BALANO CALORIMTRICO DE UM CONDENSADOR EVAPORATIVO

Orientador: Prof. Dr. Paulo Smith Schneider

Porto Alegre 2010

HENRIQUE ZUARDI NIENCHESKI

Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia Mecnica da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para obteno do diploma de Engenheiro Mecnico.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Mecnica

BALANO CALORIMTRICO DE UM CONDENSADOR EVAPORATIVO

HENRIQUE ZUARDI NIENCHESKI

BANCA EXAMINADORA:

Prof. Dr. Francis H. R. Frana UFRGS / DEMEC

Prof. Dr. Jorge R. S. Zabadal UFRGS / DEMEC

Prof. Dr. Srgio Luiz Frey UFRGS / DEMEC

Porto Alegre

2010

ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS

REQUISITOS PARA A OBTENO DO DIPLOMA DE ENGENHEIRO MECNICO

APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

Prof. Walter Jesus Paucar Casas Coordenador do Curso de Engenharia Mecnica

de modo especial, aos meus pais, que sempre depositaram em mim total confiana.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeo, e no poderia ser diferente, aos meus pais, Lcia Helena e

Lus Felipe, os quais sempre estiveram presentes em todos os momentos. Agradeo, Lusa, irm e companheira, por ter me agentado, ao meu orientador, Prof. Dr. Paulo Smith Schneider pela orientao e motivao, no

somente durante a realizao deste trabalho, mas tambm nos dois anos que participei como bolsista de iniciao cientfica,

ao colega de projeto Ivoni Carlos Acunha Jr., pelo grande apoio e pelos valiosos

conselhos e observaes, aos colegas do Laboratrio de Estudos Trmicos e Energticos (LETA), ao Tcnico Joo Batista da Rosa, pelo indispensvel esforo na rea de construo do

experimento, aos amigos que realizei na universidade e que me acompanharam ao longo deste

caminho.

No alcanamos o sucesso com um grande pulo! Chegamos ali passo a passo!

Dr. David J. Schwartz

NIENCHESKI, H. Z. Balano Calorimtrico de um Condensador Evaporativo. 2010. 20f. Monografia (Trabalho de Concluso do Curso de Engenharia Mecnica) Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.

RESUMO Este trabalho apresenta a determinao do balano calorimtrico de uma bancada

experimental de um condensador evaporativo. Tem por finalidade determinar uma metodologia para a identificao das taxas de transferncia de calor que so entregues e rejeitadas pelo condensador, as irreversibilidades do sistema e suas incertezas. Alm disso, atravs da realizao de uma srie de ensaios, onde as grandezas de entrada so sistematicamente variadas, buscou-se a obteno das condies operacionais da bancada. Sua construo baseada na norma ANSI/ASHRAE 64-1995. Os resultados mostraram que a taxa de calor entregue ao sistema no evaporador conservada nas sadas das correntes do condensador evaporativo. Contudo, evidenciado que uma grande incerteza de medio encontrada na taxa de transferncia de calor para o evaporador devido pequena diferena de temperatura entre os pontos de entrada e sada da gua quente do evaporador.

PALAVRAS-CHAVE: Condensador Evaporativo, Balano Calorimtrico, R-22,

Refrigerao, Anlise Experimental.

NIENCHESKI, H. Z. Calorimetric Balance of an Evaporative Condenser. 2010. 20f. Monografia (Trabalho de Concluso do Curso de Engenharia Mecnica) Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.

ABSTRACT The present work presents the identification of the calorimetric balance of an

experimental rig for an evaporative condenser. The proposed methodology consists on the determination of the heat transfer rates that are delivered and rejected by the condenser, as well as, the irreversibilities of the system and its uncertainties of measurement. Furthermore, through a series of tests where inputs parameters are systematically varied it is possible to obtain the operating conditions of the rig. Its construction is based on the standard ANSI/ASHRAE 64-1995. Results show that the heat rate delivered to the system in the evaporator is conserved at the heat rejection on the air flow. Nevertheless, a large measurement uncertainty is observed for the heat transfer rate given to the evaporator due to a small temperature difference between the entry and exit points of hot water in the heat exchanger.

KEYWORDS : Evaporative Condenser, R-22, Experimental Analysis, Refrigeration,

Calorimetric Measurement.

SUMRIO

1. INTRODUO ................................................................................................ 1

2. REVISO BIBLIOGRFICA .......................... ................................................ 1

3. FUNDAMENTAO TEORICA .......................... ............................................ 2

3.1 Condensador Evaporativo ........................................................................................... 2

4 BANCADA DE ENSAIO ............................... ................................................... 4

4.1 Descrio da bancada .................................................................................................. 5

4.2 Instrumentao ............................................................................................................ 6

4.2.1 Corrente de ar ....................................................................................................... 6

4.2.2 Condensador evaporativo ..................................................................................... 7

4.2.3 Corrente de gua quente ....................................................................................... 7

4.2.4 Sistema de aquisio de dados ............................................................................. 7

4.3 Incertezas de equipamentos e de medio .................................................................. 7

5. METODOLOGIA .................................... ......................................................... 8

5.1 Balano Calorimtrico ................................................................................................ 9

5.2 Procedimentos para os ensaios .................................................................................... 9

5.3 Caso estudado ........................................................................................................... 10

6 RESULTADOS E ANLISES ........................... ............................................. 11

6.1 qualidade das medies ............................................................................................. 11

6.2 balano Calorimtrico ............................................................................................... 12

6.3 Incerteza de medio ................................................................................................. 13

6.4 condies operacionais ............................................................................................. 13

7. CONCLUSES ............................................................................................. 15

8. REFERNCIAS ............................................................................................ 16

APNDICES ..................................................................................................... 18

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1. INTRODUO Durante as ltimas dcadas, a demanda de refrigerao tem aumentado

significativamente. Isto se deve, principalmente, ao crescimento da economia mundial e aos novos parmetros percebidos pelo estilo de vida da populao. Este fator produz diretamente uma maior dependncia da gua e da energia, sendo que, a grande parte da energia gerada atualmente no mundo proveniente de fontes que utilizam recursos no renovveis, como os combustveis fsseis. Aumentar a eficincia dos equipamentos presentes nos ciclos de refrigerao contribui para uma reduo no consumo de energia.

Os ciclos e equipamentos de refrigerao industrial utilizados atualmente ensejam a realizao de estudos em diversas linhas de pesquisa que contribuam tanto para reduo dos custos de produo de gneros de consumo que necessitem de processos de refrigerao para industrializao, quanto para a utilizao mais racional da energia eltrica, colaborando com o setor energtico e com o meio ambiente.

A dificuldade de se encontrar na literatura resultados experimentais em condensadores evaporativos fora os pesquisadores a adotarem valores que podem no estar representando adequadamente os condensadores evaporativos produzidos. Desta forma, fundamental que o funcionamento deste equipamento seja melhor entendido e difundido.

Destarte, este trabalho tem por escopo a realizao de uma anlise para a consolidao dos dados de um condensador evaporativo em escala reduzida, baseado na norma ANSI/ASHRAE 64-1995, que ACUNHA JUNIOR, 2010, desenvolveu e construiu como tese de doutorado. A contribuio do presente trabalho est no fechamento do balano calorimtrico da bancada experimental. Este estudo se dar pelas identificaes das regies de transferncia de calor, os pontos de perda de calor do sistema e suas incertezas. Esta anlise tem um papel bastante importante na consolidao do conjunto de dados medidos da bancada do condensador evaporativo. Deseja-se, ainda, variar sistematicamente algumas grandezas de entrada de forma a investigar seu impacto nas grandezas de sada para verificar o comportamento do condensador evaporativo sob determinadas condies operacionais.

2. REVISO BIBLIOGRFICA Condensadores evaporativos (CEs) so equivalentes a combinao de um trocador de

calor casco e tubos e uma torre de resfriamento. Possuem como caracterstica uma elevada eficincia de funcionamento, uma utilizao mais econmica de material e de espao, o que acaba por gerar um menor custo de investimento e de operao. Transferncias de calor e massa ocorrem simultaneamente, a alta capacidade desse equipamento no verificado nos outros tipos de condensadores existentes sob as mesmas condies de trabalho. Estes equipamentos so compactos e permitem serem operados a temperaturas de condensao inferiores quelas dos resfriados a ar ou a gua com torre de resfriamento. Eles tm sido amplamente utilizados para aumentar a transferncia de calor e melhorar o desempenho de sistemas de refrigerao de grande porte de elevada capacidade trmica.

O artigo publicado por PARKER e TREYBAL, 1961, prope um modelo matemtico para condensadores evaporativos. Este modelo descrito em termos de dois coeficientes; o coeficiente global de transferncia de calor do fluido refrigerante para a gua dos gotejadores e o coeficiente de transferncia de massa em relao diferena de entalpia da gua para o escoamento de ar.

HWANG et al., 2001, realizaram uma comparao entre condensadores a ar e evaporativos. Os autores utilizaram o HCFC-22 como fluido refrigerante. Uma vantagem dos CEs que propiciam uma temperatura de condensao menor em relao aos condensadores a

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gua ou ar. Os resultados experimentais mostraram que o CE possui uma capacidade de rejeio do calor de 1,8 a 8,1 % maior que o condensador a ar e permitem chegar a um coeficiente de performance de 11,1 a 21,6 % superior. Alm desse maior desempenho, operam com possuir maior eficincia, necessita de menor vazo de ar.

ARMBRUSTER, 1998, investigou a distribuio de temperaturas da gua de resfriamento ao longo da sequncia de tubos do condensador. Constatou que, a determinadas condies de entrada do ar no equipamento, foram observados diferentes valores de temperatura da gua devido ao aumento de velocidade do ar e mudana em sua umidade relativa. Ele tambm determina que a grande parte da energia para condensar o fluido refrigerante se deve a evaporao dgua na interface gua ar.

ETTOUNEY, 2001, fez uma anlise de condensadores evaporativos em funo da relao de vazo mssica gua ar que passa pelo equipamento. Tambm foi realizada uma comparao entre condensadores e torres de resfriamento. Para estes, a eficincia dos equipamentos resfriados a ar foi de 88 % e, para aqueles, de 97 %. A anlise dos dados coletados pelo pesquisador mostra que a eficincia do sistema aumenta com baixas razes gua ar e com maiores temperaturas de entrada do vapor de gua superaquecido.

Condensadores evaporativos vm sendo estudados na Engenharia Mecnica da UFRGS h alguns anos. Em um trabalho inicial, CENTENO, 2005, montou uma bancada de testes em um condensador evaporativo industrial e determinou a quantidade de calor rejeitado pelo equipamento. Os resultados experimentais foram comparados com o modelo matemtico proposto por Parker e Treybal. Foram obtidos resultados satisfatrios comparados com as caractersticas do produto pelo catlogo da empresa fabricante. NAKALSKI, 2007, prosseguiu com o estudo obtendo uma maior quantidade de resultados da bancada.

DONNI, 2006, investigou o desempenho de um trocador de calor compacto com aletas planas em dois cenrios: com a superfcie das aletas secas e com a superfcie molhada. As outras condies de funcionamento foram mantidas constantes. Foi observado que quando as aletas possuam um filme dgua em seu entorno alcanava-se coeficientes de transferncia maiores, chegando a ser 50% mais eficiente que o trocador de calor com aletas secas. Verificou que, o coeficiente de transferncia tende a estabilizar aps uma certa quantidade de gua aspergida sobre os tubos, ou seja, no h um efeito significativo uma grande vazo dgua.

As primeiras anlises realizadas na bancada, a ser realizados os ensaios, foram realizadas por WALTHER, 2009, que contribuiu para a construo do prottipo. Neste trabalho, Walther observou uma reduo mdia de 13% na capacidade de rejeio de calor do condensador com um aumento da temperatura de bulbo mido do ar de entrada de 16,5 C para 18,5 C. A maior transferncia de calor ocorre com uma razo entre a vazo mssica de ar e de gua aspergida sobre a serpentina prxima de dois. Os valores obtidos para o coeficiente global de transferncia de calor experimental oscilaram em torno de 400 W/m. C.

3. FUNDAMENTAO TERICA

3.1 CONDENSADOR EVAPORATIVO Condensadores evaporativos rejeitam para a atmosfera o calor resultante da

condensao do fluido refrigerante que circula no interior da serpentina. Esta rejeio de calor proporcionada pela transferncia simultnea de calor e massa que acontece no interior do equipamento (WALTHER, 2009). Simplificando seu funcionamento, pode-se dizer que, a combinao de uma torre de resfriamento com um condensador a gua.

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Esse equipamento pode ser identificado com um trocador de trs fluidos: o fluido refrigerante, a gua e o ar. Como pode ser observado na Figura 1, uma bomba dgua promove a recirculao dgua da bacia, na parte inferior do equipamento, para a parte superior onde se encontram aspersores, juntos com espalhadores de gotas. Esse sistema utilizado para melhor distribuir a gua que circunda a parte externa dos tubos da serpentina. Por gravidade, a gua passar pelo conjunto de tubos e a maior parte voltar para o reservatrio uma vez que apenas uma frao de gua aspergida se evapora no processo.

Ar escoa pelo conjunto de tubos em direo oposta a dgua. A entrada do ar feita pelas laterais do equipamento em uma regio acima do reservatrio de gua e abaixo dos tubos. Um eliminador de gotas posicionado logo acima do distribuidor dgua, com a funo de evitar que gotas sejam arrastadas pelo ventilador, que apenas ar escoe pela tubulao de sada. O ventilador est conectado ao equipamento atravs de um tubo.

Figura 1 - Desenho esquemtico do condensador evaporativo

Transferncias de calor e de massa acontecem no condensador simultaneamente devido

s trs correntes fluidas que interagem entre si. Esse sistema faz com que a energia do fluido refrigerante possa ser transferida para o spray dgua e aps para o ar. O fenmeno de evaporao um processo na rejeio do calor para o ambiente. Essa evaporao faz com que acontea um aumento gradativo da umidade relativa do ar atravs equipamento. Na Figura 2, da esquerda, pode-se observar no desenho do tubo, o fluido a condensar em seu interior, onde um filme de gua, no exterior, passa pela serpentina. O escoamento do ar em sentido contrrio ao da gua. A Figura 2, direita, representa diferentes vazes de gua sendo aspergida.

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Figura 2. - Representao dos escoamentos de ar e gua nos tubos. (Armbruster, 1998) A transferncia de calor precisa vencer a resistncia do fluido refrigerante, do tubo e da

parede. Os smbolos na figura so: a transferncia de massa e , a transferncia de calor. Tambm, h diferentes formas do escoamento dgua passar pelos tubos, dependendo da vazo imposta podem-se formar filmes de espessuras diferentes. Determina-se o coeficiente global de transferncia de calor, U, com base no dimetro externo dos tubos pela associao das resistncias (ZISIK, 1990, ASHRAE, 2000)

int int

1

1 1ext extm T ext

Ud d Ld h d k h

=

+ + (1)

onde dext, dint e dm so os dimetros externo, interno e mdio do tubo, em metros (m), respectivamente; L a espessura do tubo (m); kT a condutividade trmica do tubo (W/m K); hint o coeficiente de transferncia de calor entre o fluido refrigerante e a superfcie interna do tubo (Wm-2 oC-1) e hext o coeficiente de transferncia de calor entre a superfcie externa dos tubos e a gua (W m-2 oC-1).

Pode-se observar na equao (1) que a maior parte dos fatores que influenciam o coeficiente U dependem exclusivamente de sua geometria e do material que foi construdo. Apenas hint e hext que so variveis dependentes das condies de funcionamento do equipamento. MIZUSHIMA, 1967, ZALEWSKI, 1997, foram alguns dos pesquisadores que equacionaram correlaes para esses coeficientes.

Aps a determinao do coeficiente global de transferncia de calor pode-se calcular a capacidade do condensador evaporativo a partir da equao abaixo:

= (2)

onde, A a rea de transferncia de calor (m) e a diferena entre a temperatura de condensao do fluido refrigerante presso de sada e temperatura da gua (oC).

4 BANCADA DE ENSAIO

O condensador evaporativo, localizado no Laboratrio de Estudos Trmicos e Aerodi-

nmicos (LETA), na UFRGS, foi projetado e construdo em laboratrio baseado na anlise de escala com um CE j existente, utilizado em instalaes industriais. O fator de escala utilizado

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igual a quatro (WALTHER, 2009). O presente trabalho apresenta a continuao deste estudo onde feita a consolidao dos dados adquiridos da bancada. O motivo da escolha do R-22 foi sua maior facilidade de trabalho em relao ao R-717, o fato de ele no ser txico e no atacar a tubulao de cobre, diferentemente da amnia. Como a tubulao do evaporador feita de cobre, a utilizao do R717 torna-se invivel (ACUNHA JUNIOR, 2010).

A bancada de ensaio se baseia na norma ANSI/ASHRAE 64-1995, especfica para testes experimentais em CEs. A norma aponta dois mtodos para o clculo de rejeio do calor do condensador, a instrumentao e o aparato que deve ser utilizado para uma aquisio de dados com boa confiabilidade.

4.1 DESCRIO DA BANCADA

Seguindo a norma, o aparato construdo se baseia no mtodo High-Side Gravity

Recirculation System, onde o fluido de R22 circula pela tubulao atravs de um termosifo. A Figura 3 apresenta o desenho esquemtico da bancada, com seus componentes.

Figura 3 Desenho esquemtico da bancada de teste do condensador evaporativo O fluido refrigerante circula no sistema devido a diferena de massa especfica. A partir

do evaporador, onde o R-22 sai superaquecido, o fluido entra no condensador. Um reservatrio est conectado no ponto mais prximo possvel da sada do fluido refrigerante do condensador. Este vaso de presso possui a funo de agir como um selo lquido do R-22, para garantir o sentido e uma vazo constante para o evaporador. Um visor de lquido se encontra na tubulao entre o reservatrio e o evaporador.

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No circuito verde, circula a gua da bacia para os aspersores atravs de uma bomba eltrica de 0,12 kW. Utiliza-se um sistema de by pass para o controle da vazo no sistema de distribuio dgua em cima da serpentina. Pequenas chapas de cobre so colocadas logo abaixo da sada dos aspersores com o intuito de espalhar a gua. Um eliminador de gotas posicionado acima de todos os elementos do condensador. Este possui a funo de impedir o arraste das gotas dgua para fora do condensador.

gua quente circula na tubulao em azul, uma bomba recalca a gua para um reservatrio, que em seu interior possui uma resistncia de 2,7 kW. Este sistema realiza a transferncia de calor para o fluido refrigerante.

Tubulaes e equipamentos so revestidos com uma manta trmica a fim de isolar termicamente o sistema. Considera-se adiabtico as tubulaes e superfcies dos equipamentos.

O condensador evaporativo foi construdo com perfis de alumnio que asseguram a parte estrutural e suas laterais so cobertas por vidro. Deste modo, possvel a visualizao do escoamento da gua dentro do condensador. Fotos da bancada de ensaios podem ser visualizadas no apndice D.

A serpentina foi construda com tubos de cobre que so conectados a um distribuidor na parte superior e um coletor na parte inferior. Os tubos esto dispostos com uma inclinao de 15 graus. Assim, alm propiciar uma maior facilidade de montagem, a gua que parte dos aspersores fica por maior tempo em contato com a serpentina, aumentando a transferncia de calor, tendo em vista, que a gua escorrega pelos tubos. Na Tabela 1, encontram-se as principais caractersticas do condensador evaporativo.

Tabela 1 - Parmetros do trocador de calor

Dimetro externo do tubo 6,35 mm Nmero de tubos 35 fileiras Nmero de passes 6 passes

rea de transferncia de calor 2,032 m Um ventilador centrfugo se encontra conectado a placa superior do condensador atravs de uma tubulao em PVC de 200 mm. O ventilador acionado por um motor com potncia de 2 CV atravs de um inversor de freqncia. Modificou-se o ventilador original, que no possua potncia para a vazo desejada de ar. Com um dimetro de aspirao de 380 mm, foi necessria a construo de uma transio gradual do escoamento do dimetro do tubo de PVC para o bocal de aspirao. Anteriormente, no se conseguia atingir altas vazes de ar, pois as restries de entrada e sada de ar eram muito abruptas fazendo com que o ventilador no atingisse a sua potncia mxima. Esta transio, assim como a implantao de uma transio no bocal de descarga, possibilitou um aumento considervel na vazo de ar imposta ao condensador. 4.2 INSTRUMENTAO 4.2.1 Corrente de ar As medies de temperatura de bulbo seco, ,, e de bulbo mido, ,, so feitas atravs um sistema montado prximo a entrada do ar no condensador. Este equipamento foi construdo no prprio laboratrio, utilizando-se dois sensores do tipo PT100. Para a medio das condies de sada do ar o sensor Vaisala PTU-303 foi o escolhido, que atravs de um sensor capacitivo e uma termoresistncia combinada em um s instrumento a medio da

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presso absoluta, e das temperaturas, , e ,. Com essas trs grandezas definidas, a umidade relativa facilmente calculada. Medio da vazo de ar, , que escoa pela tubulao medida atravs de um tubo de Venturi localizado na descarga do ventilador. considerado um comprimento da tubulao de dez vezes o dimetro para a localizao do Venturi.

Os instrumentos devem calibrados por referncias de primeiro ou segundo padro. Os sensores de temperatura devem possuir: incerteza de 0,1 C e para a diferena de temperatura entre o fluido refrigerante e a gua, uma exatido de 1% do valor da diferena medida. Para a medio de presso os instrumentos devem permitir a medio da temperatura de saturao no intervalo de 0.1 C. 4.2.2 Condensador evaporativo Determina-se em trs pontos da corrente de R-22 o par temperatura, presso. As trs localizaes podem ser vistas na Figura 3, nos pontos 1, 2 e 3. Para a monitorao das temperaturas so utilizados termopares tipo J sem encapsulamento, com a junta quente soldada com estanho. Os sensores esto localizados em poos na tubulao, com pasta trmica envolta, para maior exatido da medio. Os sensores responsveis pela medio de presso so transdutores de presso. So medidas as temperaturas da bacia, T7, e do ponto de entrada para os aspersores, T6. utilizado um termopar encapsulado para a bacia, pois se encontra imerso ao lquido e um termopar tipo J simples, dentro de um poo, para a temperatura de sada da gua. 4.2.3 Corrente de gua quente

No circuito de gua quente so medidas na entrada e na sada do evaporador, respectivamente, nos pontos 4 e 5, , e ,, utilizando dois termopares tipo J. A vazo de gua, , que troca calor no evaporador medida atravs de um sistema redundante com dois hidrmetros. A partir da medio de corrente e voltagem adquire-se a potncia que utilizada para cada equipamento eltrico, como: as bombas e a resistncia. 4.2.4 Sistema de aquisio de dados

As temperaturas e presses so lidas por um equipamento Agilent 34970A, Os valores so passados para um computador pelo programa HP BenchLink Data Logger, juntamente com o programa Vaisala M70, para a aquisio das condies de sada do ar. Para o os dados so obtidos atravs de um manmetro. Todas estas variveis em conjunto com os valores adquiridos de corrente e tenso e valores dos hidrmetros so salvos em tabelas no programa Excel e EES.

A calibrao dos sensores se encontra no apndice A.

4.3 INCERTEZAS DE EQUIPAMENTOS E DE MEDIO

Realizou-se uma anlise da propagao de incerteza de medio do calor transferido pelo sistema utilizando a equao proposta por Kline e McClintock (HOLMAN, 1996). Defini-se, ento, a incerteza propagao, Ur, como sendo

= !

"#$

# onde; a varivel independente que afeta a varivel a ser quantificada e varivel z. A incerteza da grandeza

ou da incerteza do parmetro. Uma vez executado o clculo do prodparmetros independentes de contribuies para a incerteza final de software EES.

Uma tabela com as incertezas de medio de cada no Apndice B. Tambm, utilizaamostras com valores duvidosos, o mtodo est descrito no Apndice

5. METODOLOGIA A metodologia est baseada

entregue ao sistema no reservatrio de gua (Figura 3) conservada nas sadas das correntes do condensador evaporativo. controle seria no condensado

Figura 4 Identificao dos O volume de controle para a realizao da c

condies de entrada e sada do fluido refrigerante pelo condensador. o segundo mtodo proposto pela norma p

Determinou-se o outro volume de contvolume foi definido no evaporador do sistema, sada dos dois fluidos so conhecidas, assim como a vazo mssica da gua quente.volume atravs da diferena de temperquantidade de calor que entregue ao fluido refrigerante.

$ a varivel independente que afeta a varivel a ser quantificada e

A incerteza da grandeza depende do produto %&%'( , e no apenas da derivada ou da incerteza do parmetro. Uma vez executado o clculo do prodparmetros independentes de , os resultados so listados apontando as maiores contribuies para a incerteza final de . Os clculos de incertezas

Uma tabela com as incertezas de medio de cada equipamento e sensores encontrada Tambm, utiliza-se o critrio de Chauvenet para a realizao do descarte de

amostras com valores duvidosos, o mtodo est descrito no Apndice C.

est baseada em um balano calorimtrico, onde a taxa de calor entregue ao sistema no reservatrio de gua (Figura 3) conservada nas sadas das correntes do condensador evaporativo. Conforme a norma aponta, definiu-se que um dos volumes de controle seria no condensador evaporativo, representado na Figura 4, abaixo

Identificao dos volumes de controle empregados no balano calorimtrico

controle para a realizao da comparao, segundo a norma, deve ser as condies de entrada e sada do fluido refrigerante pelo condensador. No foi possvel utilizar o segundo mtodo proposto pela norma pela ausncia de um medidor de vazo no

se o outro volume de controle para a realizao da comparaovolume foi definido no evaporador do sistema, Figura 4b, onde as condies de entrada e sada dos dois fluidos so conhecidas, assim como a vazo mssica da gua quente.volume atravs da diferena de temperatura da gua quente e sua vazo mssica calculado a quantidade de calor que entregue ao fluido refrigerante.

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)3+ a varivel independente que afeta a varivel a ser quantificada e a incerteza da

, e no apenas da derivada

ou da incerteza do parmetro. Uma vez executado o clculo do produto para todos os , os resultados so listados apontando as maiores

foram realizados pelo

equipamento e sensores encontrada se o critrio de Chauvenet para a realizao do descarte de

C.

calorimtrico, onde a taxa de calor entregue ao sistema no reservatrio de gua (Figura 3) conservada nas sadas das correntes

se que um dos volumes de abaixo.

empregados no balano calorimtrico

omparao, segundo a norma, deve ser as No foi possvel utilizar

ncia de um medidor de vazo no R-22. role para a realizao da comparao. Este

onde as condies de entrada e sada dos dois fluidos so conhecidas, assim como a vazo mssica da gua quente. Neste

atura da gua quente e sua vazo mssica calculado a

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5.1 BALANO CALORIMTRICO A fim de determinar a taxa de transferncia de calor do condensador evaporativo,

calcula-se o balano energtico do volume de controle da Figura 4a. Calcula-se pela diferena de condio do ar na entrada e na sada do condensador evaporativo. Ou seja, o quanto que o ar recebeu de calor ao passar pelo CE. _ = --_./ = 0, ,3 (4) onde a vazo mssica de ar seco que passa atravs do condensador, em kg/s; , e , so, respectivamente, a entalpia de sada e entrada do ar, em kJ/kg; a vazo mssica da gua de evaporao, em kg/s e a entalpia da gua nos gotejadores, em kJ/kg. O termo , nesta equao se deve a transferncia de calor entregue gua para ocorrer sua evaporao. Com o processo de evaporao o ar aumenta seu contedo de umidade. A vazo mssica da gua de evaporao pode ser encontrada atravs da seguinte equao, = 4 6(7 7) (5) onde 4 a vazo do ar, em m/s; 6 a massa especfica do ar, em kg/m; 7e 7so o contedo de umidade do ar na sada e na entrada do condensador, respectivamente. A norma relata que deve ser feita a comparao da equao (4) com a equao (6), onde calculada a transferncia de calor rejeitada pelo condensador. 89::9 = 0, ,3 (6) onde a vazo mssica do R-22, em kg/s; , e , so as entalpias de entrada e sada do fluido no condensador, respectivamente. Devido ao fato de no existir medidor de vazo na corrente de R-22, utiliza-se o balano mssico e trmico tomando como volume de controle a Figura 4b. Determina-se a transferncia de calor para o fluido refrigerante atravs da equao (7). ?@> = =(>?@,= A=B,=) (7) onde, todas as variveis esto relacionadas gua quente, = a vazo mssica, em kg/s; >?@,= e A=B,=, so a entalpia de entrada e sada do fluido, em kJ/kg, respectivamente. Assume-se que o processo de transferncia de calor no evaporador ocorre sem perdas para o ambiente. Ou seja, ?@> = C22. A partir desta afirmao, pode-se calcular a vazo do fluido refrigerante atravs da composio da equao (7) com a (6).

No volume de controle do condensador o _ medido atravs das grandezas adquiridas no ponto 8 e 9. J, o 89::9 calculado atravs da taxa de transferncia de calor de gua quente.

5.2 PROCEDIMENTOS PARA OS ENSAIOS

Para o comeo da aquisio de dados necessrio que o sistema se encontre em regime permanente. Depois de atingido este regime adquirido um conjunto de medidas ao longo de 20 minutos, onde realizada a mdia dos valores adquiridos. A taxa de aquisio dos eventos de medio foi de 30 segundos para as principais grandezas de interesse. Com esta taxa possvel a verificao da ocorrncia de oscilaes e mudanas no sistema. Tenso e corrente

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so medidas a cada mudana de condio de operao. O laboratrio que o condensador se encontra climatizado, na tentativa de estabelecer semelhantes condies de entrada do ar. Entretanto, muito difcil reproduzir as mesmas condies de ensaio de um dia para outro. Como o sistema de aquecimento da gua quente sempre funciona na potncia mxima, deve-se aquecer gua do reservatrio antes de ligar a bomba de circulao. Isto se deve porque quando comea a trocar calor com o evaporador a temperatura dgua sofre uma diminuio no seu retorno e o sistema pode demorar horas para se estabilizar. O sistema se estabiliza na temperatura de sada da gua quente ao redor de 50 C. importante pois a norma cita que no intervalo de coleta dos dados no podem ocorrer leituras com diferenas maiores que 1 C para temperaturas, 1,5 % para presses e 2,5 % para vazes. Liga-se todo o equipamento, como a resistncia e os instrumentos, e espera-se a bancada atingir o regime permanente. 5.3 CASO ESTUDADO

O seguinte caso foi criado com o propsito de conferir a metodologia proposta.

Determinou-se a vazo do ventilador de 0,0913 kg/s, frequncia de 30 Hz no inversor de

frequncia, e uma vazo de gua de 0,49 m/h, para os gotejadores. A relao - EFG- GH para este

ensaio ser de 1,48. Um perodo de duas horas e trinta minutos necessrio para a aquisio dos primeiros dados. Os dados so coletados e tratados a fim de eliminar valores duvidosos e a mdia das amostras apresentado como sendo o valor representativo da varivel. Abaixo, se encontram os valores obtidos.

Tabela 2 - Grandezas do CE para um ensaio com - EFG- GH = 1,48. Pontos relacionados Figura 3

A numerao dos pontos na tabela est relacionada Figura 3, que mostra o desenho

esquemtico da bancada. Pode-se observar que a presso possui uma variao considervel entre os pontos do ciclo do R-22. Na sada do evaporador, ponto 1, o fluido refrigerante se encontra com 20 C de superaquecimento. No ponto 2, ele se encontra na regio de lquido comprimido, com 0,73 C de subresfriamento. A umidade relativa na entrada, ponto 8, se encontrava em torno dos 63 %, e no ponto 9, sada do CE, obteve-se 89 %. No circuito da gua quente, uma diferena de 0,4 C encontrada entre o ponto de entrada e sada do evaporador. Nos pontos 6 e 7, foi verificado o mesmo valor de temperatura para os dois pontos.

Grandezas como, corrente e tenso, tambm, so medidas nos equipamentos eltricos. No Apndice E, a tabela relaciona os valores encontrados para os equipamentos. A vazo mssica de gua que circulou no evaporador foi em mdia 1,08 kg/s.

R-22

P1 (bar) T1 (C) P2 (bar) T2 (C) P3 (bar) T3 (C)

11,5 47,68 11,4 27,57 11,46 27,41

Ar gua Quente Gotejadores , (C) , (C) , (C) ,(C) T4 (C) T5(C) T7 (C) T6 (C) 21,44 16,59 24,40 22,90 48,95 48,52 25,55 25,59

11

6 RESULTADOS E ANLISES 6.1 QUALIDADE DAS MEDIES

Aplicando-se a metodologia de testes descrita na seo 5.2 e com os instrumentos

calibrados, foram realizadas as primeiras seqncias de ensaios. Nelas, o balano calorimtrico apontava uma significativa diferena entre os valores calculados para as taxas de transferncia de calor para os volumes de controle relativos ao evaporador e o condensador, que deveriam ser prximas de zero. A Tabela 3 mostra dois casos onde essa diferena foi observada.

Tabela 3 Taxas de transferncia de calor para os volumes de controle do condensador

e do evaporador para vazo de ar de 0,079 kg/s v gua (m/h) Q NOPQRPSTQOU_V(kW) Q WXTYOUTQOU(kW) 0,49 2,629 4,109 0,39 2,328 4,482

A diferena entre as taxas de transferncia de calor medidas para os dois volumes de

controle levou a investigar o sistema de medio. Sabe-se que o calor entregue ao sistema, pela gua quente, depende exclusivamente da vazo de gua que circula pelo evaporador e de sua diferena de temperatura, sendo esta ltima entre 0,4 a 1 C. Com esta pequena diferena qualquer erro nas medies pode resultar em valores calculados fora do esperado. Alm disso, foi possvel observar uma grande variao nos valores adquiridos nos pontos 4 e 5 (Figura 3). No foi possvel determinar se era um comportamento do sistema ou problema na medio, e para isso realizou-se a troca dos termopares que apresentavam a incoerncia, assim como sua instalao no sistema de medio (alterao dos canais nos mdulos de medio). Em todas as mudanas feitas, sempre dois canais apresentavam a discordncia. Na Figura 5 se pode observar este fenmeno.

Figura 5 Rudo de medio dos pontos 4 e 5 referentes Figura 3

Na imagem adquirida do programa de aquisio, Figura 5, possvel a visualizao da

curva de trs sensores: o PT100, com a curva mais estvel; em azul, termopar com curva aceitvel de desempenho e, em verde, o termopar que apresentava rudo. Nota-se que o comportamento se assemelha a uma curva senoidal, com uma amplitude de 0,8 C.

Toda a variao nas medidas ocorreu pela interferncia eletromagntica nos sensores e no Agilent. Para eliminar o problema, foi realizado o aterramento eltrico em toda a bancada e no banho de trmico. Aps, obtiveram-se valores estveis para todos os sensores de temperatura.

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0 50 100 150

Var

ia

o d

e

tem

pe

ratu

ra (

C)

Tempo (s)

Ponto 4

Ponto 5

PT100 Padro

12

Na sada do ar do condensador evaporativo (ponto 9 da Figura 3) se encontra outro ponto crtico para a medio, devido ao eliminador de gotas. Para uma alta vazo de ar, no se consegue reter a totalidade de gotas arrastadas pelo escoamento, podendo molhar o sensor de umidade relativa. Este efeito altera a medio do valor da temperatura de bulbo mido, de tal modo que o clculo da taxa de transferncia de calor rejeitado possa sofrer alteraes. Para evitar distores nas medies modificou-se a posio do sensor e adicionou-se uma barreira adicional para as gotas.

6.2 BALANO CALORIMTRICO

Utilizando a equao 6 para o clculo da taxa de transferncia de calor entregue ao

evaporador e a equao 4 para a taxa de transferncia de calor rejeitada pelo condensador para o ar obteve-se os seguintes resultados.

Tabela 4 Balano calorimtrico do sistema

Ensaio ] ^_`abc`dbc(kW) ] `c_e(kW) Desvio percentual (%) 1 2,119 2,110 0,43 2 2,117 2,049 3,32 3 2,297 2,093 9,75 4 2,207 2,177 1,38

Desvios percentual = 0|g h./ g_|/g_3 100

Os diferentes ensaios de medio apresentaram desvios percentuais bastante variados. Pode-se dizer que o maior desvio encontrado aproximou-se de 10%, em um dos ensaios, e sua interpretao ser feita com base nas incertezas de medio, descritas mais adiante nesse trabalho.

Na tabela 5, pode-se observar a magnitude de cada termo na equao (4), assim como a diferena de entalpia nos pontos 8 e 9.

Tabela 5 Valores medidos e calculados referentes equao (4)

Ar - Condensador 4k (m(m(m(m/h)/h)/h)/h) nope(kJ/kg) nq`r(kJ/kg) ] `c(kW)(kW)(kW)(kW) ] u`qq` o_`a ((((kW)kW)kW)kW) ] `c_e(kW)(kW)(kW)(kW) 0,3 51,59 74,91 2,199 0,088 2,111 0,4 53,1 75,74 2,135 0,086 2,049 0,5 44,14 67,28 2,182 0,090 2,093 0,59 43,97 68,07 2,273 0,095 2,177 Estes quatro ensaios foram realizados com um valor de vazo de ar igual a 0,094 kg/s e

uma vazo de gua aspergida na serpentina entre 0,3 a 0,59 m/h. Nota-se que a transferncia de calor para o ar atravs da evaporao da gua, Q vTSST RXTY, muito menos significativa que o Q TU, sendo o primeiro cerca de 20 vezes superior ao segundo. Isto no denota que este termo deva ser desprezado, mas que uma grande variao percentual neste valor no modificar ex-pressivamente o valor de Q TU_V. As entalpias hRPV e hSTw diminuem medida que a vazo de gua aspergida aumenta, mas sua diferena se mantm praticamente constante. Posteriormen-te, pode-se determinar a vazo mssica do R-22, pois a taxa de transferncia de calor para o fluido R22 a mesma medida para o circuito de gua quente, como observado na Tabela (6). O aumento da vazo de gua nos aspersores gera uma maior diferena da temperatura entre a

13

entrada e a sada do fluido refrigerante. Isto se deve, principalmente, diminuio da tempe-ratura de condensao do fluido medido no condensador.

Tabela 6 - Vazo mssica do fluido refrigerante calculada xyz{ (m/h) | }~ (kW) T3 (C) T1 (C) } (kg/s)

0,3 2,104 27,72 46,09 0,011096 0,4 2,101 27,73 48,48 0,010989 0,5 2,281 27,12 48,86 0,011463 0,59 2,192 26,67 48,08 0,010906

Pode-se observar que ## em torno de cem vezes menor que a vazo de gua quente, que para este ensaio foi de 1,08 kg/s.

Analisou-se a possibilidade de utilizar a potncia dissipada pela resistncia no reservatrio de gua quente como a taxa de transferncia de calor entregue para o evaporador. Entretanto, verificaram-se perdas significativas de calor atravs das tubulaes, registros, bomba e reservatrio. 6.3 INCERTEZA DE MEDIO Realiza-se o clculo da propagao de erros das grandezas apresentadas na seo anterior empregando-se as incertezas de medio dos sensores utilizados, declaradas no Apndice B.

Tabela 7 - propagao de erros para as principais grandezas de ensaio g-

./(kW) g_(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) ] ^_`abc`dbc(kW) 0,08830,0036 2,1100,079 198,4000,418 196,4000,418 2,1190,639 0,08580,0035 2,0490,077 209,2000,418 207,2000,418 2,1170,638 0,08980,0035 2,0930,076 211,1000,418 209,0000,418 2,2970,638 0,09420,0036 2,1770,078 207,6000,418 205,6000,418 2,2070,638

Nota-se que a incerteza no clculo do gh./9:9 muito grande, chegando perto dos 30 %. Isto se deve a existncia de uma pequena diferena de temperatura encontrada entre os

pontos 4 e 5, e uma relao - EFG F- muito grande. Essa pequena diferena de temperatura,

pela propagao de erros, transfere as suas respectivas entalpias uma maior incerteza. Esta diferena de entalpia usada para o clculo da taxa de transferncia de calor para o evaporador, atravs da equao (7), Aes como a calibrao dos sensores e bancada de aquisio por um laboratrio de referncia para diminuir o nvel de incerteza nas medidas so necessrias para uma maior exatido dos clculos. Uma reduo na k implicaria em um conseqente aumento na diferena de temperatura no evaporador, contudo o sistema atual de circulao de gua quente no permite a obteno de valores inferiores a 1 kg/s. A incerteza encontrada para a vazo de gua quente foi de 1,0770,021 kg/s. Outras grandezas, como o clculo da taxa de transferncia de calor para o ar, possuem incertezas insignificantes. 6.4 CONDIES OPERACIONAIS

Realizaram-se diversos ensaios onde foi mantida a vazo de gua dos aspersores constante e variou-se a vazo de ar. Na Figura 6, se encontra a condio do ar na sada do

14

condensador, com dois conjuntos de ensaios com o par , e , diferentes. Na 1 amostra, as condies climticas no laboratrio apresentavam uma umidade relativa do ar (UR) de 86%, enquanto na 2 amostra, uma UR de 63 %. Para o seguinte caso utiliza-se a frequncia imposta no inversor de frequncia em vez da vazo da corrente de ar, pois a ltima diferente para as duas amostras.

Figura 6 - Condies do ar na sada do condensador

Pode-se observar na figura que para baixas vazes de ar, a , e , se aproxi-

mam, ou seja, o ar no ponto 9 est saturado. Uma maior evaporao de gua acontece para uma mesma quantidade de ar. Em face do aumento da vazo de ar, acontece uma reduo na UR na sada do condensador at a vazo de ar 0,1602 kg/s, frequncia de 50 Hz. Na segunda amostra, a UR na frequncia de 40 Hz se encontra em 86 %. Aps ultrapassa a vazo de ar 50 Hz, o arraste de gotas pelo ar comea a interferir na medio e TS,STw e , se aproximam, chegando igualdade.

Obtiveram-se relaes - EFG- GH menores que o trabalho de WALTHER (2009), isto se deve

a troca do ventilador e a instalao das transies dos dutos que aumentaram a vazo de ar mxima. Observou-se que o aumento da vazo de gua aspergida na serpentina leva diminu-io da vazo de ar, dado pela perda de carga imposta no condensador. Na anlise realizada, verificou-se que para vazes de gua acima de 0,5 m/h h uma considervel perda de carga na corrente de ar (relacionada no grfico do Apndice F). No pior caso analisado, com uma vazo de gua de 0,78 m/h e vazo mssica de ar de 0,1836 ks/s, a reduo na vazo mssica de ar foi de 5%.

Na Figura 7, encontra-se o calor transferido para o ar em dois ensaios realizados. Com o aumento da vazo de gua dos gotejadores, pode-se notar a diminuio da capacidade de transferncia de calor para o ar. Salienta-se que a tendncia das curvas de vazes so semelhantes.

Isto se deve ao fato de que uma taxa fixa de calor entregue ao sistema pela resistncia eltrica. Assim, frente a maiores frequncias do ventilador, encontra-se uma diminuio na taxa de transferncia de calor para o ar. A diferena de temperatura entre T1 e T2 (Figura 3)

a grandeza que apresenta grande variao quando a relao - EFG- GH modificado, como pode

ser observado na Figura do Apndice G. Nestes ensaios, a relao mssica foi determinada entre 0,55 a 2,05.

19

21

23

25

27

29

31

10 30 50

Tem

pe

ratu

ra (

C)

Frequncia do ventilador (Hz)

TBS 1 amostra

TBu 1 amostra

TBS 2 amostra

TBU 2 amostra

15

Figura 7 Quantidade de calor entregue ao ar

7. CONCLUSES O principal objetivo deste trabalho era a identificao e determinao do balano

calorimtrico da bancada experimental. Os ensaios do condensador evaporativo so baseados na norma ANSI/ASHRAE 64-1995 onde, na configurao atual, no se possui um medidor de vazo para o fluido refrigerante. Os ensaios mostraram que os dados retirados da bancada foram consistentes. A taxa de transferncia de calor que entregue ao sistema aproxima-se taxa que rejeitada do mesmo sistema. Contudo, a anlise de propagao de erros de medio (Kline e McClintock) mostrou que a taxa de transferncia de calor transferida da gua quente para o fluido refrigerante no evaporador apresenta uma grande incerteza de medio, de at 30%. Isto ocorre devido pequena diferena de temperatura entre os pontos de entrada e sada da gua quente do evaporador.

Para a continuao da anlise da bancada sugere-se prosseguir o estudo da variao de grandezas de entrada de forma a investigar seu impacto em grandezas de sada de forma proposital a fim da obteno da influncia de cada parmetro no funcionamento do condensador evaporativo, atravs de uma anlise estatstica pelo mtodo do Projeto de Experimentos. Tambm, pode ser realizada a identificao das regies de transferncia de calor (dessuperaquecimento, condensao e subresfriamento) do condensador evaporativo.

1

1,5

2

2,5

3

20 30 40 50 60

Qar

(k

W)

Frequncia do Ventilador (Hz)

0,49 m/h

0,39 m/h

16

8. REFERNCIAS ACUNHA JUNIOR., I. C., Transferncia de Calor e Massa de um Condensador

Evaporativo, Tese de Qualificao de Doutorado, UFRGS, 2010. ANSI/ASHRAE 64-1995, Methods of Testing Remote Mechanical-Draft Evaporative

Refrigerant Condensers American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers - Atlanta, 1995. < www.ashrae.org>

ARMBRUSTER R., MITROVIC J., Evaporative Cooling of a falling water film on

horizontal tubes. Experimental Thermal and Fluid Science. 1998. ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment - American Society of Heating,

Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Atlanta, GA, 2000. BRAGA W., Procedimento para Calibrao de Sensores de Temperatura, Trabalho de

Concluso de Curso, Engenharia Mecnica, UFRGS CENTENO, F. R.,Anlise terico experimental do desempenho de condensadores

evaporativos, Monografia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 2005. DELME, G. J. Manual de Medio de Vazo. Ed. Edgard Blcher Ltda. So Paulo,

1983. 1 Ed. DONNI, R. G., Estudo comparativo entre trocadores de calor convencionais e

trocadores de calor evaporativos. MERCOFRIO2006 V Congresso de Ar Condicionado, Refrigerao, Aquecimento e Ventilao do MERCOSUL. 2006.

GOODMAN, W. The evaporative condenser, Heating Piping and Air Conditioning 10

(1938) 165328. HOLMAN, J.P., 1994, Experimental Methods for Engineers, McGraw-Hill, New York,

6 ed. HWANG, Y. et al., An experimental evaluation of a residential-sized evaporatively

cooled condenser. International Journal of Refrigeration. 2000. MIZUSHINA, T., Ito, R., MIYASHITA, H., Experimental study of an evaporative

cooler, International Chemical Engineering, v. 4, p. 727-732, 1967. NAKALSKI, A. T., Modelos Matemticos para o Aprimoramento do Desempenho

Trmico de Condensadores Evaporativos, Dissertao de Mestrado, UFRGS, 2007. NASR, M.M., HASSAN M.S. Experimental and Theorical Investigation of an

innovative Evaporative Condenser for residential refrigerator. Renewable Energy. 2009. ZISIK, N. M., Transferncia de calor: um texto bsico, Rio de Janeiro: Guanabara

Koogan, 1990, 661 p.

i. ex e

17

PARKER, R. O., TREYBAL, R. E., The Heat, Mass transfer characteristics of evaporative coolers, Chemical Engineering Progress Symposium Series, v. 57,p.138-149, 1961.

STOECKER, W. F., JABARDO, J. M. S., Refrigerao Industrial, 2a edio, So

Paulo, Editora Edgard Blcher Ltda, 2002, 371 p. WALTHER, F., Construo e Anlise Experimental de um Evaporador Condensativo

em Escala Reduzida. Trabalho de Concluso de Curso, Engenharia Mecnica, UFRGS. 2009. ZALEWSKI, W., GRYGLASZEWSKI, P. A., Mathematical model of heat and mass

transfer process in evaporative fluid coolers, Chemical Engineering and Processing, v. 36, p. 271-280, 1997

18

APNDICES

APNDICE A Calibrao dos sensores A.1 Calibrao dos sensores de temperatura

Os sensores foram calibrados atravs do mtodo do banho isotrmico. Foi adquirida

pelo laboratrio uma termoresistncia de platina, de classe A, com quatro fios e com rastreabilidade de calibrao. Decidiu-se por este modelo porque, alm de prevenir que a resistncia do fio ou qualquer rudo influencie na exatido, apresenta um comportamento muito estvel, possuindo uma curva bastante linear.

O mtodo de calibrao consiste em um reservatrio termicamente isolado contendo em seu interior um fluido de trabalho, neste caso gua, resistncias para aquecimento e um dispositivo capaz de fazer uma circulao forada deste fluido de modo a obter temperaturas uniformes em seu interior (Braga, 1999). Posicionam-se os sensores a uma profundidade mnima de 200 mm dentro do fluido.

Os sensores utilizados na bancada so de dois modelos: PT100 genricos e fios de compensao tipo J. O ltimo, sua utilizao em vez do termopar tipo J se deve pois o fio de compensao apresenta a mesma incerteza do termopar na faixa de operao da bancada, abaixo dos 100 C.

A.2 Calibrao do tubo de Venturi

A calibrao do tubo de Venturi, utilizado para o clculo da vazo do escoamento de ar, segue o modelo descrito por Delme, 1983. Utiliza-se um tubo de pitot para medir as velocidades do escoamento. Realiza-se medies em algumas posies radiais da seo transversal. Assim, se compara os resultados com o valor medido no manmetro do tubo de Venturi e encontra-se a curva de calibrao do equipamento.

APNDICE B Incerteza de medio

Tabela B.1 Incerteza dos instrumentos de medio.

Grandezas Instrumento Fabricante/Modelo Incerteza ,A=B, A,A=B PT 100 Vaisala PTU-303 0,1 C (a 20 C) C>?@, CA=B Sensor HUMICAP 180 Vaisala PTU-303 1% (de 0 a 90%) 1,7% (de 90 a 100%) >?@, A=B Sensor BOROCAP Vaisala PTU-303 0.45hPa ,>?@, A,>?@ PT 100 - 0,1 C (a 20 C) ,>?@, ,A=B, , =,>?@, =,A=B, , Termopar Tipo J - 0.1 C ,>?@, ,A=B, Transdutor de Presso Full Gauge SB69 1% 2,=>A Flow Meter Rosemount 8732 0.5% ?@> Hidrmetro LAO 2% 4>?@B Manmetro Dwyer 3%

APNDICE C Critrio de Chauvenet Utiliza-se o critrio de Chauvenet para eliminar valores duvidosos. Este mtodo fornece

uma base consistente para a tomada de deciso de excluir ou no um dado suspeito de um conjunto de valores medidos, especifica que um valor medido pode ser rejeitado se a

19

probabilidade de obter o desvio em relao mdia menor que 1/2n (Moore e Mccabe, 1999).

O procedimento para descartar os valores inconsistentes realizado da seguinte forma. Primeiramente, realiza-se a mdia das amostras e o desvio padro do conjunto de dados. Aps, o desvio das amostras,

= -

onde o o valor da grandeza e - o valor mdio. O desvio da amostra comparado com o desvio padro, conforme os valores da Tabela A.1.

Tabela A.1 Critrio de Chauvenet (Holman,1994)

Nmero de Medies (n)

Relao entre o mximo desvio aceitvel e o desvio padro

(di / ) 3 1,38 5 1,65 6 1,73 10 1,96 15 2,13 25 2,33 50 2,57

O valor encontrado deve ser menor que o valor que o mximo desvio encontrado na

tabela. Se a amostra tiver valor maior deve ser feito o descarte desta medio. APNDICE D Fotos da bancada

Condensador Evaporativo

Bancada de ensaio

20

Bocal de descarga do ventilador

APNDICE E Potncia dos equipamentos

Tabela E.1 Dados de equipamentos eltricos Corrente (A) Tenso (V) Potncia (kW)

Resistncia 12,5 205 2,56 Bomba 11,6 115 1,3

APNDICE F Perda de carga no condensador evaporativo

APNDICE G Diferena de temperatura entre os pontos 1 e 2, relativos a Figura 3

0

5

10

15

20

0 0,5 1

mm

Ca

Vazo de gua aspergida (m/h)

20 Hz

40 Hz

50 Hz

60 Hz

0

10

20

30

0,511,522,5

Tem

pe

ratu

ra (

C)

0,39 m/h

0,49 m/h

Transio no bocal de aspirao do ventilador