MERCOFRIO 2000 CONGRESSO DE AR CONDICIONADO, REFRIGERAÇÃO, AQUECIMENTO E VENTILAÇÃO DO MERCOSUL DESUMIDIFICADOR MECÂNICO DO AR.

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1 MERCOFRIO 2000 CONGRESSO DE AR CONDICIONADO, REFRIGERAÇÃO, AUECIMENTO E VENTILAÇÃO DO MERCOSUL DESUMIDIFICADOR MECÂNICO DO AR. Chirkin Mikla B., Luyudmila@deel.uem.mz Univeridade EdudMndlane, Deptament de Engenhia Mecânica C.P. 257, Av. de Mçambique, km 1.5, Maput, Mçambique Jã Craqueir, Jã Craqueir@ Mzal.Cm Fabiã M.A.Cumbe, fabia@deel.uem.mz Viandr Andaque, e- mail: viandr@deel. uem. mz Reum. Cm bae n cmpnente dum apelh d cndicinad, cmum d tip janela fi prjectad, executad e tetad mdel de deumidificadr mecânic d que pde er aplicad na intalaçõe de ecagem pr cnvecçã, pa cnervaçã e etcagem de aliment, pa criaçã da cndiçõe óptima climática na ala limpa e pa prtecçã equipament cntra a crrã. Apreenta-e metdlgia d cálcul tetadre d apelh, análie de ptimizaçã d funcinament e reultad de algun enai experimentai. Palavra chave: Deumidificaçã, Metdlgia, Evapradr, Optimizaçã, Enai. 1. INTRODUÇÃO O prce de deumidificaçã d atmféric tem imprtância e é amplamente difundid n vári ram da indútria e da actividade diária da ciedade. Na indútria mecânica e metalúrgica a humidade relativa mair d que 50% prvca crrã de peça de aç e ferramenta. Na indútria electrónica a prduçã de emicndutre, relé, cntactre, circuit integrad, aim cm a explraçã atifatória de utr equipament requer uma atmfera eca n cmptiment. Na indútria fmacêutica pa prduçã de grande gama de medicament a humidade relativa deve er inferir a 20%. O prce de ecagem na atmfera d deumidificad ã mai eficaze e uávei. A preença da humidade n atmféric n lcai de prduçã e mazenagem de tefact preci, bra de te, livr, papel, tecid e utr materiai cm bae de celule e material bilógic prvca a ua putrefacçã e

2 deteriraçã. O prblema de tranprte d prdut, eencialmente pr via mítima e fluvial, etã relacinad cm reduçã da humidade que prpícia a detruiçã e diminuiçã da qualidade d ben tranprtad, etc. Exitem baicamente trê md de deumidificaçã d : cm utilizaçã da ubtância hidrcópica, cm utilizaçã de ílica gel n apelh tip de tambr e cm utilizaçã d apelh que funcinam na bae d cicl frigrífic. O bjectiv dete trab é a análie d prce de tratament d húmid cm remçã da água, prject e tete d mdel de deumidificadr d terceir tip que também chama-e deumidificadr mecânic d. O equema principal dete apelh apreenta-e na Figura t ec t d d ec Fig. 1 - Equema principal d deumidificadr mecânic d. O ec ecand atravé d tub d evapradr, dentr d quai etá em ebuliçã agente frigrífic R22, refece-e e a ua hunidade diminui. O refecid e deumidificad dirige-e a cndenadr, nde cndena-e agente frigrífic cmprimid pel cmprer. O calr latente de cndenaçã tranmite-e a e aquece- até uma temperatura mai elevada d que a temperatura inicial d n recint. O aquecid e ec dirige-e a lcal a deumidific. O agente frigrífic n etad líquid etrangula-e de preã de cndenaçã até a de ebuliçã na válvula de etrangulaçã u tub capil e dirige-e a evapradr, nde refece e deumidifica. A humidade cntid n cndena-e na eta d tub d evapradr e é reclhida e remvida. uand a temperatura n recint é inferir a 10-15ºC, pnt d rv aprxima-e a 0ºC e a temperatura da eta trna-e negativa que prvca frmaçã de neve na uperfície de evapradr. O princípi de ecagem d pr mei de paagem uceiva atravé de evapradr de uma intalaçã de fri, é frequentemente encntrad n apelh de cndicinament d, ma

3 nete ca regula-e apena a temperatura d quand a humidade é preetabelecida a um determinad nível pel prce termdinâmic, de tranmiã de calr e de maa. O mdel d apelh a etud fi fabricad cm bae n cmprer AJ5515E (L Unite Hermetique) e termpermutadre d apelh de cndicinad de mca FNAC. 2. CAPACIDADE E EFICÁCIA A capacidade frigrífica ttal n deumificadr d mecânic gata-e pa refeciment d ec n evapradr e pticulmente pa cndenaçã de humidade hum. = ec + hum (1) Intrduzind a nçã de ceficiente de extracçã da humidade que é razã entre fri ttal e fri ec, = 1 hum ξ = + (2) ec btem expreã pa a quantidade da água extraíd n apelh cm: (3) W = q 1 ( 1 )[ kg / h] ξ nde: q - quantidade de calr retirad de 1kg da humidade durante cndenaçã Além da extracçã da humidade deumidificadr mecânic intrduz, n cmptiment a deumidific, calr numa quantidade igual a diferença entre aqueciment n cndenadr e refeciment n evapradr, 1 = ( 1 ) N el[ kj / h] ξ frn + (4) que é a quantidade de calr equivalente a trab gat pa accinament cmprer e ventiladr N el e uma pte de capacidade frigrífica que fi gatada na cndenaçã de humidade. De Eq(4) aqueciment d n apelh erá:

4 t aida W q + N entrada el t = [ C] (5) G. C p Aqui, G - caudal máic d que paa atravé d deumidificadr. A eficácia ecnómica pde er avaliada pel cnum da energia eléctrica frnecida pa 1 kg da humidade remvida. N el η = [ kwh / kg agua] (6) W Mai cómd é per cm eficácia epecífica da capacidade frigrífica d deumidificadr K que e acha cm razã da pte de capacidade frigrífica gata pa cndenaçã da humidade e cnum ttal da energia eléctrica. K 1 = ( 1 )[ kj / kwh] (7) N ξ el que permite na análie dividir pâmetr em jg de dua pte: K = - que é a capacidade frigrífica epecífica e depende de temperatura d cicl e N el 1 (1 ) que exprime relaçã K de cndiçõe d prce de deumidificaçã. ξ Sb ξ = 1 quand a cndenaçã da humidade nã exite a eficácia d deumidificadr K é igual a zer, ma pa funcinament da máquina frigrífica gata-e energia e K 0 O prblema d etud d factre influente na capacidade frigrífica epecífica K invetiga-e n cur da máquina frigrífica. Pretam mai atençã a etud d factre que determinam cndiçõe da cndenaçã da humidade na uperfície d evapradr. 3. DESUMIDIFICAÇÃO DO AR NO EVAPORADOR. A cndenaçã da humidade d realiza-e na uperfície d evapradr quand a temperatura da uperfície é menr da d pnt de rv. A uperfície d evapradr fabrica-e

5 cm eta d lad refeciment e cndenaçã da humidade d e lia d lad de ebuliçã d agente frigrífic. A razã entre a uperfície externa e interna chama-e taxa de eta F β = ext F int O calr d na uperfície externa d evapradr tranmite-e a agente frigrífic pr cnvecçã a cuta da diferença da temperatura (tranmiã de calr ec), cm vapr que e cndena (tranmiã de humidade) e pr radiaçã. A velcidade uficientemente alta e a baixa temperatura a trca de calr pr irradiaçã é deprezável. Merkel (1925 ) mtru baeand-e na relaçã de Luie que a quantidade ttal de calr tranmitid d tant pr cnvecçã cm pel calr da humidade exprime-e pela equaçã d = σ ( i i ) df = Gdi (8) nde: σ - Ceficiente da trca da unidade kg/m 2 h i - entalpia d húmid que eca atravé de evapradr, kj/kg; i - entalpia d aturad a temperatura média da uperfície, kj/kg; df - a área element da uperfície de evapradr, m 2 ; G -caudal máic d, kg/h; di - infinitamente pequena viaçã da entalpia d pr caua da trca de calr na uperfície df, kj/kg. A quantidade de humidade que cndena-e na uperfície df pível exprimir cm: dw = σ ( d d ) df = Gd ( d )[ kg / h (9) ] aqui d e d - humidade abluta d n flux e d aturad a temperatura da uperfície repectivamente De equaçõe (8) e (9) admitind a temperatura da uperfície cntante é pível bter equaçã i d i d = cnt (10)

6 que repreenta uma linha recta que relacina pnt d etad inicial d e pnt na linha de aturaçã cm a temperatura de uperfície. A temperatura de uperfície via tant na direcçã radial cm a lng da uperfície (fig.2) t(ºc) t t 1 t h G H t t m G t t t 2 t m t w G M t r t r t G a t t t t h Direcca Radial Entrada Sauperficie de trca de calr d evapradr Saida Figura 2- Viaçã da temperatura na uperfície de evapradr. Aqui determina-e a temperatura de uperfície média lcal t cm média integral entre a temperatura de tub t tb e de ete que via de temperatura de ete da bae até a extremidade. Atravé da mema área df agente frigrífic btém a quantidade de calr. α a d = β ( t t ) df tb a (11) da Eq (8) e (11) egue α a σ ( i i ) = ( t tb t a ) (12) β aqui α a - ceficiente da trca de calr de agente frigrífic à uperfície interna d tub cuja temperatura é de t tb. Uand ceficiente de extracçã de unidade equaçã (8) exprime-e cm: ' d = σ c p ξ ( t t ) df (13)

7 ' α ex Baeand-e na equaçã de Lhuie c p = cuja aplicaçã pa a uperfície cm eta σ fi cnfirmada experimentalmente pel Kan (1956), Caalainen (1961), Gglin (1960) btéme d = ξα ( t t ) (14) ex u a quantidade de calr ttal, tranmitid à uperfície de refeciment tant pela trca de calr ec, cm pela trca de humidade calcula-e de equaçã da tranferência de calr pa ca ec, multiplicand pel ceficiente de extracçã da humidade. Aim, a equaçã (14) permite utiliz pa ca de refeciment e deumidificaçã d enrme material de enai experimentai que exite pa ca de aqueciment d na uperfície cm eta. Eta metdlgia uava-e n cálcul tetadre d mdel de deumidificadr d mecânic. A uperfície ttal d evapradr fi dividida em númer de egment n=(4 6), nde a temperatura média de uperfície F cniderava-e cntante. Cncrdand flux de calr da uperfície externa e interna acha-e a expreã: t = ent i i ent 1 + γ [ t ( E γ E + ϕ 1) + t a (15) aqui i ent - entalpia d na entrada de egmente F cuja temperatura é de t ent ; α a F γ = - cmplex auxili; G βη F i e ϕ - funçõe auxilie calculada uand fórmula empírica; t a - temperatura de agente frigrífica (de ebuliçã a preã d evapradr) E - valr da eficácia da uperfície de trca de calr egund Gglev (1962) acha-e

8 E = E 1+ E + β (16) nde: th( h B ) E = h B é a eficiência de eta,end que: B 2α ξ = e h altura (cnvencinal) da eta. δλ Aqui α - ceficiente da trca de calr de eta; i i ξ = - ceficiente de extracçã de humidade de eta; C ( t t ) p δ - epeura de eta λ - ceficiente de cntabilidade de eta; Tratament d dad experimentai de Gglev (1962) fram btid frmula empírica pa i e ϕ em funçã da temperatura média da uperfície de refeciment t. i = 6, ,6122 t - 0,0717(t ) 2 (kj/kg) (17) ϕ = 1,6647 e 0,0338t, (kj/kgk) (18) O valr da entalpia d na aída d egment F determina-e de expreã: (i aid ) F = (i entr ) F - (i ent - i ) F. η F (19) ex. F GC p aqui valr η = 1 e é ceficiente de refrigeraçã da uperfície F F α O prce de viaçã d etad d que paa atravé de evapradr acha-e apreentand n diagrama Picrmétrica pela ma da linha recta que um d pnt d etad inicial d e final de td egment (fig.3)

9 t 5 t 1 t 2 t 3 t i 2 2 i' 2 i' 3 i' 4 1 i 1 i = Cnt Temperatura d blb ec (ºC) Figura 3 - Viaçã d etad d n prce de deumidificaçã. O pnt d etad final determina-e cm end pnt de interecçã linha recta d prce e linha de entalpia cntante na aída de egment. É de alient que métd apreentad preupõe que a cndenaçã da humidade crre em tda a uperfície da eta. t trv A cndenaçã da unidade crre n tub e eta quand < 1 e n ca t t t t t t rv tb > 1 crre refrigeraçã eca d e apreenta-e n diagrama linha d = cte uand etad inicial d encntra-e b alta temperatura e relativamente pequen valre d ceficiente de extracçã da unidade é difícil aegur a cndenaçã da humidade à uperfície ttal d evapradr. Nete ca a metdlgia pde d devi na determinaçã d cálcul humidade extraída que relacina cm determinaçã de α ex, α in e ceficiente em jg e pde er preciada depi de enai experimentai n mdel que é bjectiv de eguinte etapa da pequia. O cálcul d prce de aqueciment d ec n cndenadr nã e ditinguem d cálcul d cndenadre d da máquina frigrífica. O enai prévi realizad n mdel e cálcul tetadre pela metdlgia elabrada ã apreentad na figura 4. Humidade Extraida d Ar [g/kg] G=0,235 kg/ G=0,294 kg/ G=0,325 kg/ Temperatura de Evappraca [ºC] tb

10 Figura.4 Eficiência de extract de humidade - reultad experimental O pnt mcad entre a linha crrepndem a enai experimentai. O devi em relaçã a reultad d cálcul em 20-25% explica-e ante de mai pela inuficiente qualidade de cntruçã d banh pa a reclha d cndenad, devid á fuga e também pela inuficiente preciã da mediçõe aerdinâmica, na determinaçã d caudai maic d pa além d u da fórmula empírica pa a determinaçã d ceficiente intern e extern de tranmiã de calr pr cnvec,cã. Objectiv d futur enai é de vpreci td factre referid. Referência 5 Merkel, Fr., 1925, Verduntungteuhiung, Frchungheft, VDI, N275 Berlin 4 Kan, C., 1956, Técnica frigrífica, N4,pp Caalainen, N.N; (1961, Cntruçã Navai, N5) 3 Gglin, A.A; 1960, Arrefeciment e deumidificaçã d pela uperfície cm eta, relatóri BNUN, pp Gglin, A.A., 1962 Arrefeciment d pela máquina frigrífica Ph.D thei, Intitut de de Científic- Invetigaçã de Indútria frigrífica, Mcv. MECHANICAL AIR DEHUMIDIFIER Abtract. Baed upn cmpnent f an rdiny air-cnditiner windw type, a mechanical air dehumidifier mdel wa deigned, manufactured and teted. Thi device may be ued n cnvectin drying intallatin, fr fd cnervatin and fd tcking, t keep and create ptimal climatic cnditin in clean rm and fr equipment prtectin againt crrin. Teting calculatin methdlgy, ptimizatin perating analyi and reult f me experiment e hwn. Key wrd: Dehumidificatin, Methdlgy, Evapratr, Optimizatin, Experiment.