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ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA PARA APLICAÇÃO DE INSUMOS

EM SISTEMAS DE RESFRIAMENTO EVAPORATIVO-

ADSORTIVO APLICADOS EM CONDICIONAMENTO DE AR

Aluno:Marco Antonio Medeiros dos Santos

Orientador:Prof. Dr. José Rui Camargo

Universidade de Taubaté

Mestrado em Engenharia Mecânica

Sistema de Resfriamento Evaporativo-

Adsortivo

CONTEXTO E

ANÁLISE AMBIENTAL

INTRODUÇÃO:

Conscientização ecológica e papel fundamental da engenharia em estudos eco-eficientes;

Utilização racional de energia e água =>retorno financeiro e desenvolvimento sustentável;

OBJETIVO:

Estudar opções mais econômicas para utilização de insumos no sistema de resfriamento evaporativo-adsortivo proposto por CAMARGO (2003), como gás natural, vapor, condensado de vapor, gases de combustão de caldeira e o aproveitamento de água de chuva.


Adsortivo

CARACTERÍSTICAS E

FUNCIONAMENTO

CARACTERISTICAS: É ecologicamente correto pois não usa gás que

contenha CFC ou HFC;

É atrativo pela redução no consumo de energia quando utilizado fontes de calor residual;

Pode ser utilizado em regiões onde se encontram altas taxas de umidade relativa do ar;

É de fácil manutenção, instalação e operação;

Retêm fungos e bactérias eliminando a recirculação e a proliferação.

RESFRIAMENTO EVAPORATIVO: É um processo endotérmico, ou seja, é

acompanhado de absorção de calor;

Exemplos;

Caso específico de resfriamento evaporativo induzido pela aspersão de água em uma corrente de ar. Fluidos de trabalho: ar e água;

RESFRIAMENTO EVAPORATIVO:

Tipo de Resfriamento Evaporativo:

Figura 1 – Tipos de resfriadores evaporativos

a. Nebulização b. Aspersão


Figura 2 –Resfriador evaporativo direto – Viva Equipamentos (Camargo, 2003)

DESUMIDIFICAÇÃO POR ADSORÇÃO:

É um fenômeno na qual moléculas de um fluido concentram-se espontaneamente sobre uma superfície sólida;

Exemplos de adsorventes ou dessecantes: dióxido de silício (sílica gel), cloreto de lítio e alumínia ativada.

DESUMIDIFICAÇÃO POR ADSORÇÃO:

Tipo de desumidificadores:

Figura 3 – Tipos de desumidificadores por adsorção (Fonte: Camargo, 2003)

a. Torre b. Cilindro Rotativo

FUNCIONAMENTO:

Figura 5 – Sistema de resfriamento evaporativo-adsortivo

FUNCIONAMENTO:

Figura 6 – Dessecante e fluxo de ar de reativação

FUNCIONAMENTO:

Figura 7 – Passagem do ar de processo pelo desumidificador

FUNCIONAMENTO:

Figura 8 – Resfriador evaporativo indireto

FUNCIONAMENTO:

Figura 9 – Passagem do ar de processo pelo Resfr. Evaporativo Indireto

FUNCIONAMENTO:

Figura 10 – Resfriador evaporativo direto

FUNCIONAMENTO:

Figura 11 – Passagem do ar de processo pelo Resfr. Evaporativo Direto e Ambiente

FUNCIONAMENTO:

Figura 12 - Ciclo psicrométrico para o sistema proposto (Fonte: Camargo, 2003)

DADOS DO PROJETO:

• Carga térmica do ambiente: 10 TR;

• Temperatura de Reativação: 71,1ºC (mínima);

• Horas de operação do sistema: 240 h/mês;

• Vazão de água necessária no sistema: 42,2 l/h;

• Potência necessária para reativação: 58 kW


Adsortivo

Custosde

Consumo e Instalação

FONTES DE CALOR:

• Energia elétrica;• Gás natural;• Vapor;• Condensado de Vapor;• Gases de combustão

Opções de insumos para o Trocador de Calor (Ar de Reativação):

FONTES DE CALOR :

Figura 13 – Esquema de aquecimento do ar de reativação

FONTES DE CALOR:

Energia Requerida:

TCPVE ARARARREQ

KKkg

kJ

m

kg

s

mEREQ 56,3001,113,167,1

3

3

kWs

kJEREQ 5858

FONTES DE CALOR:

Energia Elétrica:

Potência Instalada necessária para a Troca (η=95%):

Custo da energia elétrica: US$0,075/kWh

mêsUS 90,098.1$Custo do Insumo

Consumido:

kW05,61

FONTES DE CALOR:

Gás Natural:

Potência consumida na troca (η=85%):

Custo do gás natural (COMGÁS-jan2005): US$1,39/m³

Consumo:

skJ24,68

mês

m

mkJ

hs

mêsh

skJ

PC

HEGN

GN

CONSC

³36,617.1

³454.36

360024024,68

FONTES DE CALOR:

Gás Natural:

00,750$USCusto instalação:

Custo do Insumo Consumido:

mêsUS 84,960$

$688,2$³

596893,1$³36,617.1

USRNm

Rmêsm

C

CGNCI

dolar

GNCFC

FONTES DE CALOR:

Vapor (P=600 kPa):


Consumo:

skJ /24,68

mês

kg

h

s

mês

h

kgkJ

skJH

h

EVP

LV

CONSC 3,531.283600240

48,066.2

24,68

óleo

vapor

vapor

óleo

LV

óleo

kg

kg

kgkJ

kgkJ

h

PCTC 71,158,0

48,066.2

8,584.40

Taxa de consumo de óleo combustível:

FONTES DE CALOR:

Vapor (P=600 kPa):

00,1200$USCusto instal. do Vapor:


mêsUS 03,485$

vapor

óleo

vapor

óleoÓLEOVP kg

US

kg

kgkg

US

TC

CC 017,0$

71,15

2745,0$

vapor

vaporVPCFC kg

USX

mês

kgCVPCI

017,0$3,531.28

FONTES DE CALOR:

Condensado de Vapor (P=180 kPa):

Potência consumida na troca (η=80%): skJ /5,72

Consumo:

Utilização da bomba de condensado:

mês

h

hm

mêsh

kgm

hkg

bV

HvmUB

CV

CVCVCV 48,38

³33,133

240³

01026,0250.1

hkgmCV /250.1

FONTES DE CALOR:

Condensado de Vapor (P=180 kPa):


00,300.2$USCusto instal. do Cond. de Vapor:

mêsUS 39,197$

mês

US

mês

USCCCI OCVEBCVFC

27,195$12,2$

FONTES DE CALOR:

Gases de Combustão de Caldeira:

Dados de placa do Ventilador da Caldeira*:

Vazão: 110 m³/min;Pressão Estática: 6,52 kPa

* Caldeira ATA MP-810, capacidade de 6.000 T/h

FONTES DE CALOR:



Duto para os gases de combustão:

Comprimento: 30 m (Ø430 mm);Perda de carga: 0,155 kPa

Consumo*: smmGC /³71,0

skJ /5,72

*Condição para garantir a temperatura dos gases de saída acima dos 200ºC.

FONTES DE CALOR:



00,500.3$USCusto instal. dos gases de combustão:

Não se aplica


• Rede Pública;

• Aproveitamento da Água de Chuva

Opções de Fonte de Água:


Água Rede Pública:

Vazão Necessária:

Custo da Água (SABESP): US$0,50/m³

00,180$USCusto instal. da Água Rede Pública:

h

m³1024,42 3

³

50,0$240

³1024,42 3

m

US

mês

h

h

m

Custo da Água:

mêsUS 07,5$


Aproveitamento da Água de Chuva:

Utilização do bombeamento de água (0,5 HP): 8 h/mês

Custo da Água:

mêsUS 19,0$

mês

h

hl

mêsh

hl

bm

mUB

AP

águaAP 76,6

min60

min25

24024,42

kWh

US

mês

hkWCUBPBCI EEAPAPRE

075,0$76,636775,0


Precipitações da chuva (Taubaté):

Figura 14 – Fonte: Inmetro (http://inmet04.inmet.gov.br)

Dimensionamento do Reservatório:

MesesChuva Média

mensal (mm)*Área de

Captação(m²)

Volume deChuva

Mensal (m³)

DemandaConstante

Mensal (m³)

Diferença entre osvolumes da demanda

e da Chuva (m³)

DiferençaAcumulada dos

valores posit. (m³)obs

janeiro 230 250 46,00 10,14 -35,86 E

fevereiro 195 250 39,00 10,14 -28,86 E

Março 165 250 34,00 10,14 -23,86 E

Abril 65 250 13,00 10,14 -2,86 E

Maio 50 250 10,00 10,14 0,14 0,14 D

Junho 25 250 6,00 10,14 4,14 4,28 D

Julho 30 250 6,00 10,14 4,14 8,42 D

agosto 40 250 7,00 10,14 3,14 11,56 D

setembro 75 250 15,00 10,14 -4,86 6,7 S

outubro 125 250 25,00 10,14 -14,86 -8,16 E

novembro 150 250 30,00 10,14 -19,86 -28,02 E

dezembro 210 250 42,00 10,14 -31,86 -59,88 E

Total 1360 273,00 121,68

E = água escoando pelo extravasor; D = nível de água baixando; S = nível de água subindo

Tabela 1 – Dimensionamento do Reservatório de Água de Chuva segundo RIPPL

OBS: Coeficiente de Runnoff: C=0,8* Fonte: http://inmet04.inmet.gov.br


Aproveitamento da Água de Chuva:

Custo da Instalação:Segundo Tomaz (2003), para reservatório de fibra de vidro enterrado a instalação total será: US$137/m³ e US$832,00 para acessórios e equipamento para dosagem de cloro.

Total da instalação: 00,476.2$US


Adsortivo

AnáliseEconômica do

Investimento

CASO I CASO II CASO III CASO IV CASO V CASO VI

Sistema Convenc.

SISREAD Energia Elétrica

SISREAD Gás

Natural

SISREAD Vapor

SISREAD Condensado

Vapor

SISREAD Gases de

Comb.

S/ . Aprov. água

de chuva

Implantação (US$)

13.550,00 49.100,30 47.650,30 48.100,30 51.077,61 51.617,61

Preço do Ar Resfriado (US$/TRh)

0,1076 0,4870 0,4295 0,2313 0,1170 0,0292

C/ Aprov. água

de chuva

Implantação (US$) N. A. 51.396,30 50.946,30 50.396,30 53.373,61 53.913,61

Preço do Ar Resfriado (US$/TRh)

N. A. 0,4850 0,5657 0,2292 0,1149 0,0271

RESUMO DOS CUSTOS:

N. A. – Não se aplica

INVESTIMENTO X ECONOMIA

4,68 4,82 4,77

0,89

1,77

4,454,50

7,50

0,42 0,480,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

CASO II CASO III CASO IV CASO V CASO VI

(%)

Gastos Excedentes para Aproveitamento da Água Pluvial

Economia no Preço Total do Ar Resfriado

Aproveitamento de Água de Chuva

ANÁLISE ECONÔMICA:Equações para o Cálculo:

)( CTIPCSHR ARR

COCUICSH

FIPLCTI

1

)1(

k

k

q

qqF

1001

rq

(1)

(2)

(3)

(4)

Onde, CTI é o custo total do investimento usado para os insumos (US$/TRh) e F é o fator de anuidade (ano-1), taxa de juros r=12% ao ano.

ANÁLISE ECONÔMICA:Amortização ao Longo do Tempo:

Figura 15 – Amortização dos Investimentos (Receita x Tempo) – s/ aprov. Água de chuva

-90000

-80000

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Tempo (anos)

Receit

a (

US

$/a

no

)

Caso II Caso III caso IV Caso V Caso VI

ANÁLISE ECONÔMICA:Amortização ao Longo do Tempo:

Figura 16 – Amortização dos Investimentos (Receita x Tempo) – c/ aprov. Água de chuva

-90000

-80000

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Tempo (anos)

Receit

a (

US

$/a

no

)

Caso II Caso III caso IV Caso V Caso VI

ANÁLISE ECONÔMICA:Retorno de Investimento (em função do Caso II):

Figura 17 – Retorno de Investimento (PayBack) – s/ aprov. Água de chuva

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

200001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Tempo (anos)

Receit

a (

US

$/a

no

)

Caso III caso IV Caso V Caso VI


Figura 18 – Retorno de Investimento (PayBack) – c/ aprov. Água de chuva

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

200001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Tempo (anos)

Receit

a (

US

$/a

no

)

Caso III caso IV Caso V Caso VI

ANÁLISE ECONÔMICA:Retorno de Investimento (Caso VI x Caso I):

Figura 19– Gráfico de Retorno de Investimento (PayBack) – Sist. Convencional x SISREAD

-55000

-50000

-45000

-40000

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

50001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Tempo (anos)

Receit

a (

10xU

S$/a

no

)

Caso V S/ Cisterna Caso V C/ Cisterna Caso I


Figura 20–Retorno de Investimento (PayBack) apenas p/ fonte de calor– s/ aprov. água de chuva

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

150001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tempo (meses)

Receit

a (

US

$/a

no

)

Caso III Caso IV Caso V Caso VI


Figura 21–Retorno de Investimento (PayBack) apenas p/ fonte de calor – c/ aprov. água de chuva

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

200001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Tempo (meses)

Receit

a (

US

$/a

no

)

Caso III Caso IV Caso V Caso VI


Adsortivo

Conclusões

CONCLUSÃO:

O sistema de resfriamento evaporativo adsortivo apresenta perspectivas promissoras, sendo economicamente viável onde existem fontes de calor de baixo custo ou calor residual disponível.

O aproveitamento da água de chuva pode ser um bom investimento no ponto de vista econômico, mas principalmente no ponto de vista ecológico e social.

Agradecimentos:

Prof. Dr. José Rui CamargoProf. Dr. Sebastião Cardoso

Prof. Dr. Carlos Daniel EbinumaProf. MSc. Ederaldo Godoy Júnior

Universidade de Taubaté

Mestrado em Engenharia Mecânica

defesa mestrado 30.06.2005.ppt

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