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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
[email protected]
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 eletromagnética. 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 bulbo 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 condicionado.
PALAVRAS-CHAVE: Resfriador evaporativo, psicrômetro, válvula eletromagnética, temperatura, 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 instruments for flow, temperature and relative humidity measurement. In order to sprinkle the water 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, leading 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 appropriate 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
hi = entalpia específica [kJ / kg]
H= entalpia [kJ ]
ma = massa de ar seco na mistura [kg]
mi = massa da mistura [kg]
mtot = massa total [kg]
mw = massa de vapor d’água [kg]
M tot = massa total da mistura [kg]
ni = número de mols da mistura
ntot = número de mols total da mistura
pi = pressão parcial dos componentes [kPa]
p = pressão total da mistura [kPa]
pw = pressão parcial do vapor d’água [kPa]
pws = pressão parcial de saturação do vapor d’água [kPa]
T = temperatura [ºC ] ou [K ] , conforme indicado
u = energia interna específica [kJ / kg]
U = energia interna [kJ ]
xi = fração molar de um componente da mistura
yi = fração mássica de um componente da mistura
 = eficiência de saturação
 = umidade relativa
 kgvapord'água 
 = conteúdo de umidade 

 kgar sec o 
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SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO
2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
4.
O EXPERIMENTO
5.
VALIDAÇÃO
6.
RESULTADOS
7.
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
APÊNDICE
6
6
7
9
15
16
16
17
18
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 removida 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 condições de ensaio dadas pelo edital, através do aumento da turbulência do escoamento e da pulverização 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 necessidade 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 possível 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 parcial do vapor d’água presente no ar úmido esteja muito próximo da saturação, a redução de temperatura 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 evaporativos, 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 evaporativos, 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 camada 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.
xi 
ni
m
m
, yi  i e M tot  tot
ntot
mtot
ntot
Onde x e y representam as frações molar e mássica de um componente da mistura, respectivamente, 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 propriedades de outro. A partir dessas premissas, foi possível chegar nas seguintes equações:
n
p
i 1
i
 p e p i  xi p
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
n
i 1
i 1
U  m( yi u i ) e H  m( yi hi )
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 umidade. 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:

xw
p
 w
x ws p ws
Onde Φ é a umidade relativa, pw é a pressão parcial do vapor d’água e pws é a pressão parcial 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.
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
mw
ma
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.
h  ha  hw
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:
h  1,006T  (2501  1,805T )
Onde a parte fora dos parênteses representa o ar seco, e a expressão que multiplica o conteúdo 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 maior.
3.3 Temperatura de Bulbo Úmido
Define-se como temperatura de bulbo úmido aquela que é atingida num processo de umidificação 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 possui 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 temperaturas, 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 saturação, ou seja, quão próximo um processo de resfriamento adiabático chega da saturação.

Tsaída  Tentrada
Tsaturação  Tentrada
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 corrente 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 computador. Para evitar o desperdício de água e o acúmulo de condensado no interior do tubo, o sistema 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 nenhuma 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 tampões 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 possível. A pressão da bomba é controlada através de um dispositivo que regula a abertura da mangueira, 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 válvula 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 abaixo.
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 construído, 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 velocidades 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 figuras 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 operam 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, converte-se resistência elétrica em temperatura. Por fim, utilizando uma carta psicrométrica, encontra-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, absorvendo 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 apresentada 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 praticamente 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 umidade 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 chicanas 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 resolução 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 considerados 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)
5
22
Teste 1
5
40
Teste 2
UR (%)
73
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 umidade relativa de saída, vazão e perda de carga. Os resultados das medições podem ser vistos na
tabela 2.
Teste 1
Teste 2
Tabela 2 – Resultados das medições do experimento.
Vazão (l/s) Perda de carga (Pa) Temperatura (°C) Umidade relativa (%)
38,67±2,424
451±0,8794
21,5±1
73
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 condições 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 temperatura 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 operação que o injetor não foi tão eficiente quanto o esperado para borrifar a água, tendo formado gotas demasiado grandes. Porem, deve ser lembrado que o acúmulo de condensado foi mínimo durante 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 aproximadamente 80% ao comparar com a energia que seria consumida por um aparelho de ar condicionado, 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:
Vazão
Velocidade (m/s)
y = 2,0662ln(x) - 7,7014
R² = 0,9871
∆P (Pa)
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}
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Tbs_saída_real = 35
Tbu_saída = 22
DELTA_H = 46
{preencher}
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 - omega_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
22
APÊNDICE
Tabela do sensor PT100