Resfriador Evaporativo: Funcionamento e Balanços

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RESFRIADOR EVAPORATIVO
Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro
1. DESCRIÇÃO
• O resfriador evaporativo (Fig. 1) é um equipamento usado para resfriamento de uma corrente de ar,
através de seu contato com uma superfície úmida. Um fluxo de ar é forçado através do dispositivo,
e água é pulverizada na parte superior e cai lentamente através do “enchimento”, ocorrendo
evaporação parcial da água e o resfriamento do ar. A água líquida é armazenada, após sua queda,
em um reservatório, imediatamente abaixo da coluna, para, então, recircular de volta ao topo da
coluna (por meio de uma bomba). Um escoamento de água de reposição faz-se necessário, para
compensar a pequena parcela que evapora (umidificação do ar).
• Um resfriador evaporativo é essencialmente uma coluna de transferência de massa e calor,
projetada de forma a promover uma grande área de contato entre as correntes de água e ar.
• Insuflamento de ar (o enchimento produz uma perda de carga na corrente de ar) e
elevação/aspersão da água no dispositivo = insumos energéticos característicos.
2. BALANÇOS de MASSA e ENERGIA
• Considerações:
RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA
VENTILADOR
 BOMBA
HIDRÁULICA
RESERVATÓRIO DE ÁGUA “ENCHIMENTO”
Fig. 1 - Esquema da montagem do resfriador evaporativo
eBUeBSear T ,T ,m& sBUsBSsar
T ,T ,m&
¾ Processo adiabático - desprezadas as perdas de calor para o ambiente.
¾ Inexistência de trabalho de eixo dentro do volume de controle considerado.
¾ Variação da energia cinética e potencial nos fluxos desprezível frente as variações de entalpia
nos mesmos.
¾ Operação em regime.
)
da da coluna.
 da coluna.
vamente.
• 
egaeag T ,m&
Fig. 2 - Volume de Controle envolvendo todo o enchimento
 m ear& ≡ vazão mássica de ar (úmido) à entrada da coluna (enchimento
 m sar& ≡ vazão mássica de ar (úmido) à saída da coluna (enchimento)
 m eag& ≡ vazão de água líquida ä entrada da coluna.
 m sag& ≡ vazão de água líquida ä saída da coluna.
eBUeBS
T ,T ≡ temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido do ar à entra
sBUsBS
T ,T ≡ temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido do ar à saída
sageag
T ,T ≡ temperaturas da água à entrada e à saída da coluna, respecti
sgaags T ,m&
B
ALANÇO DE MASSA
sagsareagear mmmm &&&& +=+
sagsvs,areagevs,ar mmmmmm &&&&&& ++=++
[1]
[1a]
sendo
 sar ,ear mm && ≡ vazões mássicas de ar úmido ä entrada e saída da coluna, respectivamente..
s,arm& ≡ vazão mássica de ar seco ao longo do enchimento (constante)
svev m ,m && ≡ vazões de vapor d´água contido no ar ä entrada e saída da coluna, respectiv.
sageag m ,m && ≡ vazões de água líquida ä entrada e saída da coluna, respectivamente..
Introduzindo-se o conceito de umidade absoluta do ar, resulta:
 )w1(m mm m s,arvs,ar ar +=+= &&&&
s,ar
sag
s
s,ar
eag
e m
m
w
m
m
w &
&
&
& +=+ [1b]
com
sar,
ev
e m
m
w &
&= ≡ umidade absoluta do ar, ä entrada da coluna.
sar,
sv
s m
m
w &
&= ≡ umidade absoluta do ar ä saída da coluna.
• BALANÇO DE ENERGIA
• Primeira lei no volume de controle genérico:
sagsagsars,areageagears,ar hmhmhmhm &&&& +=+ [2]
sagsagsvsss,ars,areageagevees,ars,ar hm)hwh(mhm)hwh(m &&&& ++=++ [2a]
sendo
v s,arar h whh += ≡ entalpia do ar úmido [kJ/kg de ar seco] a temperatura da mistura.
]C[Tc =h sar, p sar,
o ≡ entalpia do ar seco [kJ/kg de ar seco] a temperatura da mistura.
vh ≡ entalpia do vapor d´água [kJ/kg de vapor] a temperatura da mistura.
agh ≡ entalpia da água líquida [kJ/kg] a temperatura do líquido.
Dividindo a equação anterior (Eq. 2) pela vazão de ar seco, tem-se:
sag,sar
 eag
sareag,sar
eag
ear hm
m
hh
m
m
h +=+ [2b]
• Referências para o cálculo das entalpias:
¾ no caso da água: água em fase líquida a 0°C – entalpia nula
¾ no caso do ar: fase gás a 0°C– entalpia nula.
Bibliografia
HALASZ Boris. A General Mathematical Model of Evaporative Cooling Devices. Revue
Générale de Thermique. n.4, April 1998, p.245-255.