio ambiente, tem novamente despertado a atenção e o interesse de

pesquisadores de todo o mundo.

Segundo Santos (2006) as fibras vegetais são formadas basicamente de

celulose, hemicelulose, lignina, pectina e minerais. A celulose, um polissacarídeo

http://www.ecobrisa.com.br/funcionamento.html

32


linear de alta massa molecular é o principal constituinte estrutural, sendo

responsável pela estabilidade e resistência das fibras. É muito utilizado pela indústria

de papel.

Os enchimentos utilizados em climatizadores evaporativos de contato ar-água

são fabricados, normalmente, a partir de fibra de vidro, polipropileno, celulose

impregnada com resina a base de látex e fibra de madeira. Este experimento dá

ênfase a painéis evaporativos alternativos fabricados a partir de fibras vegetais

locais, tais como a fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus), Figuras 2.2 (a), (b), (c)

e (d), e a fibra de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica), Figuras 2.3 (a) e (b).

Figura 2.2 – Etapas de processamento da fibra de Coco (Em 03/05/11: www.poematec.com.br).

Figura 2.3 – Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) (Em 03/05/11: www.pandoraartesanato.com.br).

As principais características das fibras vegetais são baixa densidade, baixo

consumo de energia, baixo custo, baixa abrasividade, atoxicidade,

(b) Fibra do mesocarpo do Coco. (a) Rejeito de Coco.

(d) Industrialização da fibra de Coco utilizando calandra.

(c) Jato de resina a base de látex para impregnar as fibras de Coco.

(a) Processo natural de secagem da Luffa. (b) Cultivo da Luffa em estacas.

http://www.poematec.com.br/

http://www.pandoraartesanato.com.br/

33


biodegradabilidade, altas propriedades de resistência mecânica específica, geração

de empregos rurais, utilização como reforço para vários tipos de plástico e excelente

propriedade termo-acústico.

O uso crescente de materiais renováveis é uma realidade e envolve inovação

tecnológica no uso alternativo de recursos naturais, sobretudo das fibras vegetais

(fibra de Coco, Esponja Vegetal, Sisal, Bananeira, Juta, Cana de Açúcar, entre

outros). Como exemplo, pode-se citar o uso do fruto do coqueiro de forma integral,

transformando também as fibras em produtos com valor agregado. Além de

contribuírem para a conservação do meio ambiente, através do uso sustentável de

seus recursos. A fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) é uma massa fibrosa

contida entre a casca externa do Coco (epiderme) e o invólucro externo do núcleo

(endocarpo), conforme Figura 2.4. Da casca do coco são extraídas fibras de

diferentes comprimentos que servem para fabricação de tapetes, colchões,

acolchoados para automóveis, escovas, pincéis, capachos, cordas marítimas e cama

de animais.

Figura 2.4 – Corte longitudinal do Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) com definição das principais partes: Epicarpo, mesocarpo, endocarpo e endosperma.

O coqueiro é talvez a árvore mais conhecida dos trópicos e uma das mais

importantes economicamente. Cresce nas costas arenosas através dos trópicos e na

maioria das regiões subtropicais. É uma palma alta e reta, normalmente mede 10 a

20 m de altura. Sendo seu fruto utilizado como fonte de alimentação, bebida, óleo,

fibra, combustível, madeira e outros produtos. É cultivado e utilizado na Índia e na

Ásia Continental há pelo menos 3.000 anos e chegou ao Brasil pela colonização

portuguesa. A fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) contém tanino natural

(fungicida) que inibe a formação de fungos e ácaros, possui facilidade de ser

Epicarpo (epiderme lisa)

Endocarpo (camada que envolve a parte comestível)

Mesocarpo (camada fibrosa)

Endosperma (matéria comestível)

34


moldado, é biodegradável, abundante na natureza, apresenta baixo custo, não exala

mau cheiro e em contato com a pele humana normalmente não provoca irritações. A

Tabela 2.1 apresenta as principais características e propriedades da fibra de Coco

(Cocos Nucifera Linnaeus).

Tabela 2.1 - Características e propriedades da fibra de Coco (Em 03/05/11: www.bvsde.paho.org/bvsaidis/resisoli/iii-009.pdf).

Comprimento da fibra 15 a 33 cm

Diâmetro da fibra 0,05 a 0,4 mm

Cor Marrom claro a escuro, marrom avermelhado

Toque Duro e um pouco áspero

Alongamento de ruptura Muito alto

Resistência A seco: fibra técnica 8 a 20 km, fio 8 a 12 km.

Úmido: 93% da resistência seca.

Densidade Muito reduzida, porque a fibra tem grande

espaço oco

Higroscopicidade Tolerância combinada de umidade 13%

Lignificação Forte

A remoção da fibra do Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) pode ser feita

embebendo com água salobra por um período de algumas semanas, para facilitar a

extração das fibras, presumidamente devido ao processo bacteriológico. Depois as

mesmas são submetidas a um processo de batidas com martelos de madeira e em

seguida penteadas. Treze a quinze Cocos (Cocos Nucifera Linnaeus) fornecem mais

ou menos 1 kg de fibras. A fibra de melhor qualidade é usada na fabricação de

cordas e esteiras, as fibras curtas e grossas usadas como enchimento de colchões e

assentos, já as fibras longas e grosseiras são usadas na fabricação de pincéis.

Segundo o Núcleo de Agronegócio da EMATER do Distrito Federal (2005) a

Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) é um vegetal que pertence ao grupo das

chamadas “Plantas industriais” pertencendo à família das cucurbitáceas (pepino,

chuchu, abóbora, morango, melancia, entre outros). É uma trepadeira anual,

originária da Ásia, com folhas grandes lobuladas e flores amarelas. Os frutos são

cilíndricos, compridos e grossos. Foi trazida para o Brasil, provavelmente pelos

portugueses, desenvolvendo-se posteriormente no norte da Argentina (Missiones) e

depois na América Central. Os frutos de algumas espécies e variedades podem ser

aproveitados na alimentação, como remédio para algumas doenças, para elaborar

diversos objetos, esfregar a pele humana no banho e limpar utensílios domésticos.

http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/resisoli/iii-009.pdf

35


Existem algumas variedades de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) no qual o cultivo

tem uma importância econômica crescente.

A fibra da Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) também possui facilidade de ser

moldada, é biodegradável, apresenta curto período para colheita, baixo custo e não

prejudica a saúde. Para o trabalho experimental da Tese utilizou-se a Esponja

Vegetal (Luffa Cilíndrica) seca, onde foi retirada a casca, e também as sementes,

ficando a descoberto o intrincado conjunto de fibras. Depois, lavou-se com água

abundante e deixou-se secar na sombra. Posteriormente abriu-se a Esponja Vegetal

(Luffa Cilíndrica) seca no sentido longitudinal, retiraram-se as rebarbas internas e

prensou-se numa calandra, com a finalidade de obter mantas finas para construção

do painel evaporativo de contato ar-água, e em seguida executou-se a costura para

formação dos canais internos dos painéis evaporativos.

2.4 Capacidade de absorção de água, gramatura e densidade das fibras.

Para caracterizar os painéis evaporativos coletaram-se dados sobre absorção

de água, gramatura e densidade. Estes dados estão registrados na Tabela 2.2 e

foram obtidos com os instrumentos destacados pelas Figuras 2.5 (a) e (b).

(a) Balança eletrônica digital: Marca Toledo, modelo Adventure AR2140, resolução de 0,01 g, temperatura ambiente de 10 a 30°C e consumo de 11 W.

(b) Paquímetro marca Mitutoyo, série 522, capacidade de 0 a 6”, graduação superior a 1/128” e inferior a 0,005 mm, exatidão ± 0,05 mm.

Figura 2.5 – Instrumentos utilizados para determinar absorção de água, gramatura e densidade dos materiais utilizados como painel evaporativo.

36


Tabela 2.2 – Absorção de água, gramatura e densidade dos materiais utilizados nos painéis evaporativos (Ires_balança = ± 5 g).

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Fibra Esponja

Vegetal (±Sm)

Fibra Coco (±Sm)

Celulose Rígida (±Sm)

Peso da amostra da manta seca (0,0025 m²), g

0,52054 (±0,00011)

0,74142 (±0,00025)

0,34952 (±0,00008)

Peso da amostra da manta molhada (0,0025 m²), g

1,69042 (±0,00016)

1,5486 (±0,00802)

0,69784 (±0,00993)

Absorção de água da amostra da manta, g Nota: Diferença do peso da manta molhada e

seca com 0,0025 m² de área superficial. 1,16988 0,81718 0,34836

Gramatura da manta seca, kg/m2

Nota: A manta com 0,0025 m² de área superficial foi pesada e definida o valor

correspondente para 1 m².

0,208216 0,292568 0,139808

Densidade da manta seca, kg/m3

Nota: Mediu-se o volume da manta com 0,0025m² de área superficial, pesou-se e definiu-se o valor correspondente a 1 m³.

104,108 146,284 699,04

Espessura da manta, m 0,002 0,002 0,0002

Largura da manta, m 0,34 0,34 0,37

Profundidade da manta, m 0,1 e 0,15 0,1 e 0,15 0,1 e 0,15

Dimensões painel: Largura x altura (espessura de 0,1 m e 0,15 m)

0,285 x 0,295 0,285 x 0,295 0,285 x 0,295

Inicialmente as mantas de fibra de Coco e Esponja Vegetal foram prensadas

numa calandra e retiradas uma pequena amostra com 0,0025 m². Cada manta seca

foi pesada 5 vezes numa mesma balança digital, verificada a média e o erro na

medição. Da mesma forma foi realizado com as mantas molhadas. Contudo, antes

de efetuar a pesagem das mantas molhadas, todas as amostras foram submersas

em água por um período de 1 hora e retirado o excesso de água após penduradas

num fio metálico por 5 minutos, em um ambiente sem condicionamento de ar, pois o

condicionador de ar diminuiria a umidade específica do ar, que por sua vez poderia

provocar a evaporação de parte da água de cada amostra. A absorção de água foi

definida pela diferença de cada amostra molhada e seca. Para a gramatura foi

considerada a quantidade em quilogramas de fibras vegetais da manta prensada

que existia numa área de um metro quadrado. Enquanto que a densidade foi

indicada como a quantidade em quilogramas de fibras vegetais da manta prensada

que existia no volume de um metro cúbico. Considerando que as fibras vegetais

poderia variar em quantidade por área (gramatura, kg/m²) e por volume (densidade,

kg/m³), afetando o resultado experimental, adotou-se fazer medições de 5 amostras

de cada material e utilizar a média das medições. Porém, a diferença entre os

resultados foi considerada insignificante. Com posse dos dados obtidos na Tabela

2.2 e após obtenção dos resultados experimentais sobre a eficiência de resfriamento

37


evaporativo dos painéis investigados, pode-se fazer uma correlação com a

capacidade de absorção de água, gramatura e densidade.

Verifica-se na Tabela 2.2 que as fibras vegetais selecionadas possuem maior

capacidade de retenção de água em relação à Celulose Rígida Corrugada (Papel

Kraft). Este fato pode ser explicado pelo formato das tramas, que favorecem a

retenção de água. As fibras da Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) são unidas de

forma natural e as fibras de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) são unidas com resina

a base de látex. A maior capacidade de absorção de água pode favorecer a

transferência de calor e massa, porém pode se tornar um aspecto negativo, quando

se trata de perda de carga, pois o excesso de água dificulta a passagem de ar,

exigindo um ventilador de maior capacidade. Já a densidade da manta de Celulose

Rígida Corrugada (Papel Kraft) é maior, mas o painel deste material é mais leve,

pois a sua gramatura é menor, como também a sua espessura.

Como se pode observar nas Figuras 2.6 (a) e (b), as fibras da Esponja Vegetal

(Luffa Cilíndrica) são unidas naturalmente de forma a propiciar maior durabilidade,

mesmo quando molhadas e/ou em função do tempo de uso. Já as fibras de Coco

(Cocos Nucifera Linnaeus), conforme Figuras 2.6 (c) e (d), não são unidas

naturalmente, existindo apenas uma resina a base de látex que impregna as fibras, e

junto com a prensagem numa calandra, aumenta a aderência das fibras. Porém,

com o uso contínuo estas fibras se desprendem, altera as características iniciais e

afeta o desempenho de resfriamento do Climatizador Evaporativo.

Figura 2.6 – Fibras vegetais secas e molhadas.

(c) Fibras de Coco secas. (d) Fibras de Coco molhadas.

(a) Fibras da Luffa secas. (b) Fibras da Luffa molhadas.

38


2.5 Formatação do arranjo dos painéis evaporativos utilizados no experimento.

Na construção dos painéis evaporativos a partir de fibras vegetais, foi

desenvolvido um arranjo que se aproximasse das características do painel comercial

de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft). Os arranjos foram construídos com

canais em forma de colméia que permitem passagem do fluxo mássico de ar e

favorecem a transferência de calor e massa entre o ar e a água. A estrutura do

arranjo de fibra vegetal foi projetada para não alterar de volume quando molhado e

obter uma perda de carga próxima do painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel

Kraft). Assim, foram desenvolvidas mantas com fibras de Coco (Cocos Nucifera

Linnaeus) e de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) onduladas, onde as mesmas foram

separadas com espiral de plástico para manter suas características volumétricas

quando molhadas. As Figuras 2.7 (a), (b) e (c) apresentam com detalhes a

formatação de cada enchimento utilizado no experimento de Tese.

(a) Painel comercial de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) com ângulo de 45° versus 15° em canais desencontrados impregnado com resina a base de látex.

39


(b) Painel com manta de fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) ondulada com espiral de plástico.

(c) Painel com manta de fibra de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) ondulada com espiral de plástico.

Figura 2.7 – Tipos de enchimentos testados experimentalmente.

A formatação proposta pelo arranjo facilita a manutenção dos painéis de fibras

vegetais, pois na construção considerou a divisão em células compostas de duas

mantas. E assim, com a união destas células monta-se toda estrutura volumétrica do

painel de contato ar-água. Os canais permitem a passagem do fluxo de ar exaurido

pelo exaustor e os pequenos espaços entre as fibras de cada manta permitem a

descida da água em fluxo cruzado.

O painel fabricado a partir da fibra de Coco se deteriora mais rápido com parte

das fibras se desprendendo. Isto ocorre devido principalmente à baixa temperatura

da água de recirculação que provoca a aglutinação da resina a base de látex. Antes

do uso não se percebe nenhuma alteração na estrutura e após algum tempo de uso

percebe-se alguns pontos brancos de cola que podem ser confundidos com fungos.

40


2.6 Reformulações do Túnel de Testes.

Não foi necessário construir um Túnel de Testes para avaliar a eficiência de

resfriamento evaporativo dos painéis de contato ar-água, pois a Universidade

Federal de Pernambuco - Recife já possuía um na oficina mecânica do

Departamento de Engenharia Mecânica, construído por Barros (2005). O mesmo foi

construído em módulos de chapa de aço galvanizado com bitola MSG 22 (0,76mm)

e dimensões internas de 0,315 m x 0,315 m. Contudo, conforme Figura 2.8,

precisava executar algumas alterações para obtenção dos dados e definição das

condições de entrada. Sendo assim, as alterações foram propostas e realizadas,

conforme resultado mostrado na Figura 2.9. O Túnel de Testes foi construído de

forma que fosse possível medir os parâmetros mais importantes no estudo do

resfriamento evaporativo, tais como: umidade relativa e temperatura de bulbo seco

na entrada e saída do painel, temperatura da água na entrada e saída do painel,

temperatura de bulbo seco do ar ambiente, velocidade média do ar e vazão mássica

de água recirculada.

Figura 2.8 – Túnel de Testes desenvolvido por Barros (2005), sem alterações.

Comparando as Figuras 2.8 e 2.9 nota-se as modificações realizadas.

Inicialmente foram eliminados os possíveis vazamentos de ar do Túnel de Testes. O

isolamento termo-acústico do Túnel de Testes utilizado foi o poliestireno expandido

de 2 cm de espessura ( = 0,042 W/mK a 23ºC), popularmente conhecido como

ISOPOR®, conforme Figura 2.10. O poliestireno expandido utilizado anteriormente

no Túnel de Testes foi retirado devido a falhas de colagem e material quebrado ou

ausente parcialmente. Por cima do poliestireno expandido foi colocado polietileno

revestido com filme de alumínio ( = 0,035 W/m.K a 20ºC) a fim de melhorar o

isolamento térmico, aumentar a sua durabilidade, resistência mecânica e aparência,

conforme Figura 2.11.

Isolamento

termo-acústico

41


Figura 2.9 – Túnel de Testes desenvolvido por Barros (2005), com alterações.

Figura 2.10 – Primeira camada de isolamento termo-acústico do Túnel de Testes com poliestireno expandido, ISOPOR®.

Figura 2.11 – Segunda camada de isolamento termo-acústico do Túnel de Testes com polietileno

revestido com filme de alumínio.

O primeiro módulo denominado Módulo desumidificação de ar possui uma

serpentina de resfriamento de um condicionador de ar convencional com capacidade

de refrigeração de 18.000 BTU/h e foi mantido inalterado, conforme Figura 2.12 (a).

Este módulo tem a finalidade de diminuir a umidade específica ou vapor de água

presente no ar externo, visto que a umidade relativa em Recife é muito alta, devido

principalmente à proximidade do oceano Atlântico e do fato de estar localizada no

delta de um rio. Deste modo, foi necessário atingir valores menores de quantidade

Serpentina

Umidificador

+ -

1º

2º

3º

4º

5º 6º

7º

8º

9º

UR

UR

Tbs Tbs

TH2O

Misturador de ar

Bateria de resistências

Laminador de ar

Laminador de ar

Exaustor

H2O

42


de vapor de água do ar externo de entrada, para verificar a eficiência de

resfriamento evaporativo do painel de contato ar-água, visto que, quanto menor a

umidade específica, melhor o resultado. A Figura 2.12 (b) destaca o princípio de

funcionamento da desumidificação do ar na serpentina de resfriamento. O ar

atmosférico é composto de ar seco e vapor de água, e assim, quando esta mistura

de ar seco e vapor de água, com temperatura de bulbo seco e umidade específica

alta, entra em contato com a serpentina de resfriamento, ocorre uma transferência

de calor, que por sua vez faz com que parte deste ar ultrapasse a temperatura de

ponto de orvalho, temperatura limite antes que ocorra a condensação, e assim,

ocorre uma condensação parcial deste vapor de água presente no ar. Na saída da

serpentina o ar se encontra com uma temperatura de bulbo seco e umidade

específica menor.

Figura 2.12 – Serpentina evaporadora do condicionador de ar com capacidade de 18.000 BTU.

O segundo módulo denominado Módulo Bateria de Resistências foi alterado.

O defletor, construído de chapa de aço galvanizado bitola MSG 22 (0,76 mm) estava

localizado depois da bateria de resistência. Nesta condição estava ocorrendo desvio

do ar, ou seja, uma parcela grande de fluxo mássico não estava entrando em

contato com a bateria de resistência. Sendo assim, conforme Figura 2.13, o defletor

foi instalado antes da bateria de resistências.

Ar quente e

úmido 1

Ar frio e

seco 2

L G

Vapor de água

condensado.

(a) Serpentina evaporadora. (b) Transferência de calor e massa.

43


Figura 2.13 – Bateria de resistências no formato de “U” e defletor de ar.

A finalidade da bateria de resistências é dissipar calor para o fluxo de ar, e

assim, aumentar a faixa de temperatura de bulbo seco de entrada. Desta forma,

pode-se verificar a eficiência de resfriamento evaporativo do painel de contato ar-

água com uma faixa de temperatura de bulbo seco maior. Foram instaladas três

resistências de 1.000 W. No Túnel de Testes desenvolvido por Barros (2005), Figura

2.8, as resistências estavam encostando-se a superfície das chapas galvanizadas

inferior e superior, podendo acarretar choque elétrico e dissipando calor para a

mesma, provocando assim, maior dissipação de calor para o exterior do Túnel de

Testes. Para evitar este tipo de situação uma chapa de Celeron Melamínico (material

resistente à temperatura de até 140°C) foi utilizada para separar as três resistências

e isolar as mesmas da chapa galvanizada.

Um variador de potência elétrica, conforme Figura 2.14 foi instalado para

comandar o funcionamento e controlar a dissipação de calor da bateria de

resistências.

Figura 2.14 – Variador de potência elétrica marca Auje, modelo M-2415 com potência máxima de 3.600 W, tensão 220 V e 60 HZ.

O terceiro módulo denominado Módulo misturador de ar foi adicionado ao

Túnel de Testes, pois o defletor do módulo anterior direciona o fluxo de ar para o

Defletor

44


centro do mesmo, e como resultado ocorreria uma diferença de temperatura de

bulbo seco muito grande no sentido da área transversal. Ocorrendo este tipo de

situação o fluxo de calor no painel seria muito desproporcional na área de face.

Sendo assim, foi necessário instalar um misturador de ar para tornar o mesmo o

mais homogêneo possível. A Figura 2.15 (a) mostra o comportamento que ocorre

com o fluxo mássico de ar ao passar pelos tubos meia-cana que estão dispostos na

horizontal e vertical. A Figura 2.15 (b) ilustra uma imagem real do misturador no

interior do Túnel de Testes. Já a Figura 2.15 (c) apresenta um tubo de alumínio com

diâmetro externo de 5/8 polegadas no formato meia-cana parcialmente achatado

que foi utilizado para construir o misturador.

Figura 2.15 – Misturador do fluxo de ar.

O quarto módulo denominado Módulo umidificador de ar tem a finalidade de

aumentar o nível de vapor de água presente no fluxo de ar do Túnel de Testes.

Assim, verifica-se também a eficiência de resfriamento evaporativo com alta

umidade específica. Neste módulo, anteriormente, um pequeno compressor utilizado

em pinturas comprimia água no interior do Túnel de Testes. Esta água era borrifada

em forma de micro gotículas e não conseguia evaporar por completo, sendo uma

parte depositada na superfície inferior do Túnel de Testes e provocando

gotejamento. Sendo assim, um umidificador ultrassônico, conforme Figura 2.16 foi

colocado em substituição ao sistema adotado anteriormente. Neste equipamento a

água entra no Túnel de Testes em forma de névoa, aumentando o vapor de água no

ar e eliminando o mencionado inconveniente.

5/8”

(b) Misturador no Túnel de Testes.

(c) Tubo meia cana achatado.

(a) Mudança de direção do fluxo de ar.

45


Figura 2.16 – Umidificador de ar ultrassônico marca Humid Air, freqüência ultra-som de 1,6 MHz, débito de névoa de 400 ml/h, potência de 40 W, 127/220 V e 60 HZ.

Para obter uma boa distribuição de vapor de água no interior do Túnel de

Testes foi construído, ainda no quarto módulo, um acessório conforme Figuras 2.17.

As Figuras 2.17 (a) e (b) mostram dois tubos com diâmetros diferentes. O tubo

central de alumínio possui 13,5 mm de diâmetro interno e 160 mm de comprimento

no interior do Túnel de Testes. Já o tubo externo de PVC possui 27 mm de diâmetro

interno e seu comprimento no formato de meia cana no interior do Túnel de Testes é

de 320 mm. Uma chapa de aço galvanizada com bitola MSG 26 (0,46 mm),

conforme Figuras 2.17 (c) e (d), disposta num perfil aerodinâmico (aerofólio) que

oferece pouca perda de carga foi acoplada ao tubo de maior diâmetro e induz o ar,

após entrar em contato com o bordo de ataque, a escoar com maior velocidade

sobre sua superfície até atingir o bordo de fuga, e assim, forçar o fluxo de vapor de

água sair com distribuição mais homogênea no interior do Túnel de Testes. Esta

configuração tem o propósito de permitir que o vapor de água seja mais bem

distribuído no interior do Túnel de Testes, pois o próximo módulo possui sensores

termopares tipo “T” para detectar a temperatura de bulbo seco e sensores

capacitivos para detectar a umidade relativa do ar.

(a) Ponto de entrada de vapor de água. (b) Bordo de fuga do aerofólio.

27

mm

13,5

mm

160

mm

320

mm

Bordo

de fuga

46


Figura 2.17 – Sistema de umidificação do ar no Túnel de Testes.

No início do quinto módulo denominado Módulo de medição da temperatura

de bulbo seco e umidade relativa de entrada, conforme Figura 2.18 (a), foi

instalado um laminador de ar construído com chapa de aço galvanizado bitola MSG

22 (0,76mm) e dimensões recomendadas pela norma internacional ISO 5801 (2007),

que trata sobre testes da performance padronizada de ventiladores industriais e

normatiza como deve ser construído um túnel de vento, conforme Figura 2.18 (b). A

finalidade do laminador de ar, como o próprio nome revela, é deixar a corrente de ar

mais laminar, isto é, minimizar as turbulências do fluxo de ar provocadas pelo Túnel

de Testes, e assim, diminuir as oscilações da leitura dos sensores de temperatura de

bulbo seco e umidade relativa.

(a) Laminador de ar no Túnel de Testes.

Bordo de

ataque

(c) Bordo de ataque do aerofólio. (d) Distribuição de vapor de água.

47


(b) Laminador de ar com dimensões normatizadas pela ISO 5801 (2007).

Figura 2.18 – Laminador de ar do Túnel de Testes.

As Equações (2.1) a (2.4) foram usadas para construção do laminador de ar.

mmmP

AD

TT

eh 31031,0

)31,0(4

)31,0(44 2

mmmmDL hL 1005,7725,0 ,

onde 77,5 mm é a profundidade mínima do laminador e 100 mm é o valor adotado.

mmmmDe hL 76,06,1005,0 ,

onde 1,6 mm é a espessura máxima das lâminas de chapas de aço galvanizado e

0,76 mm é o valor adotado.

mmeDw LhL 76,025,23)075,0(

onde 24 mm foi o espaçamento, entre as lâminas de chapas de aço galvanizado,

adotado.

Onde,

hD = Diâmetro hidráulico do Túnel de Testes, mm;

LeLw

Lw

LL

310 mm

310 m

m

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

48


eA = Área transversal de escoamento do fluxo mássico de ar, m²;

TTP = Perímetro do Túnel de Testes, m;

Lw = Espaçamento entre as lâminas de chapa de aço galvanizado, mm;

LL = Profundidade mínima do laminador de ar, mm;

Le = Espessura máxima da chapa de aço galvanizado, mm.

Ainda no quinto módulo, no outro extremo, foram instalados nove sensores de

temperatura de bulbo seco, termopares do tipo “T”, previamente calibrados utilizando

termômetro padrão de vidro medindo uma temperatura média de 5,38°C, 21,83°C e

41,45°C e incerteza de medição em torno de ± 0,5 a 1,2% para 22 sensores. Neste

mesmo módulo foi instalado um sensor de umidade relativa do tipo capacitivo, que

foi calibrado em solução salina com 2% de incerteza de medição para a faixa de 0 a

60°C e umidade relativa entre 5 a 95%. Foi gerada uma expressão analítica da curva

que melhor se ajusta ao conjunto de pontos e usada para correção dos valores

capturados pelo sistema de aquisição de dados, cujos valores estão destacados no

anexo “A” junto com os gráficos correspondentes de cada calibração dos

termopares. No Túnel de Testes desenvolvido por Barros (2005) foram instalados

seis termopares, e, após reforma, foram acrescentados mais três. Já o número de

sensores capacitivos não mudou, pois foi instalado um no centro do Túnel de Testes.

A forma de fixação dos sensores também foi alterada. Antes, os sensores de

temperatura de bulbo seco, termopares tipo “T”, eram colocados dentro de tubos de

cobre presos na superfície superior do Túnel de Testes e a ponta sensitiva exposta.

Porém, permitia muita vibração do sensor de temperatura. Já o sensor capacitivo

penetrava também na superfície superior, mas como sua haste era pequena não

atingia o centro do Túnel de Testes. A finalidade deste aumento de sensores de

temperatura de bulbo seco, considerando que o valor adotado é a média dos dados

coletados, foi definir uma mesma área de medição para todos eles, como também

aumentar a precisão dos dados coletados.

A Figura 2.19 (a) mostra a localização dos sensores no Túnel de Testes. A

Figura 2.19 (b) mostra como foram distribuídos os sensores de temperatura de bulbo

seco (Termopares tipo “T”) e umidade relativa (Sensor capacitivo).

49


Figura 2.19 – Localização dos sensores de temperatura e umidade relativa no Túnel de Testes antes do painel evaporativo.

A Figura 2.20 apresenta o transdutor de umidade relativa que foi utilizado no

experimento. Seu sensor capacitivo foi calibrado no Laboratório de Meios Porosos e

Propriedades Termofísicas – LMPT, Florianópolis, UFSC e as Equações (2.5) e (2.6)

foram usadas para corrigir os valores capturados pelo sistema de aquisição de

dados.

Figura 2.20 – Transdutor de umidade relativa do tipo capacitivo.

882,36).309,31( 11 V

999,36).309,31( 22 V

Onde é a umidade relativa e V é a tensão elétrica.

Todos os dados referentes à temperatura de bulbo seco do ar, temperatura da

água e do ambiente, como também da umidade relativa do ar foram coletados pelo

sistema de aquisição de dados, conforme Figura 2.21, isto é, utilizando um programa

especialmente desenvolvido no software específico do Data Taker 605 que captura e

armazena os dados.

(a) Posicionamento dos sensores. (b) Área representativa de medição.

(2.5)

(2.6)

Sensor capacitivo

Termopar

315 mm

315 mm

52,5

mm

52,5

mm

50


Data Taker605

Data Taker605

Figura 2.21 – Sistema de aquisição de dados – Delogger (Marca DATA TAKER 605).

O sexto módulo denominado de Módulo de transferência de calor e massa é

a câmara de testes dos painéis evaporativos. Este foi mantido, porém na superfície

superior foram realizados 72 furos de 5 mm de diâmetro para colocar os micro-tubos

do sistema de recirculação de água. A árvore de distribuição de água do sistema de

recirculação d’água antiga não se adequava com as novas exigências

experimentais, principalmente porque duas espessuras dos painéis evaporativos

seriam usadas e a distribuição de água era fixa. O novo sistema de distribuição

utilizando micro-tubos flexíveis é mais adaptável, pois estes micro-tubos podem ser

deslocados para cobrir toda a extensão superior do painel evaporativo de uma

grande faixa de espessura do painel. Além disso, a quantidade de pontos de saída

d’água aumentou consideravelmente, melhorando assim o molhamento de toda

extensão do painel evaporativo.

As Figuras 2.22 (a), (b), (c), (d) e (e) mostram com detalhes a configuração

construtiva do sistema de recirculação de água. Este sistema possui:

Bomba vibratória submersa para recircular a água no painel evaporativo durante a

medição dos dados no Túnel de Testes;

Sistema de distribuição de água para superfície superior composto de micro-tubos

tipo irrigação;

Registro tipo agulha para regular a vazão de água requerida, pois seu mecanismo

de funcionamento é preciso e não permite interferências de trepidação do sistema

de recirculação de água ou do Túnel de Testes;

Anel bicolor próximo ao volante do registro tipo agulha para facilitar a visualização

da requerida vazão de água;

As mangueiras de PVC maleável transparente tipo cristal que permitia a formação

de incrustações no seu interior foram substituídas por mangueiras de PVC

51


maleável azul específico para irrigação com diâmetro de ¾” e 5/8”, que por não

ser transparentes e possuírem coloração preta no interior, dificultam a formação

de incrustações pela inibição da penetração da luz ambiente;

Drenagem de água com sifão para evitar que o exaustor absorva ar externo para

o interior do Túnel de Testes. Foi acrescido um filtro de pano na saída do sifão

para evitar a recirculação de impurezas, tais como fibras dos painéis e impurezas

do ar e/ou água;

Balde de PVC de 60 litros utilizado como tanque de armazenagem de água;

Conexões de PVC rígido.

(a) Sistema de distribuição de água fora do Túnel de Testes.

(b) Bomba de recirculação d’água

marca Vibravert modelo Rymer 1500.

(c) Registro agulha de bronze marca Mipel de 1”.

(d) Anel bicolor

visualizador.

52


(e) Balde de 60 litros e drenagem de água com sifão.

Figura 2.22 – Sistema de recirculação de água do painel no Túnel de Testes.

O sétimo módulo ficou vazio para futuras intervenções. No oitavo módulo

denominado Módulo de medição da temperatura de bulbo seco e umidade

relativa de saída foi instalado um laminador de ar com as mesmas características

construtivas do quinto módulo, nove sensores de temperatura de bulbo seco,

termopar tipo “T”, e um sensor de umidade relativa do tipo capacitivo com as

mesmas condições de localização dos sensores de entrada.

O último módulo do Túnel de Testes denominado Módulo exaustor de ar

possui inserido no seu interior um exaustor de ar, conforme Figura 2.23, e é

comandado por um inversor de frequência de acordo com a Figura 2.24.

Figura 2.23 – Moto-exaustor do Túnel de Testes marca Ventisilva, modelo E-40 TR, trifásico, rotação de 1715 RPM, IV pólos, vazão de ar de 80 m³/min, 20 mmca, 220 V e 60 HZ.

53


Figura 2.24 – Inversor de frequência para comandar o moto-exaustor marca Santerno, modelo SINUS M0014TBA2K2 (0,4 kW, 380 V, trifásico e 60HZ).

No final do Túnel de Testes de acordo com a Figura 2.25 foi instalado um duto

circular para direcionar o ar com baixa temperatura de bulbo seco e alta umidade

específica para o exterior da oficina mecânica. Este duto evita que o ar saturado de

vapor de água seja recirculado nas proximidades do Túnel de Testes, fato que

também deve ser evitado pelos climatizadores evaporativos em ambientes.

Figura 2.25 – Duto circular acoplado ao Módulo exaustor de ar.

2.7 Determinação da vazão de água no Túnel de Testes.

Para caracterizar cada condição de teste, antes de determinar as eficiências de

resfriamento evaporativo dos painéis de contato ar-água, foram determinados os

fluxos mássicos de água no Túnel de Testes com base nas informações obtidas em

Netto (2008), que por sua vez está de acordo com a NBRISO 4185 (medição da

vazão de líquidos em dutos fechados – Método Gravimétrico). Segundo Netto (2008)

o uso do método gravimétrico para definição da vazão de água é mais preciso

quanto maior o tempo de determinação ou quanto maior o número de repetições do

ensaio. Nesta medição, conforme Figura 2.26 utilizou-se:

54


Balança digital marca Filizola, modelo MF-3, capacidade de 3 kg, resolução de 5g,

condições ambientais de -10 à +40ºC e umidade relativa do ar máxima de 85%,

conforme Figura 2.26 (a);

Vasilhame de vidro graduado marca Pyrex, modelo Erlenmeyer, volume de

1800ml (± 5%), conforme Figura 2.26 (b);

Cronômetro digital portátil marca Instrutherm, modelo CD-2800, resolução de 0,01

segundos e peso de 24,5 g, conforme Figura 2.26 (c).

Figura 2.26 – Instrumentos utilizados na medição da vazão de água.

Para determinação do fluxo mássico de água, o painel evaporativo de contato

ar-água foi submergido em água da rede de distribuição estadual (Compesa)

durante 12 horas, antes da determinação da vazão mássica de água, permitindo

assim, uniformidade de molhamento de toda extensão volumétrica. Em seguida, o

painel evaporativo de contato ar-água foi colocado no Túnel de Testes e esperou-se

a bomba de recirculação de água funcionar por 20 minutos para melhor distribuição

de água no painel e bandeja, visto que a água foi coletada na saída do sifão

localizado embaixo da bandeja do Túnel de Testes. Durante este procedimento não

foi ligado nenhum outro componente, tais como exaustor, bateria de resistência,

condicionador de ar ou umidificador de ar. Logo após, coletou-se a água de saída

com o vasilhame de vidro (Erlenmeyer) e no mesmo instante registrou-se o tempo

com o cronômetro. Depois, a quantidade de água coletada foi pesada na balança

digital. Este procedimento foi realizado em cinco conjuntos de dez medições cada,

isto é, com a registro tipo agulha totalmente aberto, ½ volta fechado e 1 volta

fechado, determinando a média aritmética de todas as medições para cada

condição. Considerando ainda que foi utilizada uma derivação na tubulação de saída

da bomba para controlar a vazão e misturar a água do depósito inferior para

(a) Balança digital. (b) Erlenmeyer. (c) Cronômetro digital.

55


homogeneizar a temperatura de sucção da bomba. Para os dados coletados com o

painel evaporativo a menor vazão de água utilizando o registro tipo agulha com 1

volta fechado foi de 89,3 (± 0,73) g/s, para a condição intermediária com o registro

tipo agulha ½ volta fechado a vazão de água foi 106,6 (± 0,62) g/s, enquanto a maior

vazão de água com o registro tipo agulha totalmente aberto foi de 112,4 (± 0,78) g/s,

conforme anexo “B”. No anexo “B” defini-se o desvio padrão ( )²(1

1 _

1xx

nS i

n

i

) e

o erro de medição (n

SeSm

2 ). A Equação (2.7) foi utilizada para determinar a

vazão mássica de água e a Equação (2.8) foi utilizada para determinar a propagação

da incerteza, considerando a incerteza de resolução da balança de 2,5 g e do

cronômetro de 0,005 s.

t

Mm

agag

., kg/s

5,02_2

2___ )))

)((()

1(( cronometrores

agbalançaresagvazãoprop I

t

MI

tI

, kg/s

Onde:

agm.

= Vazão mássica de água, kg/s;

agM = Massa de água (medida na balança digital), kg;

t = Tempo de coleta de dados, s;

agvazãopropI __ = Incerteza propagada da vazão de água, kg/s;

balançaresI _ = Incerteza de resolução da balança, 2

Re solução, kg;

cronômetroresI _ = Incerteza de resolução do cronômetro, 2

Re solução, s.

2.8 Determinação da velocidade e vazão de ar no Túnel de Testes.

Para caracterizar cada condição de teste, antes de determinar as eficiências de

resfriamento evaporativo dos painéis de contato ar-água, a velocidade média do ar

do Túnel de Testes foi definida. Porém antes de definir o valor da velocidade média

(2.7)

(2.8)

56


do ar para cada condição foi determinado o perfil de velocidade no interior do Túnel

de Testes, isto é, antes do painel evaporativo de contato ar-água.

As velocidades médias antes dos painéis ficaram em torno de 0,54 a 1,23m/s.

Considerando que as medições realizadas antes dos três painéis obtiveram regime

turbulento com número de Reynolds (10.000 a 24.000) maior que 2.300, que

corresponde ao número crítico de número de Reynolds quando surge o regime de

transição laminar e turbulento em escoamento interno, e o número de Reynolds no

interior dos canais de todos os painéis evaporativos ficaram menores que 2.300,

correspondendo ao regime laminar.

No escoamento turbulento em dutos o perfil de velocidade cresce desde a

parede até um máximo no centro da tubulação. Este escoamento pode ser divido em

três principais regiões:

Uma subcamada laminar ou viscosa muito próxima da parede;

Uma camada intermediária ou de superposição;

Uma camada turbulenta na região central da tubulação.

Para validar se o perfil de velocidade encontrado em função do deslocamento

de várias correntes de ar (em pontos transversais diferentes e equidistantes no

interior do Túnel de Testes) pode ser aceito para determinação da velocidade média,

essas três camadas não devem ter velocidades distantes uma da outra. Nas Figuras

2.27 e 2.28 destaca-se o perfil de velocidade do ar em quatro pontos equidistantes

na horizontal e vertical, respectivamente, no Túnel de Testes para o painel de fibra

de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) com espessura de 0,1 m.

Verifica-se na Figura 2.27 que o perfil de velocidade do ar na horizontal no

interior do Túnel de Testes para a fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) com

vazão de água de 112,4 (± 0,78) g/s obteve valores de velocidade aceitáveis com

pequena variação.

Verifica-se também na Figura 2.28 que o perfil de velocidade do ar, agora na

vertical, no interior do Túnel de Testes para a fibra de Coco (Cocos Nucifera

Linnaeus) com vazão de água de 112,4 (± 0,78) g/s obteve valores de velocidade do

ar aceitáveis com pequena variação. O perfil de velocidade das outras condições de

testes e painéis evaporativos de contato ar-água também obteve perfil de velocidade

com pequena variação.

57


0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

0 0,32

Ve

loc

ida

de

mé

dia

, m

/s

Distância Horizontal, m

1,22 m/s 0,95 m/s 0,55 m/s

Fig.2.27 – Perfil de velocidade do ar antes do painel (horizontal) com 4 pontos de medição para o

painel de fibra de Coco ( = 0,1 m, agm.

= 112,4 g/s).

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

0 0,32

Ve

loc

ida

de

, m

/s

Distância Vertical, m

1,22 m/s 0,95 m/s 0,55 m/s

Fig.2.28 – Perfil de velocidade do ar antes do painel (vertical) com 4 pontos de medição para a fibra

de Coco ( = 0,1 m, agm.

= 112,4 g/s).

As medições das velocidades do ar antes do painel evaporativo foram

realizadas com um anemômetro de hélice, conforme Figura 2.29 (a), em quatro

pontos na horizontal (P1, P5, P7 e P3) e quatro pontos na vertical (P2, P6, P8 e P4) no

sentido perpendicular ao fluxo de ar, conforme Figura 2.29 (b).

(a) Anemômetro Omega modelo HHF710, faixa de velocidade de 0,2 até 40 m/s com exatidão de ± 0,75% da leitura e resolução de 0,01 m/s.

58


(b) Definição dos pontos de medição das velocidades do ar antes do painel evaporativo, de forma equidistante.

Figura 2.29 – Determinação da velocidade do ar medida antes do painel evaporativo.

A vazão volumétrica e mássica de ar no Túnel de Testes foi calculada com as

Equações (2.9) a (2.11) e conforme a Figura 2.29 (b) para todas as condições de

teste conforme Tabela 2.3. A Equação (2.11) considera o ar com comportamento de

gás perfeito.

1

87652

4321 .4

).

4

)).( AAAQ iiar

, m³/s

pmar

arar

Qm

., kg/s

atbsvt

bsgpmar

MPP

TR

)16,273( , m³/kg

Onde,

arQ = Vazão volumétrica de ar, m³/s;

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

Entrada do anemômetro para medição da velocidade

Entrada do anemômetro para medição da velocidade

Túnel de Testes

0,315 m

0,315 m

Área 1 = 0,024025

m²

Área 2 = 0,0752 m²

(2.9)

(2.10)

(2.11)

59


arm.

= Vazão mássica do ar, kg/s;

87654321 ,,,,,,, = Velocidades do ar medida antes do painel, m/s;

pmar = Volume específico da mistura ar e vapor de água, m³/kg;

A = Área, m²;

atmP = Pressão atmosférica, kPa;

bsT = Temperatura de bulbo seco do ar, °C;

tbsvP = Pressão parcial de vapor de água na temperatura de bulbo seco, kPa;

gR = Constante dos gases, kJ/kmolK;

aM = Massa molar aparente do ar seco na escala do carbono 12, kg/kmol.

Tabela 2.3 – Esquema de medições para definição da eficiência de resfriamento dos painéis no Túnel

de Testes.

Mesmas condições psicrométricas de entrada do ar para os três painéis

com =0,1 m e 0,15 m

(Temperatura de bulbo seco em torno de 30°C, 32°C, 34°C e 36°C e umidade relativa em torno de 30%, 28%, 26% e 24%): Condição I: 30°C e 30%; Condição II: 32°C e 28%; Condição III: 34°C e 26%; Condição IV: 36°C e 24%.

Vazão mássica média de água

Velocidade média de ar medida antes do painel em torno de:

Condições de testes

A (89,3 ± 0,73 g/s)

1 (1,2 m/s) A1

2 (0,9 m/s) A2

3 (0,6 m/s) A3

B (106,6 ± 0,62 g/s)

1 (1,2 m/s) B1

2 (0,9 m/s) B2

3 (0,6 m/s) B3

C (112,4 ± 0,78 g/s)

1 (1,2 m/s) C1

2 (0,9 m/s) C2

3 (0,6 m/s) C3

A Equação (2.12) foi utilizada para calcular a velocidade do ar no interior dos

painéis e a Tabela 2.4 registra as velocidades do ar medidas antes do painel e

calculadas para o interior do painel. O painel de Celulose possui uma maior área

livre frontal ( lpA ) e menor velocidade do ar, consequentemente menor perda de

carga.

lp

arp

A

Q , m/s

Onde,

p = Velocidade do ar no interior do painel evaporativo, m/s;

arQ = Vazão volumétrica de ar, m³/s;

(2.12)

60


lpA = Área livre frontal do painel, m² (Celulose = 0,079 m²; Coco = 0,0412 m² e Luffa

= 0,0433 m²).

Tabela 2.4 – Velocidades do ar medidas antes dos painéis evaporativos e calculadas para o interior

dos painéis evaporativos (= 0,1 m e 0,15 m).

Região Painel de Fibra de Coco

(=0,1 m e agm.

=112 g/s)

Painel de Fibra de Esponja

(=0,1 m e agm.

=112 g/s)

Painel de Celulose

(=0,1 m e agm.

=112 g/s)

Interior (calculada)

2,93 2,28 1,32 2,77 2,01 1,33 1,53 1,1 0,73

Antes (medida)

1,22 0,95 0,55 1,21 0,88 0,58 1,22 0,88 0,58


(=0,1 m e agm.

=106,7 g/s)


(=0,1 m e agm.

=106,7g/s)

Painel de Celulose

(=0,1 m e agm.

=106,7g/s)


2,94 2,3 1,3 2,76 2,14 1,32 1,52 1,14 0,74

Antes (medida)

1,22 0,96 0,54 1,21 0,93 0,57 1,21 0,91 0,59


(=0,1 m e agm.

=89,3 g/s)


(=0,1 m e agm.

=89,3 g/s)

Painel de Celulose

(=0,1 m e agm.

=89,3 g/s)


2,95 2,29 1,33 2,75 2,05 1,29 1,54 1,09 0,74

Antes (medida) 1,23 0,96 0,55 1,2 0,9 0,56 1,22 0,87 0,59

Continuação da Tabela 2.4 para os painéis com espessura de 0,15 m


(=0,15 m e agm.

=112,2 g/s)


(=0,15 m e agm.

=112,2g/s)

Painel de Celulose

(=0,15m e agm.

=112,2g/s)


2,83 2,31 1,36 2,66 1,99 1,32 1,49 1,06 0,77

Antes (medida)

1,18 0,96 0,56 1,16 0,87 0,58 1,17 0,85 0,61


(=0,15 m e agm.

=106,7 g/s)


(=0,15 m e agm.

=106,7g/s)

Painel de Celulose

(=0,15m e agm.

=106,7g/s)


2,83 2,21 1,37 2,71 2,07 1,33 1,48 1,08 0,77

Antes (medida)

1,18 0,92 0,57 1,18 0,9 0,58 1,18 0,86 0,61


(=0,15 m e agm.

=89,3 g/s)


(=0,15 m e agm.

=89,3 g/s)

Painel de Celulose

(=0,15m e agm.

=89,3 g/s)


2,84 2,21 1,36 2,68 2,0 1,35 1,48 1,1 0,77

Antes (medida)

1,18 0,92 0,56 1,17 0,87 0,59 1,18 0,88 0,61

2.9 Determinação das perdas de carga dos painéis de contato ar-água.

Para caracterizar cada condição de teste antes de determinar as eficiências de

resfriamento evaporativo dos painéis de contato ar-água, as perdas de cargas

provocadas pelos painéis em função das condições de testes foram determinadas

com a utilização de um Tubo de Pitot, conforme as Figuras 2.30 (a) e (b) e um

61


Transdutor de Pressão Diferencial, conforme Figura 2.31. O Tubo de Pitot consiste

em uma haste de inserção com uma das extremidades curvadas a 90°, composta de

dois tubos concêntricos que são responsáveis por conectar, individualmente, o

conjunto de orifícios laterais e o orifício frontal até suas respectivas saídas na

extremidade traseira do dispositivo. Uma ponteira direcional permite que o Tubo de

Pitot seja corretamente alinhado.

(a) Tomada de pressão estática do Tubo de Pitot.

(b) Tubo de Pitot utilizado para medição da perda de pressão estática dos painéis evaporativos de

contato ar-água (Padrão Britânico 1042).

Figura 2.30 – Tubo de Pitot modelo Elipsoidal marca Dwyer, Série 160 E-00.

Figura 2.31 – Transdutor eletrônico de pressão diferencial marca Kimo Instrumentos, modelo MP 100, temperatura de operação de 0 a 50°C, faixa de medição de 0 até ±1000 Pa, exatidão ± 0,5% da

leitura, resolução de 1 Pa.

A Figura 2.32 mostra a haste do Tubo de Pitot inserida na superfície superior

do Túnel de Testes de tal forma que a ponta ficou direcionada em oposição direta ao

fluxo de ar, isto é, o mesmo procedimento foi realizado antes e depois do painel

evaporativo para todas as condições de testes. Uma extremidade da mangueira foi

conectada à saída de pressão estática do Tubo de Pitot e a outra extremidade desta

62


mesma mangueira foi conectada no ponto (-) do transdutor de pressão diferencial.

Como não se pretendia medir a pressão total, o outro ponto do transdutor de

pressão diferencial (+) media a pressão atmosférica. Assim, a perda de carga foi

determinada pela diferença da pressão estática antes e depois do painel

evaporativo.

Figura 2.32 – Forma de medição da pressão estática do ar no interior do Túnel de Testes utilizando Tubo de Pitot.

As Tabelas 2.5 a 2.7 destacam os valores das medições das perdas de cargas

dos painéis evaporativos de contato ar-água em função da vazão de água,

velocidade do ar e espessura de cada painel utilizado no experimento.

Tabela 2.5 – Principais condições de teste com os painéis evaporativos de fibra de Coco.

Vazão da água

(média) g/s

Velocidade do ar

(média) m/s

Perda carga (média)

Pa

Vazão da água

(média) g/s

Velocidade do ar

(média) m/s

Perda carga (média) com ± 0,1 Pa de

incerteza da média aritmética

Espessura de 0,1 m Espessura de 0,15 m

112,4 ± 0,78

1,22 ± 0,05 4,2 ± 0,5 112,4 ±

0,78

1,18 ± 0,05 4,8 ± 0,5

0,95 ± 0,04 3,2 ± 0,5 0,96 ± 0,1 3,8 ± 0,5

0,55 ± 0,04 2,2 ± 0,4 0,56 ± 0,03 2,8 ± 0,4

106,6 ± 0,62

1,22 ± 0,05 4,2 ± 0,5 106,6 ±

0,62

1,18 ± 0,05 4,8 ± 0,5

0,96 ± 0,04 3,2 ± 0,5 0,92 ± 0,03 3,8 ± 0,5

0,54 ± 0,04 2,2 ± 0,4 0,57 ± 0,03 2,8 ± 0,4

89,3 ± 0,73

1,23 ± 0,05 3,8 ± 0,5 89,3 ± 0,73

1,18 ± 0,06 4,4 ± 0,5

0,96 ± 0,05 2,8 ± 0,4 0,92 ± 0,04 3,4 ± 0,5

0,55 ± 0,05 1,8 ± 0,3 0,56 ± 0,04 2,4 ± 0,4

Túnel de Testes

0,315 m Pressão

estática

Pressão atmosférica

Fluxo de ar

0,315 m

Conexão ligada ao transdutor Conexão livre

63


Tabela 2.6 – Principais condições de teste com os painéis evaporativos da Esponja Vegetal.

Vazão da água

(média) g/s

Velocidade do ar

(média) m/s


Pa

Vazão da água

(média) g/s

Velocidade do ar

(média) m/s




112,4 ± 0,78

1,21 ± 0,04 5,2 ± 0,5 112,4 ±

0,78

1,16 ± 0,04 5,8 ± 0,5

0,88 ± 0,03 4,2 ± 0,5 0,87 ± 0,04 4,8 ± 0,5

0,58 ± 0,05 3,2 ± 0,5 0,58 ± 0,04 3,8 ± 0,5

106,6 ± 0,62

1,21 ± 0,05 5,2 ± 0,5 106,6 ±

0,62

1,18 ± 0,05 5,8 ± 0,5

0,93 ± 0,04 4,2 ± 0,5 0,9 ± 0,03 4,8 ± 0,5

0,57 ± 0,05 3,2 ± 0,5 0,58 ± 0,05 3,8 ± 0,5

89,3 ± 0,73

1,2 ± 0,04 4,8 ± 0,5 89,3 ± 0,73

1,17 ± 0,06 5,4 ± 0,5

0,9 ± 0,03 3,8 ± 0,5 0,87 ± 0,05 4,4 ± 0,5

0,56 ± 0,04 2,8 ± 0,4 0,59 ± 0,04 3,4 ± 0,5

Tabela 2.7 – Principais condições de teste com os painéis evaporativos de Celulose Rígida.

Vazão da água

(média) g/s

Velocidade do ar

(média) m/s


Pa

Vazão da água

(média) g/s

Velocidade do ar

(média) m/s




112,4 ± 0,78

1,22 ± 0,03 3,6 ± 0,5 112,4 ±

0,78

1,18 ± 0,06 4,2 ± 0,5

0,88 ± 0,03 2,4 ± 0,4 0,85 ± 0,03 3,0 ± 0,4

0,58 ± 0,03 1,4 ± 0,3 0,61 ± 0,03 2,0 ± 0,3

106,6 ± 0,62

1,21 ± 0,05 3,6 ± 0,5 106,6 ±

0,62

1,18 ± 0,05 4,2 ± 0,5

0,91 ± 0,02 2,4 ± 0,4 0,86 ± 0,02 3,0 ± 0,4

0,59 ± 0,03 1,4 ± 0,3 0,61 ± 0,03 2,0 ± 0,3

89,3 ± 0,73

1,22 ± 0,04 3,4 ± 0,5 89,3 ± 0,73

1,18 ± 0,04 4,0 ± 0,5

0,87 ± 0,02 2,2 ± 0,5 0,88 ± 0,03 2,8 ± 0,4

0,59 ± 0,03 1,2 ± 0,3 0,61 ± 0,03 1,8 ± 0,3

2.10 Definição da temperatura de bulbo seco e umidade relativa de entrada no

painel de contato ar-água.

As Figuras 2.33 a 2.36 destacam as quatro condições psicrométricas utilizadas

no experimento. Essas condições foram escolhidas para certificar que a eficiência de

resfriamento aumenta com maior temperatura de bulbo seco e menor umidade

relativa.

64


Figura 2.33 – Carta psicrométrica com constante e ebsT , = 36°C e e = 24%.

(Em 20/07/11: http://psicrom.software.informer.com/versions/).



http://psicrom.software.informer.com/versions/


65








66


2.11 Principais procedimentos na determinação dos parâmetros psicrométricos na

entrada e saída dos painéis de contato ar-água.

Para as medições da temperatura de bulbo seco e umidade relativa,

temperatura da água de entrada e saída dos painéis evaporativos, foram seguidos

os seguintes procedimentos:

a) Antes das medições:

Verificar se o registro tipo agulha do sistema de recirculação de água está na

posição correta de abertura para a condição de vazão de água requerida;

Verificar se todos os micros tubos estão desobstruídos;

Verificar se a água no interior do balde está isenta de impurezas;

Verificar se o painel evaporativo está molhado e bem posicionado a ponto de

receber água de todos os micros tubos;

Verificar se o isolamento térmico no interior do Túnel de Testes entre as paredes

laterais e o painel evaporativo está bem posicionado;

Verificar se o filtro de água está devidamente limpo e instalado no sifão localizado

na saída da água de recirculação do Túnel de Testes.

b) Início das medições:

Ligar a bomba de recirculação de água durante 20 minutos para umedecer

uniformemente o painel evaporativo;

Ligar o inversor de frequência na condição de vazão de ar desejada;

Ligar o condicionador de ar;

Ligar a bateria de resistências, ajustando a tensão e corrente elétrica no variador

de tensão para a condição almejada;

Ligar o computador e rodar o sistema de aquisição de dados e observar o

comportamento das temperaturas lidas pelos termopares e a umidade relativa lida

pelos sensores capacitivos;

Ligar o umidificador de ar, se assim, for necessário;

Deixar o sistema estabilizando as condições do processo de transferência de

calor e massa durante, no mínimo, 20 minutos antes de cada condição de testes;

Iniciar a coleta de dados e acompanhar o comportamento dos parâmetros em

função do tempo.

67


c) Término de uma medição:

Introduzir as novas condições de teste com ajuste do inversor de freqüência,

bateria de resistência e umidificador de ar, se assim for necessário;

Deixar um mínimo de 10 minutos para iniciar a nova medição;

Iniciar a coleta de dados e acompanhar o comportamento dos parâmetros

coletados em função do tempo.

d) Término das medições durante o dia:

Desligar o sistema de recirculação de água;

Desligar a bateria de resistências;

Desligar o condicionador de ar;

Desligar o sistema de umidificação;

Desligar o moto-exaustor;

Desligar o computador;

Retirar o painel evaporativo e colocar submerso no tanque (externo) com água

para uma nova medição no próximo dia.

e) Resultados Obtidos: Todas as medições foram salvas em arquivo eletrônico e,

depois, efetuado o tratamento de dados.

68 Modelagem Matemática e Simulação

CAPÍTULO 3 - Modelagem Matemática e Simulação Numérica do processo de

resfriamento evaporativo do tipo direto

Neste capítulo será apresentado o desenvolvimento de um modelo matemático

que permita realizar uma simulação numérica do processo de resfriamento

evaporativo em painéis de fibras vegetais. O modelo foi construído considerando os

conceitos de transferência de calor e de massa em regime permanente aplicadas a

painéis de fibras molhadas em contacto com um fluxo de ar que atravessa os

painéis. Como as condições psicrométricas do ar variam através do painel

evaporativo as suas propriedades foram obtidas utilizando correlações apropriadas

encontradas na literatura que foram incluídas no modelo. As equações do modelo

foram resolvidas utilizando um algoritmo computacional desenvolvido em ambiente

Matlab e os resultados alcançados com o algoritmo foram comparados com

resultados experimentais para painéis de fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) e

Bucha Vegetal (Luffa Cilíndrica) apresentados no Capítulo 2 da presente tese.

3.1 Modelo Matemático.

Um esquema do sistema analisado é mostrado nas Figuras 3.1 (a) e (b), onde

se pode observar uma amostra de um painel construído com fibra de coco e uma

seção em corte desse painel para mostrar a aplicação de um balanço de energia e

massa a um volume de controle genérico “i” situado ao longo do painel na direção do

escoamento de ar. Identicamente, esta análise pode ser estendida ao painel de fibra

de esponja vegetal e papel Kraft levando em consideração as particularidades e

propriedades físicas e geométricas destes painéis. As seguintes considerações são

admitidas na elaboração do modelo;

Analise em regime permanente,

Variação de energia cinética e potencial desprezível ao longo do painel e trabalho

nulo no volume de controle,

Transferência de calor para o ambiente através das paredes do painel é

desprezível,

No resfriamento evaporativo o sistema de recirculação de água é contínuo

mantendo as fibras totalmente saturadas,

A


A temperatura superficial ( sT ) próximo à interface ar-painel molhado, região de

vapor saturado, está próximo da temperatura de bulbo úmido ( buT ),

Se a temperatura de bulbo seco ( bsT ) antes do painel for maior que a

temperatura superficial ( sT ) próximo à interface ar-água (painel molhado), ocorrerá

transferência de calor do ar para a água,

Se a umidade específica do ar ( ) antes do painel for menor que o valor próximo

à interface ar-água (painel molhado), ocorrerá transferência de massa da água para

o ar,

O ar é uma mistura de ar seco e vapor d’água com comportamento de gás

perfeito.

B

A

Espiral de

plástico

(a) Localização do corte AB no painel evaporativo de fibra de Coco (vista frontal).

(b) Corte AB envolvendo o volume de controle no canal do painel evaporativo.

Figura 3.1 – Balanço de energia e massa para um canal do painel evaporativo.

Na Figura 3.1 a nomenclatura utilizada é definida como segue;

eam.

e sam.

= Fluxo mássico do ar seco de entrada e saída, respectivamente, kg/s;

evm.

e svm

.= Fluxo mássico vapor d’água de entrada e saída, respectivamente, kg/s;

Isolamento térmico Túnel

água Canal inferior

eaea hm .

evev hm .

x

sasa hm .

svsv hm .

y

Manta

água

ebsT

ebuT

e

e

etbsvP

"cq

evm.

evm.

"evq

"evq

sbsT

sbuT

s

s

tbuvsP sT s

i

.


evm.

= Fluxo mássico de água evaporada, kg/s;

ebsT e sbsT = Temperatura de bulbo seco de entrada e saída, respectivamente, °C;

ebuT e sbuT = Temperatura de bulbo úmido de entrada e saída, respectivamente, °C;

sT = Temperatura superficial próximo a interface ar-água, °C;

e e s = Umidade relativa de entrada e saída, respectivamente, %;

e , s e s = Umidade específica de entrada, saída e próxima a interface ar-água,

respectivamente, kg de vapor / kg de ar seco;

etbsvP,

= Pressão parcial de vapor de água na temperatura de bulbo seco, kPa;

tbuvsP = Pressão de vapor de água na temperatura de bulbo úmido (condição de

saturação), kPa;

ah e vh = Entalpia do ar seco e vapor de água, respectivamente, kJ/kg;

ch = Coeficiente de transferência de calor por convecção, W/m²°C;

"cq = Fluxo de calor por convecção (sensível), kJ/s;

"evq = Fluxo de calor evaporação, kJ/s.

Parâmetros geométricos de um canal típico do painel evaporativo aqui

analisado podem ser avaliados considerando um esquema do canal mostrado na

Figura 3.2. O diâmetro hidráulico do canal do painel de contato ar-água de fibra

vegetal ( hcD ) com um perímetro do canal ( cP ) e uma área superficial do canal ( scA )

é definido pela Equação (3.1). A área superficial de contato ar-água do canal ( scA )

para as espessuras ( ) dos painéis de 0,1 m e 0,15 m são dados pelas Equações

(3.2) e (3.3).

Figura 3.2 – Parâmetros geométricos para um canal do painel evaporativo.

0135,040135,0

)0135,00135,0(44

cP

cAhcD

, em m

0,0135 0,0135 0,0135

0,0135 0,0135

0,0135

Manta de fibra

(3.1)


0054,010 csc PA , em m² ( =0,1 m)

0081,015 csc PA , em m² ( =0,15 m)

Na Figura 3.1 o fluxo de massa e vapor de água entra no volume de controle

no interior do canal com uma temperatura de bulbo seco maior e umidade específica

menor que a região próxima da interface ar-água. Assim, o ar próximo à superfície

de interface ar-água está com uma concentração de vapor de água maior que na

corrente livre, e forma uma camada limite de gradiente de concentração. O gradiente

de concentração propicia a transferência de massa por convecção e a parcela de

água evaporada aumenta a umidade especifica, e consequentemente, a temperatura

de bulbo seco de saída tende a diminuir.

Assim, conforme as considerações citadas acima, o balanço de energia

estabelece que o somatório dos fluxos de energia entrando no volume de controle é

igual ao somatório dos fluxos de energia saindo do volume de controle de acordo

com a Equação (3.4), e introduzindo as propriedades termofísicas obtemos a

Equação (3.5).

hmhmqsaíent

c ....

Onde, .

cq = Taxa de calor que atravessa o V.C, em kJ/s; .

m = Fluxo mássico, em kg/s e h =

Entalpia, em kJ/kg

sbsspvvpaa

tbulvmbupvmebsepvvpaac

Tcmcm

hdTcdTcmcmq

)(

)(

..

..

Na Equação (3.5) md é a massa evaporada em kg/s, .

am e .

vm são os fluxos

mássicos de ar seco e vapor de água respectivamente em kg/s; pac e pvc são

respectivamente os calores específicos do ar seco e vapor de água em kJ/kg ºC; bsT

e buT são as temperaturas de bulbo seco e úmido do fluxo de ar úmido em °C; cq é

o fluxo de calor por convecção trocado entre o ar úmido e a superfície molhada do

painel evaporativo em kJ/s.

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)


Conforme Equação (3.6) cq pode ser escrito em termos da média logarítmica

das diferenças de temperatura entre o ar e a superfície úmida, com a temperatura

média logarítmica dada pela Equação (3.7).

LMcscc ThAq

buebs

busbs

ebssbsLM

TT

TT

TTT

ln

A quantidade de massa de água evaporada ( md ) pode ser calculada, seguindo

uma analogia entre a transferência de massa e calor, através da Equação (3.8)

considerando também uma média logarítmica das diferenças de densidade entre o

ar e a superfície úmida. Nesta equação, mh é o coeficiente de transferência de

massa em m/s.

)

)ln(

((

tbuvev

tbuvsv

evsvscmm Ahd

Considerando as Equações (3.5) à (3.8) e colocando a temperatura de bulbo

seco na saída do volume de controle em evidencia, será obtida a Equação (3.9) para

o cálculo da temperatura do ar ao longo do painel evaporativo.

pvvpaa

tbulvmLMcscbupvmebspvvpaa

sbs

cmcm

hdThATcdTcmcm

T

..

..

)(

Reescrevendo a Equação (3.9) para um domínio discreto formado por N

volumes, considerando um volume genérico (i) resulta na Equação (3.10).

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)


)(

.

)()(

.

)(

)()()()(

)()()(

)1()1(

.

)1()1(

.

)1(

)(

)(

ipvivipaia

itbulviiLMicsc

ibuipvi

ibsipvivipaia

ibs

cmcm

hdmThA

Tcdm

Tcmcm

T

Esta equação será aplicada a cada volume do dominio sequencialmente

através de um processo de marcha que se inicia na entrada do painel e se extende

até o último volume de controle do dominio na saída do painel. Na entrada do painel

as condições do ar úmido ambiental são completamente conhecidas e resultam nas

condições de contorno do problema. Assim, para o cálculo das condições do ar na

saída do volume de controle aplica-se a Equação (3.10) de forma iterativa em virtude

que as Equações (3.7) e (3.8), que determinam os valores de LMT e a massa

evaporada de água ( md ), estão acopladas à Equação (3.10) e portanto requer que

sejam resolvidas simultaneamente. Tendo alcançado a convergência de solução no

primeiro volume de controle, será aplicada a Equação (3.10) ao segundo volume de

controle do domínio e neste caso as condições de entrada serão aquelas

estabelecidas na saída do volume de controle anterior e aqui o processo iterativo,

imposto pelo acoplamento das equações, se repetirá até determinar as condições do

ar na saída deste segundo volume de controle. Este processo se repete

sucessivamente através dos demais volumes de controle do domínio à medida que

se marcha em direção à saída do painel evaporativo.

3.2 Eficiência de saturação evaporativa ( ).

Segundo a ASHRAE Standard (2008) a eficiência de resfriamento evaporativo

de painéis de contato ar-água é medida pela eficiência de saturação evaporativa ( )

conforme Equação (3.11), uma equação clássica na literatura, que envolve a queda

de temperatura de bulbo seco real dividido pela queda de temperatura máxima

possível. Considerando que, em Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED) a

menor temperatura de bulbo seco de saída não ultrapassa a temperatura de bulbo

úmido de entrada.

(3.10)


ssbsebs

sbsebs

TT

TT

Onde,

ssbsT = buT = supT = Temperatura de bulbo seco, em °C, na saída na condição de

saturação (ssbsT ) é igual à temperatura de bulbo úmido ( buT ), e equivalente a

temperatura próximo da interface ar-água ( sT ), região saturada de vapor de água,

conforme exemplo da Figura 3.3.

Figura 3.3 – Exemplo da definição da temperatura de bulbo seco de saída na condição de saturação

de vapor de água (ssbsT = 20°C) com

ebsT = 36°C, buT = 20°C e e = 22%


Analisando a Equação (3.11), verifica-se que a eficiência de 100% corresponde

a uma temperatura de bulbo seco na saída (sbsT ) igual à temperatura de bulbo seco

de saída do ar na condição de saturação de vapor de água (ssbsT ), sendo que, na

prática para Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED), o menor valor da

temperatura de bulbo seco na saída (sbsT ) do painel evaporativo fica em torno de

1°C acima da temperatura de bulbo úmido do ar ( buT ).

(3.11)



3.3 Determinação das propriedades da água líquida e da mistura ar e vapor de água.

Aqui serão apresentadas as equações que permitem determinar as condições

psicrométricas do ar úmido através do painel evaporativo, assim como, um conjunto

de correlações para determinação das suas propriedades. Como foi dito

anteriormente, estas equações se somam as equações do modelo para compor o

algoritmo numérico que será utilizado para realizar as simulações numéricas do

processo de resfriamento evaporativo nos paíneis estudados.

Para calcular a taxa de fluxo mássico de ar ( arm.

), em kg/s, pode-se utilizar a

Equação (2.10), mencionadas anteriormente. Onde a vazão volumétrica ( arQ ), em

m³/s, é dada pela Equação (2.9).

pmar

arar

Qm

.

1

87652

4321 .4

).

4

)).( AAAQ iiar

A taxa de fluxo mássico de vapor de água calculado para a saída de cada

volume de controle do domínio ( svm.

), em kg/s, é igual à soma da taxa fluxo mássico

de vapor de água calculado para a entrada do volume de controle ( evm.

), com o

resultado do cálculo da taxa de fluxo mássico evaporado no volume de controle ( md

ou evm.

). Assim, encontra-se a Equação (3.12).

mevsv dmm ..

A umidade específica ( ) de uma mistura ar-vapor de água, em kg de vapor/kg

de ar seco, é definida como sendo a razão entre a massa de vapor de água ( vm ) e a

massa de ar seco ( arm ), conforme Equação (3.13). O termo “ar seco” é utilizado

para enfatizar a referência ao ar puro sem a parcela de vapor de água.

(3.12)

(2.10)

(2.9)


a

v

m

m

Considerando a mistura de ar-vapor de água como gás perfeito pode-se

encontrar uma expressão para a umidade específica em função das pressões

parciais e das massas moleculares, conforme as Equações (3.14) a (3.16).

bsg

vv

bsv

vv

TR

MVP

TR

VPm

bsg

av

bsa

aa

TR

MVP

TR

VPm

a

v

v

a

a

v

v

a

bsa

a

bsv

v

P

P

M

M

P

P

R

R

TR

VP

TR

VP

A lei da mistura de gases perfeitos observada por Dalton informa que a pressão

total da mistura ( tP ), em kPa, é igual à soma das pressões da mistura ar seco ( aP ) e

vapor de água ( vP ). Assim, a Equação (3.16) fica igual a Equação (3.17) (Equação

clássica na literatura).

)( vt

v

v

a

PP

P

R

R

Para as condições de entrada e próximas a interface de ar-vapor de água a

umidade específica ( ), em kg de vapor/kg de ar seco, é calculada pelas Equações

(3.18) e (3.19).

tbsvt

tbsv

v

atbs PP

P

R

R (3.18)

(3.13)

(3.14)

(3.16)

(3.17)

(3.15)


tbuvt

tbuv

v

atbus

PP

P

R

R

Onde,

aM = Massa molar aparente do ar seco na escala do carbono 12 (28,9645), kg/kmol;

vM = Massa molar aparente do vapor de água na escala do carbono 12 (18,01528),

kg/kmol;

gR = Constante dos gases (8.314,41), kJ/kmolK;

aR =a

gM

R = Constante universal para o ar seco, kJ/kgK;

vR = v

gM

R= Constante universal para o vapor de água, kJ/kgK.

Segundo Singh et al. (2002) a pressão parcial do vapor de água saturado na

tempertura de bulbo seco (tbsvsP ) e na temperatura de bulbo úmido (

tbuvsP ), em

kPa, são dadas pelas Equações (3.20) e (3.21). Aceito para 0 < bsT < 63°C.

1000

3,237

269,17exp78,610(

bs

bs

tbsvs

T

T

P

1000

3,237

269,17exp78,610(

bu

bu

tbuvs

T

T

P

A pressão parcial de vapor de água na tempertura de bulbo seco (tbsvP ), em

kPa, é dada pela Equação (3.22). Onde é a umidade relativa do ar.

tbsvstbsv PP

(3.19)

(3.20)

(3.21)

(3.22)


Rossi (1999) calcula o volume específico do ar seco ( pa ) e vapor de água

( pv ), em m³/kg, através das Equações (3.23) a (3.26), que são clássicas na

literatura. Sendo a pressão atmosférica ( tP ) e a pressão parcial de vapor de água

( vP ) em Pa e a temperatura de bulbo seco ( bsT ) em °C.

)(

15,2732870552,0

tbsvt

bstbspa

PP

T

)(

15,2732870552,0

tbuvt

butbupa

PP

T

)(

))(4615199,0( 15,273

tbsv

bs

tbspvP

T

)(

))(4615199,0( 15,273

tbuv

bu

tbupvP

T

Rossi (1999) calcula também o volume específico da mistura ar e vapor de

água (tbspar ), em m³/kg, conforme Equação (3.27), que é clássica na literatura.

avt

bsg

tbsparMPP

TR

)15,273(

Segundo Moreira (1999) a entalpia do ar seco ( ah ), vapor de água ( vh ) e da

mistura ar-vapor de água ( arh ), em kJ/kg, são dados pelas Equações (3.28) a (3.30).

Aceito para 0 < bsT < 60°C. Sendo bsT em °C, pac em kJ/kg de ar seco, tbs em

g/kg.

026,0 bspaa Tch

)2,2501)851.1(²)42(³)68(( bsbsbsv TTeTeh

(3.23)

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

(3.29)


bsvpvbsaar Thhh )(

Conforme procedimento apresentado por Singh et al. (2002) a temperatura de

bulbo úmido ( buT ), em °C, é dada pelas Equações 3.31 a 3.37.

B

TTBT

pobsbu

))((

tbulv

tbsv

t

tbuvst

h

P

P

PP

B

62194,0

1000

1000

15577,01

10001000

9254,1006

A entalpia de vaporização na temperatura de bulbo úmido pode ser escrita

conforme a Equação (3.33).

1000

)15,273(406,236,3161 bu

tbulvT

h

pobu

tbsvtbuvs

TD

PP

10001000

Depressão de bulbo úmido é calculada pela Equação (3.35).

bubsbu WTD

1

9.0

1.54355.0 bsbu

TW , para 0 < bsT < 110°C

A temperatura de ponto de orvalho ( poT ), em °C é

2

1000ln0790,1

1000ln38,14983,8

tbsvtbsv

po

PPT

(3.30)

(3.31)

(3.34)

(3.32)

(3.35)

(3.37)

(3.36)

(3.33)


Para encontrar a condutividade térmica da mistura do ar-vapor de água

(tbsar ), em W/mK, utiliza-se a Equação (3.38), de acordo com Profmaster (2009).

00039333,0)15,273(0184,1

)15,273(8574,4)15,273(5207,1

4

28311

bs

bsbstbsar

T

TTk

A viscosidade dinâmica da mistura ar-vapor de água (tbsar ), em N.s/m², é

dada pela Equação (3.39), conforme Holsoft Physics (2011), com erro de 0,1 x 10-6 e

na faixa de 0 a 54°C.

6210)0004,0067,01,17( bsbstbsar TT

De acordo com Kloppers (2005) o calor específico do ar seco (tbspac ) e do

vapor de água ( pvc ), em kJ/kgK, são dados pelas Equações (3.40) e (3.41).

1000

)7705209,24083814,71161783,33045356,1(32

bsbsbstbspa

TeTeTeec

1000

))1391332,5()1046784,2(31334,2)33605,1((65

bsbsbstbspv

TeTeTec

De acordo com Moreira (1999) o calor específico da mistura ar-vapor de água

(tbsparc ), em kJ/kgK, é dado pela Equação (3.42).

))((tbspvtbstbspatbspar ccc

3.4 Coeficientes convectivos de transferência de calor e massa.

A determinação do coeficiente de transmissão de calor por convecção ( ch ), em

w/m°C, e do coeficiente transferência de massa ( mh ), em m/s, é via de regra, uma

tarefa complexa nos problemas de engenharia. O coeficiente de transmissão de

calor por convecção ( ch ) e coeficiente transferência de massa ( mh ) variam em

(3.38)

(3.39)

(3.40)

(3.41)

(3.42)


função do regime de escoamento; da natureza do fluido; da geometria e rugosidade

do painel evaporativo; da direção e área de escoamento; das propriedades físicas do

fluido; da temperatura; da posição ao longo da superfície e da convecção forçada ou

natural. A análise das condições do escoamento do fluxo mássico de ar através dos

painéis evaporativos não é tão simples, assim, e portanto correlações empíricas

foram usadas.

O número de Nusselt ( Nu ) Equação (3.43), correlaciona o coeficiente de

transferência de calor por convecção ( ch ), em W/m°C, o comprimento característico

do canal evaporativo ( cL ), em m, e o coeficiente de condutividade térmica (tbsar ),

em W/m.K.

tbsar

cc

k

LhNu

O comprimento caraterístico cL pode ser obtido da Equação (3.44). Nesta

equação, cV é o volume do canal do painel evaporativo de contato ar-água, em m³,

e scA é a área superficial da manta evaporativa do canal, m².

sc

cc

A

VL

O número de Sherwood ( Sh ) dado na Equação (3.45) representa a razão entre

a transferência de massa convectiva e difusiva. Nesta equação tbsabD é o

coeficiente de difusão de massa e conforme Marrero e Mason (1972), em Cengel

(2006), o seu valor pode ser determinado pela Equação (3.46). Esta correlação é

válida para KTbs 450280 . Sendo a atmP = 1.

tbsab

cm

D

LhSh

atm

bstbsab

P

TeD

072,2)16,273()1087,1(

(3.43)

(3.45)

(3.46)

(3.44)


Segundo Incropera e Dewitt (1996) a Equação (3.47), desenvolvida por Hilpert

em 1972, descreve a correlação para obter o número de Nusselt ( Nu ) para

escoamento cruzado sobre feixe de tubos.

nmcNu PrRe 11

Esta correlação pode ser utilizada para determinação do coeficiente de

transferência de calor por convecção ( ch ) associado com o fluxo cruzado ar-água

no Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED). Seguindo essa metodologia,

Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988) apresentaram uma correlação,

utilizando como partida da análise a Equação (3.47) para predizer o coeficiente

convectivo do ar ( ch ) em painéis de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft),

conforme Equação (3.48). Para o ar o valor de “n” deve ser menor que 1, e conforme

Incropera (1998), para a maioria das aplicações envolvendo o ar atmosférico na

faixa de temperatura do experimento desta Tese o valor de “n” pode ser adotado

como 1/3.

3/18,012,0

PrRe1,0

cL

Nu

Conhecendo cL = 0,00216 m e = 0,07 m, onde é a espessura do painel

evaporativo de contato ar-água, eles obtiveram as constantes 1c e 1m utilizando uma

regressão simples, conforme Equação (3.49).

3/18,0 PrRe07,0 Nu , )/8,21(321Re120 smaVálido

O número de Reynolds ( Re ) da Equação (3.50) foi determinado considerando

o comprimento característico anteriormente definido pela Equação (3.44).

tbsar

cmtbsar Lv

Re

(3.50)

(3.47)

(3.48)

(3.49)


O número de Prandt ( Pr ) é definido pela Equação (3.51).

tbsar

tbsar

tbsar

tbsartbsparc

Pr

A correlação de Nusselt (Nu) da Equação (3.49) é válido para o arranjo

específico de Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988). Para as

características dos painéis evaporativos e condições do experimento desta Tese

obteve-se o número de Nusselt ( Nu ) seguindo uma metodologia semelhante à

empregada nos trabalhos de Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988).

Através de uma técnica de regressão matemática simples usou-se dados

experimentais do trabalho de Tese, a correlação empírica da Equação (3.47) e

grupos admensionais para obtenção dos coeficientes de transferência de calor e

massa dos painéis de contato ar-água testados experimentalmente. Inicialmente

aplicou-se a função logarítmica, conforme Equação (3.52), para obter os valores das

constantes 1c e 1m plotando numa escala log-log os valores de 3/1Pr/Nu versus

Re , conforme Figuras 3.4 a 3.15.

log(Re))log()Pr/log( 113/1 mcNu

As correlações determinadas experimentalmente para obtenção do

coeficiente de transferência de calor e massa dos painéis de contato ar-água foram

comparados com os resultados experimentais de Dowdy et al. (1986) e Dowdy e

Karabash (1988). Confome Rawangkul et al. (2008) para a correlação de

transferência de calor os resultados obtidos por Dowdy et al. (1986) e Dowdy e

Karabash (1988) verifica-se que a constante “ 1c ” e o expoente “ 1m ” são

respectivamente 0,07 e 0,8. Enquanto para os resultados do trabalho de Tese os

valores foram 0,02 e 0,8 para todos os painéis, conforme Equação (3.53). Onde a

constante “ 1m ” foi mantida constante para todos os casos e a constante “ 1c ” obteve

pequena variação. A diferença do valor da constante “ 1c ” é provavelmente devido as

condições de testes tal como a diferença da configuração do painel de contato ar-

água e arranjos experimentais. Apesar disso é razoável concluir que a análise

(3.51)

(3.52)


apresentada é válida e que a forma simples da correlação empírica utilizada é

aceitável.

3/18,0 PrRe02,0 Nu

Aceito entre 275,99 < Re < 627,37 (fibra de Coco e Esponja Vegetal com

c =0,1m e .

agm =112,4; 106,6 e 89,3 g/s);

Aceito entre 287,82 < Re < 603,1 (fibra de Coco e Esponja Vegetal com

c =0,15m e .

agm =112,4; 106,6 e 89,3 g/s).

y = 0,8x - 1,7549R² = 1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.4 – 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Coco com =0,1 m e

.

agm = 112,4 g/s.

y = 0,8x - 1,7549

R² = 1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)


.

agm =106,6 g/s.

(3.53)


y = 0,8x - 1,7549R² = 1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)


.

agm = 89,3 g/s.

y = 0,8x - 1,7549R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

2,4 2,5 2,6 2,7 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.7 – 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,1m e .

agm = 112,4 g/s.

y = 0,8x - 1,7549R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(NU/Pr^0,33)

LOG(Re) Figura 3.8 – 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,1m e .

agm = 106,6 g/s.


y = 0,8x - 1,7549R² = 1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re) Figura 3.9 – 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,1m e .

agm = 89,3 g/s.

y = 0,7868x - 1,7463R² = 0,9958

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re) Figura 3.10 – 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Coco com =0,15 m e

.

agm = 112 g/s.

y = 0,8x - 1,7761R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.11 –

3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Coco com =0,15 m e

.

agm = 106,6 g/s.


y = 0,8x - 1,7761R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re) Figura 3.12 - 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Coco com =0,15 m e

.

agm = 89,3 g/s.

y = 0,805x - 1,7845R² = 0,9959

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re) Figura 3.13 - 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,15 m e .

agm = 112,4 g/s.

y = 0,8x - 1,7761R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.14 - 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,15 m e .

agm = 106,6 g/s.


y = 0,8x - 1,7761R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Nu/Pr^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.15 - 3/1Pr/NuLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,15 m e .

agm = 89,3 g/s.

Quando se trabalha com transferência de calor e massa é comum fazer

analogias entre estes dois fenômenos. Com isto, pode-se calcular o coeficiente de

transferência de massa ( mh ) através de correlações análogas as usadas para o

cálculo do coeficiente convectivo ( ch ), ou seja, pode-se obter o coeficiente de

transferência de massa ( mh ) através do número de Sherwood ( Sh ), conforme

Equação (3.54), da mesma forma que se calcula com o número de de Nusselt ( Nu ).

3/122 Re SccSh

m

Onde Sc é o número de Schmidt definido pela Equação (3.55) que relaciona a razão

de difusividade de momento e difusividade de massa,

tbsab

tbsar

tbsabtbsar

tbsarc

DDS

Seguindo o mesmo raciocínio, as Equações (3.56) e (3.57) representam o número

de Sherwood ( Sh ) obtidos por Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988). Da

mesma forma, conhecendo o cL = 0,00216 m e = 0,07 m, eles obtiveram 1c e 1m .

(3.54)

(3.55)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Raz%C3%A3o_(matem%C3%A1tica)

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Difus%C3%A3o_de_momento&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/Difusividade_de_massa


3/18,012,0

Re08,0 ScLc

Sh

3/18,0Re05,0 ScSh

De forma análoga para encontrar o número de Nusselt ( Nu ), os números de

Sherwood ( Sh ) foram obtidos com dados experimentais da Tese e representados

pela Equação (3.58), conforme Figuras 3.16 a 3.27. Considerando que a faixa de

validade da correlação em relação ao número de Reynolds ( Re ) é a mesma

definida para o número de Nusselt ( Nu ). Identicamente ao caso do coeficiente de

transferência de calor por convecção, e neste caso da correlação dada pela

Equação (3.58) será obtido o coeficiente de transferência de massa convectivo que

será utilizado nas simulações numéricas de todos os painéis utilizados.

De acordo com Rawangkul et al. (2008) para a correlação de transferência de

massa os resultados obtidos por Dowdy et al. (1986) e Dowdy e Karabash (1988)

verifica-se que a constante “ 2c ” e o expoente “m2” são respectivamente 0,05 e 0,8.

Enquanto para os resultados do trabalho de Tese os valores foram 0,01 e 0,8 para

todos os painéis, conforme Equação (3.58). Onde a constante “ 2m ” foi mantida

constante para todos os casos e a constante “ 2c ” obteve pequena variação. A

diferença do valor da constante “ 2c ” também é devido as condições de testes tal

como a diferença da configuração do painel de contato ar-água e arranjos

experimentais. E assim, a análise apresentada tal como para o Nusselt ( Nu ) é

válida para o número de Sherwood ( Sh ) e que a forma simples da correlação

empírica utilizada também é aceitável.

3/18,0Re01,0 ScSh

(3.56)

(3.57)

(3.58)


y = 0,8x - 1,8939R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.16 – 3/1/ ScShLog versus ReLog para o painel de fibra de Coco com =0,1 m e

.

agm =112,4 g/s.

y = 0,7783x - 1,8342R² = 0,9999

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)


.

agm =106,6 g/s.

y = 0,8x - 1,8939R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)


.

agm = 89,3 g/s.


y = 0,8x - 1,8939R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.19 – 3/1/ ScShLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,1 m e .

agm =112,4 g/s.

y = 0,7863x - 1,8565R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/SC^0,33)

LOG(Re)


=0,1 m e .

agm = 106,6 g/s.

y = 0,8x - 1,8939R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)


=0,1 m e .

agm = 89,3 g/s.


y = 0,8x - 1,915R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^^,33)

LOG(Re)


.

agm = 112,4 g/s.

y = 0,8313x - 1,9939R² = 0,999

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re) Figura 3.23 – 3/1/ ScShLog versus ReLog para o painel de fibra de Coco com =0,15 m e

.

agm = 106,6 g/s.

y = 0,8x - 1,915R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)


.

agm = 89,3 g/s.


y = 0,8x - 1,915R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^^,33)

LOG(Re)


=0,15 m e

.

agm = 112,4 g/s.

y = 0,8228x - 1,9722R² = 0,9995

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re)

Figura 3.26 – 3/1/ ScShLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com =

0,15 m e .

agm = 106,6 g/s.

y = 0,8x - 1,915R² = 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

2,4 2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8

LOG(Sh/Sc^0,33)

LOG(Re) Figura 3.27 – 3/1/ ScShLog versus ReLog para o painel de fibra de Esponja Vegetal com

=0,15 m e .

agm = 89,3 g/s.


3.5 Simulação numérica.

As equações do modelo de transferência de calor e massa num painel

evaporativo apresentadas no item 3.1 deste capítulo, junto com as correlações para

um modelo de cálculo de propriedades psicrométricas do ar úmido que atravessa o

painel integram o algoritmo numérico que será utilizado na simulação numérica do

problema. Este algoritmo foi programado no ambiente MatLab e validado

comparando-se resultados experimentais e numéricos obtidos com o presente

modelo para as mesmas condições operacionais. Logo após a validação do

programa, o mesmo foi utilizado para ensaios numéricos que permitem

complementar o trabalho experimental.

3.5.1 Análise comparativa dos resultados experimentais e numéricos.

A análise comparativa dos resultados numéricos com resultados experimentais

contempla diferentes condições de teste dos parâmetros termo-físicos de entrada

para painéis de contato ar-água construídos com materiais diferentes e mesmas

dimensões. As Figuras 3.28 e 3.29 foram obtidas utizando o algoritmo numérico para

um painel de fibra de Coco com espessura ( ) de 0,15 m, vazão mássica de ar

(.

arm ) de 0,06 kg/s e vazão mássica de água (.

agm ) de 112,4 g/s. Através deste

programa é possível encontrar a temperatura de bulbo seco e umidade relativa de

saída obtida pela simulação numérica, como também outros termos psicrométricos,

e comparar com os valores obtidos através do experimento. Ressaltando que o

programa de simulação numérica permite analisar o comportamento das condições

psicrométricas no interior do painel conforme o escoamento de ar atravessando o

painel evaporativo. Analisando a Figura 3.28 verifica-se que a temperatura de bulbo

seco no interior dos painéis de contato ar-água diminue gradativamente e na Figura

3.29 a umidade relativa ocorre o inverso. Este fato ocorre devido a transferência de

calor e de concentração de vapor de água entre as superfícies da lâmina de água e

as áreas adjacentes que proporciona transferência de massa. Há de considerar que

as temperaturas de bulbo úmido de todas as condições de testes experimental e

numérica ficou praticamente constante desde a entrada até a saida do painel.


0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.1624

26

28

30

32

34

36

38REDUÇÃO DE TEMPERATURA DE BULBO SECO

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E B

UL

BO

SE

CO

(°C

)

DESLOCAMENTO DO AR NO PAINEL DE CONTATO (m)

Figura 3.28 – Redução de temperatura de bulbo seco utilizando painel de fibra de Coco com

=0,15m, .

arm = 0,06 kg/s e .

agm = 112,4 g/s (simulação numérica).

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.160.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

UM

IDA

DE

RE

LA

TIV

A

DESLOCAMENTO DO AR NO PAINEL DE CONTATO (m)

Figura 3.29 – Elevação de umidade relativa utilizando painel de fibra de Coco com = 0,15 m,

.

arm =0,06 kg/s e .

agm = 112,4 g/s (simulação numérica).

As Tabelas 3.1 a 3.12 registram resultados experimentais e numéricos para os

painéis de fibra vegetal de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus), Esponja Vegetal (Luffa

Cilíndrica) e Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft Comercial). Todos os testes

foram considerados com as mesmas condições termofísicas de entrada e

construtivas dos arranjos. Verifica-se que o aumento da espessura dos painéis

ocasiona menor temperatura de bulbo seco e maior umidade relativa de saida, e

consequentemente, maior eficiência de resfriamento evaporativo. Enquanto o ar não

atingir a condição de saturação de umidade específica, possibilita a evaporação de

mais água. Assim, com um aumento de área de contato entre o ar e a água e mais

espaço de tempo, a temperatura de bulbo seco tende a diminuir e a umidade relativa

tende a aumentar.


Tabela 3.1 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água para o melhor desempenho da fibra de Coco (Tbs,e = ±36°C).

Eficiência experimental fibra de Coco ()

ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Eficiência numérica fibra de Coco ()

ar =0,6m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,29°C Tbs,s = 27,75°C

e = 24,31%

s = 41,61% Tsup,e = 18,95°C Tsup,s = 24,78°C

= 0,1 m

=

55,8

9 %

Tbs,e = 36,31°C Tbs,s = 24,11°C

e = 24,39%

s = 52,56% Tsup,e = 17,48°C Tsup,s = 24,42°C

= 0,15 m

=

79,8

7 %

Tbs,e = 36,29°C Tbs,s = 27,53°C

e = 24,31%

s = 40,24% Tsup,m = 21,7°C

= 0,1 m

=

57,0

4 %

Tbs,e = 36,31°C Tbs,s = 24,71°C

e = 24,39%

s = 48,01% Tsup,m = 20,95°C

= 0,15 m

=

75,6

8 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,43°C Tbs,s = 28,79°C

e = 24,36%

s = 40,7% Tsup,e = 18,88°C Tsup,s = 24,61°C

= 0,1 m

=

49,8

3 %

Tbs,e = 36,35°C Tbs,s = 24,97°C

e = 24,31%

s = 51,01% Tsup,e = 17,23°C Tsup,s = 24,59°C

= 0,15 m

=

74,3

4 %

Tbs,e = 36,43°C Tbs,s = 28,46°C

e = 24,36%

s = 38,45% Tsup,m = 21,74°C

= 0,1 m

=

51,7

9 %

Tbs,e = 36,35°C Tbs,s = 25,58°C

e = 24,31%

s = 45,43% Tsup,m = 20,91°C

= 0,15 m =

70,0

6 %


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,58°C Tbs,s = 28,8°C

e = 24,41%

s = 40,21% Tsup,e = 18,93°C Tsup,s = 24,54°C

= 0,1 m

=

50,7

%

Tbs,e = 36,27°C Tbs,s = 25,55°C

e = 24,57%

s = 49,86% Tsup,e = 17,24°C Tsup,s = 24,51°C

= 0,15 m

=

70,5

2 %

Tbs,e = 36,58°C Tbs,s = 28,93°C

e = 24,31%

s = 37,78% Tsup,m = 21,74°C

= 0,1 m

=

49,6

1 %

Tbs,e = 36,27°C Tbs,s = 25,95°C

e = 24,57%

s = 44,7% Tsup,m = 20,88°C

= 0,15 m =

67,5

8 %


Tabela 3.2 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água

para o melhor desempenho da fibra Esponja Vegetal – Luffa (Tbs,e = ±36°C).

Eficiência experimental fibra de Luffa ()

ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Eficiência numérica fibra de Luffa ()

ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,42°C Tbs,s = 27,94°C

e = 24,4%

s = 42,14% Tsup,e = 18,87°C Tsup,s = 24,55°C

= 0,1 m

=

55,3

6 %

Tbs,e = 36,59°C Tbs,s = 24,72°C

e = 24,34%

s = 50,26% Tsup,e = 17,3°C Tsup,s = 24,5°C

= 0,15 m

=

77,2

% Tbs,e = 36,42°C

Tbs,s = 27,71°C

e = 24,4%

s = 40,26% Tsup,m = 21,71°C

= 0,1 m

=

56,6

9 %

Tbs,e = 36,59°C Tbs,s = 24,93°C

e = 24,34%

s = 47,99% Tsup,m = 20,9°C

= 0,15 m

=

75,5

%


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,41°C Tbs,s = 28,48°C

e = 24,36%

s = 41,99% Tsup,e = 18,97°C Tsup,s = 24,45°C

= 0,1 m

=

51,8

1 %

Tbs,e = 36,26°C Tbs,s = 24,82°C

e = 24,34%

s = 50,06% Tsup,e = 17,44°C Tsup,s = 24,51°C

= 0,15 m

=

74,9

1 %

Tbs,e = 36,41°C Tbs,s = 28,39°C

e = 24,36%

s = 38,56% Tsup,m = 21,71°C

= 0,1 m

=

52,1

4 %

Tbs,e = 36,26°C Tbs,s = 25,31°C

e = 24,34%

s = 46,03% Tsup,m = 20,98°C

= 0,15 m =

71,4

2 %


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,24°C Tbs,s = 28,94°C

e = 24,57%

s = 40,32% Tsup,e = 18,96°C Tsup,s = 24,27°C

= 0,1 m

=

48,0

3 %

Tbs,e = 36,43°C Tbs,s = 25,4°C

e = 24,93%

s = 50,6% Tsup,e = 16,93°C Tsup,s = 24,63°C

= 0,15 m

=

72,7

4 %

Tbs,e = 36,24°C Tbs,s = 28,64°C

e = 24,57%

s = 37,95% Tsup,m = 21,61°C

= 0,1 m

=

49,7

6 %

Tbs,e = 36,43°C Tbs,s = 26,15°C

e = 24,93%

s = 44,21% Tsup,m = 20,78°C

= 0,15 m =

67,5

2 %


Tabela 3.3 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft ondulado – Comercial (Tbs,e = ±36°C).

Eficiência experimental papel kraft ondulado (); ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,46°C Tbs,s = 25,05°C

e = 24,4%

s = 49,97% Tsup,e = 17,48°C Tsup,s = 23,63°C

= 0,1 m

= 74,52 %

Tbs,e = 36,49°C Tbs,s = 23,48°C

e = 24,27%

s = 55,67% Tsup,e = 16,6°C Tsup,s = 23,43°C

= 0,15 m

= 84,6 %

Eficiência experimental papel kraft ondulado (); ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,31°C Tbs,s = 25,15°C

e = 24,41%

s = 49,82% Tsup,e = 17,48°C Tsup,s = 23,54°C

= 0,1 m

= 73,06 %

Tbs,e = 36,32°C Tbs,s = 23,69°C

e = 24,57%

s = 53,94% Tsup,e = 16,57°C Tsup,s = 23,45°C

= 0,15 m

= 82,97 %


arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 36,31°C Tbs,s = 25,39°C

e = 24,33%

s = 48,39% Tsup,e = 17,52°C Tsup,s = 23,42°C

= 0,1 m

= 71,49 %

Tbs,e = 36,5°C Tbs,s = 24,13°C

e = 24,48%

s = 53,46% Tsup,e = 16,82°C Tsup,s = 23,38°C

= 0,15 m

= 80,82 %




ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,77°C Tbs,s = 26,82°C

e = 26,58%

s = 43,76% Tsup,e = 18,87°C Tsup,s = 24,56°C

= 0,1 m

=

55,9

9 %

Tbs,e = 34,35°C Tbs,s = 24,05°C

e = 26,63%

s = 52,9% Tsup,e = 17,33°C Tsup,s = 23,46°C

= 0,15 m

=

73,2

2 %

Tbs,e = 34,77°C Tbs,s = 26,61°C

e = 26,58%

s = 42,7% Tsup,m = 21,71°C

= 0,1 m

=

57,2

4 %

Tbs,e = 36,35°C Tbs,s = 23,54°C

e = 26,63%

s = 50,43% Tsup,m = 20,4°C

= 0,15 m

=

76,6

3 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,54°C Tbs,s = 27,33°C

e = 26,7%

s = 45,71% Tsup,e = 19,05°C Tsup,s = 24,59°C

= 0,1 m

=

51,1

9 %

Tbs,e = 34,46°C Tbs,s = 24,42°C

e = 26,6%

s = 51,09% Tsup,e = 17,11°C Tsup,s = 23,22°C

= 0,15 m

=

71,1

7 %

Tbs,e = 34,54°C Tbs,s = 27,1°C

e = 26,7%

s = 41,09% Tsup,m = 21,82°C

= 0,1 m

=

52,5

3 %

Tbs,e = 34,46°C Tbs,s = 24,44°C

e = 26,6%

s = 47,94% Tsup,m = 20,17°C

= 0,15 m =

70,8

3 %


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,39°C Tbs,s = 27,22°C

e = 26,57%

s = 45,86% Tsup,e = 19,01°C Tsup,s = 24,46°C

= 0,1 m

=

50,8

7 %

Tbs,e = 34,3°C Tbs,s = 24,54°C

e = 26,35%

s = 49,79% Tsup,e = 17,48°C Tsup,s = 22,98°C

= 0,15 m

=

69,1

% Tbs,e = 34,39°C

Tbs,s = 27,26°C

e = 26,57%

s = 40,18% Tsup,m = 21,73°C

= 0,1 m

=

50,4

5 %

Tbs,e = 34,3°C Tbs,s = 24,59°C

e = 26,35%

s = 46,63% Tsup,m = 20,23°C

= 0,15 m =

68,5

9 %


Tabela 3.5 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água para o melhor desempenho da fibra Esponja Vegetal – Luffa (Tbs,e = ±34°C).


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,4°C Tbs,s = 26,73°C

e = 26,73%

s = 44,06% Tsup,e = 18,61°C Tsup,s = 23,97°C

= 0,1 m

=

54,5

8 %

Tbs,e = 34,57°C Tbs,s = 24,23°C

e = 26,56%

s = 51,19% Tsup,e = 17,7°C Tsup,s = 23,6°C

= 0,15 m

=

73,1

% Tbs,e = 34,4°C

Tbs,s = 26,38°C

e = 26,73%

s = 42,63% Tsup,m = 21,29°C

= 0,1 m

=

56,8

6 %

Tbs,e = 34,57°C Tbs,s = 23,78°C

e = 26,56%

s = 50,18% Tsup,m = 20,65°C

= 0,15 m

=

76,0

4 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,69°C Tbs,s = 27,3°C

e = 26,21%

s = 43,15% Tsup,e = 18,82°C Tsup,s = 23,95°C

= 0,1 m

=

51,8

1 %

Tbs,e = 34,73°C Tbs,s = 24,53°C

e = 26,48%

s = 50,47% Tsup,e = 17,44°C Tsup,s = 23,2°C

= 0,15 m

=

71,7

5 %

Tbs,e = 34,69°C Tbs,s = 27,19°C

e = 26,21%

s = 40,47% Tsup,m = 21,38°C

= 0,1 m

=

52,1

4 %

Tbs,e = 34,73°C Tbs,s = 24,57°C

e = 26,48%

s = 48,07% Tsup,m = 20,32°C

= 0,15 m =

71,2

4 %


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,77°C Tbs,s = 27,46°C

e = 26,76%

s = 43,35% Tsup,e = 19,27°C Tsup,s = 23,97°C

= 0,1 m

=

51,6

2 %

Tbs,e = 34,71°C Tbs,s = 24,86°C

e = 26,19%

s = 50,27% Tsup,e = 17,57°C Tsup,s = 23,06°C

= 0,15 m

=

68,9

9 %

Tbs,e = 34,77°C Tbs,s = 27,64°C

e = 26,76%

s = 40,39% Tsup,m = 21,62°C

= 0,1 m

=

50,1

4 %

Tbs,e = 34,71°C Tbs,s = 24,92°C

e = 26,19%

s = 46,47% Tsup,m = 20,32°C

= 0,15 m

=

68,3

%


Tabela 3.6 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água

para o melhor desempenho do Papel kraft ondulado – Comercial (Tbs,e = ±34°C).


arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,55°C Tbs,s = 24,97°C

e = 26,71%

s = 48,91% Tsup,e = 17,24°C Tsup,s = 23,05°C

= 0,1 m

= 67,94 %

Tbs,e = 36,39°C Tbs,s = 23,46°C

e = 26,6%

s = 53,66% Tsup,e = 16,15°C Tsup,s = 22,31°C

= 0,15 m

= 77,63 %


arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,5°C Tbs,s = 25,21°C

e = 26,97%

s = 48,77% Tsup,e = 17,3°C Tsup,s = 23,03°C

= 0,1 m

= 66,27 %

Tbs,e = 34,77°C Tbs,s = 26,27°C

e = 23,88%

s = 54,19% Tsup,e = 16,17°C Tsup,s = 22,28°C

= 0,15 m

= 76,31 %


arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,28°C Tbs,s = 25,31°C

e = 26,76%

s = 47,32% Tsup,e = 17,27°C Tsup,s = 23,08°C

= 0,1 m

= 64,09 %

Tbs,e = 34,51°C Tbs,s = 24,03°C

e = 26,5%

s = 53,98% Tsup,e = 16,19°C Tsup,s = 22,3°C

= 0,15 m

= 74,19 %




ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,47°C Tbs,s = 25,28°C

e = 28,71%

s = 46,97% Tsup,e = 19,38°C Tsup,s = 24,36°C

= 0,1 m

=

55,3

9 %

Tbs,e = 32,22°C Tbs,s = 23,2°C

e = 28,48%

s = 54,79% Tsup,e = 17,22°C Tsup,s = 23,09°C

= 0,15 m

=

69,6

% Tbs,e = 32,47°C

Tbs,s = 24,3°C

e = 28,71%

s = 45,08% Tsup,m = 21,87°C

= 0,1 m

=

58,6

6 %

Tbs,e = 32,22°C Tbs,s = 22,08°C

e = 28,48%

s = 52,3% Tsup,m = 20,15°C

= 0,15 m

=

78,0

2 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,54°C Tbs,s = 25,77°C

e = 28,71%

s = 45,2% Tsup,e = 19,2°C Tsup,s = 24,06°C

= 0,1 m

=

51,9

7 %

Tbs,e = 32,53°C Tbs,s = 23,74°C

e = 28,59%

s = 52,8% Tsup,e = 17,48°C Tsup,s = 22,91°C

= 0,15 m

=

67,5

% Tbs,e = 32,54°C

Tbs,s = 25,61°C

e = 28,71%

s = 43,16% Tsup,m = 21,63°C

= 0,1 m

=

53,1

5 %

Tbs,e = 32,53°C Tbs,s = 23,14°C

e = 28,59%

s = 50,02% Tsup,m = 20,19°C

= 0,15 m =

71,9

%


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,55°C Tbs,s = 25,94°C

e = 28,47%

s = 44,72% Tsup,e = 19,57°C Tsup,s = 24,1°C

= 0,1 m

=

50,6

8 %

Tbs,e = 32,54°C Tbs,s = 23,65°C

e = 28,5%

s = 50,38% Tsup,e = 17,47°C Tsup,s = 22,59°C

= 0,15 m

=

68,1

4 %

Tbs,e = 32,55°C Tbs,s = 25,82°C

e = 28,47%

s = 42,27% Tsup,m = 21,84°C

= 0,1 m

=

51,3

5 %

Tbs,e = 32,54°C Tbs,s = 23,46°C

e = 28,5%

s = 48,91% Tsup,m = 20,03°C

= 0,15 m =

69,4

1 %




ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,41°C Tbs,s = 25,33°C

e = 28,38%

s = 46,91% Tsup,e = 18,83°C Tsup,s = 23,43°C

= 0,1 m

=

54,2

9 %

Tbs,e = 32,37°C Tbs,s = 23,42°C

e = 28,35%

s = 52,84% Tsup,e = 17,3°C Tsup,s = 24,5°C

= 0,15 m

=

68,6

1 %

Tbs,e = 32,41°C Tbs,s = 24,87°C

e = 28,38%

s = 44,29% Tsup,m = 21,13°C

= 0,1 m

=

57,6

2 %

Tbs,e = 32,37°C Tbs,s = 22,24°C

e = 28,35%

s = 52% Tsup,m = 20,9°C

= 0,15 m

=

77,5

1 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/kg


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,65°C Tbs,s = 25,84°C

e = 28,49%

s = 46,8% Tsup,e = 19,09°C Tsup,s = 23,53°C

= 0,1 m

=

51,9

9 %

Tbs,e = 32,4°C Tbs,s = 23,46°C

e = 28,35%

s = 50,9% Tsup,e = 17,3°C Tsup,s = 24,5°C

= 0,15 m

=

68,5

6 %

Tbs,e = 32,65°C Tbs,s = 25,68°C

e = 28,49%

s = 42,89% Tsup,m = 21,31°C

= 0,1 m

=

53,0

4 %

Tbs,e = 32,4°C Tbs,s = 22,89°C

e = 28,35%

s = 50% Tsup,m = 20,9°C

= 0,15 m =

72,7

%


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,66°C Tbs,s = 26,22°C

e = 28,5%

s = 45,2% Tsup,e = 19,33°C Tsup,s = 23,56°C

= 0,1 m

=

49,2

5 %

Tbs,e = 32,56°C Tbs,s = 23,72°C

e = 28,44%

s = 50,22% Tsup,e = 17,3°C Tsup,s = 24,5°C

= 0,15 m

=

67,6

4 %

Tbs,e = 32,66°C Tbs,s = 25,98°C

e = 28,5%

s = 42,17% Tsup,m = 21,44°C

= 0,1 m

=

50,8

6 %

Tbs,e = 32,56°C Tbs,s = 23,46°C

e = 28,44%

s = 48,84% Tsup,m = 20,9°C

= 0,15 m

=

69,4

1 %


Tabela 3.9 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft ondulado – Comercial (Tbs,e = ±32°C).


arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,85°C Tbs,s = 24,88°C

e = 28,93%

s = 48,29% Tsup,e = 17,74°C Tsup,s = 23,13°C

= 0,1 m

= 61,11 %

Tbs,e = 32,63°C Tbs,s = 23,02°C

e = 28,33%

s = 53,62% Tsup,e = 16,44°C Tsup,s = 22,23°C

= 0,15 m

= 73,2 %


arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 32,66°C Tbs,s = 24,85°C

e = 28,12%

s = 46,4% Tsup,e = 17,72°C Tsup,s = 23,07°C

= 0,1 m

= 59,27 %

Tbs,e = 32,79°C Tbs,s = 23,25°C

e = 28,31%

s = 53,7% Tsup,e = 16,47°C Tsup,s = 22,11°C

= 0,15 m

= 72,44 %


arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 34,4°C Tbs,s = 25,04°C

e = 28,77%

s = 46,37% Tsup,e = 17,72°C Tsup,s = 23,08°C

= 0,1 m

= 56,86 %

Tbs,e = 32,63°C Tbs,s = 23,32°C

e = 28,44%

s = 53,74% Tsup,e = 16,57°C Tsup,s = 22,26°C

= 0,15 m

= 71,12 %




ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,7°C Tbs,s = 24,15°C

e = 30,38%

s = 47,13% Tsup,e = 19,42°C Tsup,s = 23,69°C

= 0,1 m

=

54,2

6 %

Tbs,e = 30,25°C Tbs,s = 21,58°C

e = 30,44%

s = 54,33% Tsup,e = 17,86°C Tsup,s = 22,84°C

= 0,15 m

=

72,5

8 %

Tbs,e = 30,7°C Tbs,s = 23,54°C

e = 30,38%

s = 46,62% Tsup,m = 21,58°C

= 0,1 m

=

59,0

9 %

Tbs,e = 30,52°C Tbs,s = 20,77°C

e = 30,44%

s = 54,2% Tsup,m = 20,35°C

= 0,15 m

=

79,2

9 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,71°C Tbs,s = 24,49°C

e = 30,58%

s = 46,98% Tsup,e = 19,48°C Tsup,s = 23,58°C

= 0,1 m

=

51,6

47 %

Tbs,e = 30,32°C Tbs,s = 21,67°C

e = 30,39%

s = 54,44% Tsup,e = 17,76°C Tsup,s = 22,62°C

= 0,15 m

=

72,1

9 %

Tbs,e = 30,71°C Tbs,s = 24,21°C

e = 30,58%

s = 45,06% Tsup,m = 21,53°C

= 0,1 m

=

53,8

5 %

Tbs,e = 30,32°C Tbs,s = 23,14°C

e = 30,39%

s = 51,76% Tsup,m = 20,19°C

= 0,15 m =

73,3

3 %


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,69°C Tbs,s = 24,48°C

e = 30,4%

s = 46,86% Tsup,e = 19,69°C Tsup,s = 23,8°C

= 0,1 m

=

51,4

4 %

Tbs,e = 30,3°C Tbs,s = 21,62°C

e = 30,54%

s = 53,25% Tsup,e = 18,02°C Tsup,s = 22,71°C

= 0,15 m

=

72,5

8 %

Tbs,e = 30,69°C Tbs,s = 24,39°C

e = 30,4%

s = 44,25% Tsup,m = 21,74°C

= 0,1 m

=

52,0

4 %

Tbs,e = 30,3°C Tbs,s = 21,84°C

e = 30,54%

s = 50,93% Tsup,m = 20,36°C

= 0,15 m =

70,7

5 %




ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,6 m/s; .

arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,24°C Tbs,s = 23,78°C

e = 30,54%

s = 48,76% Tsup,e = 19,42°C Tsup,s = 23,51°C

= 0,1 m

=

54,1

4 %

Tbs,e = 30,49°C Tbs,s = 22,13°C

e = 30,44%

s = 53,29% Tsup,e = 18,13°C Tsup,s = 22,8°C

= 0,15 m

=

69,5

6 %

Tbs,e = 30,24°C Tbs,s = 23,08°C

e = 30,54%

s = 46,96% Tsup,m = 21,47°C

= 0,1 m

=

59,9

6 %

Tbs,e = 30,49°C Tbs,s = 21,03°C

e = 30,44%

s = 54,06% Tsup,m = 20,46°C

= 0,15 m

=

78,6

6 %


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =0,9 m/s;.

arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,67°C Tbs,s = 24,29°C

e = 30,46%

s = 46,93% Tsup,e = 19,46°C Tsup,s = 23,49°C

= 0,1 m

=

52,9

3 %

Tbs,e = 30,64°C Tbs,s = 22,11°C

e = 30,81%

s = 53,64% Tsup,e = 18,21°C Tsup,s = 22,79°C

= 0,15 m

=

71,2

2 %

Tbs,e = 30,67°C Tbs,s = 24,11°C

e = 30,46%

s = 45,03% Tsup,m = 21,48°C

= 0,1 m

=

54,2

1 %

Tbs,e = 30,64°C Tbs,s = 21,81°C

e = 30,81%

s = 52,5% Tsup,m = 20,5°C

= 0,15 m =

73,6

%


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s


ar =1,2 m/s;.

arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,73°C Tbs,s = 24,47°C

e = 30,13%

s = 46,14% Tsup,e = 19,57°C Tsup,s = 23,48°C

= 0,1 m

=

51,5

6 %

Tbs,e = 30,48°C Tbs,s = 22,17°C

e = 30,46%

s = 53,54% Tsup,e = 18,69°C Tsup,s = 22,68°C

= 0,15 m

=

69,2

6 %

Tbs,e = 30,73°C Tbs,s = 24,41°C

e = 30,13%

s = 43,89% Tsup,m = 21,53°C

= 0,1 m

=

51,8

9 %

Tbs,e = 30,48°C Tbs,s = 21,98°C

e = 30,46%

s = 50,86% Tsup,m = 20,68°C

= 0,15 m

=

70,6

2 %


Tabela 3.12 – Eficiência de Resfriamento Evaporativo dos painéis de contato ar-água para o melhor desempenho do Papel kraft – Comercial (Tbs,e = ±30°C).


arm =0,06 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,33°C Tbs,s = 23,9°C

e = 30,49%

s = 46,59% Tsup,e = 17,86°C Tsup,s = 23,12°C

= 0,1 m

= 53,79 %

Tbs,e = 30,78°C Tbs,s = 22,02°C

e = 30,74%

s = 54,29% Tsup,e = 16,46°C Tsup,s = 22,13°C

= 0,15 m

= 72,75 %


arm =0,09 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,93°C Tbs,s = 24,63°C

e = 30,26%

s = 46,26% Tsup,e = 18,17°C Tsup,s = 23,15°C

= 0,1 m

= 51,77 %

Tbs,e = 30,91°C Tbs,s = 22,08°C

e = 30,16%

s = 54,5% Tsup,e = 16,53°C Tsup,s = 22,11°C

= 0,15 m

= 72,43 %


arm =0,12 kg/s e

.

agm =112,4 g/s

Tbs,e = 30,5°C Tbs,s = 24,43°C

e = 30,32%

s = 45,83% Tsup,e = 18,11°C Tsup,s = 23,13°C

= 0,1 m

= 50,41 %

Tbs,e = 30,6°C Tbs,s = 22°C

e = 30,27%

s = 54,27% Tsup,e = 16,52°C Tsup,s = 21,95°C

= 0,15 m

= 71,13 %

As Figuras 3.30 a 3.37 apresentam o resultados da eficiência de resfriamento

evaporativo para os painéis de fibras vegetais para a espessura de 0,1 m e vazão de

água 112,4 g/kg. Perante a análise efetuada neste trabalho de investigação foi

possível verificar que a eficiência calculada pela simulação numérica apresenta uma

boa correlação com resultados experimentais em todos os testes. Assim, pode-se

concluir que o algoritmo computacional implementado com base no modelo aqui

descrito se mostra válido para o seu uso no estudo de resfriamento evaporativo nos

paineis de fibras vegetais aqui estudados experimentalmente. Este algoritmo pode

ser uma ferramenta adequada para o projeto preliminar de sistemas de resfriamento

evaporativo utilizando as fibras de coco e luffa nas configurações de construção

descritas na presente tese.

Uma análise dos resultados aqui apresentados mostra que com o aumento da

vazão mássica de ar a eficiência de resfriamento evaporativo tende a diminuir.

Sendo que para a vazão de ar de aproximadamente 0,06 kg/s resgistrou-se a maior

eficiência de resfriamento evaporativo e 0,115 kg/s a menor. As eficiências dos

painéis de fibras de Coco e Esponja Vegetal ficaram muito próximas, pois a

construção dos arranjos eram parecidos, onde o painel de fibra de Coco possuia


maior área superficial de contato ar-água, mas absorvia menos água na sua

estrutura. Isso era provocado devido as tramas das fibras de Esponja Vegetal

espandir quando molhadas e aumentar de volume, e assim, possuir menos manta na

sua estrutura.

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %

Vazão mássica de ar, kg/s

Numérica

Experimental

Figura 3.30 – Eficiência de resfriamento evaporativo de painel de contato ar-água de fibra de Coco

com = 0,1 m; ebsT = 36°C e

.

agm =112,4 g/s.

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental


com = 0,1 m; ebsT = 34°C e

.

agm =112,4 g/s.


40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental


com = 0,1 m; ebsT = 32°C e

.

agm =112,4 g/s.

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental


com = 0,1 m; ebsT = 30°C e

.

agm =112,4 g/s.


40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental

Figura 3.34 – Eficiência de resfriamento evaporativo de painel de contato ar-água de fibra de Esponja

Vegetal com = 0,1 m; ebsT = 36°C e

.

agm =112,4 g/s.

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental



.

agm =112,4 g/s.


40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental



.

agm =112,4 g/s.

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %


Numérica

Experimental



.

agm =112,4 g/s.

3.5.2 Análise paramétrica.

Foi desenvolvido um estudo paramétrico, com a influência de determinadas

variáveis, sobre a temperatura de bulbo seco de saída e eficiência de resfriamento

evaporativo dos painéis de contato ar-água fabricados de fibras vegetais. O objetivo

foi analisar parâmetros que influenciem a transferência de calor e massa, tais como

espessura, temperatura de bulbo seco de entrada, temperatura superficial da água e

umidade relativa de entrada. Com isto pode-se obter quais as melhores condições


termofísicas e construtivas em busca da melhor eficiência utilizando este tipo de

arranjo. As Figuras 3.38, 3.40, 3.42 e 3.44 destacam a eficiência obtida através da

simulação numérica para o resfriamento evaporativo da fibra de Coco com = 0,1 a

0,22 m, ebsT =36 a 45°C, supT = 19 a 21°C, =10 a 24%,

.

arm = 0,06 kg/s. Verifica-se

nas Figuras 3.38 a 3.45 que a temperatura de bulbo seco de saída diminui em

função do aumento da espessura do painel de contato ar-água, enquanto a

eficiência de resfriamento evaporativo aumenta. Analisando as Figuras 3.38 e 3.40

verifica-se que a eficiência de resfriamento evaporativo aumentou um pouco com a

elevação da temperatura de bulbo seco de entrada, enquanto as Figuras 3.42 e 3.44

a eficiência reduziu um pouco. Isso ocorre devido a influência da temperatura

superficial da água que afeta diretamente o resultado. Observou-se que aumentando

a espessura nos painéis evaporativos a quantidade de água evaporada aumentou

devido um maior espaço de tempo e área superficial de contato ar-água, e o ar ainda

não estar saturado de umidade específica. Assim, através da simulação numérica

pode-se determinar a espessura ideal do painel evaporativo em função de uma faixa

de temperatura de bulbo seco e umidade relativa exterior, evitando redução ou

excesso de material, e minimizando o custo com a máxima eficiência de

resfriamento evaporativo possível.

54

74,01

90,41

96,21

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %

Espessura do painel evaporativo, m

Figura 3.38 – Eficiência numérica de resfriamento para fibra de Coco com = 0,1 m; 0,15 m; 0,2 m e

0,22 m, ebsT =36°C, supT = 20°C, =24%,

.

arm = 0,06 kg/s.


27,71

24,65

22,14

21,26

20

21

22

23

24

25

26

27

28

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Tem

pe

ratu

ra d

e b

ulb

o s

eco

de

sa

ida

, C


Figura 3.39 – Temperatura de bulbo seco de saída para fibra de Coco com = 0,1m; 0,15 m; 0,2 m e

0,22 m, ebsT = 36°C, supT = 20°C, = 24%,

.

arm = 0,06 kg/s.

52

71,44

87,13

92,63

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %



0,22 m, ebsT =40°C, supT = 21°C, =24%,

.

arm = 0,06 kg/s.

31,29

28,09

25,48

24,56

24

25

26

27

28

29

30

31

32

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Tem

pe

ratu

ra d

e b

ulb

o s

eco

de

sa

ida, C



0,22 m, ebsT = 40°C, supT = 21°C, = 24%,

.

arm = 0,06 kg/s.


55,2

75,79

92,86

98,83

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Efi

ciê

ncia

de

re

sfr

iam

en

to (

), %



0,22 m, ebsT =40°C, supT = 19°C, =10%,

.

arm = 0,06 kg/s.

28,19

23,8

20,17

18,91

17

19

21

23

25

27

29

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Tem

pe

ratu

ra d

e b

ulb

o s

eco

de

sa

ida

, C



0,22 m, ebsT = 40°C, supT = 19°C, = 10%,

.

arm = 0,06 kg/s.

55,48

76,05

93,04

98,98

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Efi

ciê

nci

a d

e re

sfri

am

en

to (

), %



0,22 m, ebsT =45°C, supT = 21°C, =10%,

.

arm = 0,06 kg/s.


31,8

26,93

22,91

21,51

20

22

24

26

28

30

32

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Tem

pe

ratu

ra d

e b

ulb

o s

eco

de

sa

ida

, C



0,22 m, ebsT = 45°C, supT = 21°C, = 10%,

.

arm = 0,06 kg/s.

116

Viabilidade da aplicação do resfriamento evaporativo com painéis de fibras vegetais

CAPÍTULO 4 - Viabilidade da aplicação do resfriamento evaporativo com

painéis de fibra vegetais

O resfriamento evaporativo possui uma gama de aplicação que envolve

residências, indústrias, agroindústrias, comércios, criatórios de animais, estufas de

plantas, conservação de equipamentos e objetos, pesquisas, entre outros, sendo

altamente recomendado seu uso em ambientes de grandes volumes de ar, e em

alguns casos recintos aberto, tais como: supermercados, igrejas, ginásios, aviários,

entre outros.

Segundo as informações obtidas com Climatempo (2010) para o dia 26 de

agosto de 2010, “Uma grande massa de ar quente e seco que predomina sobre

quase todo o Brasil deixa baixa a umidade do ar em parte da Região Sul, no

Sudeste e no Centro-Oeste e em parte das regiões Norte e Nordeste. A situação é

mais crítica nos estados do Centro-Oeste, no Distrito Federal, no interior de São

Paulo, no oeste de Minas e da Bahia e no sul do Tocantins e de Rondônia. Nestas

áreas a umidade relativa do ar pode ficar entre 10 e 15%, podendo ainda baixar um

pouco destes valores. Nas demais áreas destas regiões a umidade relativa do ar

durante as tardes varia entre 15 e 25%. Valores de umidade relativa abaixo de 12%

representam estado de emergência, entre 13 e 20% estado de alerta e entre 21 e

30% estado de atenção. A população destas áreas deve manter-se informada com a

defesa civil de seus estados, mas independentemente de qualquer aviso, a

hidratação através da ingestão de muito líquido torna-se importante. Além de uma

boa hidratação deve se evitar atividades físicas ao ar livre no período entre 10 e 17

horas, além de evitar grandes aglomerações”. Este tipo de reportagem no Brasil é

comum entre os meses de junho a agosto, podendo se estender um pouco mais,

principalmente nas regiões não litorâneas e abaixo da linha do Equador, e mostra

um grande nicho no mercado de conforto ambiental para empresários que queiram

investir em resfriamento evaporativo.

Observando os mapas das Figuras 4.1 a 4.24 verifica-se que as regiões

distantes da litoral brasileiro, abaixo da linha do equador e acima da região sul

ocorrem uma elevação da temperatura do ar e uma diminuição da umidade relativa

durante a maioria dos meses do ano, e assim, proporciona a utilização do

resfriamento evaporativo. Contudo, é necessário fazer uma análise mais criteriosa

sobre as condições climáticas médias para cada cidade que se pretende utilizar este

mecanismo para conforto ambiental.

117


Figura 4.1 – Umidade relativa do ar para o Brasil em 21/01/2010 a 31/01/2010 (Em 20/06/2011: http://www.inmet.gov.br/html/observacoes.php?lnk=Mapas).

Figura 4.2 – Temperatura máxima do ar para o Brasil em a 21/01/2010 a 31/01/2010 (Em 20/06/2011: http://www.inmet.gov.br/html/observacoes.php?lnk=Mapas).

%

°C

http://www.inmet.gov.br/html/observacoes.php?lnk=Mapas


118




%

°C



119




%

°C



120




%

°C



121




%

°C



122




%

°C



123




%

°C



124




%

°C



125




%

°C



126




%

°C



127




%

°C



128




Segundo Stilpen (2007), considerando todas as possibilidades de adoção de

diagramas bioclimáticos para o Brasil, a opção mais adequada é a carta de Givoni

(1992). Esta decisão baseia-se em quatro aspectos principais, a saber:

%

°C



129


• Givoni desenvolveu um trabalho específico voltado para nações quentes e em

desenvolvimento;

A sua metodologia adota maiores limites de velocidade do ar para temperaturas

mais elevadas, coerentes com a realidade dos países de clima quente e úmido;

Seu trabalho foi fundamentado na aclimatação de indivíduos a climas quentes e

úmidos, sendo seu estudo confirmado por experimentos na Tailândia;

O espaço interno da edificação pode ser resfriado com menor consumo elétrico, já

que se adotou temperatura máxima para o conforto superior àquela observada em

outros modelos.

A Figura 4.25 destaca o diagrama bioclimático de Givoni (1992) dividido em 12

partes de uma carta psicrométrica para países em desenvolvimento (clima quente e

úmido). Trata-se de nove estratégias bioclimáticas e três áreas híbridas que

abrangem duas ou mais estratégias de forma individual ou simultaneamente. A

análise do diagrama bioclimático permite maior qualidade na informação, pois

possibilita a delimitação de zonas de atuação, por meio de estratégias, visando à

obtenção do conforto térmico.

As nove principais zonas são as seguintes:

1. Zona de Conforto (Condições favoráveis: bsT de 18 a 29°C; de 20 a 80%; de

4 a 17 g/kg; pmar de 0,83 a 0,87 m³/kg);

2. Zona de Ventilação (Condições favoráveis: bsT de 20 a 32°C; de 15 a 100%;

de 4 a 20,5 g/kg; pmar de 0,85 a 0,88 m³/kg);

3. Zona de Resfriamento Evaporativo (Condições favoráveis: bsT de 20 a 44°C;

buT 10,5 a 24°C; de 0 a 17 g/kg; de 0 a 75%);

4. Zona de Massa Térmica para Resfriamento (Condições favoráveis: bsT de 29 a

38°C; de 4 a 17g/kg; pmar de 0,87 a 0,89 m³/kg);

5. Zona de Condicionamento de Ar Convencional (Condições favoráveis:

bsT acima de 44°C; buT acima de 24°C; acima de 20,5 g/kg);

6. Zona de Umidificação (Condições favoráveis: bsT de 20 a 30°C; de 15 a 100%;

buT inferior a 10,5°C; de 0 a 4 g/kg);

7. Zona de Massa Térmica para Aquecimento (Condições favoráveis: bsT de 14 a

20°C; de 0 a 100%);

130


8. Zona de Aquecimento Solar Passivo (Condições favoráveis: bsT de 10,5 a 14°C;

de 0 a 100%);

9. Zona de Aquecimento Artificial (Condições favoráveis: bsT inferior a 10,5°C; de

0 a 100%).

Figura 4.25 - Diagrama bioclimático de Givoni (1992) com detalhamento dos limites de cada sub-zona da carta psicrométrica.

As regiões 10, 11 e 12 da carta de Givoni (1992) representam interseções entre

duas ou mais zonas e pode-se optar por uma ou mais táticas de mitigação térmica.

Eis as 3 áreas mistas:

1. Interseção entre a Zona de Ventilação (zona 2) e a Zona de Massa Térmica para

Resfriamento (zona 4);

2. Interseção entre a Zona de Ventilação (zona 2), a Zona de Resfriamento

Evaporativo (zona 3) e a Zona de Massa Térmica para Resfriamento (zona 4);

3. Interseção entre a Zona de Resfriamento Evaporativo (zona 3) e a Zona de Massa

Térmica para Resfriamento (zona 4).

Através do programa Analysis Bio desenvolvido no Laboratório de Eficiência

Energética em Edificações da UFSC, pode-se verificar quais os tipos de sistemas

mecânicos são mais adequados para uma determinada cidade brasileira. A Figura

131


4.26 foi encontrada utilizando um banco de dados das condições médias ambientais

anuais para a cidade de Brasília coletadas na estação meteorológica do aeroporto

internacional Presidente Juscelino Kubitschek, conforme Tabela 4.1. As

temperaturas médias máximas da Tabela 4.1 são relativamente altas e junto com as

umidades relativas médias baixas propiciam o emprego de resfriamento evaporativo

conforme zona de resfriamento evaporativo estabelecido pela Figura 4.26.

Tabela 4.1 – Condições meteorológicas médias para a cidade de Brasília – GO (Em 16/08/11: www.labeee.ufsc.br/downloads/softwares/analysis-bio).

Figura 4.26 – Ano Climático de Referência de Brasília - GO, plotado no programa Analysis Bio desenvolvido no Laboratório de Eficiência Energética em Edificações da UFSC (Em 16/08/11:

www.labeee.ufsc.br/downloads/softwares/analysis-bio).

132


Verifica-se na Figura 4.26 e Tabela 4.1 que a temperatura máxima média do ar

fica em torno de 25 a 29°C, e atende as condições de aplicação de sistemas de

ventilação ( bsT de 20 a 32°C) e resfriamento evaporativo ( bsT de 20 a 44°C).

Verifica-se também na Figura 4.26 e Tabela 4.1 que a umidade relativa média do ar

fica em torno de 49 a 79%, e atende as condições de aplicação de ventilação ( de

15 a 100%) e resfriamento evaporativo ( de 0 a 75%). Porém, as condições de

temperatura máxima média e a umidade relativa média do ar ficam fora da faixa

ideal para aplicação de sistemas de condicionamento de ar convencional ( bsT acima

de 44°C; buT acima de 24°C; acima de 20,5 g/kg). Mesmo assim, é comum o uso

do condicionador de ar convencional nestas condições, visto que, mesmo com um

custo operacional elevado as condições de conforto são facilmente estabelecidas

em um pequeno espaço de tempo.

De acordo com Munters (2010) o depoimento do Senhor Edis Ken Matsumoto,

proprietário da Fazenda Área Nova conforme Figura 4.27, mostra a satisfação com

sua instalação de grande porte e importância do resfriamento evaporativo no setor

de embalagem de frutas para exportação na região do Vale do São Francisco,

especificamente em Petrolina-Pe, Brasil: “A instalação dos equipamentos de

resfriamento evaporativo da Munters em nossos galpões de embalagem de uva, nos

proporcionou condições de temperatura e umidade relativa mais adequada para a

conservação da fruta, principalmente por se tratar de uma fruta sensível à

desidratação. Outro benefício indireto que obtivemos, mas não menos importante, foi

proporcionar aos nossos trabalhadores uma condição de temperatura e umidade

mais confortáveis, uma vez que a nossa região apresenta temperaturas elevadas e

umidades relativas baixas nos períodos de colheita”. Este produtor trabalha com

uva, mas outras frutas produzidas na mesma região de condições climáticas seguem

o mesmo raciocínio, ou seja, se o fruto perder umidade para o ar ele irá se

desidratar mudando suas características e perder peso, prejudicando seu preço de

mercado.

(a) Parreiral com uvas Crimson Seedless, Sugraone, Thompsom e Ribier.

133


(b) Setor de embalagem, câmara frigorífica, laboratório, refeitório e escritório.

Figura 4.27 – Fazenda Área Nova em Petrolina-PE (Em 10/04/2011: http://www.fazendaareanova.com.br/site/index.html).

4.1 Análise de custo de fabricação industrial de Climatizador evaporativo.

Em geral os aparelhos de resfriamento evaporativo têm um custo de operação

e manutenção menor que os condicionadores de ar convencionais, e assim, justifica

sua aplicação com baixo custo/benefício. Porém, deve-se notar que estas duas

tecnologias de resfriamento ambiental podem fornecer conforto, desde que a

unidade seja de tamanho adequado para a carga térmica exigida e o proprietário

esteja disposto a pagar a conta de energia elétrica gerada em função de suas

características construtivas e operacionais. Contudo, a eficiência de resfriamento do

climatizador evaporativo depende muito das condições climáticas locais. Assim, essa

comparação só é válida em contextos onde ambos podem fornecer o conforto

térmico adequado.

Analisando o custo de fabricação industrial utilizando como referência um

condicionador de ar Springer Modelo CA125 BB/RB 12.000 Btu/h e um ECOBRISA

EB-20 pode-se verificar no mercado que estes possuem um custo de aquisição em

torno de R$ 1.300,00 a 1.500,00. Considerando que o climatizador evaporativo

possui menos peças na sua estrutura e o custo de fabricação industrial de cada

peça é pequeno, o mesmo deveria ter um custo de aquisição bem menor. Contudo,

a demanda de condicionador de ar convencional é extremamente grande, assim, a

produção em escala industrial reduz o preço final com a procura correspondente. A

demanda de climatizador evaporativo também é grande, mas é necessário um

trabalho de marketing junto as Universidades e outras instituições educacionais de

renome, como também a mídia em geral, isto é, apresentando a população os

benefícios que um climatizador evaporativo pode proporcionar a saúde e economia,

e assim, aumentando a procura. Considerando que para ambientes com grandes

http://www.fazendaareanova.com.br/site/index.html

134


espaços volumétricos e/ou com áreas abertas o resfriamento evaporativo é mais

vantajoso.

As Figuras 4.28 (a) e (b) destaca um sistema de resfriamento evaporativo de

pequeno porte e a Figura 4.29 destaca um sistema de grande porte.

(a) Vista externa de um climatizador evaporativo marca ECOBRISA EB-20. (Em 23/06/2011: www.ecobrisa.com.br/).

(b) Climatizador evaporativo no Colégio COC de Piracicaba, SP-Brasil (Em 23/06/2011: www.clicknoticia.com.br/default.asp?not_codigo=418).

Figura 4.28 – Climatizador evaporativo de pequeno porte.

Figura 4.29 – Instalação de climatizador evaporativo de grande porte (Em 23/06/2011: www.newairventiladores.com.br/painéis-evaporativos.html).

O custo de aquisição de um climatizador evaporativo pode ser reduzido com

emprego de painéis fabricados a partir de fibras vegetais. As fibras vegetais podem

ser uma alternativa vantajosa do ponto de vista econômico e ambiental com uma

boa eficiência para um climatizador evaporativo. A Tabela 4.2 apresenta os dados

de produção em escala industrial de um climatizador evaporativo utilizando painel de

(a) Bandeja e ventilador centrífugo. (b) Instalação do Painel Evaporativo.


http://www.clicknoticia.com.br/default.asp?not_codigo=418

135


Celulose Rígida Corrugada, fibra de Coco e Esponja Vegetal. O memorial de cálculo

referente à Tabela 4.2 se encontra no anexo “C”, e foi considerada para fins de

cálculo uma empresa industrial de pequeno porte conforme classificação por número

de empregados adotado pelo Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas

Empresas (20 a 99 empregados), e salários médios de funcionários de 130

empresas conforme pesquisa de mercado concluído pela Datafolha no mês de

dezembro 2009 e atualizada em 17/02/2010. Verifica-se na Tabela 4.2 que apenas o

item específico de cada painel evaporativo difere entre os três. Esta diferença

influência a receita mensal do total produzido em pequenos aparelhos. Contudo,

esse valor pode ser bem maior quando o sistema é de grande porte.

Tabela 4.2 – Estimativa do custo de produção de um climatizador evaporativo com painéis de fibras

vegetais e de Celulose (Custo Industrial).

Item Especificações R$

1 Total Custo Fixo Mensal (CFM) 61.791,86

1.1

Honorário de 1 Gerente administrativo e 1 Gerente Industrial

(Salário de mercado com 130 empresas segundo DATAFOLHA + encargos

sociais). Fonte (texto atualizado em 17/02/2010): datafolha.folha.uol.com.br

11.800,40

1.2 Pro labore dos Gerentes (50% do honorário dos Gerentes) 3.684,50

1.3 Mão de obra administrativa com impostos (em torno 22,86% do CFM) 14.237,60

1.4 Despesas administrativas (em torno 0,5% do Lucro bruto mensal) 7.500,00

1.5 Reserva manutenção e conservação (em torno 0,5% preço compra máquinas) 7.500,00

1.6 Seguro: Edifício, máquinas, estoque. (em torno 0,5% preço compra máquinas) 7.500,00

1.7 Depreciação máquina, equipamento, instrumento precisão, veículo, móveis 8.333,33

1.7.1 Preço de compra de máquinas, equipamentos e instrumentos de precisão 1.500.000,00

1.7.2 Valor residual após 5 anos de vida útil (-) 1.000.000,00

1.7.3 Perda do valor após 5 anos (Preço de compra - valor residual) 500.000

1.7.4 Perda do valor anual (Perda do valor após 5 anos / 5) 100.000

1.7.5 Perda do valor mensal ($ Perda anual / 12 meses) 8.333,33

1.7.6 Eventuais (em torno de 2% do CFM) 1.236,03

2 Quantidade de peças produzidas por mês 1.000

3 CFU = Custo Fixo Unitário mensal (Item 1 / Item 2) 61,79

4 Custo Unitário RE Mensal (Celulose) = item 3 + 8 + 9.1 + 10 + 11 + 12 + 13 281,75

5 Custo unitário do RE mensal (Coco) = item 3 + 8 + 9.2 + 10 + 11 + 12 + 13 280,75

6 Custo unitário do RE mensal (Esponja) = item 3 + 8 + 9.3 + 10 +11 +12 +13 306,75

7 % Incidências sobre vendas (Item 20) 75,6%

Custo unitário das matérias primas (Custo variável) =

8 Valor da compra da matéria prima sem o painel evaporativo, sem IPI 150,00

8.1 Exaustor de 3 velocidades de 1200 m³/h, 1/2CV, 220V/60HZ 40,00

136


8.2 Bomba de recirculação de água com vazão de X 20,00

8.3 Bandeja de PVC 5,00

8.4 Gabinete de fibra de vidro resistente e anticorrosivo 30,00

8.5 Sistema de distribuição d’água (Boia, tubulações, conexões) 10,00

8.6 Sistema elétrico (Chave seletora de 3 velocidades, lâmpada, timer) 30,00

8.7 Frente plástica de PVC com aletas direcionais na vertical e horizontal 10,00

8.8 Acessórios (Parafusos, porcas, arruelas, presilhas) 5,00

9.1 Painel de celulose (Dimensões: 0,2 x 0,6 x 0,1m) 17,00

9.2 Painel de fibra de Coco (Dimensões: 0,2 x 0,6 x 0,1m) 16,00

9.3 Painel de fibra de Esponja Vegetal (Dimensões: 0,2 x 0,3 x 0,1m) 42,00

10 Embalagem do climatizador evaporativo, 2% do item 9.1 + 8 (+) 3,34

11 Crédito do ICMS sem Matérias Primas, 17% do item 9.1 + 8 (-) 28,39

12 Frete sem compras (+) 55,00

13 Mão de obra direta mensal: Funcionários produção mais encargos sociais 23,01

Incidência sobre Preço de Venda (Custo variável)

14 Tributos Federais (IR e CSLL), 35%

15 ICMS, 17%

16 Comissões sobre vendas, 3%

17 Despesas Bancárias para cobertura da parcela do Capital de Giro, 5%

18 Energia elétrica, 0,5%

19 Água, 0,1%

20 Lucro Desejado, 15%

21 Total das incidências = 75,60%

22 Mark Up Divisor = 1 - Item 20 = 1 – 75,60% = 24,4%

23 Margem contribuição p/ o RE de Celulose (Item 35 – (4 – 3)) 934,76

24 Margem contribuição para o RE de fibra de Coco (Item 36 – (5 – 3)) 931,66

25 Margem cont. para o RE de fibra de Esponja (Item 37 – (6 – 3)) 1.012,21

26 Margem contribuição para o RE de Celulose (Item 23 / 35) 80,95%

27 Margem contribuição para o RE de fibra de Coco (Item 24 / 36) 80,97%

28 Margem cont. para o RE de fibra de Esponja (Item 25 / 37) 80,52%

Ponto de Equilíbrio

29 Em quantidades de produtos por mês para Celulose, (Item 1/Item 23) = 66 PÇ

30 Em quantidades de produtos por mês para a fibra de Coco, (Item 1/Item 24) = 66 PÇ

31 Em quantidades de produtos por mês p/ a fibra de Esponja, (Item 1/Item 25) = 61 PÇ

32 Em valor monetário total por mês para Celulose (Item 1/Item 35) 76.332,17

33 Em valor monetário total por mês para a fibra Coco (Item 1/Item 36) 76.314,20

34 Em valor monetário total por mês p/ a fibra Esponja (Item 1/Item 37) 76.745,64

Preço de Venda = (Mark-up divisor = 1 – 75,60 = 24,4%). Incidência sobre as vendas (75,60%)

= IR (35%), CSLL (17%), comissões (3%), despesas bancárias (5%), energia elétrica (0,5%),

água (0,1%), lucro desejado (15%).

137


35 Preço venda com Mark-up Divisor sem IPI p/ o RE de Celulose 1.154,71

36 Preço venda com Mark-up Divisor sem IPI para o RE de Coco 1.150,62

37 Preço venda com Mark up Divisor sem IPI p/ RE de Esponja 1.257,17

38 Preço venda com IPI para o RE de Celulose, Item 35 + 10% 1.270,19

39 Preço venda com IPI para o RE de Fibra de Coco, Item 36 + 10% 1.265,68

40 Preço venda com IPI p/ o RE de Fibra de Esponja, Item 37 + 10% 1.382,89

41

O preço venda para o climatizador evaporativo a ser praticado no

mercado deve estar próximo do praticado pelos concorrentes e depende

do financeiro-interno (lucro desejado, comissões, energia elétrica/água,

etc) e mercadológico-externo (preço/agressividade concorrentes,

conhecimento marca, volume vendas, tempo mercado, sazonalidade).

?

42 Lucro mensal RE Coco, IPI incluso (Item 38 – item 39) x item 2 4.508,20

43 Prejuízo mensal RE Esponja, IPI incluso (Item 38 – item 40) x item 2 (112.704,92

Uma empresa apura seus custos com vistas:

a) Ao atendimento de exigências legais quanto à apuração de resultados de suas

atividades e avaliação de estoques;

b) Ao conhecimento dos custos para a tomada de decisões corretas e o exercício

de controles.

Para atender às exigências legais, a empresa precisa adequar seus métodos

de apuração de custos aos princípios contábeis e estar em conformidade com as

normas e as legislações vigentes. Já para a tomada de decisões, podem ser

empregados quaisquer métodos de custeio capazes de fornecer informações que

atendam às necessidades gerenciais da empresa.

Os custos da análise da Tabela 4.2, estabelecidos de acordo com o anexo

“C”, foram classificados quanto ao nível de produção em fixo e variável. Essa

classificação ocorre em função do comportamento dos elementos de custo em

relação às possíveis mudanças na quantidade de produção do climatizador

evaporativo. Os custos fixos considerados decorrem da manutenção da estrutura

produtiva, independendo da quantidade que venha a ser fabricada dentro do limite

da capacidade instalada, e foram:

Honorários mensais e Pro labore dos Gerentes: Considerou-se o honorário de um

Gerente Administrativo e um Gerente de Produção, totalizando R$ 11.800,40 e o Pro

labore dos Gerentes como 50% dos salários dos mesmos sem os encargos sociais

(R$ 3.684,50) para os próximos cinco anos;

138


Mão de obra indireta mensal (administrativo) de R$ 14.237,60: Somaram-se os

salários dos funcionários administrativos, incluindo 13° e encargos sociais. O custo

ficou em torno de 23,04% do custo fixo total mensal (CFM);

Despesas administrativas mensal de R$ 7.500,00, tais como material de

expediente, material para limpeza, telefone, correios, passagens, estadia, entre

outros. O valor ficou próximo de 0,59% do lucro bruto mensal;

Reserva para manutenção mensal de R$ 7.500,00 para computadores, carro,

equipamentos, etc. Esta reserva garante o funcionamento das diversas atividades da

empresa, evitando surpresas desagradáveis e foram considerados próximo de 0,5%

do preço de compra de máquinas, equipamentos, veículos, móveis e utensílios;

Para o seguro predial foi considerado uma cobertura básica de R$ 7.500,00 (0,5%

do preço de compra de máquinas, equipamentos, veículos, móveis e utensílios), que

envolve: incêndio, queda de raio e explosão de qualquer natureza;

Depreciação de máquinas, equipamentos, instrumentos de precisão, veículos,

móveis e utensílios. A depreciação é a reserva necessária para que após cinco anos

se tenha dinheiro em caixa para comprar um novo equipamento, pois as máquinas

velhas produzem menos e apresentam um alto custo de manutenção. O conceito de

depreciação está vinculado com o desgaste físico do bem depreciável, com a

dedução contábil-fiscal para a apuração do lucro tributável e com a recuperação do

capital investido.

Em relação à recuperação ao capital investido, a depreciação foi calculada

considerando cinco anos de vida útil das máquinas, equipamentos, instrumentos de

medição, veículos, móveis e utensílios, onde o preço de compra foi de R$ 1.500.000

e o valor residual após cinco anos foi de R$ 1.000.000. Assim, a perda do valor foi

de R$ 500.000 com perda anual de R$ 100.000. E, consequentemente, a perda de

valor mensal foi de R$ 8.333,33. Isto significa que daqui a cinco anos vendendo as

máquinas velhas por R$ 1.000.000 e economizando R$ 8.333,33 por mês têm-se os

recursos necessários para comprar máquinas novas.

A quantidade de peças produzidas por mês foi de 1.000 unidades e o custo de

fabricação do climatizador evaporativo de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft)

foi de R$ 281,75, para a fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) foi de R$ 280,75 e

para a fibra de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) foi de R$ 306,75.

O valor Mark-up divisor foi de 24,4%. Este percentual é colocado sobre o custo

do climatizador evaporativo para se chegar ao preço de venda.

139


A margem de contribuição dos climatizadores evaporativos foi de R$ 934,76

com a Celulose, R$ 931,66 com fibra de Coco e R$ 1.012,21 com Esponja Vegetal.

A margem de contribuição representa o quanto à empresa tem para pagar as

despesas fixas e gerar o lucro líquido. É o valor que sobra das vendas menos o

custo direto variável e as despesas variáveis.

O ponto de equilíbrio mensal para o climatizador evaporativo com Celulose foi

de R$ 76.332,17 (66 aparelhos); com fibra de Coco foi de R$ 76.314,2 (66

aparelhos) e com Esponja Vegetal foi de R$ 76.745,64 (61 aparelhos). De acordo

com Ribeiro (2009) o ponto de equilíbrio, conforme Figura 4.30 é o ponto onde a

linha de vendas se encontra com a linha de custo total e informa o volume

necessário de vendas, no período considerado, para cobrir todas as despesas, fixas

e variáveis. Para um nível abaixo deste ponto, a empresa estará na zona de prejuízo

e acima dele, na zona da lucratividade. É o mínimo que se deve alcançar com

receitas para que não amargue com prejuízo.

Figura 4.30 – Ponto de equilíbrio mensal (Fonte: Livro Como Fazer Projetos de Viabilidade Econômica, Ribeiro - 2009).

O preço de venda calculado com a análise foi de R$ 1.270,19 com a Celulose

Rígida Corrugada (Papel Kraft), R$ 1.265,68 com a fibra de Coco (Cocos Nucifera

Linnaeus) e R$ 1.382,89 com a fibra de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica). O preço

de venda a ser praticado no mercado para o climatizador evaporativo é uma decisão

que envolve o aspecto financeiro-interno do fabricante e mercadológico-externo,

onde o preço de venda deverá estar próximo do praticado pelos concorrentes diretos

da mesma categoria de produto e qualidade, conhecimento de marca, tempo de

mercado, volume de vendas já conquistado e agressividade da concorrência. Onde

o lucro bruto mensal com a substituição do painel de Celulose Rígida Corrugada

pelo painel de fibra de Coco foi de R$ 4.508,2 e prejuízo utilizando o painel de fibra

Vendas

Custo Total

Custo Variável

Custo Fixo

Lucro

Prej.

R$

Quantidade

140


de Esponja Vegetal foi de R$ 112.704,92 (1000 aparelhos). O prejuízo do

climatizador utilizando fibra de Esponja Vegetal pode ser convertido em lucro com o

plantio desta espécie vegetal, pois o mercado ainda é carente da espécie de

Esponja Vegetal de metro. O intuito desta avaliação é destacar que o lucro obtido

com painéis de fibras vegetais em climatizadores de pequeno porte pode ser

lucrativo, e quando se trata de sistemas de grande porte este valor a favor dos

painéis de fibra vegetais é ainda maior, pois os painéis ocupam grandes extensões

de uma parede.

A Tabela 4.3 destaca a movimentação financeira da empresa Viva

Equipamentos Indústria e Comércio Ltda, detentora da marca ECOBRISA, que tem

como carro chefe a fabricação de climatizador evaporativo. A empresa é líder no

mercado nacional e pioneiro na utilização da tecnologia evaporativa de

climatizadores domésticos no Brasil e se prepara para dobrar a produção no verão

em relação a outubro de 2010. A mesma aumentou o número de funcionários dos

setores de vendas e produção em 25% para atender a demanda. Conforme

Clicknotícia (2010) “Até a segunda semana de novembro de 2010 estaremos com

todo o processo de produção e de entregas normalizados” – garantiu Paulo Gabarra,

diretor da empresa. O aumento inesperado da procura provocou um atraso nas

entregas de até 15 dias. Para manter o equilíbrio, a empresa suspendeu,

temporariamente, uma campanha publicitária no rádio iniciada no começo da

primavera. A empresa está deslocando toda a linha de produção para uma área 40%

maior que a atual, com 1000 metros quadrados, provando com base na receita de

vendas, que vale apena investir em conforto térmico com climatizadores

evaporativos. Observe a Tabela 4.3 que o lucro bruto de R$ 7.042.301 (2008) quase

dobrou em relação ao valor de R$ 4.105.895 (2007).

141


Tabela 4.3 – Balanço financeiro da Viva Equipamentos Indústria e Comércio Ltda (Em 23/06/2011: http://intranet.gvces.com.br/arquivos/8._Ecobrisa.pdf).

Viva – Equipamentos 2005 2006 2007 2008

Receita Bruta de Vendas 6.764.799 7.844.665 10.022.745 15.500.000

(-) Devoluções de Vendas -488.356 -457.714 -957.654 -414.065

(-) Impostos Incidentes sobre Vendas -1.352.209 -1.404.621 -1.767.572 -2.480.771

Receita Líquida 4.924.234 5.982.329 7.297.519 12.605,164

(-) Custo dos Produtos Vendidos -2.822.775 -3.122.199 -3.191.624 -5.562.869

Custos Fixos -310.238 -343.442 -351.079 -611.915

Custos Variáveis -512.537 -2.778.757 -2.840.545 -4.950.948

Lucro Bruto 2.101,459 2.860.130 4.105.895 7.042.301

Margem Bruta 42,68% 47,81% 56,26% 55,87%

(-) Despesas Variáveis de Vendas -587.108 -663.540 -929.682 -1.636.495

(-) Despesas Gerais e Administrativas -1.104.377 -836.808 -925.639 -1.642.548

Lucro Operacional antes do IR 409.974 1.359.782 2.250.574 3.763.258

(-) Imposto de Renda -89.267 -158.549 -217.914 -274.192

Lucro Líquido 320.708 1.201.233 2.032.661 3.489.066

Margem Líquida 6,51% 20,08% 27,85% 27,68%

Demonstrativo do Fluxo de Caixa

Lucro Líquido 320.708 1.201.233 2.032.661 3.489.066

Depreciação 39.850 49.786 51.721 53.123

Geração Caixa antes de

Investimentos 360.558 1.251.019 2.084.381 3542.189

Investimentos

Ativo Fixo 73.755 158.336 220.000 285.000

Capital de Giro 286.803 1.094.683 1.864.381 3.257.189

http://intranet.gvces.com.br/arquivos/8._Ecobrisa.pdf

142

Resultados e Discussões

CAPÍTULO 5 - Resultados e Discussões

É importante ressaltar que a umidade específica do ar externo (vapor de água

em suspensão no ar) não tem grandes alterações ao longo do dia, a não ser que

haja chuva ou estiver próximo de alguma fonte de água. Desta forma, possibilita a

estabilização das condições psicrométricas de entrada no painel de contato ar-água.

Mantendo constante a umidade específica de entrada no painel de contato ar-água e

aumentando a temperatura de bulbo seco deste ar, maiores quedas de temperatura

de bulbo seco são obtidas no fluxo de ar. Isso acontece porque, para uma

temperatura de bulbo seco de entrada maior, fixando-se a umidade específica,

obtêm-se umidades relativas menores. Quando a umidade específica do ar de

entrada é menor, tem-se um aumento na diferença da pressão parcial do vapor de

água entre o ar e a superfície úmida, favorecendo a transferência de massa entre a

água e o ar. Assim, uma maior quantidade de calor sensível do ar é necessária para

evaporação da água, resultando em maiores quedas de temperatura de bulbo seco

do ar.

Como esperado, a velocidade média do ar medida antes do painel de contato

ar-água é menor do que o valor calculado no interior do mesmo para todos os

painéis e condições de testes, visto que a área livre para o fluxo de ar é maior. As

Figuras 5.1 e 5.2 destacam a diferença de velocidade do ar antes e no interior do

painel evaporativo para a fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) com espessura

de 0,1 m e 0,15 m para a vazão de água de 112,4 g/s.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,05 0,1 0,15

Ve

loci

dad

e d

e a

r, m

/s

Vazão de ar, m³/s

Velocidade no interior do painel , m/s

Velocidade no Túnel antes do painel, m/s

Figura 5.1 – Velocidade do ar antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para fibra


=112,4 g/s.

143


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 0,05 0,1 0,15

Ve

loci

dad

e d

e a

r, m

/s

Vazão de ar, m³/s

Velocidade no interior do painel, m/s

Velocidade no Túnel antes do painel, m/s

Figura 5.2 – Velocidade do ar antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para fibra


=112,4 g/s.

O número de Reynolds ( Re ) das Figuras 5.3 e 5.4 evidenciam que, antes do

painel de fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus), ocorre uma região em regime

turbulento com Re > 2.300 (10.704,85 a 24.333,7) e, no interior do painel, o regime

muda para laminar com Re < 2.300 (275,99 a 627,37), onde 2.300 é o número

crítico de Reynolds quando surge regime de transição laminar e turbulento em

escoamento interno. Considerando que o número de Reynolds foi também menor no

interior do painel para as outras condições de testes para a fibra de Coco (Cocos

Nucifera Linnaeus), bem como, para o painel de fibra de Esponja Vegetal (Luffa

Cilíndrica) e de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft).

0250050007500

10000125001500017500200002250025000

0 0,05 0,1 0,15

Nú

me

ro d

e R

eyn

old

s

Vazão de ar, m³/s

Reynolds no interior do painel

Reynolds no Túnel antes do painel

Figura 5.3 – Número de Reynolds antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para

fibra de Coco com =0,1 m e agm.

=112,4 g/s.

144


0250050007500

10000125001500017500200002250025000

0 0,05 0,1 0,15

Nú

me

ro d

e R

eyn

old

s

Vazão de ar, m³/s

Reynolds no interior do painel

Reynolds no Túnel antes do painel

Figura 4.4 – Número de Reynolds antes e no interior do painel versus vazão volumétrica de ar para


=112,4 g/s.

Devido à pequena diferença entre as três vazões de água, conforme as Figuras

5.5 e 5.6, o número de Reynolds ( Re ) não se alterou. Assim, a eficiência de

resfriamento evaporativo dentro das mesmas condições de entrada também ficou

muito próxima, conforme Figuras 5.7, 5.8 e 5.9, onde se verifica estabilidade das

medições (Regime permanente). Para os outros dois painéis dentro das mesmas

condições de teste e alterando a vazão de água ocorreu o mesmo, como também

para os três painéis com outras condições de entrada.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4

Nú

me

ro d

e R

e d

o a

r


Painel de Fibra de Coco com espessura de 0,1 m

VAZÃO 112,4 g/s (água)



Figura 5.5 – Número de Reynolds versus velocidade de ar para fibra de Coco com =0,1m e

agm.

=112,4; 106,6 e 89,3 g/s.

145


0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3

Nú

me

ro d

e R

e d

o a

r


Painel de Fibra de Coco com espessura de 0,15 m




Figura 5.6 – Número de Reynolds versus velocidade de ar para fibra de Coco com =0,15 m e

agm.

=112,4; 106,6 e 89,3 g/s.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

15:50:24 15:53:17 15:56:10 15:59:02 16:01:55 16:04:48 16:07:41 16:10:34 16:13:26 16:16:19

Um

ida

de

re

lati

va

e e

fic

iên

cia

de

re

sfr

iam

en

to (

%)

Te

mp

era

tura

(°C

) e

um

ida

de

e

sp

ec

ífic

a (

g/k

g)

Tempo, hora

Tbs_E (36,29°C) Tbs_S (25,67°C) Tag_E (24,78°C)

Tag_S (18,9°C) Tbu_E (21,01°C) w_E (9,26 g/kg)

UR_E (24,31%) Eficiência (69,51%)

dt_ag = 5,88°C Consumo água = 1,9092 l/hdt_ar = 10,62°C

Figura 5.7 – Eficiência de resfriamento, condições psicrométricas do ar e temperatura da água para a


=112,4g/s.

146


5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

15:30:14 15:33:07 15:36:00 15:38:53 15:41:46 15:44:38 15:47:31 15:50:24 15:53:17 15:56:10

Um

ida

de

re

lati

va

e e

fic

iên

cia

de

re

sfr

iam

en

to (

%)

Te

mp

era

tura

(°C

) e

um

ida

de

e

sp

ec

ífic

a (

g/k

g)

Tempo, hora

Tbs_E (36,43°C) Tbs_S (26,01°C) Tag_E (24,61°C)Tag_S (18,88°C) Tbu_E (21,1°C) w_E (9,35 g/kg)UR_E (24,36%) Eficiência (67,95%)




=106,6g/s.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

15:04:19 15:07:12 15:10:05 15:12:58 15:15:50 15:18:43 15:21:36 15:24:29 15:27:22 15:30:14

Um

ida

de

re

lati

va

e e

fic

iên

cia

de

re

sfr

iam

en

to (

%)

Te

mp

era

tura

(°C

) e

um

ida

de

e

sp

ec

ífic

a (

g/k

g)

Tempo, hora

Tbs_E (36,58°C) Tbs_S (26,44°C) Tag_E (24,54°C)

Tag_S (18,93°C) Tbu_E (21,22°C) w_E (9,45 g/kg)

UR_E (24,41%) Eficiência (66,03%)




=89,3g/s.

Verifica-se uma pequena variação na eficiência de resfriamento nas Figuras 5.7

a 5.9 que é em consequência da desumidificação provocada pela atuação da

serpentina evaporadora e pequena variação da umidade relativa do ar de entrada,

onde ocorre uma pequena flutuação de umidade específica. Observando a Figura

5.10 pode-se certificar que o aumento da velocidade média do ar provoca aumento

da perda de carga para os painéis de 0,15 m de espessura.

147


0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,5 1 1,5

Pe

rda

de

car

ga (

Pe

), P

a

Velocidade média (Vm), m/s

Celulose Coco Luffa

Figura 5.10 – Perda de carga versus velocidade média do ar através dos painéis com =0,15 m para

condições de entrada de ebsT , =36°C e e =24%.

Verifica-se, ao comparar os dados da eficiência de resfriamento evaporativo

obtidos no experimento desta Tese com as condições da Tabela 5.1 e da Figura

5.11, que os valores ficaram próximos da avaliação obtida pelo fabricante (Munters)

e do trabalho experimental de Vigoderis (2007), onde para a velocidade de 1,07 m/s

o fabricante (Munters) obteve 78% e Vigoderis (2007) obteve 79,6%, com

agm.

=270g/s. No experimento desta Tese obtiveram-se para a velocidade de 0,9 m/s

valores de 81,08% ( agm.

= 112,4 g/s), 83,42% ( agm.

= 106,6 g/s) e 84,49%

( agm.

=89,3g/s). Verifica-se, assim, que a eficiência tende a aumentar com a

diminuição da vazão de água que propicia uma parcela maior da evaporação desta

água. Considerando ainda que estes resultados podem ser influenciados pelas

condições de entrada do ar e da água no painel evaporativo.

Tabela 5.1 – Medidas de velocidade média do ar, diferença entre a pressão estática do ar (Pe) antes

e depois do painel evaporativo (Perda de carga) e eficiência de resfriamento do painel de Celulose

Rígida Corrugada do experimento de Vigoderis (2007).

Abertura

do

anteparo

Avaliação experimental Vigoderis (2007)

Celulose Rígida Corrugada

Painel: 123 x 31 x 15 cm (270 g/s água)

Resultados do Fabricante (Munters)

Celulose Rígida Corrugada

Painel: 123 x 31 x 15 cm (270 g/s água)

m (m/s) Pe (Pa) (%) m (m/s) Pe (Pa) (%)

1 1,07 4,9 79,6 1,07 3,2 78

2 1,38 6,9 77,5 1,38 6,1 76

3 1,51 9,8 76,9 1,51 8,8 74

148


Figura 5.11 – Eficiência de resfriamento versus velocidade média do ar com painéis =0,1m e

0,15m, condições de entrada de ebsT , =36°C e e =24%.

A perda de carga de um painel evaporativo pode ser afetada pelo arranjo

construtivo, rugosidade do material, vazão de água, vazão de ar e sua absorção de

água. O painel evaporativo de Celulose Rígida Corrugada Marca Munters utilizado

no experimento possui folhas de papel kraft com ondulações em ângulo de 45° e

outra desencontrada em ângulo de 15° (ângulos padrões de mercado). Existem

painéis de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) com ondulações desencontradas

de 45° x 15°, 45° x 30° e 45° x 45°. Os valores de perda de carga mudam um pouco

em função destas características construtivas do material e/ou condições de testes.

Cachuté et al. (2006) desenvolveram um trabalho no programa CFX para encontrar

a pressão estática de forma gradual em toda a extensão do percurso do fluxo de ar

em painéis evaporativos de Celulose Rígida Corrugada da marca General Shelters

of Texas. Neste trabalho eles não definem a vazão de água que foi usada e nem o

ângulo das ondulações das folhas de papel kraft. Considerando que a maior

influência no resultado da perda de carga para os painéis de Celulose Rígida

Corrugada (Papel Kraft) está correlacionada principalmente à velocidade do ar, os

valores obtidos neste trabalho de Tese (1,8 a 4,2 Pa com =0,61 a 1,18 m/s de ar, e

=0,15 m) estão próximos dos valores obtidos por Cachuté et al. (2006), pois na

faixa de velocidade de ar entre 0,5 a 1 m/s e espessura de 0,15 m eles conseguiram

obter pressão estática entre 0 e 7,85 Pa.

Para determinar a eficiência de resfriamento evaporativo utilizou-se a Equação

(3.11) determinada no Capítulo 3.

149


ssbsebs

sbsebs

TT

TT

,,

,,1

Liao e Chiu (2002) destacam o aumento da perda de carga em função do

aumento da velocidade média do ar no painel de contato ar-água, provocando uma

diminuição da eficiência de resfriamento. Para o trabalho de Tese, conforme Figura

5.10, ocorre um aumento na perda de carga com o aumento de velocidade. O

aumento da velocidade média do ar diminui a eficiência de resfriamento evaporativo

para todos os painéis, conforme Figura 5.11. Desta forma optou-se em fazer os

testes com velocidades médias baixas para o ar (em torno de 0,6 a 1,2 m/s).

A Figura 5.12 destaca o efeito do aumento da temperatura de bulbo seco de

entrada na eficiência de resfriamento evaporativo nos painéis de contato ar-água.

Verificam-se para os três painéis que a eficiência de resfriamento ficou em torno de

45 a 85% e seu aumento efetua-se em função do aumento da temperatura de bulbo

seco de entrada que ficou em torno de 30 a 37°C. Assim, quanto maior a

temperatura de bulbo seco do ar de entrada maior o fluxo de calor através do painel

evaporativo, e em consequência, maior será a evaporação de água que por sua vez

permite uma redução na temperatura de bulbo seco de saída e uma maior eficiência

de resfriamento evaporativo.

Figura 5.12 – Eficiência de resfriamento versus temperatura de bulbo seco do ar de entrada com

painéis de =0,1 m e 0,15 m.

Na Figura 5.13 verificam-se para os três tipos de painéis que a eficiência de

resfriamento evaporativo ficou em torno de 45 a 85% e seu aumento ocorre em

função do aumento da temperatura de bulbo úmido de entrada de 18 a 22°C. A

(3.11)

150


temperatura de bulbo úmido de entrada aumenta em função da temperatura de

bulbo seco de entrada, ou seja, da mesma forma a eficiência de resfriamento

evaporativo aumenta.

Figura 5.13 – Eficiência de resfriamento versus temperatura de bulbo úmido do ar de entrada com

painéis de =0,1 m e 0,15 m.

Analisando a Figura 5.14 verifica-se que o aumento da umidade relativa de

entrada diminui a eficiência de resfriamento. Verificam-se para os três tipos de

painéis que a eficiência de resfriamento ficou entre 45 a 85% e quando a umidade

relativa se eleva ocorre uma diminuição da eficiência. O aumento da umidade

relativa é provocado pelo aumento de umidade específica do ar (vapor de água em

suspensão no ar), e assim, como o ar fica mais saturado de umidade diminui a sua

capacidade de absorção de água evaporada e provoca uma diminuição da eficiência

de resfriamento evaporativo.

151


Figura 5.14 – Eficiência de resfriamento versus umidade relativa do ar de entrada com painéis de

=0,1 m e 0,15 m.

Na Figura 5.15 verifica-se que o aumento da redução de temperatura de bulbo

seco aumenta a eficiência de resfriamento. Verificam-se para os três tipos de painéis

que a eficiência de resfriamento ficou 45 a 85% e o aumento é devido ao aumento

da redução de temperatura de bulbo seco que obteve 5 a 14°C. Este aumento da

redução da temperatura de bulbo seco é provocado pelo aumento da temperatura de

bulbo seco de entrada e/ou diminuição da umidade relativa do ar, que contribui para

uma maior evaporação de água e redução na temperatura de bulbo seco de saída.

Figura 5.15 – Eficiência de resfriamento versus redução da temperatura de bulbo seco com painéis

de =0,1 m e 0,15 m.

152

CONCLUSÕES

Mostrou-se aqui um estudo bibliográfico intensivo e os principais tipos e

características de climatizadores evaporativos (RED, REI e misto); salientaram-

se aspectos econômicos, aspectos de análise do impacto ambiental e florestal,

e aspectos de análise referentes à saúde dos ocupantes do recinto; realizaram-

se testes experimentais da eficiência de resfriamento evaporativo com painéis

de contato ar-água, como também ensaios para caracterizar cada painel e faixa

de condições de testes; desenvolveram-se uma modelagem matemática e

simulação numérica e, por fim, executou-se uma análise da produção em

escala industrial de climatizadores evaporativos com painéis vegetais e

Celulose Rígida Corrugada.

Diante dos resultados obtidos, pode-se afirmar que a eficiência de

resfriamento evaporativo é maior com o aumento da temperatura de bulbo seco

de entrada, da temperatura de bulbo úmido de entrada e da redução de

temperatura de bulbo seco, como também, menor forem a velocidade e a

umidade relativa do ar de entrada. Outro fator que deve ser levado em

consideração é a área superficial de interface ar-água, pois, quanto maior for

essa área, maior será a transferência de calor e massa. Para exemplificar, a

eficiência de resfriamento evaporativo para todos os painéis com espessura de

0,15 m foi maior que aquela observada para todos os painéis com 0,1 m de

espessura. Na situação em que a temperatura de bulbo seco de entrada do ar

foi de 36°C para o painel de Celulose Rígida Corrugada (Papel Kraft) com

0,15m de espessura, registrou-se uma diminuição da temperatura de bulbo

seco do ar de 13,01°C ( =84,36%), enquanto que, na situação em que a

temperatura de bulbo seco de entrada foi de 36°C com 0,1 m de espessura, a

queda de temperatura de bulbo seco foi de 11,41°C ( =74,52%). Para os

outros painéis ocorreu o mesmo, ou seja, a eficiência foi melhor com a

espessura de 0,15m.

A eficiência de resfriamento evaporativo para os painéis de fibras vegetais

de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) e Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica)

revelaram uma pequena diferença favorável para a fibra de Coco (Cocos

Nucifera Linnaeus), isto é, para a melhor condição de teste a fibra de Coco

(Cocos Nucifera Linnaeus) obteve 79,51% com uma redução de temperatura

153

de bulbo seco de 12,14°C e a fibra de Esponja Vegetal (Luffa Cilíndrica) obteve

77,2% com uma redução de temperatura de bulbo seco de 11,87°C. Pode-se

afirmar que os dois materiais obtiveram resultado de eficiência de resfriamento

praticamente igual, visto que o valor é considerado uma média e a temperatura

de bulbo seco e umidade relativa do ar de entrada variaram pouco. Além disso,

a área superficial de contato ar-água da fibra de Esponja Vegetal (Luffa

Cilíndrica) é um pouco menor, correspondendo a 4,08 m² (0,15 m de

espessura), e a fibra de Coco (Cocos Nucifera Linnaeus) correspondendo a

4,284 m² (0,15 m de espessura). O painel de fibra de Coco (Cocos Nucifera

Linnaeus) possui melhor eficiência de resfriamento evaporativo. Entretanto, é

importante salientar que suas fibras são presas com uma resina à base de

látex, que altera suas propriedades, fazendo com que parte de suas fibras seja

perdida, o que pode alterar a eficiência de resfriamento com o passar do tempo

e ainda diminuir sua durabilidade. Já a manta de Esponja Vegetal (Luffa

Cilíndrica) possui as fibras presas naturalmente, e assim, seu rendimento não

se altera com o passar do tempo.

O modelo matemático proposto para obtenção da eficiência de

resfriamento evaporativo envolvendo transferência de calor e massa se

mostrou consistente quando comparado com os dados da eficiência obtidos de

forma experimental. Inicialmente definiu-se o volume de controle para a região

de análise do problema físico, formularam-se as hipóteses e selecionaram-se

as variáveis de estado que descrevem a evolução do sistema e as variáveis de

controle que agem sobre o sistema, onde se formulou o problema físico. Foram

realizadas as devidas simplificações considerando as hipóteses e a linguagem

matemática em diferença finita. Para validação do modelo matemático proposto

os dados de eficiência de resfriamento evaporativo da simulação numérica

foram confrontados com os dados da eficiência de resfriamento evaporativo

obtido a partir das condições experimentais. Para exemplificar a eficiência de

resfriamento com dados experimentais para a fibra de Coco com temperatura

de bulbo seco de 36°C e 24% de umidade relativa de entrada, vazão de água

de 89,3 g/s, vazão de ar de 0,05 m³/s e 0,15 m de espessura foram de 70% e

na simulação numérica atingiu 67%.

Não se pode deixar de salientar que a análise do custo de produção

industrial mostrou que vale a pena investir em sistema de resfriamento

154

evaporativo, pois a estimativa do custo de produção de um climatizador

evaporativo utilizando fibras de Coco foi vantajosa. E quando o painel

evaporativo de fibra de Coco for utilizado em sistemas de grande porte que

envolve grandes áreas de climatização, o lucro é mais significativo. Já o painel

de fibra de Esponja Vegetal depende do plantio em larga escala para se tornar

lucrativo. Outro ponto a destacar foi o balanço financeiro demonstrado de um

fabricante de climatizador evaporativo, onde a lucratividade cresce

significativamente ano a ano.

Diante dos dados obtidos no trabalho de Tese, fica evidente que as fibras

vegetais possuem um grande potencial de aproveitamento como painel de

contato ar-água em sistema de Resfriamento Evaporativo do tipo Direto (RED),

e devem ser mais bem aproveitadas pelas empresas fabricantes desses

aparelhos. Vale frisar, como já mencionado, que os climatizadores evaporativos

são mais eficientes quando operam em regiões e/ou épocas do ano de clima

quente e seco com temperaturas do ar externo elevadas e baixa umidade

relativa, proporcionando temperaturas de bulbo seco do ar mais baixas nessas

situações.

155

Sugestões para Trabalhos Futuros

Como sugestões para futuros trabalhos com resfriamento evaporativo

pode-se citar:

1. Desenvolver pesquisas da eficiência de resfriamento com outros tipos de

fibras vegetais, tais como a fibra de Juta, Sisal e Bananeira;

2. Desenvolver uma análise da capacidade de retenção de sais minerais das

fibras selecionadas em função do tempo, colocando as mesmas mergulhadas

em água do mar. Como também, uma análise dessas mesmas fibras

submersas em água com baixo teor de sais minerais (menor que 20 mg/l);

3. Analisar o comportamento das fibras vegetais quando submersas em água

com pH menor que 7 (ácida) e maior que 8 (alcalina);

4. Quantificar a presença de fungos e bactérias nos painéis de contato ar-água

e analisar a capacidade de proliferação dos mesmos em função do tempo;

5. Desenvolver pesquisas utilizando configurações diferentes, como também

painéis de telas plásticas onduladas e chapa de metal em ziguezague;

6. Pesquisar sobre o conforto ambiental específico para estufas com plantas e

animais, como também conservação de máquinas/equipamentos ou objetos;

7. Desenvolver uma análise de viabilidade econômica para o uso de painéis de

contato ar-água em resfriamento evaporativo com materiais alternativos a

Celulose Rígida Corrugada;

8. Desenvolver um modelo matemático do processo de transferência de calor e

massa e uma simulação numérica em diferença finita para determinação da

eficiência de resfriamento evaporativo do painel de contato ar-água.

156

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163

ANEXO

164

ANEXO A

Calibração dos termopares

A qualidade principal de um instrumento ou padrão de medição é a de

medir com o mínimo de erro, isto é, um instrumento de medição de boa

qualidade deve ser capaz de apresentar resultados com pequenos erros de

medição. Seus princípios construtivos e operacionais devem ser projetados

para minimizar os erros de medição. Entretanto, por melhor que sejam as

características de um instrumento de medição, este sempre apresentará erros.

A perfeita caracterização destes erros é de grande importância para que o

resultado da medição possa ser determinado de maneira segura.

Com o desenvolvimento tecnológico cada vez mais aumentam as

exigências em termos de conhecer e melhorar a incerteza dos instrumentos de

medição, característica esta que é assegurada através da calibração dos

instrumentos. Sabendo que a calibração é uma comparação entre os valores

indicados pelo instrumento de medição que está sendo calibrado e os valores

correspondentes definidos por padrões (instrumento calibrado). Onde o ajuste

do instrumento deve ser realizado para minimizar os erros de medição e que

fiquem dentro de uma faixa de valores aceitável de medida.

1. Calibração dos sensores de temperatura – termopares tipo “T” (Cobre-

constantan)

Os termopares selecionados foram do tipo “T” conforme a Tab.A1, que

podem ser utilizados na faixa de temperatura entre 0 e 370ºC, sendo que as

temperaturas coletadas no experimento variam na faixa de 15 a 40ºC.

Os termopares foram calibrados tendo como padrão um termômetro de

vidro Marca Cole-Parmer, modelo U-08004-42, faixa de temperatura de 0 a

80°C e resolução de 0,1°C. Os termopares e o termômetro de vidro foram

imersos numa garrafa térmica com água, conforme Fig.A1. As temperaturas

165

variaram entre 5,3 a 5,5°C para a primeira medição; 21,8 a 21,9°C para a

segunda medição e 41,4 a 41,5°C para a terceira medição.

Tabela A1. Condições de operação de termopares, conforme Norma ASTM

E230 (Em 20/07/11: http://www.edtec.com.br/acessorios.htm).

Tipos de

Termopares

Faixa de

Temperatura

Limites de Erro

Standard

(escolher o maior)

Especial

(escolher o maior)

T 0 a 370°C ± 1°C ou ± 0,75% ± 0,5°C ou ± 0,4%

J 0 a 760°C ± 2,2°C ou ± 0,75% ± 1,1°C ou ± 0,4%

E 0 a 870°C ± 1,7°C ou ± 0,5% ± 1°C ou ± 0,4%

K/N 0 a 1260°C ± 2,2°C ou ± 0,75% ± 1,1°C ou ± 0,4%

S/R 0 a 1480°C ± 1,5°C ou ± 0,25% ± 0,6°C ou ± 0,1%

B 870 a 1700°C ± 0,5% ± 0,25%

Figura A1 - Termopares e termômetro inserido numa garrafa térmica com água.

O coeficiente de determinação R² (quadrado do coeficiente de correlação

de Person) é a medida da aproximação dos dados à reta. E quanto mais

próximo de 1 maior o ajuste do modelo. Na calibração dos termopares o

coeficiente R² ficou muito próximo de 1. Isto significa os valores medidos estão

muito próximos do verdadeiro, lido pelo termômetro de vidro e validando a

calibração, conforme Fig.A2 a A24. As equações representadas por “y” é uma

http://www.edtec.com.br/acessorios.htm

166

expressão analítica da curva que melhor se ajusta ao conjunto de pontos e

foram utilizadas na correção dos valores de temperatura medidos no trabalho

experimental.

Figura A2 - Temperatura lida pelo termopar T-1 versus termômetro de vidro.


167




168




169




170




171




172




173




174

ANEXO B

Análise de Estatística dos Erros das Medições Experimentais

Segundo Ismail (2003) quando uma incerteza é avaliada e relatada de uma

maneira específica, ela indica o nível de confiança em que o valor realmente

cai dentro de uma amplitude definida pelo intervalo de incerteza, ou seja, a

incerteza indica quantitativamente a qualidade de um resultado. Assim, uma

medida experimental é satisfatoriamente representada quando a esta medida é

atribuído um erro, ao qual a medida está sujeita. Quando efetuamos uma

medida ou várias medidas (nas mesmas condições e grandeza), o valor dessa

grandeza deve ser expresso pela relação: __

xxx . Para os casos onde é

realizada uma única medida, x é a própria medida, e para várias medidas é a

média aritmética dos valores medidos mais ou menos o desvio padrão destas

medidas. O _

x é chamado de desvio padrão para várias medidas e para

uma única medida é chamado de incerteza de resolução ou absoluta, e tem o

valor da metade da menor medida do instrumento.

Há de considerar ainda a quantidade de algarismos significativos para

representar a medida. A medida de uma grandeza física é sempre aproximada,

por mais capaz que seja o operador e por mais preciso que seja o aparelho

utilizado. Além de utilizarmos algarismos que temos certeza de estarem

corretos, admite-se o uso de apenas um algarismo duvidoso. O número de

algarismos significativos está diretamente ligado à precisão da medida, ou seja,

quanto mais precisa a medida maior é o numero de algarismos significativos,

contudo, se o erro da medida está na casa dos décimos, por exemplo, não faz

sentido fornecer os algarismos correspondentes aos centésimos e milésimos.

Caso uma grandeza varie constantemente em torno da média aritmética e

sua amplitude ultrapasse o valor da resolução do instrumento, não deve ser

aplicado o método da metade da resolução do instrumento para contabilizar a

incerteza, pois o “erro” da medida será subestimado. Esta é uma situação onde

deve ser aplicado o bom senso, a experiência do experimentador ou uma

análise estatística para estimar a incerteza da medida.

175

1) ERRO EXPERIMENTAL

Conceitualmente, o erro experimental é a diferença entre o valor real de

uma grandeza física e o respectivo valor dessa grandeza obtido através de

medições experimentais.

Os instrumentos de medição devem ser bem selecionados para as

condições de medições requeridas e posicionados de tal modo que não

influencie ou afete o processo de medição, para evitar medidas errôneas. Mas,

por mais cuidadoso que for um experimentalista e por mais sofisticado que seja

o experimento planejado, os erros estão sempre presentes quando se realizam

medições experimentais. Se descartado os erros grosseiros do

experimentalista, os erros experimentais, segundo Ismail (2003), podem ser

classificados em dois grupos: erros fixos ou sistemáticos e erros aleatórios.

A - ERROS SISTEMÁTICOS: São aqueles que resultam das discrepâncias

observacionais persistentes. Estes erros são causados por fontes identificáveis

e em principio podem ser eliminados ou compensados. Este tipo de erro indica

valores consistentemente acima ou abaixo do valor real em repetidas

medições, prejudicando a exatidão da medida, pois tem uma relação direta

com a exatidão do instrumento. Os erros sistemáticos podem ser causados de

uma imperfeição do instrumento ou devidos:

a. Calibração: Instrumento de medida mal calibrado ou com perda de

calibração;

b. Ajuste: Instrumento de medida mal ajustado (Nível, escala de zero, etc);

c. Ambiente: Interferência de fatores externos ao experimento como

temperatura, pressão atmosférica, umidade, fontes de campo magnético,

vibração, entre outros;

d. Observacional: Procedimento inadequado do observador, tais como erro de

paralaxe, anotar resultado com muita flutuação de valores e não estabelecer

um mesmo espaço de tempo para registrar cada medição;

e. Teórico: Aproximação, simplificação do modelo ou sistema.

176

B - ERROS ALEATÓRIOS: São aqueles que ainda existem mesmo quando

todas as discrepâncias sistemáticas num processo de mensuração são

minimizadas, balanceadas ou corrigidas. Estes erros são de natureza

desconhecida e aleatória, portanto difíceis de serem identificados e eliminados.

Estes erros podem ser tratados quantitativamente através de métodos

estatísticos, de maneira que o seu efeito na grandeza medida e na sua

propagação em cálculos possa ser determinado. Tem uma relação direta com a

repetitividade do instrumento. São flutuações, para cima ou para baixo, que

fazem com que aproximadamente a metade das medidas realizadas esteja

desviada para mais, e a outra metade esteja desviada para menos, afetando a

precisão da medida. Decorre da limitação do equipamento ou do procedimento

de medição, que impede que medidas exatas sejam tomadas.

2) ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS ERROS ALEATÓRIOS

Como as grandezas físicas foram medidas no experimento várias vezes

dentro das mesmas condições, a incidência de erros aleatórios faz com que os

valores medidos estejam distribuídos em torno da média. Para cada conjunto

de medidas, o valor médio (média aritmética das medidas) _

x foi definido pela

Eq.B1, conforme Ismail (2003).

i

n

i

xn

x1

_ 1

Onde _

x é a medida número i , e n o número total de medidas. O valor médio

se aproxima do valor verdadeiro se n for muito grande e os erros sistemáticos

forem nulos. Dependendo da sua dispersão em torno da média teremos uma

medida mais ou menos precisa. A dispersão do conjunto de medidas realizadas

pode ser quantificada através do desvio padrão amostral ( S ), definida pela


)²(1

1 _

1

_

xxn

Sx i

n

i

(B1)

(B2)

177

Portanto, quanto maior o número de medições e o fator k da Tab.B1

melhor é a determinação do valor médio. O desvio padrão (_

x ) estabelece

uma probabilidade de 68,67% de que a medida esteja num intervalo em torno

da média. Para uma probabilidade diferente é usado um fator de abrangência

como mostrado na Tab.B1. A probabilidade de ocorrência das medidas dentro

do intervalo de confiança aumenta em função do aumento do fator de

abrangência.

O erro desta estimativa que representa a incerteza de medição ou a

incerteza no valor médio de _

x é o desvio padrão médio, mS , definido pela


n

SSx mm

Assim, o valor medido fica na faixa mSx_

à mSx_

, com uma

probabilidade específica dada pela Tab.B1.

Tabela B1. Relação de probabilidade para cada incerteza do desvio padrão.

Fator de abrangência, k (cobertura) vezes

S (desvio padrão)

Probabilidade de

ocorrência (%)

0,647 50,00

1 S 68,67

1,645 S 90,00

2 S 95,45

2,576 S 99,00

3 S 99,73

Como já mencionado, algumas medidas são obtidas através de equações

(medidas indiretas), com base em medições realizadas diretamente de

instrumentos (medidas diretas). Portanto, junto com as medidas são

(B3)

178

carregados também os erros, tornando necessário o conhecimento de como o

erro da medida original pode afetar a grandeza final.

I - PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO DE INCERTEZA EM MEDIÇÕES

DIRETAS

A medição direta é aquela cuja indicação resulta naturalmente da

aplicação do sistema de medição sobre o mensurando, onde há apenas uma

grandeza de entrada envolvida (dados obtidos por um único instrumento).

a) INCERTEZA DE RESOLUÇÃO OU ABSOLUTA (Ires)

Todo dispositivo de medição possui uma resolução (menor valor de

medição do instrumento) que é uma característica do instrumento de medida.

Disto deve-se concluir que a qualidade de uma medição é influenciada pelo

instrumento que foi usado. Se a medida a ser realizada for menor que a

resolução então é necessária usar algum instrumento que possua uma melhor

resolução na faixa requerida. Assim, a medida experimental é limitada e

influenciada pela resolução do instrumento. Se a quantidade de medidas for

estável ou variar muito lentamente com o tempo, pode-se contabilizar a

incerteza na medida através da resolução do instrumento, ou seja, a incerteza

será computada como sendo a metade da menor divisão da escala, conforme

Eq.A4. Por exemplo, para um valor de velocidade 1,658 ± 0,005 m/s, o valor da

metade da resolução ou incerteza de resolução de 0,005 m/s é o erro sobre o

valor absoluto 1,658 m/s. Agora, se as grandezas variam constantemente em

torno de um valor “médio” e a amplitude dessa variação ultrapassa a incerteza

de resolução, este procedimento não pode ser usado, pois estaremos

subestimando o “erro” da medida. Esta é uma situação onde deve ser aplicado

o bom senso, a experiência do experimentador ou uma análise estatística para

estimar a incerteza da medida.

2

resoluçãoIres (B4)

179

b) INCERTEZA DE CALIBRAÇÃO (Ical)

Todo dispositivo deve passar por um processo de calibração

periodicamente e esta calibração deve ser realizada sob condições controladas

e contra um dispositivo padrão. No processo de calibração procuramos

verificar, e eventualmente corrigir, que os dois instrumentos tenham uma

relativa boa concordância na medida em que está sendo feita. Como o

instrumento padrão deve ter bem especificado o valor da incerteza da medida

realizada com ele, esta informação pode ser utilizada para quantificar a

incerteza da medida do dispositivo calibrado. Segundo Figliola e Beasley

(2007) podemos designar o erro do instrumento, via catálogo, como a incerteza

de calibração de um instrumento novo, pois este é uma estimativa do erro

sistemático, apesar do valor ser obtido em laboratório sob condições

específicas. Porém, o fabricante declara que o seu aparelho deve ser usado

em uma determinada faixa de medição, faixa de temperatura e umidade

relativa ambiente, etc.

c) INCERTEZA RELATIVA (Irel)

Podemos definir a incerteza relativa de uma medida como a razão entre a

incerteza absoluta e o valor da medida realizada, conforme Eq.A5. Quanto

menor a incerteza relativa melhor a qualidade da medida por estar mais

próximo do valor real.

medido

absrel

valor

II

Para as medições da velocidade do ar, caracterização das amostras de

cada painel e perda de carga do experimento foi utilizada à incerteza das

medições diretas.

Para as velocidades médias do ar as Tabelas B2 a B7 destacam os

principais erros. Verifica-se que o percentual de desvio padrão ( mS ) para

todas as condições é pequeno, e assim, corresponde a uma boa precisão e

(A5)

180

confiabilidade. A incerteza da média aritmética com o valor do desvio padrão

garante uma probabilidade de ocorrência de 95,45% de que cada medida

esteja dentro do intervalo ( mS ) em torno da média. A incerteza da média

aritmética com o valor do desvio padrão ( S ) garante uma probabilidade de

ocorrência de 95,45% de que cada medida esteja dentro do intervalo ( mS )

em torno da média.

Tabela B2. Incertezas de medições diretas para velocidades do painel de fibra

de Coco com espessura de 0,1 m (Ires = ± 0,005 m/s e Ical = ± 0,005 m/s).

Vazão

de água

Velocidade média

do ar

Desvio

padrão médio

( mS )

Imedia_art Irel

112,4

(±0,78)

g/s

1,22 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,95 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

0,55 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,22 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,96 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

0,54 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,23 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,96 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

0,55 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s

181


de Esponja com espessura de 0,1 m (Ires = ± 0,005 m/s e Ical = ± 0,005 m/s).

Vazão de

água

Velocidade

média de ar

Desvio

padrão médio

( mS )

Imedia_art

Irel

112,4

(±0,78)

g/s

1,21(± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,88 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,008 m/s ± 0,006 m/s

0,58 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,21(± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,93 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

0,57 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,21(± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,88 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,006 m/s

0,58 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,009 m/s ± 0,009 m/s

Tabela B4. Incertezas de medições diretas para velocidades do painel de

Celulose com espessura de 0,1 m (Ires = ± 0,005 m/s e Ical = ± 0,005 m/s).

Vazão de

água

Velocidade média

de ar

Desvio

padrão médio

( mS )

Imedia_art

Irel

112,4

(±0,78)

g/s

1,22 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,008 m/s ± 0,004 m/s

0,88 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,009 m/s ± 0,006 m/s

0,58 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,009 m/s ± 0,009 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,21 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,91 (± 0,02) m/s ± 0,02 m/s ± 0,005 m/s ± 0,006 m/s

0,59 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,008 m/s ± 0,008 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,22 (± 0,03) m/s ± 0,04 m/s ± 0,009 m/s ± 0,004 m/s

0,87 (± 0,03) m/s ± 0,02 m/s ± 0,006 m/s ± 0,005 m/s

0,59 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,009 m/s ± 0,005 m/s

182


de Coco com espessura de 0,15 m (Ires = ± 0,005 m/s e Ical = ± 0,005 m/s).

Vazão de

água

Velocidade

média de ar m/s

Desvio

padrão médio

( mS )

Imedia_art

Irel

112,4

(±0,78)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,96 (± 0,1) m/s ± 0,1 m/s ± 0,02 m/s ± 0,005 m/s

0,56 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,008 m/s ± 0,009 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,92 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,005 m/s

0,57 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,001 m/s ± 0,005 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,18 (± 0,06) m/s ± 0,06 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,92 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

0,56 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s


de Esponja com espessura de 0,15 m (Ires = ± 0,005 m/s e Ical = ± 0,005 m/s).

Vazão de

água

Velocidade

média de ar

Desvio

padrão médio

( mS )

Imedia_art

Irel

112,4

(±0,78)

g/s

1,16 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,87 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

0,58 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,005 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,9 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,006 m/s

0,58 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,009 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,17 (± 0,06) m/s ± 0,06 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,87 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,006 m/s

0,59 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,008 m/s

183

Tabela B7. Incertezas de medições diretas para velocidades do painel de

Celulose com espessura de 0,15 m (Ires = ± 0,005 m/s e Ical = ± 0,005 m/s).

Vazão de

água

Velocidade média

de ar

Desvio

padrão médio

( mS )

Imedia_art

Irel

112,4

(±0,78)

g/s

1,18 (± 0,06) m/s ± 0,06 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,85 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,006 m/s

0,61 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,008 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s ± 0,05 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,86 (± 0,02) m/s ± 0,02 m/s ± 0,006 m/s ± 0,005 m/s

0,61 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,008 m/s ± 0,005 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,18 (± 0,04) m/s ± 0,04 m/s ± 0,01 m/s ± 0,004 m/s

0,88 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,005 m/s

0,61 (± 0,03) m/s ± 0,03 m/s ± 0,007 m/s ± 0,005 m/s

Para as perdas de cargas médias dos painéis de contato ar-água as

Tabelas B8 a B13 destacam os principais erros. Verifica-se que o percentual de

desvio padrão para todas as condições é pequeno, e assim, corresponde a

uma boa precisão e confiabilidade. Da mesma forma que na velocidade de ar,

aqui a incerteza da média aritmética com o valor do desvio padrão garante uma

probabilidade de ocorrência de 95,45% de que cada medida esteja dentro do

intervalo ( mS ) em torno da média. Para as perdas de cargas dos painéis de

contato ar-água o desvio padrão ( S ) foi adotado como erro experimental.

184

Tabela B8. Incertezas de medições diretas para perdas de carga do painel de

fibra de Coco com espessura de 0,1 m (Ires = ± 0,5 Pa e Ical = ± 0,5 Pa).

Vazão de água Velocidade do ar Perda de carga Desvio padrão

médio ( mS )

112,4

(±0,78)

g/s

1,22 (± 0,05) m/s 4,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,95 (± 0,04) m/s 3,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,55 (± 0,04) m/s 2,2 (± 0,4) Pa ± 0,4 Pa

106,6

(±0,62)

g/s

1,22 (± 0,05) m/s 4,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,96 (± 0,04) m/s 3,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,54 (± 0,04) m/s 2,2 (± 0,4) Pa ± 0,4 Pa

89,3

(±0,73)

g/s

1,23 (± 0,05) m/s 3,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,96 (± 0,05) m/s 2,8 (± 0,4) Pa ± 0,4 Pa

0,55 (± 0,05) m/s 1,8 (± 0,3) Pa ± 0,3 Pa


fibra de Esponja com espessura de 0,1 m (Ires = ± 0,5 Pa e Ical = ± 0,5 Pa).

Vazão de água Velocidade do ar

Perda de

carga

Desvio padrão

médio ( mS )

112,4

(±0,78)

g/s

1,21(± 0,04) m/s 5,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,88 (± 0,03) m/s 4,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,58 (± 0,05) m/s 3,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

106,6

(±0,62)

g/s

1,21(± 0,05) m/s 5,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,93 (± 0,04) m/s 4,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,57 (± 0,05) m/s 3,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

89,3

(±0,73)

g/s

1,21(± 0,04) m/s 4,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,88 (± 0,03) m/s 3,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 Pa

0,58 (± 0,04) m/s 2,8 (± 0,4) Pa ± 0,4 Pa

185


Celulose com espessura de 0,1 m (Ires = ± 0,5 Pa e Ical = ± 0,5 Pa).

Vazão

de água Velocidade do ar

Média aritmética

da perda de carga

Desvio padrão

médio ( mS )

112,4

(±0,78)

g/s

1,22 (± 0,03) m/s 3,6 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,88 (± 0,03) m/s 2,4 (± 0,4) Pa ± 0,4 m/s

0,58 (± 0,03) m/s 1,4 (± 0,3) Pa ± 0,3 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,21 (± 0,05) m/s 3,6 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,91 (± 0,02) m/s 2,4 (± 0,4) Pa ± 0,4 m/s

0,59 (± 0,03) m/s 1,4 (± 0,3) Pa ± 0,3 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,22 (± 0,03) m/s 3,4 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,87 (± 0,03) m/s 2,2 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,59 (± 0,03) m/s 1,2 (± 0,3) Pa ± 0,3 m/s


fibra de Coco com espessura de 0,15 m (Ires = ± 0,5 Pa e Ical = ± 0,5 Pa).

Vazão

de

água

Velocidade do ar Perda de carga Desvio padrão

médio ( mS )

112,4

(±0,78)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s 4,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,96 (± 0,1) m/s 3,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,56 (± 0,03) m/s 2,8 (± 0,4) Pa ± 0,4 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s 4,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,92 (± 0,03) m/s 3,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,57 (± 0,03) m/s 2,8 (± 0,4) Pa ± 0,4 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,18 (± 0,06) m/s 4,4 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,92 (± 0,04) m/s 3,4 (±0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,56 (± 0,04) m/s 2,4 (±0,4) Pa ± 0,4 m/s

186


fibra de Esponja com espessura de 0,15 m (Ires = ± 0,5 Pa e Ical = ± 0,5 Pa).

Vazão

de água Velocidade do ar Perda de carga

Desvio padrão

médio ( mS )

112,4

(±0,78)

g/s

1,16 (± 0,04) m/s 5,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,87 (± 0,04) m/s 4,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,58 (± 0,04) m/s 3,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s 5,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,9 (± 0,03) m/s 4,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,58 (± 0,05) m/s 3,8 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,17 (± 0,06) m/s 5,4 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,87 (± 0,05) m/s 4,4 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s

0,59 (± 0,04) m/s 3,4 (± 0,5) Pa ± 0,5 m/s


Celulose com espessura de 0,15 m (Ires = ± 0,5 Pa e Ical = ± 0,5 Pa).

Vazão

de água Velocidade do ar

Média aritmética

da perda de carga

Desvio padrão

médio ( mS )

112,4

(±0,78)

g/s

1,18 (± 0,06) m/s 4,2 (± 0,5) m/s ± 0,5 m/s

0,85 (± 0,03) m/s 3,0 (± 0,4) m/s ± 0,4 m/s

0,61 (± 0,03) m/s 2,0 (± 0,3) m/s ± 0,3 m/s

106,6

(±0,62)

g/s

1,18 (± 0,05) m/s 3,6 (± 0,5) m/s ± 0,5 m/s

0,86 (± 0,02) m/s 3,0 (± 0,4) m/s ± 0,4 m/s

0,61 (± 0,03) m/s 2,0 (± 0,3) m/s ± 0,3 m/s

89,3

(±0,73)

g/s

1,18 (± 0,04) m/s 4,0 (± 0,5) m/s ± 0,5 m/s

0,88 (± 0,03) m/s 2,8 (± 0,4) m/s ± 0,4 m/s

0,61 (± 0,03) m/s 1,8 (± 0,3) m/s ± 0,3 m/s

187

II - PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO DE INCERTEZA EM MEDIÇÕES

INDIRETAS (PROPAGAÇÃO DE INCERTEZAS)

Segundo Ismail (2003) a medição indireta envolve a determinação do

valor associado ao mensurando a partir da combinação de duas ou mais

grandezas por meio de expressões matemáticas. O procedimento é para

estimar a incerteza associada à medição em casos onde o valor do

mensurando não pode ser determinado diretamente a partir da indicação vinda

de um único instrumento de medição, mas deve ser calculada por uma

equação que relaciona diversas grandezas de entrada medidas

independentemente.

No caso em que há dependência estatística entre as variáveis de entrada,

a variação aleatória associada a cada grandeza de entrada poderá estar

agindo da mesma maneira sobre as respectivas indicações. Para estimar a

incerteza da combinação de duas ou mais grandezas de entrada

estatisticamente dependentes, deve ser levado em conta que estas podem

assumir, ao mesmo tempo, valores extremos dentro de suas respectivas faixas

de incerteza. O valor estimado geralmente representa os limites da variação

máxima possível.

Partindo de um procedimento geral sobre o cálculo da propagação de

incertezas de medições e considerando as medições experimentais de n

grandezas, sejam 1x , 2x ,..., nx grandezas físicas determinadas de forma

experimental, pode-se representar as incertezas relativas de cada uma destas

grandezas como ixI , com i=1 n .

Deseja-se analisar como os erros se propagam no cálculo da grandeza

R , obtida indiretamente através das medidas das grandezas ix .

Consideremos que existe uma dependência funcional entre a variável R e as

variáveis ix . Onde, R = R ( 1x , 2x ,..., nx ).

O efeito de uma variação ix sobre R pode ser escrito como,

i

i

xx

RR

188

Normalizando esta variação de R ( xR ) em relação à grandeza R ,

temos

R

x

x

R

R

R i

i

Multiplicando e dividindo o lado direito da equação por ix , vamos obter a

incerteza relativa de R devido à incerteza relativa de ix .

i

i

i

i

i

i

i Ixx

R

R

x

x

x

x

R

R

x

R

R

Efeitos similares devem ocorrer devido a variações das demais grandezas

envolvidas. Como estamos interessados em estimar a incerteza de R devido à

combinação dos efeitos das incertezas de todas as grandezas envolvidas, isto

pode ser realizado através da expressão

2/122

2

2

2

2

2

1

1

1

1 .........

n

n

n

nR

x

x

x

R

R

x

x

x

x

R

R

x

x

x

x

R

R

xI

Ou

2/122

2

2

2

1

1

.........

n

n

xx

Rx

x

Rx

x

RR

No caso das medições das vazões de água para os painéis de contato ar-

água, que utilizou uma balança eletrônica marca Filizola modelo MF-3 com

resolução 0,5 g e um cronômetro digital Instrutherm modelo CD-2800 com

resolução de 0,01 s, utilizou-se a Eq.B6, que considera a propagação de

incertezas destes instrumentos depois de repetidas medições.

5,02

_2

2

___ ))))(

(()1

(( 2

2 cronometrores

oH

balançaresOHvazãoprop Itempo

PesoI

tempoI

(B6)

189

Utilizando a incerteza de resolução da balança e do cronômetro pode-se definir

a menor e maior vazão aceitável para o experimento através das Eq.B7 a B10.

)()(

)()_(

_

_

cronômetrorela

balançarel

águaItempo

IáguavolumeVazão

)()(

)()_(

_

_

cronômetrorela

balançarel

águaItempo

IáguavolumeVazão

)()(

)()_(

_

_

cronômetrorela

balançarel

águaItempo

IáguavolumeVazão

)()(

)()_(

_

_

cronômetrorela

balançarel

águaItempo

IáguavolumeVazão

Os resultados das incertezas de medição da vazão de água estão

registrados na Tab. B14. Onde para cada vazão de água foram registrados

cinco conjuntos de quinze medições. Verifica-se que todas as vazões de água

médias, para quaisquer condições de testes no experimento, estão entre a

incerteza de resolução para a menor e maior vazão de água aceitável,

conforme Eq.B7 a B10. Como exemplo, para o primeiro conjunto de medições

obteve-se uma vazão média de 89,14 g/s, que por sua vez, situa entre o valor

mínimo aceitável de 88,74 g/s e máximo aceitável de 89,49 g/s. Utilizou-se o

desvio padrão como erro para todas as vazões medidas. A incerteza da média

aritmética utilizando 2 vezes o desvio padrão ( mS2 ) garante uma probabilidade

de ocorrência de 95,45% de que cada medida esteja dentro do intervalo

( mS ) em torno da média. Já para as três vazões (alta, média e baixa) de

cada condição foi considerada a média entre os cinco conjuntos de medições.

O coeficiente de correlação (2R ), Eq.B11, é muito usado quando se quer

avaliar se as medições estão próximas do valor verdadeiro, ou seja, se

02 R não existe correlação entre “y” e “x”, e se 12 R a correlação é

perfeita )10( 2 R .

2

22

1

11

y

xymy

n

nR

(B7)

(B8)

(B 9)

(B10)

(B11)

190

n

yy

n

ny

222

1

1

n

xyxyxy

Tabela B14. Registro das incertezas de medições das vazões de água para os

painéis (Ires e Ical balança = ± 2,5 g/s e Ires e Ical cronômetro = ± 0,005 s).

Medição

Vazão

média

g/s

Sm Irel

balança

Irel

cronômetro

Im_ar

Ipropagada

Ires

mínima

Ires

máxima

1 89,14 0,61 0,004 0,0006 0,12 0,32 88,74 89,49

2 106,71 0,62 0,003 0,0007 0,12 0,35 106,3 107,12

3 112,18 1,07 0,003 0,0007 0,21 0,34 111,78 112,59

4 90,13 0,42 0,001 0,0003 0,08 0,13 89,97 90,28

5 106,19 0,41 0,002 0,0003 0,08 0,16 105,99 106,38

6 112,14 0,55 0,002 0,0004 0,11 0,2 111,37 112,37

7 88,15 0,57 0,004 0,0007 0,11 0,36 87,73 88,73

8 108,45 0,75 0,002 0,0005 0,15 0,26 108,15 108,76

9 113,03 0,73 0,002 0,0006 0,15 0,28 112,69 113,37

10 88,92 1,08 0,002 0,0004 0,22 0,18 88,7 89,12

11 106,01 0,94 0,005 0,0001 0,18 0,51 105,39 106,61

12 112,9 0,83 0,002 0,0005 0,17 0,23 112,62 113,18

13 89,95 0,95 0,002 0,0003 0,19 0,17 89,75 90,15

14 105,5 0,4 0,003 0,0006 0,08 0,28 105,16 105,83

15 112,72 0,72 0,003 0,0006 0,14 0,32 112,33 113,09

Vazão média adotada, g/s

Média adotada para a menor vazão de água = 89,3 (±0,73) g/s

Média adotada para a vazão de água média = 106,6 (±0,62) g/s

Média adotada para a maior vazão de água = 112,4 (±0,78) g/s

(B12)

(B13)

191

ANEXO C

Memória de cálculo dos custos operacionais

Os custos operacionais (custos fixos e variáveis) foram considerados

como gastos, os desembolsos e saídas de caixa, as despesas incorridas

durante o funcionamento do empreendimento. A metodologia de cálculo dos

custos operacionais está de acordo com Ribeiro (2009), onde especifica os

custos diretos e indiretos para a formação de preço de venda de

Climatizadores Evaporativos. Alguns custos são em função de salários dos

funcionários e outro como reserva para manter o padrão de produção. Alguns

custos são definidos em forma de percentual praticado no mercado.

O valor dos Honorários mensais dos Diretores foi considerado de acordo

com a Tab.C1.

Tabela C1 – Honorários mensais da Diretoria (Salários praticados no mercado).

R$1,00

Descrição Quantidade Honorário

Gerente Administrativo 01 2.838,00

Gerente Industrial 01 4.531,00

Subtotal (sem encargos sociais) 02 7.369,00

Encargos Sociais (60%) - 4.421,40

Total (com encargos sociais) - 11.800,40

NOTA: Estabeleceram-se um Pró-Labore de 50% do total dos Honorários de

R$7.369,00 durante os cincos primeiros anos, desconsiderando os encargos

sociais.

192

A mão de obra Administrativa (indireta) foi considerado com base na

TaB.C2.

Tabela C2 – Mão de obra Administrativa (indireta).

R$1,00

Descrição Quantidade Honorário

Comprador Júnior 01 1.804,00

Almoxarife 01 975,00

Auxiliar administrativo 01 756,00

Secretaria Júnior 01 1.524,00

Recepcionista 01 757,00

Auxiliar de vendas 01 787,00

Promotor de vendas 01 648,00

Vigia 01 963,00

13° Salário (parcela mensal) 684,50

Subtotal - 8.898,50

Encargos Sociais - 5.339,10

Total - 14.237,60

NOTA:

A mão de obra administrativa ficou próxima de 23,04% do CFM:

23,04% do CFM de R$ 61.791,86 = R$14.236,84.

Sendo adotado o valor calculado de R$14.237,60.

Para as despesas administrativas adotou-se um valor em torno de 0,59% do

lucro bruto mensal:

0,59% de 1.270.190,00 (celulose) = R$7.494,09. Adotado R$7.500,00.

Foi considerado o percentual de 0,5% do preço da compra de máquinas,

equipamentos, veículos, móveis e utensílios como reserva mensal para

manutenções e conservação:

0,5% de R$1.500.000,00 = R$7.500,00.

A reserva mensal para o seguro do edifício, máquinas, equipamentos,

veículos, móveis e utensílios foi de também considerado 0,5%:

0,5% de R$1.500.000,00 = R$7.500,00.

193

A mão de obra Administrativa (indireta) foi considerado com base na

Tab.C3.

Tabela C3 – Mão de obra do setor produtivo (direta).

R$1,00

Descrição Quantidade Salário total

Auxiliar de produção 02 1.302,00

Motorista 01 896,00

Encarregado de expedição 01 1.326,00

Encarregado de produção 01 1.262,00

Técnico em manutenção geral 01 1.543,00

Operador de produção 08 5.928,00

Operador de empilhadeira 01 1.017,00

13° Salário (parcela mensal) 1.106,167

Subtotal - 14.380,17

Encargos Sociais - 8.628,10

Total - 23.008,27

A depreciação de máquinas, equipamentos e instrumentos de precisão foi

considerada conforme Tab.C4.

Tabela C4 – Depreciação de máquinas, equipamentos, instrumentos de

precisão, veículos móveis e utensílios.

R$1,00

Descrição Valor

Preço de compra 1.500.000,00

Valor residual após 5 anos de vida útil (-) 1.000.000,00

Perda do valor após 5 anos 500.000,00

Perda do valor anual 100.000,00

Perda do valor mensal 8.333,33

194

O custo do Climatizador de ar sem o painel evaporativo e sem IPI foi

definido conforme Tab.C5.

Tabela C5 – Custo do Climatizador de ar sem o painel evaporativo e sem IPI.

R$1,00

Descrição Valor

Exaustor de ar com 3 velocidades, vazão de ar de 1.200 m³/h, ½

CV, 220 V, 60HZ

40,00

Bomba de recirculação de água com vazão de 250 g/s 20,00

Banja de PVC removível 5,00

Gabinete de fibra de vidro 30,00

Sistema de distribuição de água (Boia, tubulações, conexões, etc)

10,00

Sistema elétrico (chave seletora de 3 velocidades, lâmpada, timer) 30,00

Frente plástica de PVC com aletas direcionais 10,00

Acessórios (Parafusos, porcas, arruelas, presilhas, cola, etc) 5,00

Total 150,00

O custo de fabricação dos painéis evaporativos foi definido de acordo com

a Fig.1.6 C1 e C2, que estão registrados na Tab.C6.

Tabela C6 – Custo de fabricação dos painéis evaporativos.

Item

Painel de

Celulose

(Munters)

Fibra de Coco com resina a

base de látex

Fibra de Esponja Vegetal

de metro

Preço de

mercado

Em torno de

R$1400 / m³

R$7 por m²

(gramatura 250 g/m²) R$1,5 a unidade

Mantas - 28 pç de 0,8 x 0,1 m

(0,8 x 0,2 x 28 =2,24 m²)

28 pç de 0,8 x 0,1 m

Preço do painel

0,2 x 0,6 x 0,1 m

R$17,00

(R$1.400 x

0,012m³)

R$16,00

(R$7 x 2,24 m² = R$15,68)

R$ 42,00

(R$1,5 x 28 pç = R$42)

195

Figura 1.6 – Dimensões dos painéis evaporativos de fibras vegetais tendo o

painel de Celulose do Climatizador de ar ECOBRISA EB-20 como referência.

Figura C1 – Largura real da manta de fibra fora do painel.

Figura C2 – Largura da manta de fibra ondulada inserida no painel.

0,6 m

0,8 m

0,2 m

0,6 m 0,1 m

Documents

Análise experimental e numérica da eficiência de resfriamento de