Princípio básico do arrefecedor adiabático
O arrefecimento adiabático baseia-se na capacidade natural da água de absorver o calor do ar ambiente e evaporar-se. Os sistemas de arrefecimento adiabático imitam este fenómeno natural, optimizando a sua eficiência através de tecnologias adequadas.
O princípio do refrigerador adiabático baseia-se num fluxo contínuo de ar quente através de uma superfície constantemente húmida. Isto maximiza o contacto entre o ar quente e a água fria, encorajando a transferência de calor do ar para a água. O sistema acelera a evaporação da água e optimiza a extração de calor do ar, aumentando a eficiência de arrefecimento do fluxo de ar.
A evaporação da água humidifica o ar a nível molecular. As moléculas de água evaporadas são invisíveis e comportam-se como moléculas de gás. Por conseguinte, o arrefecimento adiabático não gera névoa, que é uma mistura de ar e gotículas de água (cada gota contém milhares de milhões de moléculas de água). Em termos de funcionamento físico, o arrefecedor adiabático difere de um sistema de arrefecimento por névoa.
O fluxo de ar arrefecido, enriquecido com humidade, circula por todo o espaço a ser arrefecido antes de sair do edifício. O princípio da refrigeração adiabática baseia-se num sistema aberto, com renovação constante do ar. Para um funcionamento ótimo, um refrigerador adiabático necessita de portas abertas e cerca de 80% do ar fornecido deve ser expelido.
Configuração e funcionamento do refrigerador adiabático
O refrigerador adiabático reproduz e intensifica o fenómeno natural da evaporação, optimizando o contacto entre um fluxo de ar e um fluxo de água através de um meio evaporativo.
Fluxo de ar no refrigerador adiabático
Uma ventoinha assegura um fluxo constante de ar quente, fornecendo aenergia necessária para evaporar a água. Aspira o ar exterior, que passa primeiro por um meio filtrante antes de entrar no refrigerador.
O ventilador dirige o fluxo de ar quente através da parede saturada de água do meio evaporativo, permitindo que a água se evapore no ar quente. O ar tratado é então arrefecido e humidificado. Com uma temperatura inicial entre 25°C e 40°C e uma humidade relativa de 30 a 50%, o ar sofre uma queda de temperatura entre 5°C e 11°C. Quanto mais seco e quente for o ar, maior será a redução da temperatura. Em França continental, a descida média é de cerca de 7°C.
Em troca do seu arrefecimento, o ar que sai absorveu vapor de água. O aumento da humidade relativa do ar no espaço a arrefecer depende tanto das condições climáticas exteriores (temperatura e humidade) como da temperatura alvo do volume a arrefecer.
A ventoinha impulsiona o ar arrefecido para o espaço a climatizar. Este fluxo de ar percorre todo o volume em 3 a 5 minutos, eliminando o calor da divisão. Em seguida, é expelido pelas aberturas ou pelo sistema de ventilação do edifício. O ar é renovado entre 10 e 20 vezes por hora.
A difusão do ar arrefecido através da sua simples deslocação pelo espaço a arrefecer é o sistema mais básico, caraterístico dos refrigeradores evaporativos móveis. Os refrigeradores adiabáticos montados no teto ou na parede podem incorporar sistemas de difusão mais sofisticados, tais como plenums de fornecimento de 2, 3 ou 6 vias, grelhas de fornecimento ou condutas têxteis.
Fluxo de água no refrigerador adiabático
Uma bomba retira água do reservatório na parte inferior do refrigerador adiabático e gera um fluxo regulado de água fria, que é continuamente pulverizada sobre a parte superior do meio evaporativo. Um sistema distribuidor distribui este fluxo uniformemente por toda a superfície do topo do refrigerador evaporativo. A água flui então por gravidade através dos tubos do meio, impregnando as paredes. A água não evaporada, que se acumula no fundo do meio, regressa ao depósito.
Com exceção da evaporação, a geleira adiabática não consome água. Os drenos do aparelho são descarregados no sistema de águas residuais.
Transferência de calor por evaporação
A parede húmida do meio evaporativo é onde ocorre a troca de calor entre o ar e a água. O permutador evaporativo posiciona o fluxo de água perpendicularmente ao fluxo de ar quente para otimizar o seu cruzamento. O contacto entre o ar e a água permite a transferência de calor necessária para que certas moléculas de água passem de líquido a gás.
A estrutura alveolar e multicamada do painel evaporativo :
- Modificação da circulação vertical da água, facilitando a sua absorção pelas paredes do meio evaporativo. O coeficiente de saturação mede esta capacidade de absorção do meio.
- Modificação da direção horizontal do fluxo de ar através do meio.
- Aumento da superfície específica das paredes do painel evaporativo, aumentando assim a superfície de contacto entre o ar e a água.
Desta forma, a estrutura optimiza a mistura e o contacto ar/água, favorecendo a evaporação e aumentando a transferência de calor do ar para a água.
Dimensionamento do sistema de arrefecimento bioclimático
A conceção do arrefecimento adiabático tem em conta as caraterísticas climáticas do local no verão, tais como a temperatura e a humidade relativa do ar exterior, a orientação do edifício, os fluxos de calor gerados pela estrutura e pelas suas actividades, as condições de ventilação do volume a arrefecer, a taxa de renovação de ar desejada, bem como as condições ambientais visadas.
Daqui podemos deduzir :
- as caraterísticas do refrigerador(e, em especial, no caso dos refrigeradores montados no teto, a altura do plenum),
- o número de arrefecedores (especialmente quando arrefece grandes volumes).
Conclusão: funcionamento simples e uma configuração de hardware adaptada ao dimensionamento bioclimático
O princípio do arrefecimento adiabático é simples: criar um contacto ótimo entre o ar e a água para maximizar a evaporação e reduzir a temperatura. A configuração de um refrigerador também é simples, compreendendo um filtro e uma ventoinha para o ciclo do ar, um depósito e uma bomba para o ciclo da água e um meio de transferência de calor para arrefecimento. O refrigerador é dimensionado de acordo com as condições climáticas no local, para atingir o clima interior desejado.