MODELAMENTO MATEMÁTICO DE RESFRIADORES EVAPORATIVOS
Por: Rodrigo.Claudino • 20/12/2018 • 1.500 Palavras (6 Páginas) • 235 Visualizações
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[pic 32]
Figura 1. Dispositivo ilustrativo da saturação adiabática
Os fluxos de massa são:
Seção 1: [pic 33]
Seção 2:[pic 34]
Reposição: , pois agua é adicionada a mesma taxa a qual a agua evapora.[pic 35]
Aplicando a lei de conservação de energia para um volume de controle envolvendo o saturador adiabático tem-se , logo:[pic 36]
[pic 37]
Em regime permanente, a massa de ar seco que entra no dispositivo, , deve ser igual a vazão mássica do ar seco que sai, dividindo-se por , obtém-se:[pic 38][pic 39]
[pic 40]
Utilizando-se as entalpias referidas a massa de ar seco tem-se:
[pic 41]
O asterisco (*) refere-se às propriedades na temperatura de saturação T*.
Balanços de Energia
Neste tópico são apresentados os balanços de energia para resfriadores evaporativos direto e indireto com o objetivo de estabelecer o conceito de efetividade de resfriamento.
Balanço de Energia Para um Resfriador Evaporativo Direto
Considere-se o escoamento de ar úmido junto a uma superfície molhada conforme a Fig. 2. Transferência de calor vai ocorrer se a temperatura da superfície for diferente da temperatura t da corrente de ar e, ao mesmo tempo, se a umidade absoluta (concentração) do ar junto a superfície for diferente da umidade da corrente de ar w ocorrera também transferência de massa.[pic 42][pic 43]
[pic 44]
Figura 2. Esquema de um resfriador evaporativo direto
O fluxo de calor sensível será:[pic 45]
[pic 46]
onde é o coeficiente de transferência de calor por convecção, A é a área da superfície de transmissão, é a temperatura na superfície e t a temperatura ao longe da superfície.[pic 47][pic 48]
De forma análoga, a taxa de transferência de vapor d’agua entre a corrente de ar e o ar junto a superfície será:
[pic 49]
onde é o coeficiente de trasferencia de massa por convecção e pe a densidade da agua.[pic 50][pic 51]
Analisando a interface ar-liquido, o calor latente é determinado pela lei da conservação de energia.[pic 52]
[pic 53]
onde é o fluxo de calor total e é a entalpia especifica de vaporização da agua à temperatura da superfície. Rearranjando as equações, tem-se a expressão para o fluxo de calor diferencial total:[pic 54][pic 55]
[pic 56]
Essa equação indica que a transferência de calor total é o resultado da combinação de uma parcela proveniente da diferença de temperatura e outra proveniente da diferença de umidades absolutas.
Define-se a efetividade de um equipamento de resfriamento evaporativo direto como:
[pic 57]
Através dessa expressão verifica-se que uma efetividade de 100% representa o ar deixando o equipamento à sua temperatura de bulbo úmido de entrada. Isso implica a combinação de uma grande área de troca de calor com um alto coeficiente de troca de calor e baixa vazão de massa. Observa-se também que a efetividade permanece constante se as vazões de massa permanecerem constantes, uma vez que as mesmas controlam direta ou indiretamente o valor das grandezas do lado direito da expressão.
Balanço de Energia para um Resfriador Evaporativo Indireto
Um esquema de um resfriador evaporativo indireto de fluxo contracorrente é mostrado na Fig. 3
[pic 58]
Figura 3. Esquema de um resfriador evaporativo indireto
Onde:
= entalpia de entrada do ar secundário[pic 59]
= entalpia de saída do ar secundário[pic 60]
= entalpia do liquido vaporizado[pic 61]
= fluxo de massa do ar primário[pic 62]
= fluxo de massa do ar secundário[pic 63]
= massa do liquido[pic 64]
= temperatura de entrada do ar primário[pic 65]
= temperatura de saída do ar primário[pic 66]
= temperatura de entrada do ar secundário[pic 67]
= temperatura de saída do ar secundário[pic 68]
= temperatura do liquido[pic 69]
= coeficiente de transferência de calor por convecção do ar primário[pic 70]
= coeficiente de transferência de calor por convecção do ar secundário[pic 71]
Balanço de Energia para o Ar Primário
Para a transferência de calor do ar primário à interface ar/agua mostrado na Fig. 3 tem-se:
[pic 72]
Onde:
= número de unidades de transferência de calor do ar primário[pic 73]
A = área de troca de calor
= coeficiente global de transferência de calor entre o ar primário e a interface ar/agua[pic 74]
= calor especifico do ar primário[pic 75]
A partir da equação acima obtém-se a efetividade primaria (Peterson, 1993):
[pic 76]
Balanço de Energia do Ar Secundário
A
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