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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ENERGIA E FENÔMENOS DE TRANSPORTE

PROJETO EXPERIMENTAL DE RESFRIADOR EVAPORATIVO

Augusto Kretschmer

Guilherme Geremia

Mateus Foresti Ranzi

Trabalho Final da Disciplina de Medições Térmicas

Professor Paulo Smith Schneider

pss@mecanica.ufrgs.br

Porto Alegre, julho de 2013

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RESUMO

Nesse experimento, é construído um resfriador evaporativo de uma corrente de ar em uma

canalização, além de instrumentos para medir a vazão, temperatura e umidade relativa. Para fazer

a aspersão de água no escoamento, utiliza-se uma bomba de combustível e uma válvula eletro-

magnética. As gotículas de água borrifadas sofrem evaporação, e para que isso ocorra, absorvem

calor do ar, resultando no resfriamento do mesmo. Os instrumentos de medição de temperatura e

umidade relativa são dois sensores medidores de temperatura, um medindo a temperatura de bul-

bo seco e o outro a temperatura de bulbo úmido, constituindo um psicrômetro. A vazão é obtida

em função da perda de carga do sistema, que é medida pela diferença de pressão entre a entrada e

a saída do experimento. Após um teste em condições ambientes, percebe-se que o sistema resfria

o ar em cerca de 2ºC. O efeito do resfriador é mais perceptível com maior temperatura e menor

umidade relativa na entrada, onde se mostrou capaz de reduzir cerca de 5ºC. É feita ainda uma

análise energética, que conclui que o sistema é mais econômico que um sistema de ar condicio-

nado.

PALAVRAS-CHAVE: Resfriador evaporativo, psicrômetro, válvula eletromagnética, temperatu-

ra, umidade relativa, pressão, vazão.

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ABSTRACT

In this experiment, an evaporative cooling system is built in a PVC tube, as well as its in-

struments for flow, temperature and relative humidity measurement. In order to sprinkle the wa-

ter in the air flow, a fuel pump and an electromagnetic injection valve for fuel are used. The

sprayed droplets of water are evaporated, and, in order for that to happen, they absorb heat, lead-

ing to reduce the moist air temperature. The instruments used to measure the temperature and the

humidity are two PTC thermometers constituting a psychrometer. The flow is measured using

the pressure drop between the inlet and the outlet of experiment. After testing the experiment in

regular temperatures, which reduces approximately 2ºC, it is noticed that the system is more ap-

propriate to higher temperatures and lower relative humidity conditions, being able of reducing

about 5ºC. After that, an analysis is performed to evaluate the energy economy provided by the

system.

KEYWORDS: Evaporative cooling, psychrometer, electromagnetic injection valve, temperature,

relative humidity, pressure, flow.

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LISTA DE SÍMBOLOS

ih = entalpia específica ]/[ kgkJ

H= entalpia ][kJ

am = massa de ar seco na mistura ][kg

im = massa da mistura ][kg

totm = massa total ][kg

wm = massa de vapor d’água ][kg

totM = massa total da mistura ][kg

in = número de mols da mistura

totn = número de mols total da mistura

ip = pressão parcial dos componentes ][kPa

p = pressão total da mistura ][kPa

wp = pressão parcial do vapor d’água ][kPa

wsp = pressão parcial de saturação do vapor d’água ][kPa

T = temperatura ][ºC ou ][K , conforme indicado

u = energia interna específica ]/[ kgkJ

U = energia interna ][kJ

ix = fração molar de um componente da mistura

iy = fração mássica de um componente da mistura

= eficiência de saturação

= umidade relativa

= conteúdo de umidade

oar

águavapord

kg

kg

sec

'

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 6

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 6

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 7

4. O EXPERIMENTO 9

5. VALIDAÇÃO 15

6. RESULTADOS 16

7. CONCLUSÃO 16

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 17

ANEXOS 18

APÊNDICE 20

6

1. INTRODUÇÃO

O resfriamento evaporativo consiste em reduzir a temperatura do ar através unicamente do

aumento de sua umidade relativa, o que acontece de maneira isoentálpica, ou seja, não é removi-

da a energia térmica do ar, e pode-se dizer que consistem em transformar calor sensível em calor

latente.

Neste trabalho, procurar-se-á obter a máxima eficiência de evaporação possível pelas con-

dições de ensaio dadas pelo edital, através do aumento da turbulência do escoamento e da pulve-

rização de gotículas de água visando aumentar a superfície de contato entre a interface da água e

do ar.

Posteriormente, será desenvolvida uma curva da velocidade de escoamento em função da

perda de carga do próprio equipamento, com a finalidade de calcular a vazão, evitando a neces-

sidade de outros instrumentos mais complexos.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O princípio do resfriamento evaporativo consiste em, através do aumento do conteúdo de

umidade do ar disponível, promover a redução da temperatura do ar úmido. Isso somente é pos-

sível porque, ao evaporar, a água usa o calor disponível no ar seco para a troca de fase, ou seja,

calor latente. Como não há fonte externa de energia, é forçada uma redução da temperatura do ar.

É importante lembrar, contudo, que esse processo depende fortemente da umidade relativa

do ar disponível. Caso este se encontre muito próximo da saturação, ou seja, caso a pressão par-

cial do vapor d’água presente no ar úmido esteja muito próximo da saturação, a redução de tem-

peratura obtida será pequena. Tem-se, então, um processo psicrométrico ideal para redução de

temperatura para quando o ar tiver baixa umidade relativa.

A taxa de evaporação de água depende diretamente da área de contato entre a água em fase

líquida e o ar. Assim, para aumentar a eficiência do equipamento, é necessário aumentar a área

de contato. Os dois principais métodos usados para isso são o uso de blocos evaporativos ou a

dispersão da água em gotículas tão pequenas quanto possível. Senthilkumar e Srinivasan (2010),

em seu artigo sobre otimização de métodos para resfriamento evaporativo, sugerem que o uso de

discos rotativos com pás estacionárias nas bordas para promover a formação de gotículas de

água, e consequente aumento da área de contato, é mais eficiente que o uso de blocos evaporati-

vos, em especial onde grandes vazões de ar são necessárias. Já os autores Jain e Hindoliya (2007)

testaram a eficiência de alguns novos tipos de fibras vegetais para a construção de blocos evapo-

rativos, obtendo resultados bastante satisfatórios, mesmo em comparação à celulose.

Como é comum em processos que envolvam transferência de massa, existe uma camada

limite de concentração e de velocidade entre a água e o ar. Como a umidade relativa nessa cama-

da é maior do que no ar do ambiente, ela tende a diminuir a efetividade da evaporação da água

disponível. Para melhorar o processo, então, é necessário reduzir os efeitos provocados por essa

camada limite, ou seja deve-se aumentar o número de Sherwood. Para tal, é necessário promover

a turbulência nos locais onde efetivamente ocorre a transferência de massa. Westerterp e Van

Dierendonck (1963), desenvolveram equações para correlacionar diâmetro de reatores e de pás

de agitadores com a velocidade de uma reação química entre gases e líquidos, obtendo resultados

muito importantes para dimensionamento de sistemas de agitação e de reatores.

Macintyre (1997) recomenda o uso de misturadores estáticos do tipo SMV, formados de

chapas corrugadas sobrepostas, similar ao que se usa em blocos evaporativos, para promover a

mistura de gases entre si ou de gases e líquidos, como é o caso desse trabalho.

7

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Mistura de Gases Ideais e Modelo de Dalton

Primeiramente, é necessário definir os conceitos de fração molar, fração mássica e peso

molecular dos componentes de uma mistura gasosa.

tot

i

in

nx ,

tot

ii

m

my e

tot

tot

totn

mM

Onde x e y representam as frações molar e mássica de um componente da mistura, respec-

tivamente, m é a massa, n é o número de mols e Mtot é a massa molar da mistura.

O modelo de Dalton para mistura de gases ideais propõe que as propriedades de cada um

dos componentes da mistura gasosa podem ser determinadas através da hipótese de que este

componente ocupa o volume total do recipiente na mesma temperatura da mistura. É necessário

salientar que esse modelo prevê que a presença de um gás na mistura não influencia nas proprie-

dades de outro. A partir dessas premissas, foi possível chegar nas seguintes equações:

ppn

i

i 1

e pxp ii

Onde pi é a pressão parcial do componente e p é a pressão total da mistura.

Como está se tratando com gases ideais, sabe-se também que a energia interna e a entalpia

dependem apenas da temperatura da mistura.

n

i

iiuymU1

)( e

n

i

iihymH1

)(

Onde U é a energia interna, u é a energia interna específica, H é a entalpia e h é a entalpia

específica.

3.2 Mistura de ar e vapor

Quando a pressão parcial do vapor d’água na mistura é igual à pressão de saturação para a

temperatura da mistura, diz-se que o ar está saturado, ou seja, o ar não pode mais receber umida-

de. Partindo desse conceito, define-se a umidade relativa do ar como a relação molar de vapor

d’água na mistura e a quantidade de vapor presente na saturação. Neste trabalho, é assumido que

o vapor d’água se comporta como gás ideal na mistura, ou seja, a fração molar e a pressão parcial

de cada um dos componentes são diretamente proporcionais. Assim, chega-se a:

ws

w

ws

w

p

p

x

x

Onde Φ é a umidade relativa, pw é a pressão parcial do vapor d’água e pws é a pressão par-

cial de saturação do vapor d’água para a temperatura.

O conteúdo de umidade ou umidade absoluta do ar úmido é definido como a relação entre

a massa de vapor d’água e a massa de ar seco na mistura.

8

a

w

m

m

Define-se também o ponto de orvalho como sendo a temperatura em que a água presente

na mistura de ar seco e água começa a condensar ao resfriar o ar à pressão constante. É também

importante lembrar que são necessárias três propriedades independentes para determinar o estado

de uma mistura binária.

A entalpia do ar úmido pode ser calculada como a soma da entalpia do ar seco e do vapor

d’água.

wa hhh

Como a entalpia é medida a partir de um estado de referência, é necessário arbitrar uma

temperatura de referência. Por conveniência, opta-se nesse trabalho por considera-la como zero

grau célsius. Desta forma, a entalpia do ar úmido em temperaturas próximas da ambiente pode

ser aproximada pela seguinte equação:

)805,12501(006,1 TTh

Onde a parte fora dos parênteses representa o ar seco, e a expressão que multiplica o con-

teúdo de umidade representa a entalpia do vapor d’água.

Nota-se que a entalpia do ar com mesma temperatura e maior conteúdo de umidade é mai-

or.

3.3 Temperatura de Bulbo Úmido

Define-se como temperatura de bulbo úmido aquela que é atingida num processo de umidi-

ficação adiabática que leve o ar até a saturação. Quanto mais seco estiver o ar, menor será a sua

temperatura de bulbo úmido, pois o ar poderá absorver uma maior quantidade de umidade num

processo adiabático.

Na prática, usa-se um instrumento chamado psicrômetro para medir a temperatura de bulbo

úmido. Esse instrumento consiste em dois termômetros, ambos protegidos contra radiação, sendo

que um deles mede a temperatura diretamente do ar, dito temperatura de bulbo seco, o outro pos-

sui uma camada de algodão umedecido com água, sobre o qual é forçada uma corrente de ar. O

ar força a troca de fase da água presente no algodão, e quando esse processo atingir o equilíbrio,

esse termômetro marcará a temperatura de bulbo úmido.

Obviamente, quanto maior a umidade relativa do ar, mais próximas serão as temperaturas

de bulbo seco e bulbo úmido, sendo que estas são iguais na saturação. Através dessas temperatu-

ras, é possível determinar a umidade relativa e a umidade absoluta do ar, através de uma carta

psicrométrica. Um exemplo de carta psicrométrica pode ser visto na figura 1:

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Figura 1- Carta psicrométrica

(Fonte: ASHRAE, 1992)

3.4 Resfriamento Evaporativo

O processo de resfriamento evaporativo ou resfriamento adiabático consiste em reduzir a

temperatura do ar unicamente através do aumento da sua umidade, sem envolver diretamente

troca de calor. Grosso modo, pode-se afirmar que o calor sensível do ar é transformado em calor

latente no vapor d’água.

A menor temperatura possível de ser atingida através de resfriamento evaporativo é igual à

temperatura de bulbo úmido. Baseando-se nisso, foi formulado o conceito de eficiência de satu-

ração, ou seja, quão próximo um processo de resfriamento adiabático chega da saturação.

entradasaturação

entradasaída

TT

TT

Onde η representa a eficiência de saturação do processo, sendo, obviamente, a unidade o maior

valor possível.

4. O EXPERIMENTO

O experimento consiste em um resfriador evaporativo construído em um tubo de PVC de

100 mm de diâmetro com cinco chicanas para promover a turbulência do escoamento. Uma

bomba centrífuga de corrente contínua é usada para fornecer água em uma pressão próxima de 5

bar para um eletroinjetor veicular, onde esta é pulverizada, visando aumentar a área de contato.

Para diminuir a quantidade de condensado, é usado um relé de pisca veicular, intermitindo a cor-

rente que passa pelo solenoide do injetor. Todo o sistema pressurizado de água tem sua pressão

regulada por um dispositivo usinado em aço, formado por uma bucha vazada com um furo lateral

e furo central passante roscado e um parafuso. À medida que o parafuso é rosqueado na bucha,

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este restringe a passagem da água pelo dispositivo regular, levando a um aumento da pressão do

sistema. Tanto o relé do injetor quando a bomba são alimentados por uma fonte ATX de compu-

tador. Para evitar o desperdício de água e o acúmulo de condensado no interior do tubo, o siste-

ma possui um dreno com retorno para o reservatório da bomba, o que permite um baixo consumo

de água em condições operacionais. Todo o sistema é autossuficiente, não sendo necessária ne-

nhuma intervenção operacional. Um esquema do experimento pode ser visto na figura 1.

Figura 1 – Desenho do experimento, em vista lateral.

O trabalho pode ser visto com mais detalhes em um corte, mostrado na figura 2:

Figura 2 – Vista isométrica em corte do experimento.

Na imagem acima, pode-se ver o eletroinjetor, à esquerda, e as chicanas colocadas no tubo.

À esquerda da segunda chicana, é possível ver o furo utilizado no sistema de retorno de água.

O experimento foi montado com os seguintes itens:

Cano de PVC, diâmetro de 100 mm, comprimento 950 mm

Tampões classe 8 PVC, diâmetro de 100 mm

Válvula eletromagnética

Bomba elétrica 12 V

Fonte ATX de Computador 400 W

Mangueiras e conexões de combustível

Sensores PT100

Relé de pisca DNI 12 V

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Chave liga/desliga

Parafuso de cabeça sextavada M8 x 20 mm

Válvula

O cano de PVC foi determinado em 950 mm, e as chicanas foram feitas a partir dos tam-

pões cortados ao meio, que foram inseridos em rasgos feitos no cano e colados (figuras 1 e 2).

Essas chicanas restringem a passagem do ar, gerando turbulência no escoamento e, desta forma,

aumentando a taxa de evaporação da água injetada. Tendo o conhecimento da perda de carga

criada pelas chicanas, decidiu-se instalar cinco chicanas, distantes 140 mm uma da outra.

Figura 1 - Rasgo no tubo.

Figura 2 - Encaixe dos tampões nos rasgos.

O sistema de esguicho de água foi feito a partir do acionamento de uma bomba elétrica de

combustível e uma válvula eletromagnética por uma fonte de computador. O uso de uma bomba

de alta pressão se fez necessário para as gotículas serem injetadas com o menor diâmetro possí-

vel. A pressão da bomba é controlada através de um dispositivo que regula a abertura da man-

gueira, que retorna ao reservatório. A válvula foi presa no cano de PVC com solda plástica, com

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uma inclinação de forma a coincidir com o escoamento, e funciona de forma intermitente, com

frequência de abertura e fechamento regulada por um relé de pisca de automóvel. Foi prevista

uma forma de remover o excesso de água no fundo do tubo, utilizando uma mangueira que faz a

água retornar ao reservatório onde a bomba está situada. Os sistemas de esguicho e remoção do

excesso de água podem ser vistos nas figuras 3, 4, e 5:

Figura 3 - Válvula eletromagnética instalada no tubo.

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Figura 4: Bomba que faz a sucção da água até a válvula, à direita, e o dispositivo de retorno, à

esquerda.

Figura 5: Mangueira que remove a água acumulada no fundo do tubo.

Para evitar excesso de pressão no tubo de descarga da bomba, foi confeccionada uma vál-

vula reguladora de pressão, constituída de uma bucha de aço com rosca interna e furo lateral e

um parafuso, conectada ao tubo de descarga da bomba. A válvula pode ser vista no modelo abai-

xo.

Figura 6: válvula reguladora de pressão

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A vazão é calculada através de uma tomada de pressão estática na entrada do sistema cons-

truído, e outra na saída, ambas ligadas a um manômetro de tubo em U, no qual se lê a diferença

entre as pressões, isto é, a perda de carga do sistema. Medindo a pressão para diversas velocida-

des de entrada do ar (lidas no medidor da bancada), foi possível obter uma equação ajustada que

calcula a velocidade do escoamento. A montagem das tomadas de pressão pode ser vista nas fi-

guras 6 e 7:

Figura 6: Tomada de pressão à montante e manômetro utilizado.

Figura 7: Tomada de pressão à jusante.

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A temperatura e umidade relativa de saída são medidas com dois sensores PT100, que ope-

ram baseados no princípio da variação da resistência elétrica em função da temperatura. Suas

principais qualidades se destacam pela alta precisão, estabilidade por longo prazo, linearidade e

intercambialidades sem ajuste técnicos ou calibração. Um dos sensores é usado para medir a

temperatura de bulbo seco (Tbs) e o outro é envolto em uma mecha barbante de algodão fervido

(para remover a goma) e umedecido, para medir a temperatura de bulbo úmido (Tbu). Com os

valores de resistência lidos em um multímetro, e com o auxílio das tabelas do instrumento, con-

verte-se resistência elétrica em temperatura. Por fim, utilizando uma carta psicrométrica, encon-

tra-se a umidade relativa. Na figura 8, são mostrados os sensores que medem a temperatura e a

umidade relativa na saída do experimento. Na figura 9, pode ser visto em detalhe o medidor da

temperatura de bulbo úmido.

Figura 8: Sensores de temperatura Tbs e Tbu.

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Figura 9: Sensor envolto em uma mecha de algodão umedecida, a fim de medir Tbu.

A bancada de testes conta com um ventilador com rotação controlável (figura 10), uma

região de entrada, que conta com uma série de dispositivos que regulam a temperatura e umidade

situada à montante do escoamento (figura 11) e uma região de saída, onde são feitas as medições

a serem comparadas com os valores medidos no experimento (que pode ser vista na figura 7).

Figura 10: Ventilador que produz o escoamento do ar.

Figura 11: Região de entrada, onde os parâmetros de entrada são controlados.

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À medida que o ar escoa pela tubulação, as gotículas de água aspergidas evaporam, absor-

vendo calor do ar, que por consequência sofre resfriamento e aumento de umidade relativa. Essas

modificações nas propriedades do ar devem ser lidas pelos instrumentos de medição já citados

no texto anteriormente.

5. VALIDAÇÃO

No Laboratório de Estudos Térmicos e Aerodinâmicos (LETA) foram feitos dois testes,

um à temperatura e umidade ambientes e outro com condições pré-estabelecidas. Variando as

propriedades de temperatura e umidade, foram obtidos dados coerentes com a teorização apre-

sentada anteriormente.

Nas condições ambientes, a temperatura era de 22° C e umidade relativa de 73%. Após a

passagem do ar pelo resfriador, a temperatura baixou um pouco e a umidade relativa praticamen-

te não se alterou. A baixa variação de temperatura era esperada, posto que o ar inicialmente se

encontrava bastante úmido e em uma temperatura relativamente baixa.

Alterando os parâmetros de entrada, com temperatura de 40° C e umidade relativa de 30%,

a temperatura de saída continuou próxima à condição de entrada, porém sua variação foi maior

que no teste anterior. A variação da umidade também foi mais perceptível, porém não como o

esperado. Essa melhoria na eficácia do sistema era prevista, devido às condições de entrada do

ar.

As temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido na saída do resfriador foram lidas através

dos dois sensores PT100 ligados a um multímetro, que mostra o valor da resistência elétrica do

sensor. Utilizando as tabelas do PT100, obteve-se a temperatura medida. Com as temperaturas de

bulbo seco e bulbo úmido e o auxílio de uma carta psicrométrica, foi possível encontrar a umida-

de relativa.

A vazão foi calculada a partir da equação ajustada, tendo como dado de entrada a perda de

carga do sistema. A perda de carga teve valores muito altos, principalmente em função das chi-

canas instaladas.

Como não houve a possibilidade de efetuar uma grande quantidade de amostras e levantar

uma base estatística de dados de medição, foram levantadas incertezas do tipo B. A velocidade

indicada pela bancada de testes é considerada determinística. Além disso, os limites de medição

são considerados como sendo o maior afastamento obtido, 6,36%, e a distribuição é considerada

retangular. A incerteza expandida é considerada igual à metade da diferença entre os maiores

desvios. Como a vazão é obtida por uma curva calibrada, a propagação de erro causada pela re-

solução do manômetro de tubo em U usado para medir a perda de carga já está embutida nessa

incerteza calculada.

Com uma confiança estimada de 95,45%, a incerteza padrão obtida é de 0,3086 m/s. Como

a faixa é relativamente pequena, esta incerteza pode ser considerada igual para todo o range do

instrumento. Diâmetro do tubo, densidade do ar e outros valores envolvidos são todos considera-

dos determinísticos.

A incerteza na perda de carga foi calculada somente pela resolução do manômetro de tubo

em U, ou seja, representa dois milímetros de coluna de água na velocidade medida.

Como as temperaturas foram obtidas através de uma tabela cuja resolução era de um grau

Celsius, toma-se um grau como sendo a incerteza desta medida.

Os cálculos estão descritos no anexo referente ao programa escrito no EES.

6. RESULTADOS

Foram realizados dois testes na bancada, cujas condições de entrada são apresentadas na

tabela 1:

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Tabela 1 – Condições de entrada dos testes.

Velocidade do ar (m/s) Temperatura (°C) UR (%)

Teste 1 5 22 73

Teste 2 5 40 30

Na tabela acima, percebe-se que o primeiro teste foi realizado em condições ambientes,

com baixa temperatura e alta umidade relativa. O segundo foi feito em condições controladas,

com alta temperatura e baixa umidade relativa. A vazão em ambos foi mantida constante.

Nos dois ensaios realizados na bancada, foram medidos os valores de temperatura e umi-

dade relativa de saída, vazão e perda de carga. Os resultados das medições podem ser vistos na

tabela 2.

Tabela 2 – Resultados das medições do experimento.

Vazão (l/s) Perda de carga (Pa) Temperatura (°C) Umidade relativa (%)

Teste 1 38,67±2,424 451±0,8794 21,5±1 73

Teste 2 38,67±2,424 451±0,8794 35,0±1 31

É possível perceber pela tabela acima que a vazão foi medida corretamente, e a perda de

carga se manteve constante. Os valores de temperatura e de umidade sofreram maior variação

(em relação à entrada) no segundo teste.

7. CONCLUSÃO

Conforme os dados ensaiados, pode-se observar que a variação da temperatura nas condi-

ções ambientais da sala foi muito pouco alterada, o que confirma a hipótese de que esse tipo de

equipamento não é adequado onde a umidade relativa do ar é muito próxima da unidade. No caso

do resfriamento das condições de ensaio propostas pelo edital, nota-se que a redução de tempera-

tura é sensivelmente maior e o aumento da umidade é mais significante.

Os resultados poderiam ser mais satisfatórios caso o relé fosse removido do sistema, porém

o acúmulo de condensado e consumo de água aumentariam. Notou-se também durante a opera-

ção que o injetor não foi tão eficiente quanto o esperado para borrifar a água, tendo formado go-

tas demasiado grandes. Porem, deve ser lembrado que o acúmulo de condensado foi mínimo du-

rante o ensaio, e não foi necessário usar nenhum fornecimento externo de água pressurizada,

apenas o próprio reservatório da bomba.

O melhor método para medir a velocidade em condições próximas da condição de ensaio é

o ajuste de uma curva da própria perda de carga gerada pelo experimento, a qual foi validada de

3 a 6 m/s, com uma incerteza menor que 10% do valor lido.

Nos cálculos realizados no software EES, foi estimada uma economia de energia de apro-

ximadamente 80% ao comparar com a energia que seria consumida por um aparelho de ar condi-

cionado, com COP de 2,0, similar aos aparelhos disponíveis no mercado.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BOSCH. Manual de Tecnologia Automotiva. 25. ed. Editora Edgard Blücher, 2004;

ASHRAE. Handbook of Fundamentals. Editora ASHRAE (ISBN:978-1-9337 42-55-7);

BAYER, P. O. Polígrafo de Climatização. DEMEC - UFRGS;

SCHNEIDER, P. S. Apostila de Medições Térmicas. (http://143.54.70.55/medterm/index.html)

SENTHILKUMAR, K.; SRINIVASAN, P. Application of Taguchi Method for the Optimization

of System Parameters of Centrifugal Evaporative Air Cooler, 2010;

JAIN, J. K.; HINDOLIYA, D. A. Experimental performance of new evaporative cooling pad

materials, 2007;

MACINTYRE, A. J. Equipamentos Industriais e de Processo. Editora LTC, 1997;

WESTERTERP, K. R.; VAN DIERENDONCK, L. L. Interfacial areas in agitated gas-liquid

contactors, 1963.

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ANEXOS

ANEXO A - Curva de calibração do medidor de vazão, feita no Excel:

ANEXO B – Cálculos realizados no software EES:

{$DS,}{cálculo das propriedades do ar úmido na entrada do equipamento}

p_entrada = 101,325

T_entrada = 40

UR_entrada = 0,3

omega_entrada = HumRat(AirH2O;T=T_entrada;r=UR_entrada;P=p_entrada)

h_entrada = Enthalpy(AirH2O;T=T_entrada;r=UR_entrada;P=p_entrada)

rho_entrada = Density(AirH2O;T=T_entrada;r=UR_entrada;P=p_entrada)

{cálculo da vazão}

v_entrada = 5

d = 0,1

Q = v_entrada *(pi# * d^2) * 0,25

m_dot_entrada = Q * rho_entrada

{cálculo das propriedades na saída p/ eficiência máxima}

h_saída = h_entrada {resfriamento evaporativo é isoentálpico}

p_saída = 101,325

UR_saída_máx = 1,0

omega_saída_máx = HumRat(AirH2O;h=h_saída;r=UR_saída_máx;P=p_saída)

T_saída_mín = Temperature(AirH2O;h=h_entrada;r=UR_saída_máx;P=p_entrada)

{Vazão máxima de água evaporada}

m_dot_evap = (omega_saída_máx - omega_entrada) * m_dot_entrada

{Cálculo das propriedades ensaiadas}

y = 2,0662ln(x) - 7,7014 R² = 0,9871

Ve

loci

dad

e (

m/s

)

∆P (Pa)

Vazão

21

Tbs_saída_real = 35 {preencher}

Tbu_saída = 22

DELTA_H = 46

DELTA_p = (delta_H/1000) * 1000 * 9,81

UR_saída_real =RelHum(AirH2O;T=Tbs_saída_real;B=Tbu_saída;P=p_entrada)

rho_saída = Density(AirH2O;T=Tbs_saída_real;r=UR_saída_real;P=p_entrada)

omega_saída_real = HumRat(AirH2O;T=Tbs_saída_real;B=Tbu_saída;p=p_entrada)

eta_evaporação = -(omega_saída_real - omega_entrada)/(omega_saída_máx - ome-

ga_entrada)

v_medidor = 2,0662*ln(delta_p) - 7,7014

Q_medidor = v_medidor * (pi# * d^2) * 0,25

{Cálculo da economia de energia}

cp_ar=Cp(AirH2O;T=T_entrada;r=UR_entrada;P=P_entrada)

W_ac = (m_dot_entrada * cp_ar*(T_entrada-Tbs_saída_real))/COP

COP = 2,0

W_bomba = 0,02

{Economia de energia}

Economia = W_ac - W_bomba

Fator_Economia = W_ac/W_bomba

{Cálculo de incerteza de medição e propagação de erros}

Incerteza_expandida_velocidade = (2*(+0,2930+0,2415))/2 {A incerteza expandida é

igual a duas vezes o valor da diferença das incertezas}

Incerteza_padrão_velocidade = Incerteza_expandida_velocidade/(3^0,5)

Incerteza_expandida_vazão = Incerteza_expandida_velocidade*(pi# * d^2) * 0,25 * 1000

Incerteza_padrão_vazão = Incerteza_padrão_velocidade*(pi# * d^2) * 0,25 * 1000

Vazão_real = 4,924 * (pi# * d^2) * 0,25 * 1000

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APÊNDICE

Tabela do sensor PT100