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Condicionador de Ar Evaporativo

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Tópicos: Operação Básica e Algumas Observações |


1) Operação Básica e Algumas Observações

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Uma corrente de ar em contato com uma superfície úmida provoca a evaporação de uma parte da água se a temperatura do ar for superior à do seu ponto de orvalho. Assim, em troca do aumento da umidade absoluta, o ar perde calor sensível devido ao calor latente de evaporação da água. Nessas condições, o ar pode ser usado para climatizar um ambiente. A Figura 1-I mostra o arranjo básico de uma instalação de evaporação direta.

O ar, na condição do ambiente externo (1) passa por um filtro para reter partículas sólidas. No evaporador, ele troca calor com o fluxo de água, que é mantido por uma bomba de circulação. Há necessidade de reposição contínua da água através de uma alimentação externa e boia.

Na saída do evaporador, o ar está na condição 2 e é insuflado no ambiente por um soprador. Na saída do recinto climatizado, o ar está na condição térmica 3, após receber a carga térmica (sensível + latente) Φ do ambiente. Considerando que esse é um processo sob pressão constante, o calor trocado equivale à variação da entalpia. Portanto,

$$\dot m = {\Phi\over h_3-h_2} \tag{1A}$$
$\dot m$ vazão de massa do ar no soprador (kg/s)
Φcarga térmica (sensível + latente) do ambiente (W)
h3entalpia específica do ar de saída (J/kg)
h2entalpia específica do ar de entrada no ambiente (J/kg)

Condicionador evaporativo (esquema básico)
Fig 1-I

No diagrama psicrométrico, o processo do condicionador evaporativo direto pode ser visto (sem escalas) na Figura 1-II. Teoricamente, o ar externo (condição 1) deveria atingir a linha de saturação no ponto 2'. Na prática, nem todo a massa de ar faz contato com a água, de forma que o ar introduzido no ambiente está num ponto intermediário 2.

No ambiente, o ar insuflado recebe calor sensível e calor latente, o que implica aumento de temperatura (t) e de umidade absoluta (ω), resultando em ar de saída na condição 3.

Em geral, é desejável que o ponto 2 esteja o mais próximo possível de 2' para maior capacidade de troca de calor sensível. E uma medida da efetividade do evaporador pode ser dada pela relação de temperaturas:

$$\eta = {t_1 - t_2 \over t_1 - t_{u1}} \tag{1B}$$
Onde t1 e t2 são temperaturas de bulbo seco e tu1 é temperatura de bulbo úmido. Valores práticos de η variam de 0,5 a 0,9.

Psicrometria do condicionador evaporativo direto
Fig 1-II

Em relação ao sistema convencional de ciclo de refrigeração, o condicionador evaporativo apresenta as vantagens da simplicidade (menores investimentos e custos de manutenção) e do menor consumo de energia (economia de até 75% em alguns casos). Há também o benefício ambiental, pela virtual ausência de contaminantes como óleos e de gases de efeito estufa. Algumas desvantagens são: impossibilidade de controle preciso das condições de temperatura e umidade do ambiente; necessidade de vazões de ar elevadas em comparação com os convencionais, provavelmente implicando maior nível de ruído; possibilidade de contaminação do ambiente se a água não for devidamente tratada.

Entretanto, a principal limitação do condicionador evaporativo está na sua própria concepção. Isso pode ser visto no diagrama psicrométrico conforme Figura 1-II: se o ar externo tem umidade maior (ponto 1a), o ponto de insuflamento (2a) aproxima-se das condições desejadas do ambiente (3), necessitando, segundo igualdade (1A), de uma vazão de ar maior porque a diferença de entalpias diminui. Na situação-limite (ponto 2a coincide ou está acima de 3), não há efeito de refrigeração.

Portanto, o condicionador evaporativo só pode ser usado em situações tais que as condições térmicas do ar externo e do ambiente permitam a operação e não demandem vazões de ar em níveis impraticáveis. Desde que as condições do ar externo variam ao longo do tempo (dia, estação do ano), algumas instalações podem combinar os sistemas evaporativo e convencional para obter uma redução da média do consumo de energia.

Condicionadores evaporativos podem ser do tipo indireto, isto é, o ar é insuflado no ambiente através de um trocador de calor que recebe o ar de saída do evaporador. Com isso, isolam-se possíveis contaminações da água e obtém-se melhor controle das condições do ambiente. A contrapartida é uma eficiência menor devido à perda no trocador.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel - Manual da Construção de Máquinas. São Paulo: Hemus, 1979.
Cengel, Y. A. Michael A. B. Thermodynamics: An Engineering Approach. New York: McGraw-Hill, 2006.
Giek, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo: Hemus.
Rohsenow, W. M. Hartnett, J. R. Cho, Y. I. Handbook of Heat Transfer. McGraw-Hill, 1998.

Topo | Rev: Ago/2018