Termodinamica Aplicada - Exercicios Resolvidos Condicionamento de Ar

ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 15 ME5140NM7140 Segundo Semestre de 2020 Professor Lameiras Processos de Condicionamento de Ar Capítulo 14 EX 01 Ex 1413 Ref 1 Um tanque de ar contém 21 kg de ar seco e 03 kg de vapor de água a 30 C e pressão de 926 kPa Determine a a umidade específica absoluta b a umidade relativa e c o volume do tanque a 14286 gVkgAS b 49 c 202 m³ EX 02 Ex 1415 Ref 1 Uma sala contém ar a 20 C e 926 kPa a uma umidade relativa de 85 Determine a a pressão parcial do ar seco b a umidade específica absoluta do ar e c a entalpia por unidade de massa de ar seco a 9065 kPa b 136 gVkgAS c 547 kJkgAS EX 03 Ex 1418 Ref 1 Determine as massas do ar seco e o vapor de água contido em uma sala de 240 m³ a 926 kPa 23 C e 50 de umidade relativa Respostas 273 kg 25 kg mAS 2576 kgAS mV 247 kgV EX 04 Ex 1427 Ref 1 Uma casa contém ar a 25 C e 65 de umidade relativa A umidade condensará nas superfícies internas das janelas quando a temperatura da janela cair até 10 C Sim pois 10C está abaixo da temperatura de orvalho TO 18 C EX 05 Ex 1428 Ref 1 Após uma longa caminhada ao ar livre a 12 C uma pessoa usando óculos entra em uma sala a 25 C e 55 de umidade relativa Determine se os seus óculos ficarão embaçados Sim pois os óculos estarão a 12C abaixo da temperatura de orvalho TO 154 C EX 06 Ex 1432 Ref 1 O ar de uma sala tem uma temperatura de bulbo seco a 26 C e uma temperatura de bulbo úmido a 21 C Considerando uma pressão de 926 kPa determine a a umidade específica absoluta b a umidade relativa e c a temperatura do ponto de orvalho Respostas a 00138 kg H2Okg de ar seco b 644 c 188 C a 1505 gVkgAS b 645 c 1896 C EX 07 Ex 1435 Ref 1 O ar atmosférico a 35 C escoa de modo constante em um dispositivo de saturação adiabático saindo dele como mistura saturada a 25 C A pressão atmosférica é de 926 kPa Determine a umidade relativa e a umidade específicaabsoluta do ar y 4616 g 179 gVkgAS EX 08 Ex 1440 Ref 1 Uma sala contém ar a 0914 atm 926 kPa 23 C e 50 de umidade relativa Usando o diagrama psicrométrico determine a a umidade específica b a entalpia em kJkg de ar seco c a temperatura de bulbo úmido d a temperatura do ponto de orvalho e e o volume específico do ar em m³kg de ar seco a 96 gVkgAS b 475 kJkgAS c 16 C d12 C e 0932 m³kgAS EX 09 Ex 1445 e Ex 1446 Ref 1 Ar atmosférico a uma pressão de 0914 atm 926 kPa e temperatura de bulbo seco de 32 C tem uma temperatura de bulbo úmido de 18 C Usando o diagrama psicrométrico determine a a umidade relativa b a umidade absoluta c a entalpia d a temperatura do ponto de orvalho e e a pressão de vapor de água f a umidade absoluta de saturação por adição de vapor a 258 b 835 gVkgAS c 536 kJkgAS d 10 C e 1228 Paabs f 337 gVkgAS EX 10 Ex 14133 Ref 1 Um tanque de 18 m³ contém ar saturado a 20 C e 90 kPa 926 kPa Determine a a massa do ar seco b a umidade específica absoluta e c a entalpia do ar por unidade de massa do ar seco Respostas a 188 kg b 00166 kg H2Okg de ar seco c 622 kJkg de ar seco a 193 kgAS b 161 gVkgAS c 61 kJkgAS ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 25 EX 11 Ex 1476 Ref 1 O ar a 0914 atm 926 kPa 15 C e 60 de umidade relativa é aquecido até 20 C em uma seção de aquecimento e em seguida umidificado pela introdução de vapor de água O ar sai da seção de umidificação a 25 C e 65 de umidade relativa o processo de injeção de vapor é considerado em condições reais Determine a a quantidade de vapor adicionada ao ar e b a quantidade de calor transferido para o ar na seção de aquecimento Respostas a 00065 kg H2Okg de ar seco b 51 kJkg de ar seco a 72 gVkgAS b 514 kJkgAS EX 12 Ex 1478 Ref 1 Um sistema de condicionamento de ar opera a uma pressão total de 1 atm 926 kPa e consiste em uma seção de aquecimento e um umidificador que fornece vapor úmido vapor de água saturado a 100 C em um processo ideal O ar entra na seção de aquecimento a 10 C e 70 de umidade relativa a uma taxa de 35 m³min saindo da seção de umidificação a 20 C e 60 de umidade relativa Determine a a temperatura e a umidade relativa do ar quando ele sai da seção de aquecimento b a taxa de transferência de calor da seção de aquecimento e c a taxa com a qual a água é adicionada ao ar na seção de umidificação a 20 C e 367 b 678 kW c 887 kgh EX 13 Ex 1483 Ref 1 Ar úmido a 1013 kPa 926 kPa 39 C de bulbo seco e 50 de umidade relativa é resfriado a uma pressão constante até uma temperatura de 10 C abaixo da sua temperatura de ponto de orvalho a Faça um desenho esquemático do sistema e o diagrama psicrométrico do processo b Considerando que a taxa de transferência de calor do ar atmosférico é de 1340 kW qual é a vazão volumétrica de entrada de ar atmosférico em m³s nesse processo b 2575 m³s EX 14 Ex 1485 Ref 1 Um sistema de condicionamento de ar deve tomar o ar a 1atm 926 kPa 34 C e 70 de umidade relativa e entregálo a 22 C e 50 de umidade relativa O ar escoa sobre as serpentinas de resfriamento onde é resfriado e desumidificado e em seguida o ar escoa sobre os fios de aquecimento da resistência onde é aquecido até a temperatura desejada Considerando que a água condensada é removida da seção de resfriamento a 10 C determine a a temperatura do ar antes de sua entrada na seção de aquecimento b a quantidade de calor removida na seção de resfriamento e c a quantidade de calor transferida na seção de resfriamento Aquecimento em kJkg de ar seco a 127 C b 6576 kJkgAS c 956 kJkgAS EX 15 Ex 1489 Ref 1 O ar de um espaço de trabalho entra na unidade do condicionador de ar à temperatura de 30 C de bulbo seco e 25 C de bulbo úmido O ar sai do condicionador de ar e retorna ao espaço à temperatura de 25 C de bulbo seco e 65 C de ponto de orvalho A água condensada se houver sai do condicionador de ar à mesma temperatura do ar que sai das serpentinas de resfriamento A vazão volumétrica do ar retornado ao espaço de trabalho é de 1000 m³min A pressão atmosférica é de 98 kPa 926 kPa Determine a taxa de transferência de calor do ar em kW e a vazão mássica da água condensada se houver em kgh 67786 kW 8256 kgh EX 16 Ex 1490 Ref 1 O ar atmosférico no interior de um automóvel entra na seção do evaporador do condicionador de ar a 1 atm 926 kPa 27 C e 50 de umidade relativa O ar retorna ao automóvel a 10 C e 90 de umidade relativa O compartimento de passageiros tem um volume de 2 m³ e cinco trocas de ar por minuto são necessárias para manter o interior do automóvel com o nível desejado de conforto Faça o dia grama psicrométrico do ar atmosférico que escoa pelo processo de condicionamento de ar Determine as temperaturas de ponto de orvalho e de bulbo úmido na entrada da seção do evaporador em C Determine a taxa de transferência de calor necessária entre o ar atmosférico e o fluido do evaporador em kW Determine a taxa de condensação do vapor de água na seção do evaporador em kgmin TBU 193 C TO 1572 C 52 kW 00495 kgmin EX 17 Ex 1497 Ref 1 Os habitantes do deserto muitas vezes envolvem suas cabeças com um tecido poroso ensopado com água Em um deserto onde a pressão é de 1 atm 926 kPa a temperatura é de 45 C e a umidade relativa é de 15 qual será a temperatura do tecido A temperatura do tecido é de 227C Ar Serpentinas de aquecimento Umidificador 10 C 70 35 m3min P 926 kPa 20 C 60 Vapor sat 100 C Condensado Ar Serpentinas de resfriamento ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 35 EX 18 Ex 1498 Ref 1 O ar entra em um resfriador evaporativo a 1 atm 926 kPa 36 C e 20 de umidade relativa a uma taxa de 4 m³min saindo com umidade relativa de 90 Determine a a temperatura de saída do ar e b a taxa de fornecimento de água para o resfriador evaporativo a 2005 C b 16 kgh EX 19 Ex 14100 Ref 1 Ar entra em um resfriador evaporativo a 1 atm 926 kPa 32 C e 30 de umidade relativa a uma taxa de 5 m³min saindo a 22 C Determine a a umidade relativa final e b a quantidade de água adicionada ao ar a 7585 b 126 kgh EX 20 Ex 14101 Ref 1 Qual é a mais baixa temperatura que o ar pode atingir em um resfriador evaporativo considerando que ele entra no resfriador a 1 atm 926 kPa 29 C e 40 de umidade relativa Resposta 193 C 19 C EX 21 Ex 14102 Ref 1 O ar a 1 atm 926 kPa 20 C e 50 de umidade relativa é aquecido até 35 C em uma seção de aquecimento e em seguida passa por um resfriador evaporativo no qual sua temperatura cai para 25 C Determine a a umidade relativa da saída e b a quantidade de água adicionada ao ar em kg H2Okg de ar seco a 5515 b 4 gVkgAS EX 22 Ex 14105 Ref 1 Duas correntes de ar se misturam de forma constante e adiabática A primeira corrente entra a 32 C e 40 de umidade relativa a uma taxa de 20 m³min enquanto a segunda corrente entra a 12 C e 90 de umidade relativa a uma taxa de 25 m³min Considerando que o processo de mistura ocorre a uma pressão de 1 atm 926 kPa determine a umidade específica absoluta a umidade relativa a temperatura de bulbo seco e a vazão volumétrica da mistura Respostas 00096 kg H2Okg de ar seco 634 206 C 450 m³min 105 gVkgAS 637 205C 45 m³min EX 23 Ex 14107 Ref 1 Uma corrente de ar quente com temperatura de bulbo seco de 36 C e temperatura de bulbo úmido de 30 C é misturada adiabaticamente com uma corrente de ar frio saturado a 12 C As vazões mássicas das correntes de ar seco quente e frio são de 8 kgs e 10 kgs respectivamente Considerando uma pressão total de 1 atm 926 kPa determine a a temperatura b a umidade específica absoluta e c a umidade relativa da mistura 2266 C 175 gVkgAS 9209 EX 24 Ex 14110 Ref 1 Duas correntes de ar úmido são misturadas adiabática mente a 1 atm 926 kPa de pressão para que se obtenha uma terceira corrente A primeira corrente tem uma temperatura de 40 C uma umidade relativa de 40 e uma vazão volumétrica de 3 Ls enquanto o segundo fluxo tem uma temperatura de 15 C uma umidade relativa de 80 e uma vazão volumétrica de 1 Ls Calcule a temperatura e a umidade relativa da terceira corrente 333 C 496 EX 25 Ex 14127 e Ex 14128 Ref 1 Um dia típico de inverno em Moscou tem uma temperatura de 0 C e uma umidade relativa de 40 Qual é a umidade relativa no interior de uma datcha casa de veraneio típica da Rússia onde o ar foi aquecido para 18 C A umidade relativa dentro da datcha deve ser levada a 60 por evaporação da água a 20 C Qual a quantidade de calor em kJ necessária para esse propósito por m³ de ar na datcha 118 1906 kJ EX 26 Ex 14137 Ref 1 Ar externo entra em um sistema de condicionamento de ar a 10 C e 40 de umidade relativa a uma taxa constante de 22 m³min saindo a 25 C e 55 de umidade relativa O ar externo é previamente aquecido até 22 C na seção de aquecimento e em seguida umidificado pela injeção de vapor quente na seção de umidificação Considerando que todo o processo ocorre a uma pressão de 1 atm 926 kPa determine a a taxa de fornecimento de calor na seção de aquecimento e b a vazão mássica do vapor necessária na seção de umidificação a513 kW b 121 kgh EX 27 Ex 14140 Ref 1 Um sistema de condicionamento de ar opera a uma pressão total de 1 atm 926 kPa e consiste em uma seção de aquecimento e um resfriador evaporativo O ar entra na seção de aquecimento a 15 C e Ar Umidificador 926 kPa 36 C 1 20 Água m 2 90 2 3 P 926 kPa Ar T3 1 32 C 40 12 C 90 3 3 ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 45 55 de umidade relativa a uma taxa de 30 m³min e sai do resfriador evaporativo a 25 C e 45 de umidade relativa Determine a a temperatura e umidade relativa do ar no momento em que ele sai da seção de aquecimento b a taxa de transferência de calor na seção de aquecimento e c a taxa de água adicionada ao ar no resfriador evaporativo Respostas a 325 C 192 b 655 kJmin c 0112 kgmin a 334 C e 182b 99 kW c 63 kgh EX 28 Ex 14144 Ref 1 Ar úmido deve ser condicionado em um processo a uma pressão constante a 1 atm 926 kPa de 30 C de bulbo seco e 60 de umidade relativa para 4 C do ponto de orvalho e 50 de umidade relativa O ar escoa pelas serpentinas de resfriamento até que se remova toda a umidade necessária para atingir o teor de umidade final e em seguida escoa por serpentinas de aquecimento para atingir o estado final Considere que a umidade relativa é 90 após o resfriamento O fluxo de ar seco é de 100 kgmin a Faça um desenho esquemático do sistema e o diagrama psicrométrico do processo b Determine a temperatura do ponto de orvalho e vazão volumétrica da mistura que entra nas serpentinas de resfriamento TO 214 C 𝑽 1035 m³min c Qual é a taxa líquida de transferência de calor para todo o processo em kW 787 kW REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica 7 Edição AMGH Editora Ltda Porto Alegre 2013 ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 55