Compreender o arrefecimento evaporativo direto
Para compreender o funcionamento de um arrefecedor evaporativo, é necessário compreender algo sobre as propriedades do calor, do ar e do vapor de água. O tipo mais comum de Arrefecedor Evaporativo é o tipo Direto, no qual o ar quente exterior é arrefecido dentro da máquina e forçado para dentro do edifício, sendo novamente exaurido para o exterior. Outros tipos são o Indireto e o Lavador de Ar. Neste artigo, iremos focar-nos apenas no arrefecimento evaporativo direto.
O que é o calor?
Antes de podermos discutir o processo de arrefecimento, temos de compreender um pouco a natureza do calor, que existe sob duas formas: O calor sensível (que se pode sentir ou "sentir") e o calor latente (calor oculto que não pode ser detectado com um termómetro).
O calor utilizado para evaporar a água em vapor de água é designado por "calor latente de evaporação". Por exemplo, é o calor do pavimento quente que é libertado para evaporar a água após uma chuva de verão, ou o calor do fogão que é libertado para evaporar a água numa chaleira a ferver. À medida que a água líquida muda de estado para vapor (não se vê o vapor de água), absorve calor do meio envolvente; a temperatura não se altera, mas a quantidade de calor ou energia que absorve está contida na estrutura molecular do vapor. O arrefecimento evaporativo só é possível devido a este fenómeno natural de calor latente.
De onde vem o calor latente?
O calor provém do ar e dos materiais circundantes. Sempre que uma substância muda de estado de sólido para líquido (gelo para água) e de líquido para vapor (água para vapor ou água para vapor), absorve calor do meio envolvente. Isto significa que o ar circundante, os objectos sólidos e os líquidos se tornam mais frios à medida que cedem o seu calor ao processo de fusão ou evaporação.
O calor total é a soma do calor latente e do calor sensível. É a quantidade total de calor numa divisão, composta pelo calor que se pode sentir e pelo calor que não se pode sentir. O calor total é medido em quilojoules (kJ): 1000kJ são aproximadamente 1000 BTU's. A evaporação completa de um litro de água absorve cerca de 2000kJ de energia térmica e isso ocorre dentro do processo sem qualquer entrada de energia externa. É por isso que os aparelhos de ar condicionado evaporativo utilizam uma quantidade muito pequena de energia eléctrica para funcionar. A única energia necessária é para acionar a ventoinha e a bomba.
O processo de arrefecimento evaporativo do ar
Nas máquinas de arrefecimento evaporativo direto do ar, o processo de troca de calor é ativado por meio de uma bomba de água que fornece água aos painéis de arrefecimento e uma ventoinha motorizada que força o ar quente exterior através desses painéis. Estes componentes combinam-se para acelerar o processo natural de troca de calor.
Durante o processo, parte do calor sensível do ar (o calor que se pode sentir) é transformado em calor latente (o calor que não se pode sentir) quando a água no Evaporative Air Cooler é transformada em vapor de água.
Este processo de transformação do calor sensível em calor latente faz com que o ar quente se torne mais frio, uma vez que parte do seu calor (sensível) foi utilizado como explicado acima. Assim, a temperatura do ar desce. O ar frio é então bombeado para o interior do edifício e acaba por ser expelido do mesmo. Nunca é recirculado.
Os refrigeradores de ar evaporativos aumentam ligeiramente a humidade no interior do edifício. No entanto, temos de nos lembrar que a temperatura também desceu. É a combinação da temperatura 
e a humidade que cria o conforto humano, e os refrigeradores de ar evaporativos são utilizados tão amplamente em todo o mundo porque podem criar condições de conforto. Por exemplo, 80% de humidade e 30°C é muito desconfortável, mas 80% de humidade e 16°C é bastante confortável. Além disso, o conforto também é melhorado pelo aumento da velocidade do ar em condições de calor e os Evaporative Air Coolers criam movimento de ar suficiente para minimizar os efeitos da humidade.
Como podemos ver no gráfico abaixo, a temperatura e a humidade são inversamente proporcionais: durante a parte do dia em que as temperaturas são mais elevadas, a humidade relativa é mais baixa. É por isso que as tecnologias de arrefecimento evaporativo são eficazes, funcionam melhor quando a temperatura é elevada, porque uma humidade relativa mais baixa deixa espaço para que a evaporação ocorra.
Para compreender o funcionamento de um Evaporative Cooler como o Breezair , é necessário ter uma ideia clara da Psicrometria: esta consiste nas interacções entre o calor, a humidade e o ar e, especificamente, como mudar o ar de uma condição para outra. Quando a temperatura aumenta, a sua capacidade de reter a humidade também aumenta: a humidade é, portanto, um fator muito influente para o ganho de calor. A interação entre os três elementos acima referidos pode ser explicada num único gráfico, chamado Gráfico Psicrométrico.
Vamos esclarecer os elementos do próprio gráfico:
- TEMPERATURA DE BOLSO SECO (DBT) Refere-se à temperatura do ar ambiente medida com um termómetro normal: é chamada "seca" porque não é afetada pela humidade do ar. A temperatura de bolbo seco é um indicador do teor de calor do ar, se todos os outros factores permanecerem constantes. À medida que a temperatura DBT aumenta, a capacidade de humidade que o espaço aéreo retém também aumenta.
- TEMPERATURA DE BOLBO HÚMIDO (WBT): A temperatura de bolbo húmido é a temperatura medida utilizando um termómetro cujo bolbo de vidro é coberto por um pano molhado. A temperatura de bolbo húmido indica o teor de humidade do ar. É extremamente importante considerar a WBT para os processos de arrefecimento por evaporação porque a diferença entre a temperatura de bolbo seco e a temperatura de bolbo húmido é uma medida da eficiência do arrefecimento. A 100% de humidade relativa, a temperatura de bolbo húmido é igual à temperatura de bolbo seco.
- HUMIDADE: Descreve a quantidade de vapor de água no ar. Podemos considerar dois tipos de humidade:
- Humidade absoluta: a massa de vapor de água presente numa determinada massa de ar, expressa em gramas de vapor de água (g) por quilograma de ar seco (kg).
- Humidade relativa (HR): a quantidade real de humidade no ar em comparação com a humidade total ou máxima que o ar pode conter a uma determinada temperatura. Quando o ar tem 50 por cento de HR, dizemos que está 50 por cento saturado. À medida que o ar se aproxima dos 100 por cento de saturação, pode absorver cada vez menos água até que, a 100 por cento de HR, o ar não consegue reter mais água.
O gráfico à direita representa um dia típico de verão, mostrando a temperatura e a humidade relativa numa região não tropical.
Se tivermos dois destes elementos, usando a Carta Psicrométrica podemos facilmente encontrar o terceiro: por exemplo, dada uma certa Temperatura de Bolbo Seco e uma certa Temperatura de Bolbo Húmido, é fácil encontrar a Humidade Relativa, verificando a intersecção destes dois valores.
No arrefecimento evaporativo, movemo-nos no gráfico ao longo de linhas de entalpia constante: isto significa que estamos a falar de um processo adiabático, em que não ocorre qualquer transferência de calor.
Ao humidificar o ar por evaporação, as moléculas de ar levam consigo uma parte do vapor de água, bem como o calor latente, que representa assim a quantidade de humidade no ar. Ao absorver uma parte do calor latente, o ar que entra no edifício, depois de ter passado pela unidade, fica mais frio.
Se nos deslocarmos na carta psicrométrica a partir do ponto A ao longo de uma linha de entalpia constante, estamos a adicionar humidade ao ar (eixo vertical) e, proporcionalmente, a obter uma queda na temperatura do bolbo seco (eixo horizontal). Com o arrefecimento evaporativo, a redução máxima possível da temperatura é o diferencial entre a temperatura do bolbo seco e a temperatura do bolbo húmido (chamada depressão do bolbo húmido): isto significa que podemos deslocar-nos ao longo da linha até ao ponto C, onde a humidade relativa é de 100%. No entanto, nenhum equipamento é perfeito, pelo que haverá certas perdas no refrigerador: se considerarmos um refrigerador 90% eficiente, podemos então chegar ao ponto B, obtendo assim uma queda de temperatura de 11,5°C.