Evaporação da superfície da água

Evaporação da água de uma superfície de água – como um tanque aberto, uma piscina ou similar – depende da temperatura da água, temperatura do ar, umidade do ar e velocidade do ar acima da superfície da água.

A quantidade de água evaporada pode ser expressa como:

gs = Θ A (xs – x) / 3600 (1)

ou

gh = Θ A (xs – x x)

where

gs = quantidade de água evaporada por segundo (kg/s)

gh = quantidade de água evaporada por hora (kg/h)

Θ = (25 + 19 v) = coeficiente de evaporação (kg/m2h)

v = velocidade do ar acima da superfície da água (m/s)

A = superfície da água (m2)

xs = taxa de humidade máxima do ar saturado à mesma temperatura que a superfície da água (kg/kg) (kg H2O em kg Ar Seco)

x = taxa de humidade do ar (kg/kg) (kg H2O em kg Ar Seco)

Nota! As unidades para Θ não coincidem, pois esta é uma equação empírica – resultado de experiências e experimentos.

Fornecimento de Calor requerido

A maior parte do calor ou da energia necessária para a evaporação é retirada da própria água. Para manter a temperatura da água – o calor deve ser fornecido à água.

Calor necessário para cobrir a evaporação pode ser calculado como

q = hwe gs (2)

where

q = calor fornecido (kJ/s (kW))

hwe = calor de evaporação da água (kJ/kg)

• 1 kW = 3412 Btu/h

Exemplo – Água evaporada de uma piscina

Existe uma piscina de 50 m x 20 m com temperatura da água de 20oC. A taxa máxima de humidade de saturação no ar acima da superfície da água é de 0,014659 kg/kg. Com temperatura do ar 25 oC e humidade relativa de 50%, a taxa de humidade no ar é de 0,0098 kg/kg – ver diagrama Mollier.

Com velocidade do ar acima da superfície da água 0,5 m/s o coeficiente de evaporação pode ser calculado como

Θ = (25 + 19 (0,5 m/s))

= 34,5 kg/m2h

A área da piscina pode ser calculada como

A = (50 m) (20 m)

= 1000 m2

A evaporação da superfície pode ser calculada como

>gs = (34,5 kg/m2h) (1000 m2) ((0,014659 kg/kg) – (0,0098 kg/kg)) / 3600

= 0,047 kg/s

O calor de evaporação (entalpia) da água à temperatura de 20oC é de 2454 kJ/kg. O fornecimento de calor necessário para manter a temperatura da água na piscina pode ser calculado como

q = (2454 kJ/kg) (0,047 kg/s)

= 115.3 kW

A perda de energia e o fornecimento de calor necessário pode ser reduzido em

• redução da velocidade do ar acima da superfície da água – efeito limitado
• redução do tamanho da piscina – não muito prático
• redução da temperatura da água – não uma solução de conforto
• redução da temperatura do ar – não uma solução de conforto
• aumento do teor de humidade no ar – pode aumentar a condensação e os danos nas construções dos edifícios para piscinas interiores
• remover a superfície molhada – possível com cobertores plásticos na superfície da água fora do tempo de operação. Muito eficaz e comumente usado

Nota! – durante o tempo de funcionamento a actividade numa piscina pode aumentar drasticamente a evaporação da água e o fornecimento de calor necessário.

Para reduzir o consumo de energia e evitar danos causados pela humidade nas construções dos edifícios é comum utilizar dispositivos de reciclagem de calor com bombas de calor que deslocam o calor latente do ar para a água da piscina.

Calculadora de evaporação da superfície da água

A – superfície da água (m2)

xs – taxa de humidade de saturação máxima no ar (kg/kg) (kg H2O em kg Ar seco)

x – taxa de humidade no ar (kg/kg) (kg H2O em kg ar seco) – Mollier – Psicrometria

hwe – calor de evaporação (entalpia) da água (kJ/kg)

v – velocidade do ar acima da superfície da água (m/s)

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