UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA ENERGIA E FENÔMENOS DE TRANSPORTE

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA ENERGIA E FENÔMENOS DE TRANSPORTE CONDICIONAMENTO DE AR COM PAINEL EVAPORATIVO DE ALGODÃO por Henrique Butzlaff Hübner Henrique de Antoni Vinicius Cabreira Trabalho Final da Disciplina de Medições Térmicas Professor Paulo Smith Schneider pss@mecanica.ufrgs.br Porto Alegre, julho de 2013

2 RESUMO Este trabalho tem como objetivo a construção de um resfriador evaporativo de simples montagem e baixa perda de carga, bem como a instrumentação necessária para a medição da vazão e da umidade relativa na saída do dispositivo. A construção do resfriador deu-se utilizando panos de algodão como umidificadores de ar inseridos em um tubo de 100mm de diâmetro e potes de plástico colados sob o cano de modo a servirem como reservatório de água. Para a construção do medidor de vazão, um tubo capilar foi usado e fabricou-se um tubo de Pitot, já para a construção do medidor de umidade relativa, utilizou-se dois P100s para medição das temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido. Utilizou-se duas condições de entrada do ar: na primeira condição o ar era insuflado na condição ambiente, já na segunda condição o ar era insuflado a 40 C e baixa umidade relativa e para ambas as condições a velocidade do ar era 5m/s. Os resultados observados mostraram uma alta eficiência do resfriador evaporativo quando o ar insuflado à temperatura ambiente, sendo que o ar deixou o dispositivo perto da saturação e com uma redução na temperatura em torno de 4 C. Para o ar entrando no dispositivo a 40 C a redução da temperatura foi maior, porém a umidade relativa não foi superior a 90 % indicando assim que sua eficiência quanto ao resfriamento evaporativo não foi utilizada na sua máxima potencialidade. PALAVRAS-CHAVE: resfriamento evaporativo, umidade relativa do ar, medição de vazão. 2

3 ABSTRACT This work has as objective the construction of a evaporative cooler of simple assembly and low pressure drop, as well the necessary instrumentation for measuring flow and relative humidity at the outlet of the device. The construction of the evaporative cooler was made with cotton fabrics as air humidifiers inserted in a 100mm diameter tube and with plastic recipients put above the pipe to act as water reservoirs. For the flow meter s construction, a capillary tube was used, and a Pitot tube was made. As for the humidity meter s construction, it was utilized two PT100 for the measurements of the dry and wet bulb temperatures. Two conditions of air inflow were used: at the first condition the air is blown at environmental conditions, while at the second condition, the air is blown at 40ºC and low relative humidity, to both conditions the speed of the air was 5m/s. The observed results showed a high efficiency of the evaporative cooler when the air is blown at environmental temperature, leaving the cooler near its saturation point with an average temperature reduction of 4ºC. With the air blown at 40ºC the temperature reduction was higher, but the relative humidity hasn t reached 90%, indicating that its cooling efficiency wasn t used at its maximum potential. KEY-WORDS: evaporative cooling, relative humidity, air flow velocity measurement. 3

4 LISTA DE FIGURAS Figura 01: Diagrama do Resfriador Evaporativo 13 Figura 02: Resfriador Evaporativo 13 Figura 03: Seção Transversal do Resfriador Evaporativo 14 Figura 04: Medição da Velocidade com Tubo de Pitot 14 Figura 05: Posicionamento dos Sensores no Tubo 15 Figura 06: Bancada de Testes (LETA) 15 4

5 LISTA DE TABELAS Tabela 01: Variações de temperatura/umidade relativa obtidas com o resfriador evaporativo. 17 Tabela 02: Resistências dos sensores PT Tabela 03: Temperaturas de bulbo seco e úmido 18 Tabela 04: Umidade Relativa Obtida com o Resfriador Evaporativo 18 Tabela 05: Diferença de Pressão Estática e Vazão do Escoamento. 19 5

6 LISTA DE SIMBOLOS A Área da seção transversal do tubo m² E, B Coeficientes de calibração adm. C n Constantes da equação de pressão parcial adm. Δp Diferença de pressão Pa φ Umidade relativa % g Gravidade m/s² h Diferença de elevação m M a Massa de ar Kg M w Massa de água Kg MW a Peso molecular do ar Kg/mol MW w Peso molecular da água Kg/mol µ Grau de saturação % p Pressão estática Pa p a Pressão parcial do ar Pa p 0 Pressão de estagnação Pa p w Pressão parcial d água Pa p ws Pressão parcial do vapor d água Pa Rt Resistência Ω R 0 Resistência a 0ºC Ω ρ Massa específica Kg/m³ T Temperatura ºC t bu Temperatura do bulbo úmido ºC v Velocidade do fluido m/s V Vazão m³/s v 0 Velocidade de estagnação m/s g W Relação de umidade w W s Conteúdo de umidade na saturação W s,bu Conteúdo de umidade na saturação do bulbo úmido Kg a x a Fração molar do ar % x W Fração molar d água % x ws Fração molar do vapor d água % Kg a g w Kg a g w 6

7 SUMÁRIO RESUMO 2 ABSTRACT 3 LISTA DE FIGURAS 4 LISTA DE TABELAS 5 LISTA DE SÍMBOLOS 6 1.INTRODUÇÃO 8 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 8 3. FUNDAMENTAÇÃO Equações de Psicrometria Termoresistências Medidas de Pressão Tubo de Pitot Manômetros 12 4.TÉCNICAS EXPERIMENTAIS 12 5.VALIDAÇÃO DO EXPERIMENTO RESULTADOS CONCLUSÃO 19 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 19 7

8 1. INTRODUÇÃO A humanidade, observando a natureza, já utiliza o processo de resfriamento evaporativo desde a antiguidade. Panos molhados pendurados nas janelas na direção dos ventos dominantes e chafarizes em pátios fechados são alguns dos recursos utilizados há milhares de anos para criar um microclima agradável, usando o processo de resfriamento evaporativo. E na escala industrial, as torres de resfriamento de água também utilizam um fluxo de ar para esfriar a água pela evaporação de parte dela (ECOBRISA,2013). O resfriamento evaporativo possui como principal característica o fato de ser mais eficiente quando as temperaturas são mais elevadas, ou seja, quando a necessidade de resfriamento é maior para o conforto humano. Além disso, o aumento da umidade é benéfico em regiões secas e, em outras regiões, com a umidificação, o ar insuflado deixa de causar o desconfortável ressecamento da pele e mucosas do corpo que os sistemas convencionais proporcionam (CAMARGO, 2003). O atual trabalho tem como objetivo a construção de um resfriador evaporativo, de forma a que este tenha baixa perda de carga e boa eficiência resfriativa, juntamente com instrumentação para a medição da velocidade do fluxo de ar e das temperaturas de bulbo seco e úmido atingidas. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Vários trabalhos comprovam os benefícios e a eficiência energética dos resfriadores evaporativos que geralmente empregam um ventilador que aspira ar externo através de um painel evaporativo especial, sobre o qual água é circulada continuamente por uma pequena bomba. Porém dos trabalhos analisados não foi encontrado nenhum que emprega algodão na fabricação do painel evaporativo. TINÔCO et al., 2004, comparou a eficiência de alguns materiais porosos para o emprego na fabricação de painéis evaporativos com as placas de celulose (fibra vegetal) que são as mais usuais nos painéis evaporativos. Os materiais utilizados foram a cinasita, a serragem e o carvão vegetal. Através do experimento constatou-se que os valores de UR do ar proporcionados por sistemas compostos por carvão e cinasita foram menores que aqueles obtidos nos sistemas compostos por celulose, indicando que os dois primeiros materiais não foram utilizados em sua máxima potencialidade de resfriamento. Ao final concluiu-se através dos resultados obtidos, que é possível recomendar a confecção de placas porosas de cinasita e carvão vegetal, em substituição às placas de celulose, para serem utilizadas em resfriadores adiabáticos evaporativos. SOARES et al., 2011, construiu e testou um resfriador evaporativo que utilizava uma cortina de água. O sistema era composto por um circuito de circulação de água impulsionada por uma bomba hidráulica, uma rede de tubulação em PVC formadora da cortina de água, uma calha condutora de água e um reservatório. Associado a um sistema de ventilação forçada, o dispositivo apresentou, em três testes, resultados que indicaram que a temperatura do ambiente pode ser reduzida na faixa de 3 a 4 ºC e com acréscimo de 10 a 12% de umidade relativa. A máxima eficiência evaporativa obtida foi de 47,6%. UREÑA et al., 2008, construiu um protótipo de um resfriador evaporativo. O painel evaporativo do resfriador de ar era composto por camadas de material de papel Kraft de alta qualidade, ondulado e poroso, impregnado por uma resina que lhe confere grande rigidez e durabilidade. Utilizou-se ainda para a sua construção uma pequenina bomba d água e um ventilador e chapas de aço galvanizadas. Ao final concluiu-se que o dispositivo é capaz de 8

9 desenvolver uma refrigeração significativa determinada pela diminuição da temperatura da entrada em relação a temperatura de saída. O efeito indesejável foi o aumento da umidade relativa do ar condicionado. 3. FUNDAMENTAÇÃO 3.1. Equações de Psicrometria Cartas psicrométricas e equações são métodos convenientes de lidar com as propriedades termodinâmicas de misturas de vapor de água e ar. Obviamente, um parâmetro importante é a massa dos dois componentes. O conteúdo de umidade W é utilizado para expressar a massa de vapor de água por unidade de massa de ar seco, e corresponde ao eixo vertical da carta psicrométrica. A equação seguinte expressa o conteúdo de umidade: W = M w M a (1) Onde W é a relação de umidade ou umidade absoluta ou conteúdo de umidade em (g w / Kg a ). Matematicamente W é adimensional, mas termodinamicamente é dimensional [ASHRAE, 2001]. A quantidade máxima de vapor de água que pode ser misturado com o ar aumenta com a temperatura. A umidade relativa φ é a fração molar (ou percentagem) de vapor de água presente no ar em relação à fração molar de ar que está completamente saturada com humidade a uma dada temperatura. Esta relação também é a pressão parcial do vapor de água em relação à água a pressão parcial de vapor de água, quando o ar está saturado. φ = x W x ws = p w p ws (2) Onde ϕ é a umidade relativa e x W e p w são a fração molar do vapor d água e a pressão parcial do vapor d água (Pa) respectivamente e x ws e p ws são a fração molar do vapor d água para ar saturado e a pressão de saturação do vapor d água líquida (Pa) respectivamente [ASHRAE, 2001]. Segundo BAYER, 2012, em vez das tabelas de vapor para proporcionar o valor de p ws como função da temperatura, a equação 3 é sugerida para temperaturas entre 0 C e 200 C. p ws = exp ( C 8 T + C 9 + C 10 T + C 11 T 2 + C 12 T 3 + C 13 Ln(T)) (3) Onde p ws é a pressão de saturação do vapor d água (Pa) sobre a água líquida na faixa de 0 a 200 C (T na equação em Kelvin) e, C 8 = 5, E3; C 9 = 1, ; C 10 = 4, E 2; C 11 = 4, E 5; C 12 = 1, E 8; C 13 = 6,

10 A equação 4 é usada para calcular o conteúdo de umidade a partir da pressão atmosférica local p e pressão parcial da água p w, usando a relação de peso molecular MW w e MW a, fração molar x e pressão parcial do ar p a. W = M w = MW w x w = 18,01528 x w = 0,62198 p w = 0,62198 M a MW a x a 28,9645x a p a Na última equação W é em (g w /Kg a ) e p w e p são em (Pa) [BAYER, 2012]. Da mesma forma o conteúdo de umidade na saturação W s vale: p w (4) p p w W s = 0,62198 p ws (5) p p ws Se a temperatura de bulbo úmido é conhecida podemos resolver o conteúdo de umidade da seguinte forma: W = (2501 2,381t bu )W s,bu (t t bu ) ,805t 4,1868W s,bu (6) Onde W e W s,bu são o conteúdo de umidade e o conteúdo de umidade na saturação para temperatura de bulbo úmido respectivamente, ambos em ( g w Kg a ). Já t bu e t são a temperatura de bulbo úmido e bulbo seco respectivamente em ( C) [BAYER, 2012]. Segundo BAYER, 2012, se o ar estiver abaixo da saturação pode-se definir o grau de saturação como: µ = W W s (7) Onde µ é o grau de saturação para temperatura e pressão constantes. A equação 2 pode ser expressa da seguinte forma: φ = µ 1 (1 µ)(p ws /p) (8) Onde p e p ws estão em (Pa) Termoresistências As termoresistências ou bulbos de resistência ou termômetros de resistência ou RTD, são sensores que se baseiam no princípio da variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Elas aumentam a resistência com o aumento da temperatura. Seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma de fio de platina de alta pureza, de níquel ou de cobre (menos usado) encapsulado num bulbo de cerâmica ou vidro. Entre esses materiais, o mais utilizado é a platina pois apresenta uma ampla escala de temperatura, uma alta resistividade permitindo assim uma maior sensibilidade, um alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura, uma boa linearidade resistência x temperatura e também ter rigidez e dutibilidade para ser transformada em fios finos, além de ser obtida em forma puríssima. Padronizou-se então a termoresistência de platina [IOPE, 2013]. 10

11 A equação matemática que rege a variação da resistência em função da temperatura chama-se de equação Callendar-Van Dusen e que está mostrada abaixo: Onde: Rt = Resistência na temperatura t em Ω; R 0 = Resistência na temperatura 0 C equivalente a 100Ω; E, B são coeficientes determinados pela calibração: E=3,90802E-3; B=-5,802E-7; 3.3. Medidas de Pressão Tubo de Pitot Rt = R 0 [1 + Et + Bt 2 ] (9) Para determinar a velocidade do escoamento os seguintes conceitos de pressões são utilizados: Pressão total: é obtida quando um fluido em escoamento é desacelerado até a velocidade zero por meio de um processo sem atrito. Pressão estática: também chamada de pressão termodinâmica é a pressão sentida pela partícula fluida em movimento. Pressão dinâmica: é a diferença entre a pressão total e a pressão estática. Segundo FOX e MCDONALDS, 2012, para um escoamento incompressível, a equação de Bernoulli pode ser usada para relacionar variações na velocidade e na pressão ao longo de uma linha de corrente. Desprezando diferenças de elevação, a equação de Bernoulli torna-se: p + v2 = constante (10) ρ 2 Se a pressão estática é p em um ponto do escoamento no qual a velocidade é V, então a pressão de estagnação, p 0, onde a velocidade de estagnação, v 0 é zero, pode ser obtida de: p 0 + v 2 0 ρ = p + v2 2 ρ 2 (11) Resolvendo a equação (11) para a velocidade : v = 2(p 0 p) ρ (12) Onde v é a velocidade do fluído (m/s), ρ é a massa específica (kg/m 3 ), p é a pressão estática (Pa) e p 0 é a pressão de estagnação. Assim, se a pressão de estagnação e a pressão estática puderem ser medidas em um ponto a equação (12) dará a velocidade local do escoamento. 11

12 A pressão de estagnação é medida no laboratório por meio de uma sonda posicionada na direção do escoamento principal e em sentido oposto a ele. Tal instrumento é chamado de Tubo de Pitot. Como a pressão estática pode ser medida com uma tomada de pressão estática. Se conhecermos a pressão de estagnação no mesmo ponto, então a velocidade do escoamento poderá ser calculada e consequentemente a vazão: V = va (13) Onde, Vé a vazão (m 3 /s), v é a velocidade do fluído (m/s) e A é a área da seção transversal do tubo (m 2 ) [FOX e MCDONALDS, 2012] Manômetros Segundo FOX e MCDONALDS, 2012, a diferença de pressão entre dois pontos num fluído estático pode ser determinada pela diferença de elevação entre esses dois pontos. Os dispositivos utilizados com esse propósito são chamados de manômetros e a equação que permite calcular essa diferença de pressão é dada abaixo: p p 0 = Δp = ρgh (14) Onde p é a pressão (Pa) do local de interesse e p 0 a pressão (Pa) do nível de referência, ρ é a massa específica do fluído (kg/m 3 ), g é a aceleração da gravidade (m/s 2 ) e h é a diferença de elevação entre os dois pontos (m). 4. TÉCNICAS EXPERIMENTAIS A partir dos conhecimentos obtidos na disciplina de medições térmicas e de uma leitura sobre os resfriadores evaporativos disponíveis comercialmente construiu-se um resfriador evaporativo e o medidor de umidade relativa e vazão. Para a construção do resfriador e dos medidores foram utilizados os seguinte materiais: Pedaço de cano PVC de 100 mm de diâmetro e comprimento de 95 cm; Três tiras de pano de algodão; Três potes de sorvete; Um pedaço de tubo capilar; Duas garrafas PET. A figura a seguir apresenta um diagrama esquemático do funcionamento do resfriador evaporativo: 12

13 Ar Reservatórios de água Painel evaporativo Medidor de vazão Excesso de água pingando Entradas sensores PT100s Figura 01: Diagrama do Resfriador Evaporativo. O funcionamento de resfriador evaporativo apresentado na figura anterior é da seguinte forma: o ar é insuflado por um ventilador através do dispositivo que é composto por três painéis evaporativos. A água proveniente dos reservatórios mantêm os painéis sempre úmidos e seu excesso pinga através de orifícios na superfície inferior do cano. No final do resfriador evaporativo há o medidor de vazão e duas entradas para os sensores PT100s que constituem o medidor de umidade relativa. As figuras 02 e 03 apresentam o resfriador evaporativo construído para o experimento: Figura 02: Resfriador Evaporativo. 13

14 Figura 03: Seção Transversal do Resfriador Evaporativo. Como pode ser visto nas figuras 02 e 03 a construção do resfriador evaporativo deu-se de forma bastante simples. As tiras de pano de algodão foram dispostas de modo a formar uma filtro úmido paralelo ao sentido do escoamento e os potes de sorvete foram colados sob o cano com o objetivo de servirem como reservatório de água mantendo sempre o filtro de pano úmido. Ao todo foram feitos três filtros de pano de algodão com os seus respectivos reservatórios de água. A figura a seguir mostra o medidor de vazão construído: Manômetro Tomada de Pressão Estática Tomada do Tubo de Pitot Figura 04: Medição da Vazão com Tubo de Pitot. Para a construção do medidor de vazão utilizou-se o pedaço de tubo capilar e fez-se um tubo de Pitot em seguida colou-se na parede do tubo. Também utilizou-se o manômetro disponível no laboratório, onde em uma ponteira do manômetro foi colocada perpendicular à seção longitudinal do tubo para a medição da pressão estática e a outra ponteira foi conectada ao 14

15 tubo de Pitot para a medição da pressão de estagnação. A velocidade era obtida diretamente no manômetro que já estava calibrado para este fim. Para o medidor da umidade relativa foram utilizados dois sensores PT100s disponibilizados pelo laboratório, os quais foram utilizados para a medição da temperatura de bulbo seco e bulbo úmido. A posição dos sensores para a medição de umidade relativa é mostrado na figura a seguir: Temp. Bulbo Úmido Temp. de Bulbo Seco Figura 05: Posicionamento dos Sensores no Tubo. Pode ser visto que para a medição da temperatura de bulbo seco a ponteira do sensor foi apenas inserida no tubo, já para a medição da temperatura de bulbo úmido fez-se uma camisa com um reservatório de água acoplado sobre o tubo. A medição da resistência dos sensores foi feita utilizando um multímetro digital disponibilizado também pelo laboratório. 5. VALIDAÇÃO DO EXPERIMENTO A validação do resfriador evaporativo foi realizada em uma bancada de testes no Laboratório de Estudos Térmicos e Aerodinâmicos (LETA). O esquema da bancada de testes é visto na figura abaixo: Figura 06: Bancada de Testes (LETA). 15

16 O funcionamento da bancada experimental é da seguinte forma: o ar succionado por um ventilador escoa até a seção de teste por meio de uma tubulação, onde é instalado o resfriador evaporativo o sensor de umidade relativa e o medidor de vazão. O experimento foi acoplado à bancada por meio de um flange já existente na bancada, de diâmetro de 100 mm, o mesmo da tubulação. Outro flange com as mesmas dimensões foi colocado para a saída (ou descarga) do experimento. Esta tubulação possui ainda um aquecedor elétrico e também possui sensores de umidade relativa que constituem-se de quatro sensores PT100s onde dois destes são instalados antes do nosso resfriador evaporativo para coletar a temperatura de bulbo úmido e a temperatura de bulbo seco e dois destes são instalados depois do nosso resfriador evaporativo fazendo a mesma função. Há também um sensor de vazão do ar que constitui-se em um anemômetro. Ambos os sensores de umidade relativa e vazão do ar servem para comparar os seus valores medidos com a medição efetuada com a utilização dos nossos sensores. Foram utilizadas duas condições de entrada do ar: na primeira condição o ar era aquecido até a temperatura de 40 C, já na segunda o ar era insuflado na condição ambiente. Em ambas as condições a velocidade do ar foi 5 m/s. Para cada condição de entrada do ar foram efetuadas quatro medições em intervalos de aproximadamente um minuto. Em cada medição coletou-se com o auxílio de um multímetro digital os valores de resistência dos sensores de bulbo seco e bulbo úmido provenientes do nosso sensor de umidade relativa construído. Os valores de temperatura de bulbo seco e bulbo úmido e umidade relativa provenientes dos sensores da bancada eram obtidos simultaneamente com o uso do software Labview através de uma VI (Virtual Instrument) específica para este fim. Para cada condição de entrada do ar também mediu-se a perda de carga do escoamento através de duas tomadas de pressão instaladas na bancada do laboratório e a velocidade do ar com o nosso medidor de vazão. Existem diversas fontes de incertezas e erros com relação aos valores obtidos em nossas medições de vazão e umidade relativa. Como exemplo podemos citar os erros de capilaridade e de leitura com menisco, erros relacionados ao posicionamento do tubo de Pito, erros relacionados ao multímetro digital, incertezas com relação ao manômetro e erros relacionadas aos sensores PT100s. Erros de capilaridade são causados pela propriedade física que os fluidos têm de subirem ou descerem em tubos. Essa ação pode fazer com que líquidos fluam mesmo contra a força da gravidade ou à indução de um campo magnético e podem afetar a leitura através da formação de um menisco devido à tensão superficial. Devido a uma certa dificuldade na fixação correta do tubo de Pitot, uma vez que ficou extremamente difícil a visualização da sua posição, nossas medições também apresentam erros relacionados ao posicionamento do Pitot. Quanto maior o ângulo de ataque formado entre a velocidade do escoamento e o eixo longitudinal da sonda, maiores são os desvios na medição. A pressão estática apresenta desvios positivos, pois a sua tomada de medição estará sujeita aos componentes transversais de velocidade do escoamento, e simultaneamente a pressão de estagnação diminui, com desvios negativos em relação ao valor esperado. Erros relacionados ao multímetro digital referem-se a exatidão que vem especificada nos respectivos manuais. Esta exatidão é normalmente apresentada em duas partes: Percentagem da leitura ( ReaDinG) - erro relativo à medição Erro de resolução em número de unidades do dígito menos significativo (dgt) -erro absoluto independente do valor da medição. 16

17 A incerteza de medição presente no manômetro é a incerteza combinada de diversas fontes, dentre as quais podemos destacar a incerteza devido a histerese, a incerteza devido a resolução do manômetro e a incerteza devido a repetitividade. Erros presentes em nossas medições devido aos sensores PT100s referem-se à qualidade dos mesmos. A maioria das normas classificam os Pt-100s industriais em Classe A e Classe B, de acordo com seu limite de erro. 6. RESULTADOS Na tabela a seguir é apresentado os valores medidos para as diferentes condições do ar na entrada do resfriador evaporativo obtidas com os equipamentos instalados na bancada do laboratório: Tabela 01: Variações de temperatura/umidade relativa obtidas com o resfriador evaporativo. Tamb. Entrada resfriador T=40ºC Entrada resfriador Entrada (resfriador) Saída (resfriador) Entrada (resfriador) Saída (resfriador) Média Bulbo Seco (ºC) 20,38 20,47 20,45 20,49 20,45 Bulbo Úmido(ºC) 15,26 15,33 15,35 15,37 15,33 Umidade Relativa(%) 57,86 57,75 57,80 57,95 57,84 Bulbo Seco(ºC) 16,37 16,09 16,14 16,22 16,21 Bulbo Úmido(ºC) 15,40 15,48 15,51 15,52 15,48 Umidade Relativa(%) 92,78 93,90 93,50 92,80 93, Média Bulbo Seco(ºC) 39,99 39,96 39,85 39,79 39,90 Bulbo Úmido(ºC) 22,46 22,52 22,51 22,56 22,51 Umidade Relativa(%) 20,81 21,08 21,25 21,50 21,16 Bulbo Seco(ºC) 26,79 26,61 26,38 26,39 26,54 Bulbo Úmido(ºC) 21,88 21,91 21,92 21,96 21,92 Umidade Relativa(%) 65,10 66,50 67,70 66,70 66,50 Observando os dados na tabela anterior percebe-se que se conseguiu uma redução significativa na temperatura do ar. Para o ar entrando na temperatura ambiente conseguiu-se uma redução na temperatura de aproximadamente 4,2 C e o aumento na umidade relativa foi de 35,41% chegando-se quase a uma condição do ar totalmente saturado. Para o ar entrando no resfriador evaporativo a 40 C conseguiu-se uma redução na temperatura ainda maior, ou seja de aproximadamente 13,36 C e o aumento na umidade relativa foi de 45,34%, porém como a umidade relativa não foi superior a 90% isso indica que o painel evaporativo não atingiu o máximo de seu potencial de arrefecimento térmico. O fato de se conseguir uma redução maior na temperatura quando o ar entrando no resfriador evaporativo a 40 C deve-se a umidade relativa ser menor nesta condição, sendo portanto a umidade relativa um parâmetro estritamente relacionado com a eficiência do resfriador evaporativo. Na tabela a seguir é apresentado os valores de resistência dos sensores PT100s obtidos com o multímetro digital para as diferentes condições de entrada do ar: 17

18 Tabela 02: Resistências dos sensores PT100s. Resistência PT100 T ambiente Média Bulbo Seco 106,29 106,24 106,25 106,27 106,26 Bulbo Úmido 105,93 105,95 105,98 105,98 105,96 T 40 C Média Bulbo Seco 110,28 110,29 110,24 110,04 110,21 Bulbo Úmido 108,23 108,25 108,25 108,28 108,25 As unidades de medida da tabela anterior são em Ω e na última coluna observa-se a média das resistências obtidas para as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido. Com a utilização da equação 9 e com os valores médios de resistência da tabela 02, obtevese as temperaturas apresentadas na tabela a seguir: Tabela 03: Temperaturas de bulbo seco e úmido. T entrada: Ambiente (20,44 C) 40 C T bulbo seco (saída): 16, ,2343 T bulbo úmido (saída): 15, ,1834 Na tabela 03 observa-se coerência nas temperaturas de bulbo seco e úmido obtidas com os nossos sensores para as diferentes condições de entrada do ar com relação as temperaturas observadas na tabela 01 obtidos com os sensores da bancada. A diferença máxima encontrada entre os valores das tabelas 01 e 03 foi para a temperatura de bulbo úmido na a condição do ar entrando a 40 C, sendo uma diferença de 0,73 C. Com a utilização dos dados da tabela 03 e as equações 3, 5, 6, 7 e 8 calculou-se a umidade relativa na saída do resfriador evaporativo mostrado na seguinte tabela: Tabela 04: Umidade Relativa Obtida com o Resfriador Evaporativo. T saída (ºC) Pws (Pa) Ws (g/kg) W (g/kg) µ UR (%) T entrada (ambiente) T entrada (40 C) Bulbo Seco 16, ,7784 0,0114 Bulbo Úmido 15, ,0464 0,0108 Bulbo Seco 26, ,0345 0,0217 Bulbo Úmido 21, ,8499 0,0158 0,0105 0, ,3673 0,0137 0, ,1503 Entrada Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4 Final Na tabela anterior também observa-se coerência dos dados calculados com os dados da tabela 01 encontrados com os sensores da bancada. Como consequência da maior divergência entre os valores das tabelas 03 e 01 ser para a temperatura de bulbo úmido e na a condição do ar entrando a 40 C, a maior divergência encontrada entre as tabelas 04 e 01 também foi para este caso, sendo uma diferença de 2,35% na umidade relativa. A tabela a seguir apresenta a perda de pressão estática e a vazão do escoamento para as distintas condições do ar na entrada do resfriador: 18

19 Tabela 05: Diferença de Pressão Estática e Vazão do Escoamento. ΔP(mmCA) ΔP(Pa) v(m/s) Vazão(m^3/s) Tent. (amb.) 20,00 196,20 5,00 0,04 Tent.(40 C) 20,00 196,20 5,00 0,04 Na tabela anterior a perda de pressão estática obtida no manômetro foi convertida em Pascal utilizando a equação 14, sendo a massa específica da água como 1000 Kg 3 e aceleração da gravidade como 9,81 m s2 e a vazão foi obtida usando a equação 13. Através de uma análise da tabela 05 percebe-se que a medida do nosso medidor de vazão também foi coerente com o anemômetro utilizado na bancada. Devido a resolução do manômetro utilizado não ser maior, não foi possível observar diferenças na medição da velocidade do ar. 7. CONCLUSÕES Neste trabalho foi construído um resfriador evaporativo, de forma simples, e juntamente a este um aparato de instrumentação necessária para a medição da velocidade do ar e da umidade relativa na saída do resfriador. Os resultados obtidos pela instrumentação construída foram compatíveis com os resultados apresentados pela bancada de testes do laboratório, apresentando um baixo erro relativo. O resfriador apresentou para velocidade do ar de 5m/s, uma perda de carga de 196,20 Pa para ambas temperaturas ensaiadas. Modificando as condições de entrada do ar no resfriador evaporativo, observou-se que o resfriador atingiu uma diferença de temperatura de 13,36ºC para o ar entrando a 40ºC e 4,24ºC para o ar entrando na temperatura ambiente. Observou-se ainda que para a condição do ar em 40 C na entrada do resfriador a umidade relativa não foi superior aos 90%, evidenciando-se assim que sua eficiência quanto ao resfriamento evaporativo não foi utilizada na sua máxima potencialidade. Como sugestão para a continuação desta pesquisa, algumas modificações poderiam ser feitas para a melhoria funcional e da eficiência do painel evaporativo, como: Determinar o comprimento correto do filtro, uma vez que seu comprimento está diretamente relacionado com a eficiência do painel evaporativo; Verificar a velocidade do ar mais adequada para se atingir a máxima eficiência; Instalar uma pequena bomba para fazer a recirculação da água automática. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ASHRAE Handbook of Fundamentals, 2001, cáp. 6, Atlanta. [2] CAMARGO, J. R., 2003; Resfriamento Evaporativo: Poupando a Energia e o Meio Ambiente. [3] BAYER, P. O., 2012 Polígrafo de Climatização Editora DEMEC UFRGS. [4] ECOBRISA, Climatizadores Evaporativos. < Acesso em: 06 julho m 19

20 [5] FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J., 2010; Introdução à Mecânica dos Fluidos, Editora LTC Rio de Janeiro, Sétima Edição. Págs. 54, 213 e 214. [6] IOPE - Instrumentos de Precisão. < Acesso em: 08 julho [7] SOARES, M.; SOUZA, S. N. M.; HALMEMAN M. C. R.; FRACARO G. P. M., 2011; Desenvolvimento de um Sistema Alternativo de Trocador de Calor para Climatização de Construções Agroindustriais. [8] TINÔCO, I. F. F.; FIGUEIREDO J. L. A.; SANTOS R. C.; SILVA, J. N.; PUGLIESI N. L., 2004; Placas Porosas Utilizadas em Sistemas de Resfriamento Evaporativo. [9] UREÑA, G. A. B.; GARCIA, E. C. ; SABOYA, S. M., 2008; Etapas Construtivas de um Protótipo de um Resfriador Evaporativo. 20

21 Capacidade de leitura na faixa indicada Perda carga de Incertezas Criatividade Conformidade com as normas de redação do concurso 21