Estudo comparativo entre o sistema convencional de arrefecimento e o arrefecedor evaporativo para os edifícios industriais portugueses

Em Portugal existem muitos espaços comerciais e industriais em que as necessidades térmicas de arrefecimento são muito superiores às necessidades de aquecimento devido aos ganhos internos que advêm da existência de equipamentos e da iluminação dos edifícios, assim como, da presença das pessoas. A instalação de sistemas convencionais de ar condicionado para espaços comerciais e industriais de grande dimensão está geralmente associada ao transporte de grandes caudais de ar, e consequentemente, a elevados consumos de energia primária, e também, elevados custos de investimento, de manutenção e de operação. O arrefecedor evaporativo é uma solução de climatização com elevada eficiência energética, cujo princípio de funcionamento promove a redução do consumo de energia primária nos edifícios. A metodologia utilizada baseou-se na criação de uma ferramenta informática de simulação do funcionamento de um protótipo de um arrefecedor evaporativo. Foi efetuada a modelação matemática das variáveis dinâmicas envolvidas, dos processos de transferência de calor e de massa, assim como dos balanços de energia que ocorrem no arrefecedor evaporativo. A ferramenta informática desenvolvida permite o dimensionamento do protótipo do arrefecedor evaporativo, sendo determinadas as caraterísticas técnicas (potência térmica, caudal, eficiência energética, consumo energético e consumo e água) de acordo com o tipo de edifício e com as condições climatéricas do ar exterior. Foram selecionados três dimensionamentos de arrefecedores evaporativos, representativos de condições reais de uma gama baixa, média e elevada de caudais de ar. Os resultados obtidos nas simulações mostram que a potência de arrefecimento (5,6 kW, 16,0 kW e 32,8 kW) e o consumo de água (8 l/h, 23,9 l/h e 48,96 l/h) aumentam com o caudal de ar do arrefecedor, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h e 30.000 m3/h, respetivamente. A eficácia de permuta destes arrefecedores evaporativos, foi de 69%, 66% e 67%, respetivamente. Verificou-se que a alteração de zona climática de V1 para V2 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 20% no consumo de água, e que, a alteração de zona climática de V2 para V3 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 39% no consumo de água. O arrefecedor evaporativo apresenta valores de consumo de energia elétrica entre 40% a 80% inferiores aos dos sistemas de arrefecimento convencionais, sendo este efeito mais intenso quando a zona climática de verão se torna mais severa.

Avaliação do sistema de resfriamento evaporativo por meio de Pad Cooling.

2006

Sistemas de resfriamento evaporativo-adsortivo aplicados ao condicionamento de ar

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Utilização de detecção por espalhamento de luz evaporativo para a análise de produtos naturais

The interest in the use of evaporative light scattering detector (ELSD) for the analysis of different classes of natural products has grown over the years. This is because this detector has become an excellent alternative compared to other types of detectors, such as the refractive index detector and the ultraviolet (UV) detector. This review describes the basic principles of ELSD functioning and discusses the advantages and disadvantages in using an ELSD for the analysis of organic compounds. Additionaly, an overview, covering the last 23 years, of ELSD applications in natural products analysis (saponins, terpenes, carbohydrates, glycosides, alkaloids, steroids, flavonoids, peptides, polyketides, coumarins and iridoids) is presented and discussed.

Caracterización de la cerámica para su empleo como material de enfriamiento evaporativo en la envolvente de los edificios = Ceramic characterization towards its application as evaporative cooling material in building envelopes

El presente trabajo de investigación determina las características de la cerámica que más eficientemente se comporta a evaporación y a enfriamiento. Con el objeto de ser empleado como material integrado en la envolvente de los edificios para reducir su carga de refrigeración. La cerámica es un buen material para ser empleado para la refrigeración por evaporación. Es un sólido poroso inerte que, tras ser sometido a cocción a temperaturas por encima de los 900ºC, resulta uno de los materiales que mejor se comportan como contenedor de agua en su red capilar para, posteriormente, ir liberándola por evaporación al mismo tiempo que se enfría su superficie. La metodología general de investigación, se divide en tres etapas: Búsqueda y análisis del estado de la técnica y de la investigación. Estudio teórico de la eficacia del enfriamiento evaporativo como estrategia de enfriamiento pasivo en la arquitectura. Etapa experimental, desarrollada en tres fases: una primera de definición de los parámetros determinantes del Enfriamiento Evaporativo en piezas cerámicas, una segunda de selección cerámica y diseño de ensayos experimentales y una tercera de caracterización de la cerámica bajo criterios de evaporación y de enfriamiento. El recorrido por el estado de la cuestión ha identificado las aplicaciones tecnológicas y las investigaciones científicas que emplean el Enfriamiento Evaporativo con piezas cerámicas como técnica de enfriamiento. Como resultado se ha obtenido una tabla de clasificación de sistemas de enfriamiento evaporativo y se ha constatado que el conjunto de las aplicaciones están centradas en el diseño de piezas o sistemas pero que, sin embargo, no existe una definición de las características de la cerámica para su empleo como material de enfriamiento por evaporación. El estudio teórico de la eficacia del empleo del enfriamiento evaporativo como estrategia de enfriamiento pasivo en la arquitectura se ha realizado mediante cálculos de porcentaje de ampliación de horas en confort con empleo de técnicas de enfriamiento evaporativo directo e indirecto (EED y EEI). Como resultado se obtienen unos mapas para el ámbito español de potencial de aplicación del EED y EEI. Los resultados permiten afirmar que mediante EE se puede llegar a confort en prácticamente la totalidad de las horas de los días más cálidos del año en muchas localidades. La metodología experimental se ha desarrollado en tres fases. En la fase inicial, se han definido los parámetros determinantes del enfriamiento evaporativo en un medio cerámico mediante ensayos experimentales de capacidad de evaporación y de caracterización. Se realizaron un total de 12 ensayos. Se determinó que el material cerámico tiene una gran influencia en la capacidad de evaporación y enfriamiento en las piezas cerámicas, apoyando la hipótesis inicial y la necesidad de caracterizar el material. La primera fase empírica se centró en la selección cerámica y el diseño de los ensayos experimentales de comportamiento hídrico. Se seleccionaron muestras de 5 tipos de cerámica. Se realizaron 4 tipos de ensayos de caracterización y 6 tipos de ensayos experimentales de comportamiento hídrico (total 123 muestras ensayadas). Los resultados obtenidos son de dos tipos, por un lado, se determinó cuál es el tipo de cerámica que más eficientemente se comporta a EE y, por otro, se rediseñaron los ensayos de la última fase experimental. Para la segunda fase experimental se seleccionaron cerámicas de fabricación manual abarcando el mayor número de localidades del ámbito español. Se realizaron ensayos de caracterización de 7 tipos y ensayos de comportamiento hídrico de 5 tipos (total 197 muestras ensayadas). Los resultados de caracterización han permitido aportar unos rangos de las características de la cerámica que más eficientemente se comporta en los ensayos de comportamiento hídrico. Al final de la investigación se ha caracterizado el material cerámico aportando características acerca de su porosidad, capacidad de absorción, color, rugosidad y mineralogía. Así como datos de referencia de su comportamiento hídrico. Además se ha desarrollado una metodología de ensayo específica que permite evaluar la capacidad de enfriamiento eficiente de una pieza cerámica. ABSTRACT The purpose of this research is to determine the characteristics of ceramic materials having the most efficient performance in terms of evaporation and cooling, so that they can be integrated in building envelopes to reduce cooling loads. Ceramics are suitable materials for cooling through passive evaporation. After being fired at temperatures over 900 °C (1,652 °F), the capillary network of this inert porous medium turns to be excellent to retain water, which is progressively liberated by evaporation while the material surface gets colder. Research methodology has involved the following steps: Search and analysis on the state of the art in technology and research. Theoretical study on the efficiency of evaporation as passive cooling strategies in buildings. Experimental stage developed in three phases, namely: definition of parameters determining evaporative cooling in ceramic elements; ceramic selection and design of experimental tests; characterization of ceramic materials under evaporation and cooling criteria. Search and analysis on the state of the art in this field have been useful to identify technology applications and scientific research where ceramics are employed for evaporative cooling. The resulting table shows that applications are wholly focused on the design of pieces and systems. Nonetheless, there is lack of definition of material characteristics in this scope. The theoretical study on efficiency of the passive strategy applied to buildings has been realized by calculation of the percentage increase in comfort hours through direct/indirect evaporative cooling techniques (DEC/IEC). The mapping of their potential application in Spain clearly shows that comfort conditions can be reached in almost all the hours of the hottest days in many towns. In the initial phase of the experimental stage, parameters determining evaporative cooling in ceramic media have been defined. For this purpose, characterization tests and evaporation and cooling rates experiments have been carried out; the number of samples tested amounted to 12. It has been concluded that material characteristics have great influence on these rates, which supports the initial hypothesis and the need for their characterization. The first empirical phase has focused on ceramic selection and design of water behaviour experimental methods. The samples covered five different kinds of ceramic materials. Four different characterization tests and six different water behaviour experiments were carried out; the number of samples tested amounted to 123. The experimental testing procedures served to determine the most efficient types of ceramic materials in terms of evaporative cooling efficiency and, at the same time, made it necessary to change the original designed experimental test for the last phase. In the second phase, a number of varied hand-made ceramic tiles have been selected. Seven different characterization tests and five different water behaviour tests were carried out; the number of samples amounted to 197. The results of characterization served to establish a range of features in ceramic materials according to their efficiency in water behaviour experiments. Finally, ceramic materials have been characterized according to porosity, water absorption, colour, surface roughness and mineralogy. Also, reference data regarding water behaviour have been included. Moreover, an innovative and specific experimental test to evaluate cooling efficiency of ceramic tiles has been developed.

Characterization of water-soluble organic matter from urban aerosols

Water-soluble organic matter (WSOM) from atmospheric particles comprises a complex array of molecular structures that play an important role on the physic-chemical properties of atmospheric particles and, therefore, are linked to several global-relevant atmospheric processes which impact the climate and public health. Due to the large variety of sources and formation processes, adequate knowledge on WSOM composition and its effects on the properties of atmospheric aerosol are still limited. Therefore, this thesis aims at providing new insights on the molecular composition of WSOM from fine atmospheric aerosols typical of an urban area (Aveiro, Portugal). In a first step, adsorption phenomena of semivolatile organic compounds on quartz fibre filters employed in the collection of atmospheric aerosols were assessed. Afterwards, atmospheric aerosol samples were collected during fifteen months, on a weekly basis. A mass balance of aerosol samples was performed in order to set the relative contribution of elemental carbon, WSOM and water-insoluble organic matter to the aerosol mass collected at the urban area of Aveiro, with a special focus on the assessment of the influence of different meteorological conditions. In order to assess the chemical complexity of the WSOM from urban aerosols, their structural characteristics were studied by means of Fourier transform infrared infrared - Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) and solid-state cross polarization with magic angle spinning 13C nuclear magnetic resonance (CPMAS 13C NMR) spectroscopies, as well as their elemental composition. The structural characterization of aerosol WSOM samples collected in the urban area highlighted a highly complex mixture of functional groups. It was concluded that aliphatic and aromatic structures, hydroxyl groups and carboxyl groups are characteristic to all samples. The semi-quantitative assessment of the CPMAS 13C NMR data showed different distributions of the various functional groups between the aerosol samples collected at different seasons. Moreover, the presence of signals typical of lignin-derived structures in both CPMAS 13C NMR and FTIR-ATR spectra of the WSOM samples from the colder seasons, highlights the major contribution of biomass burning processes in domestic fireplaces, during low temperature conditions, into the bulk chemical properties of WSOM from urban aerosols. A comprehensive two-dimensional liquid chromatography (LC x LC) method, on-line coupled to a diode array, fluorescence, and evaporative light scattering detectors, was employed for resolving the chemical heterogeneity of the aerosol WSOM samples and, simultaneously, to map the hydrophobicity versus the molecular weight distribution of the samples. The LC x LC method employed a mixed-mode hydrophilic interaction column operating under aqueous reversed phase mode in the first dimension, and a size-exclusion column in the second dimension, which was found to be useful for separating the aerosol WSOM samples into various fractions with distinct molecular weight and hydrophobic features. The estimative of the average molecular weight (Mw) distribution of the urban aerosol WSOM samples ranged from 48 to 942 Da and from 45 to 1241 Da in terms of UV absorption and fluorescence detection, respectively. Findings suggest that smaller Mw group fractions seem to be related to a more hydrophobic nature.

Optimização energética de um sistema de climatização industrial

O desenvolvimento deste trabalho teve como objectivo a optimização de um sistema de climatização industrial, constituído por quatro centrais de climatização adiabáticas, que apresentam limitações de capacidade de arrefecimento, controlo e eficiência. Inicialmente foi necessária a pesquisa bibliográfica e recolha de informação relativa à indústria têxtil e ao processo de arrefecimento evaporativo. Numa fase posterior foram recolhidos e analisados os diversos dados essenciais à compreensão do binómio edifício/sistema de climatização, para a obtenção de possíveis hipóteses de optimização. Da fase de recolha de informações e dados, destaca-se, também, a realização de análises à qualidade do ar interior (QAI). As optimizações seleccionadas como passíveis de implementação, foram estudadas e analisadas com o auxílio do software de simulação energética dinâmica DesignBuilder e os resultados obtidos foram devidamente trabalhados e ajustados de modo a permitir uma assimilação amigável e de fácil interpretação das suas vantagens e desvantagens, tendo ainda sido objecto de estudo de viabilidade económica. A optimização proposta reflecte uma melhoria substancial das condições interiores ao nível da temperatura e humidade relativa, resultando, ainda assim, numa redução de consumos energéticos na ordem dos 23 % (490.337 kWh), isto é, uma poupança anual de 42.169 € aos custos de exploração e com um período de retorno de 1 ano e 11 meses.

Reaproveitamento de águas e efluentes inorgânicos de uma indústria petroquímica

A escassez de água, o alto custo do tratamento de efluentes e a iminente cobrança pelo uso e descarte da água vêm preocupando a sociedade e incentivando pesquisas na área de otimização do uso da água e minimização de efluentes. O setor industrial é um dos setores que mais tem se preocupado e se empenhado em encontrar soluções para este problema, pois vivencia os dois problemas ao mesmo tempo, a alta demanda de água e o tratamento dos efluentes gerados. É neste contexto que este trabalho se insere, através de um estudo de caso na Companhia Petroquímica do Sul (Copesul), mais especificamente no setor de utilidades. Neste estudo, foi feita uma análise dos principais processos envolvidos, desde a captação da água até seus consumidores finais, para a identificação da demanda de água e dos locais com maior potencial de reaproveitamento. Para tanto, foi necessária a realização de um balanço hídrico da unidade de tratamento de água usando combinações de dados de planta, estimativas e medições em campo, que foram ajustados através de reconciliação de dados. Os resultados obtidos para esta primeira etapa foram satisfatórios, obtendo uma redução do consumo de água estimada em 40 m3.h-1 e economia anual com o tratamento da água e efluentes de aproximadamente R$ 80.000,00. Também foram apresentadas duas propostas de configurações na planta para a aplicação destas alternativas de reaproveitamento. Numa segunda etapa, realizou-se um balanço de massa e energia para a torre de resfriamento, objetivando reduzir tanto o consumo de água de reposição como o descarte de efluente. O potencial de redução obtido na taxa volumétrica de purga do sistema, considerando apenas o efeito evaporativo e estado estacionário, foi estimado em 20 %. As iniciativas de reuso das águas de lavagem e enxágüe dos equipamentos, bem como da otimização do sistema de resfriamento, conduzem a uma redução da demanda de água e da geração de efluentes, trazendo benefícios econômicos e ambientais para a indústria.

Latent heat loss of Holstein cows in a tropical environment: a prediction model

Nove vacas Holandesas lactantes com 526 ± 5 kg de peso corporal (cinco predominantemente pretas e quatro predominantemente brancas), criadas em região tropical e manejadas em pastagens, foram observadas com os objetivos de determinar simultaneamente as taxas de evaporação cutânea e respiratória em ambiente tropical e desenvolver modelos de predição. Para a medição da perda de calor latente pela superfície corporal, utilizou-se uma cápsula ventilada e, para a perda por respiração, utilizou-se uma máscara facial. Os resultados mostraram que as vacas que tinham maior peso corporal (classe 2 e 3) apresentaram maiores taxas evaporativas. Quando a temperatura do ar aumentou de 10 para 36ºC e a umidade relativa do ar caiu de 90 para 30%, a eliminação de calor por evaporação respiratória aumentou de aproximadamente 5 para 57 W m-2 e a evaporação na superfície corporal passou de 30 para 350 W m-2. Esses resultados confirmam que a eliminação de calor latente é o principal mecanismo de perda de energia térmica sob altas temperaturas (>30ºC); a evaporação cutânea é a maior via e corresponde a aproximadamente 85% da perda total de calor, enquanto o restante é eliminado pelo sistema respiratório. O modelo para predizer o fluxo de perda de calor latente baseado em variáveis fisiológicas e ambientais pode ser utilizado para estimar a contribuição da evaporação na termorregulação, enquanto o modelo baseado somente na temperatura do ar deve ser usado apenas para a simples caracterização do processo evaporativo.

Desenvolvimento de um sistema de climatização via solo para galpões de frango de corte

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

Modelagem e simulação de ciclos a gás com resfriamento de ar na entrada

The optimization of energy generation systems has become a key issue for technological and social development, mainly in developing countries, where the electricity consumption rises sharply. Gas turbine cycle is an electricity generating system, which studies have demonstrated that inlet air cooling increases net power and thermal efficiency. Thus, this study intends to quantify these parameters for environments with different ambient temperature and relative humidity. Two types of air cooling were used: evaporative and absorption systems. The configuration parameters only with the gas turbine cycle were compared to those whose configuration allowed cooling. First, it was analyzed only evaporative cooling. Next, the absorption system was used for analysis. The last configuration mixed these two methods, dividing equally its flow. The results showed that thermal efficiency and net power increase in any case of cooling, with absorption system more advantageous in terms of generated energy, where an increase between 1 and 2 MW was observed, depending on the ambient conditions . When the two methods were working together at low relative humidity, it showed a thermal efficiency increase compared to absorption system, up to 2.4%. Evaporative cooling was less effective, but it is a good and cheap possibility to increase the cycle parameters at high temperature and low relative humidity

Modelagem e simulação de ciclos a gás com resfriamento de ar na entrada

The optimization of energy generation systems has become a key issue for technological and social development, mainly in developing countries, where the electricity consumption rises sharply. Gas turbine cycle is an electricity generating system, which studies have demonstrated that inlet air cooling increases net power and thermal efficiency. Thus, this study intends to quantify these parameters for environments with different ambient temperature and relative humidity. Two types of air cooling were used: evaporative and absorption systems. The configuration parameters only with the gas turbine cycle were compared to those whose configuration allowed cooling. First, it was analyzed only evaporative cooling. Next, the absorption system was used for analysis. The last configuration mixed these two methods, dividing equally its flow. The results showed that thermal efficiency and net power increase in any case of cooling, with absorption system more advantageous in terms of generated energy, where an increase between 1 and 2 MW was observed, depending on the ambient conditions . When the two methods were working together at low relative humidity, it showed a thermal efficiency increase compared to absorption system, up to 2.4%. Evaporative cooling was less effective, but it is a good and cheap possibility to increase the cycle parameters at high temperature and low relative humidity

Excitations in Bose-Einstein condensates: collective modes, quantum turbulence and matter wave statistics

In this thesis, we present the generation and studies of a 87Rb Bose-Einstein condensate (BEC) perturbed by an oscillatory excitation. The atoms are trapped in a harmonic magnetic trap where, after an evaporative cooling process, we produce the BEC. In order to study the effect caused by oscillatory excitations, a quadrupole magnetic field time oscillatory is superimposed to the trapping potential. Through this perturbation, collective modes were observed. The dipole mode is excited even for low excitation amplitudes. However, a minimum excitation energy is needed to excite the condensate quadrupole mode. Observing the excited cloud in TOF expansion, we note that for excitation amplitude in which the quadrupole mode is excited, the cloud expands without invert its aspect ratio. By looking these clouds, after long time-of-flight, it was possible to see vortices and, sometimes, a turbulent state in the condensed cloud. We calculated the momentum distribution of the perturbed BECs and a power law behavior, like the law to Kolmogorov turbulence, was observed. Furthermore, we show that using the method that we have developed to calculate the momentum distribution, the distribution curve (including the power law exponent) exhibits a dependence on the quadrupole mode oscillation of the cloud. The randomness distribution of peaks and depletions in density distribution image of an expanded turbulent BEC, remind us to the intensity profile of a speckle light beam. The analogy between matter-wave speckle and light speckle is justified by showing the similarities in the spatial propagation (or time expansion) of the waves. In addition, the second order correlation function is evaluated and the same dependence with distance was observed for the both waves. This creates the possibility to understand the properties of quantum matter in a disordered state. The propagation of a three-dimensional speckle field (as the matter-wave speckle described here) creates an opportunity to investigate the speckle phenomenon existing in dimensions higher than 2D (the case of light speckle).

Avaliação de um sistema de resfriamento passivo para o clima de Curitiba

Direct evaporative cooling systems (DECS) based on sprinkling water indoors in the form of droplets and indirect evaporative cooling systems (IECS), characterized by the use of wetted roof or wall surfaces for cooling without increasing the indoor air moisture, consist of interesting bioclimatic strategies still not quite explored in Brazil. This study aims to evaluate the use of a particular form of IECS (which combines evaporative cooling and thermal mass brought about by a water reservoir) for indoor thermal control in warm conditions in Curitiba, Two test cells were initially built, monitored and compared to each other: a control module (CM) and an experimental module (EM), the latter provided with an evaporative pond. A subsequent configuration of the system which cancels out the evaporative function of the system and that is solely based on the increase of thermal mass, was tested in a second monitoring round. A third configuration of EM combinig evaporative cooling and the increase of termal mass was tested. Results showed a higher effectiveness of the IECS for the indoor cooling of the tested cells. The average temperature in EM was reduced in 2.5°C and the maximum temperature was reduced in 8.0°C in comparison with the CM. Results also showed a strong relation between the wet-bulb temperature depression and the internal temperature decrease achieved by the evaporative cooling strategy.

Sistema de arrefecimento de uma cobertura envidraçada por deslizamento de água e acompanhamento da execução de cadernos de encargos

Actualmente, o conforto térmico no interior de qualquer edifício ocupa um lugar de grande importância no seu projecto visando oferecer bem-estar às pessoas que o frequentam. As tendências arquitectónicas correntes baseadas na adopção de extensas áreas envidraçadas resultam num risco acrescido de sobreaquecimento do ambiente interior dos edifícios e no consequente aumento do consumo de energia para arrefecimento dos mesmos, tornando premente a necessidade de estudar as melhores estratégias para contrariar esse incremento de custo. Um ambiente interior de qualidade é conseguido através de equipamentos mecânicos para Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) ou através de soluções bioclimáticas, as quais aproveitam as condições endógenas do clima para maximizar o conforto e a saúde dos utilizadores do edifício, minimizando o uso de energia. O caso precedente, que inclui a refrigeração passiva, implica a utilização de soluções tecnológicas para reduzir a temperatura dos edifícios sem a necessidade de consumo de energia. É no âmbito desta temática que o presente projecto se insere visando encontrar soluções pragmáticas para que o conforto térmico no edifício estudado seja o mais adequado, tanto a nível de consumo energético como de condições térmicas. A solução adoptada para a redução da temperatura interior é baseada em arrefecimento evaporativo, mais concretamente num deslizamento contínuo de água onde o abaixamento de temperatura é feito pela mudança de fase da água, isto é, a transformação do estado líquido para o de vapor. Adicionalmente importa elaborar o caderno de encargos para levar a efeito a implementação do projecto. No caso presente, o projecto foi desenvolvido numa unidade hospitalar pública, pelo que os normativos a aplicar são desta natureza e, por consequência importa compreender, implementar e acompanhar os respectivos documentos e processos de aquisição e manutenção para que o ciclo de conhecimento, desde o projecto à sua implementação, fique completo. Esta é a razão para que a presente monografia incorpore um módulo referente à elaboração e acompanhamento da implementação de cadernos de encargos.