Saída da temperatura do ar no refrigerador evaporativo direto versus torre de resfriamento

Em um resfriador evaporativo direto, o ar seco é passado por um reservatório de água para evaporar a água no ar, fazendo com que o calor latente da vaporização seja absorvido pelo ar e pela água; isso resulta no ar deixando o refrigerador a uma temperatura mais baixa, conforme desejado. Uma imagem para este processo está abaixo:

No tipo de torre de resfriamento recirculante normalmente conectada ao condensador de uma usina termelétrica (imagem abaixo), o ar seco é passado pela água quente proveniente do condensador da usina. Isso faz com que a água evapore no ar, absorvendo o calor latente da evaporação da água e do ar, resultando em uma temperatura mais baixa da água, conforme desejado.

O que me confunde é o fato de que a evaporação da água no ar no resfriador evaporativo direto (primeira imagem) faz com que o ar deixe o resfriador a uma temperatura mais baixa, mas na torre de resfriamento recirculante, o ar sai a uma temperatura mais alta do que entrou em. Minhas perguntas são as seguintes:

1) Qual é o principal motivo da diferença na temperatura do ar deixando cada um dos respectivos sistemas de refrigeração?

2) A temperatura mais alta do ar que sai da torre de resfriamento devido à transferência sensível de calor (da água quente para o ar mais frio) excede a absorção do calor latente do ar?

cooling evaporation

— ryanDavid
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Você deve considerar a temperatura da água de entrada nos dois sistemas. O resfriamento Evap funciona porque a água está à temperatura ambiente. O ar que sopra sobre ele esfria evaporando um pouco de água. Qualquer água que não evapore, pode esfriar, mas não nos importamos. No caso da torre de resfriamento, a água é QUENTE comparada ao ar ambiente. O ar soprando se aquece porque está absorvendo calor da água. Há um benefício com a evaporação da água, mas o mais importante é a transferência de calor. As pequenas gotas de água têm muita área de superfície para permitir que esfriem.

— user1683793

A mistura de dois meios (ar e água) apenas calcula a média da temperatura entre eles (proporcionalmente às respectivas capacidades de calor e volumes totais) - através da condução clássica.

Além disso, a evaporação absorve uma grande quantidade de calor, reduzindo a temperatura resultante (de ambos os meios) na saída. O fluxo rápido de grandes quantidades de ar acelera consideravelmente a evaporação.

O ar tem uma capacidade de calor muito baixa em comparação à água; portanto, misturar os dois definitivamente mudará a média em direção à temperatura da água - a menos que você empurre o volume de ar de maneira suficientemente massiva para fazer a diferença; Além disso, esse volume resultará em mais evaporação - portanto, mesmo que o ar esteja bastante quente, a elevação da temperatura da água será baixa - ou mesmo haverá uma queda de temperatura, o resfriamento evaporativo superando o aquecimento do ar.

Assim, no primeiro caso, um certo volume moderado de ar moderadamente quente é passado através da água fria; o resfriamento evaporativo é suficiente para manter a água - e o ar existente - resfriados.

No caso da torre de resfriamento, há uma quantidade enorme de ar frio sendo bombeado - o suficiente para absorver (por evaporação e condução simples) a maior parte do calor da água quente. (e não se engane, o "ar de descarga saturado quente" é uma temperatura muito semelhante à "saída de água resfriada"; talvez um pouco mais quente porque encontra a água mais quente mais tarde, mais adiante na torre.

— SF.
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A resposta ainda é um pouco clara para mim porque o calor latente de vaporização da água é muito grande (2256 kJ / kg) e, portanto, eu esperaria que a absorção do calor latente de vaporização do ar (na torre de resfriamento) reduzisse sua temperatura, considerando que o ar tem uma capacidade de calor específica tão baixa (1 kJ / kg / K). Ou o calor latente é quase exclusivamente absorvido da parte da água que não é evaporada? Se sim, então por quê? Talvez porque a temperatura do ar seja mais baixa que a temperatura da água não evaporada?

— ryanDavid

@ryanDavid: "Ou o calor latente é quase exclusivamente absorvido da parte da água que não é evaporada? Se sim, por que?" - Sim, porque a capacidade específica de calor da água é muito maior que a do ar. 4,18 kJ / kg / K, mas esse kg é 1 dm ^ 3 (de água), não quase am ^ 3 (de ar) - então, em massa, você está obtendo muito mais água que ar. A temperatura de ambas cai quando a evaporação acontece na interface entre as duas e as duas esfriam na mesma quantidade, mas como há muito mais água em massa, ela libera a maior parte do calor.

— SF.

Além disso, você obtém 2256 kJ evaporando todo o quilograma de água. Nestes dispositivos, apenas uma pequena quantidade de água das superfícies expostas é evaporada. Abaixo do ponto de ebulição, o ar pode reter cerca de 22 g de água por m ^ 3, ou cerca de 1,2 kg de ar. Portanto, se o ar completamente seco sair com 100% de umidade, na melhor das hipóteses ~ 50kJ por m ^ 3 de ar serão absorvidos. por evaporação. O calor específico da água é de 4,186 kJ / kg / K, então am ^ 3 de ar pode baixar a temperatura de 1 dm ^ 3 de água (e todo esse ar) em cerca de 12 graus - na melhor das hipóteses.

— SF.