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

José Maurício Gurgel

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Fernando Cesar de Abreu Viana

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB), Campus Cabedelo Brasil

Jesus Marlinaldo de Medeiros

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB), Campus Cabedelo Brasil

Marcio Gomes da Silva

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB), Campus João Pessoa Brasil

Jailson Charles dos Santos

Universidade Regional do Cariri (URCA) Brasil

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.

Palavras-chave


Lavador de ar; Torre de resfriamento; Resfriamento evaporativo; Modelo de Merkel; Modelo de Poppe


Texto completo:

Referências


ASHRAE - American Society Of Heating, Refrigerating And Air Conditioning Engineers. ASHRAE Fundamentals Handbook, 1997.

BESHKANI, A., HOSSEINI, R. Numerical modeling of rigid media evaporative cooler. Appl. Therm. Eng. n. 26, p. 636-643, 2006.

BOSNJAKOVIC, F. Technische Thermodynamik. Dresden: Theodor Steinkopf, 1965.

BOUGLEUX, P. A. F. et al. Simulation of a Direct Evaporative Cooler and a Cooling Tower by the Effectiveness—NTU Method. International. Journal of Mechanical Engineering Education, v. 35, n. 3, p. 207-218, 2007.

BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Balanço Energético Nacional 2014. EPE 2014. Disponível em: https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2014.pdf. Acesso em: 15 jan. 2016.

CAMARGO, J. R.; EBINUMA, C. D.. Resfriamento evaporativo: poupando a energia e o meio ambiente. Jornada de Iniciação Científica e de Pós-graduação, UNESP/FEG. 2001.

CAMARGO, J. R.; EBINUMA, C. D.; CARDOSO, S. Three methods to evaluate the use of evaporative cooling for human thermal comfort. Revista de Engenharia Térmica, Universidade de Fortaleza - UNIFOR, Fortaleza, v. 5, n. 2, p. 09-15, dez. 2006.

CAROSSI, G. A. B., Resfriamento evaporativo: Estudo do potencial de sua aplicação no Brasil. 2006. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)– Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, Minas Gerais, 2006.

CHAKRABARTI, S. S.; DAS. P. K.. Performance investigation of air washer For different psychometric conditions. Computational Thermal Sciences, v. 7, n. 3, p. 217-230, 2015.

CHAKRABARTI, S. S. et al. A Mathematical Approach in the Formulation of A Direct Evaporative Cooling Device. International Journal of Engineering Research, v. 4, n. 2, p. 496-501, 2015.

FOUDA, A.; MELIKYAN, Z. A simplified model for analysis of heat and mass transfer in a direct evaporative cooler. Applied Thermal Engineering, v. 31, p. 932-936, 2011.

FREITAS, E. F. Construção de uma bancada otimizada para estudo de painéis evaporativos e ensaios de painéis de fibras vegetais, Projeto de Graduação, Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, 2007.

GOMES, M. S. P. Análise teórico-experimental de torres de resfriamento e lavador de ar. 1988. 166 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)–Departamento de Engenharia Mecânica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 1988.

HALASZ, B. A general mathematical model of evaporative cooling devices. Rev. Gen. Therm. n. 37, p. 245-255, 1998.

HEIDARINEJAD, GH.; BOZORGMEHR, M. Modeling of Indirect Evaporative Air Coolers. Building and Housing Research Centre, Iran and University of Tarbiat Modares, Iran. In: 2° PALENC Conference and 28th AIVC Conference on Building Low Energy Cooling and Advanced Ventilation Technologies in the 21st Century, Crete Island, Greece. p. 5, 2007.

ISSAC, M.; VAN VUUREN, D. P. Modeling global residential sector energy demand for heating and air conditioning in the context of climate change. Energy Policy, v. 37, n.2, p. 507-521, 2009.

KLOPPERS, J. C.; KRÖGER, D. G. A critical investigation into the heat and masstrasnfer analysis of counterflow wet-cooling towers.”International Journal of Heat and Mass Transfer, v. 48, p. 765-777, 2005a.

KLOPPERS, J. C.; KRÖGER, D. G. Cooling Tower Performance Evaluation: Merkel,Poppe, and e -NTU Methods of Analysis. Journal of Engineering for GasTurbines and Power, v.127, p.1-7, 2005b.

KUSUDA, T., Graphical method simplifies determination of aircoil wet heat transfer surface temperature, American Society of Refrigerating Engineers, 1956.

MCNEIL M. A.; LETSCHERT V. E., Future Air Conditioning Energy Consumption in Developing Countries and what can be done about it: The Potential of Efficiency in the Residential Sector, 2008. Lawrence Berkeley National Laboratory. Disponível em: http://escholarship.org/uc/item/64f9r6wr. Acesso em: 15 jan. 2016.

RESIDENTIAL ENERGY CONSUMPTION SURVEY (RECS) - Energy Information Administration. 2009. Disponível em: http://www.eia.gov/consumption/residential/index.cfm>. Acesso em: 28 dez. 2015.

SANTOS, J.C. et al. Analytical solution for the simultaneous heat and mass transfer problem in air washers. International Journal of Refrigeration, v. 34, p. 353-361, 2011.

SCHIBUOLA, L. High-efficiency recovery for airconditioning applications in a mild climate: a case study. Applied Thermal Engineering, v. 17, n. 5, p.447- 454, 1997.

SHAH, N.; PHADKE, A.; WAIDE. P. Cooling the planet: Opportunities for Deployment of Super-efficient Room Air Conditioners. Super-efficient Equipment and Appliance Deployment. Environmental Energy Technologies Division. International Energy Studies Group, Lawrence Berkeley National Laboratory. 2013. Disponível em: http://www.clasponline.org/Resources/Resources/StandardsLabelingResourceLibrary/2013/

~/media/Files/SLDocuments/2013/SEAD-Room-ACReport/2013Apr_SEAD%20Room%20AC%20Report%20Executive%20Summary.pdf. Acesso em: 07 jan. 2016.

SILVA, M. G. Estudo Experimental de um Sistema de Condicionamento de Ar com Rotores Dessecantes. 156 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica)– Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa-PB, 2010.

SILVA, A. C. S. B. Simulação de Resfriamento Evaporativo por Microaspersão D’água. 215 f. 2004. Tese (Doutorado em Engenharia Civil)– Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil. 2004.

PIMENTA, J. M. D; CASTRO, W. P. Analysis of Different Applications of Evaporative Cooling Systems. In: INTERNATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING, COBEM 2003, Anais… São Paulo, 2003.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-03062015v1n32p51-64

O arquivo PDF selecionado deve ser carregado no navegador caso tenha instalado um plugin de leitura de arquivos PDF (por exemplo, uma versão atual do Adobe Acrobat Reader).

Como alternativa, pode-se baixar o arquivo PDF para o computador, de onde poderá abrí-lo com o leitor PDF de sua preferência. Para baixar o PDF, clique no link abaixo.

Caso deseje mais informações sobre como imprimir, salvar e trabalhar com PDFs, a Highwire Press oferece uma página de Perguntas Frequentes sobre PDFs bastante útil.

Download do PDF
Imprimir artigo
Exibir metadados
Como citar este documento

Visitas a este artigo: 3881

Total de downloads do artigo: 4054