Análise teórica da transferência de calor e de massa em sistemas evaporativos usando modelos de Merkel e de Poppe

Resumo

O resfriamento evaporativo pode ser uma alternativa para substituir o condicionamento de ar (sistema de compressão de vapor), dependendo das condições climáticas e das características da carga térmica da edificação. A transferência de calor e de massa entre o ar e a película de água nos equipamentos evaporativos foi analisada teoricamente. Um resfriador evaporativo direto e uma torre de resfriamento foram simulados via modelos de Merkel e de Poppe para determinar a temperatura e razão de umidade na saída de cada equipamento. As equações diferenciais ordinárias resultantes foram resolvidas analiticamente, quando possível, e numericamente, através dos métodos de Euler e Runger Kutta. Para validar os modelos simulados, os resultados obtidos do resfriador evaporativo e da torre de resfriamento foram comparados com dados disponíveis na literatura. O modelo de Merkel, com soluções analíticas e numéricas, foi avaliado realizando ajuste linear e, na sequência, ajuste quadrático da curva de saturação do ar, resultando que o ajuste quadrático é melhor para o caso da torre de resfriamento e irrelevante no caso do resfriador evaporativo, devido ao pequeno gradiente de temperatura. O modelo de Poppe, através de soluções numéricas, mostrou-se mais adequado tanto para a torre de resfriamento quanto para o resfriador evaporativo, pois levou em consideração a taxa de evaporação da água e, dessa forma, representou melhor o fenômeno físico.