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RESFRIAMENTO EVAPORATIVO

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DEFINIÇÃO

 

O resfriamento evaporativo baseia-se na passagem do ar através de painéis úmidos. O ar quente passa pelo painel, o qual converte a energia para a água, que então evapora.

Ocorre quando algum meio ou produto cede calor para que a água evapore. A evaporação de um produto qualquer é um processo que demanda calor para se realizar. Esta transferência de calor pode ser induzida (quando criamos condições para que o produto retire calor do meio).

No resfriamento evaporativo o ar cede energia (calor) para que a água evapore, resultando numa corrente de ar mais fria à saída do resfriador.

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O Princípio Físico

A Temperatura de Bulbo Úmido (TBU) que é lida num termômetro com o bulbo envolvido por uma gaze úmida, é a temperatura mais baixa que o ar ambiente pode assumir no local, e corresponde à condição de ar saturado obtida pela evaporação da água na região junto ao bulbo.

O ar atmosférico é uma mistura de ar seco e vapor de água. Para uma dada condição de temperatura e pressão esta mistura tem capacidade de conter uma quantidade máxima de vapor d'água (ar saturado = 100% de umidade relativa ou 100% UR). Na prática esta condição de ar saturado só é observada durante e logo após uma chuva. Normalmente o ar encontra-se insaturado (UR<100%) e, portanto, apto a absorver mais umidade.

Quanto mais seco o ar (menor UR), maior a quantidade de vapor de água que pode ser absorvida.

Para que haja esta absorção é necessário que a água utilizada passe da fase líquida para a fase vapor. Esta mudança de fase demanda uma quantidade de energia que é retirada do meio, no caso o ar, resfriando-o.

Devemos procurar aumentar a área de contato entre a água e o ar.

A solução mais eficaz e usualmente adotada em nossos projetos é utilizar superfícies de contato, isto é, utilizando materiais com elevada superfície exposta. A água é distribuída na parte superior de colméias e mantas e desce por canais, molhando todo o meio. O ar atravessa transversalmente as colméias e mantas, entrando em contato íntimo com o meio umedecido e absorvendo umidade até bem próximo da saturação.

As principais vantagens deste método

• A parte molhada do sistema fica restrita ao equipamento;
• Nunca se ultrapassa o ponto de saturação, pois o ar só absorve a umidade que pode comportar, deixando no equipamento a água excedente;
• Este processo realiza ainda uma lavagem do ar, retendo poeira e sujeiras na colméia ou na manta, as quais são continuamente lavadas pela água excedente.

• Efeitos na temperatura

Quando 1 litro de água (1kg) se evapora, consome aproximadamente 580 kcal. É a mesma quantidade de energia necessária para resfriar 60 litros de água de 30°C até 20°C. Ou para resfriar 208m³ de ar (242kg) dos mesmos 30°C até 20°C.

Como se pode observar, a energia envolvida na mudança de fase da água (calor latente) corresponde a uma grande variação de temperatura da mesma (calor sensível).

Isto implica que o uso de água gelada não melhora a eficiência do resfriador, pois o ganho em redução de temperatura é insignificante frente ao obtido pela evaporação.
Portanto, a redução de temperatura será tanto maior quanto menor for a umidade relativa do ar captado, pois para uma mesma temperatura na entrada do resfriador, podemos ter diferentes temperaturas de saída conforme varie a umidade relativa do ar na entrada.

Exceto quando da ocorrência de precipitação de chuvas, a temperatura de bulbo seco aumenta na medida em que a umidade relativa diminui, e vice-versa, conforme demonstrado a seguir:

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Dados obtidos da estação BRB-id10 do Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais (SONDA-Inpe) em Brasília no período de 01Jan a 31Jan2010

Portanto, é possível identificar o período crítico da combinação entre temperaturas máximas e umidades relativas mínimas, e utilizando recursos apropriados para cálculos psicrométricos, é possível determinar a temperatura à saída de resfriadores evaporativos que proporcionem 90% de eficiência de resfriamento, que é definida como a razão entre a diminuição real de temperatura de bulbo seco e a diminuição máxima teórica que a temperatura de bulbo seco poderia ter se o ar à saída do resfriador estivesse saturado.

Quando da ocorrência de chuvas, a figura abaixo demonstra claramente o comportamento da temperatura e umidade relativa do ar:

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Dados de temperatura e umidade relativa em 02Dez10 em Brasília, obtidos da Estação BRB-id10 do Sistema SONDA-Inpe.

(Os horários identificados com * indicam a ocorrência de chuvas)

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As Cartas Bioclimáticas

 

Associam informações sobre a zona de conforto térmico, o comportamento climático do local e as estratégias de projeto indicadas para cada período do ano.

 

« Carta Bioclimática da cidade de Brasília-DF obtida do Programa Analysis Bio v. 2.1.5

 

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Renovações de Ar

É importante destacar que fontes internas geradoras de calor serão atenuadas na medida em que o ar externo puder adentrar a edificação e promover trocas térmicas devido ao regime de renovação constante.

Logo após passar por um sistema de resfriamento evaporativo, a ar tem sua umidade relativa elevada para níveis próximos à saturação. Ao adentrar o ambiente este ar se aquece, abatendo as cargas térmicas existentes no local e reduzindo a UR sem, no entanto, voltar aos níveis originais (antes do resfriamento). Caso este ar seja recirculado pelo resfriador, a eficiência será menor a cada nova passagem, tendendo a ser nula após poucas recirculações.

Teríamos uma situação de temperatura e umidade elevadas, o que é muito desconfortável. Portanto, é fundamental que haja renovação total do ar. Como num processo de ventilação comum, a renovação total do ar implica em exaustão ou aberturas compatíveis com a vazão de ar admitida.

Assim sendo, portas, janelas, frestas ou exaustores são, via de regra, bem-vindos, ao contrario dos sistemas de ar condicionado tradicionais. Há apenas a necessidade de se verificar a disposição das mesmas para se otimizar a circulação do ar por todo o ambiente.

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Economia de Energia Elétrica

 

Afora a economia resultante da menor vazão de ar requerida, a eficiência dos resfriadores evaporativos resulta em expressiva redução no consumo de energia elétrica, à taxa de 90% menos que os sistemas de ar condicionado e 50% menos que os sistemas de ventilação.

 

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Principais Vantagens deste Processo

 

• A parte molhada do sistema fica restrita ao equipamento;

• Nunca se ultrapassa o ponto de saturação, pois o ar só absorve a umidade que pode comportar, deixando no equipamento a água excedente;

• Este processo realiza ainda uma lavagem do ar, retendo poeira e sujeiras na colméia ou na manta, as quais são continuamente lavadas pela água excedente.

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Cuidados com a Água

 

Como regra geral, é recomendável a utilização de água potável na alimentação dos resfriadores evaporativos.

Fungos, bactérias, algas, etc., podem proliferar em meio úmido. Esta proliferação é eliminada através do uso de lâmpadas de desinfecção que utilizam raios UV-C.

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Sobre a eficiência dos resfriadores evaporativos

As cartas psicrométricas sofrem influência da altitude local. No mais, as combinações de temperatura de bulbo seco e umidade relativa do ar de entrada permitem determinar a temperatura de bulbo úmido, a umidade absoluta, o ponto de orvalho e os dois principais efeitos do resfriamento evaporativo nestas circunstâncias:

1- A temperatura de bulbo seco resultante
2- A umidade relativa resultante.

Ou seja, o resfriamento evaporativo é regido pelas limitações que as propriedades físicas da mistura do vapor de água contido no ar atmosférico naturalmente impõem.
No entanto, estas duas características dependem também da Eficiência do resfriador evaporativo, que é definida como a razão entre a diminuição real de temperatura de bulbo seco e a diminuição máxima teórica que a temperatura de bulbo seco poderia ter.

Na figura a seguir está representado um ciclo de resfriamento evaporativo em que a condição final sempre pressupõe redução da temperatura de bulbo seco e o aumento da umidade relativa, que ocorrem à temperatura de bulbo úmido constante (isto caracteriza o resfriamento evaporativo direto):

Carta Psicrométrica onde: (1) ar externo, (3) ar à saída do resfriador evaporativo