·
Engenharia Civil ·
Outros
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Psicrometria Prof MSc Guilherme Bueno A de Oliveira Agenda Curiosidades Componentes dos Sistemas de Refrigeração Propriedades psicrométricas do ar Célula de Peltier curiosidade Vídeo informativo Seebeck Peltier Effect How Thermocouples Peltier Cells work YouTube httpswwwyoutubecomwatchvPccE4WcfnAw Célula de Peltier curiosidade Efeito Peltier Fenômeno em que uma corrente elétrica que flui através de uma junção de dois materiais diferentes causa uma transferência de calor através da junção assim como o inverso Uma célula Peltier é composta normalmente de dois semicondutores um dos quais é dopado com portadores de carga positiva tipo p e o outro com portadores de carga negativa tipo n Esses dois semicondutores são colocados um sobre o outro com o material tipo p e o tipo n em contato um com o outro Quando uma tensão é aplicada à célula Peltier uma corrente elétrica flui através da junção entre os dois materiais À medida que a corrente flui elétrons se movem do semicondutor tipo n para o semicondutor tipo p e lacunas falta de elétrons se movem na direção oposta Isso cria uma diferença de temperatura através da junção com um lado se tornando mais frio e o outro lado se tornando mais quente A direção da transferência de calor pode ser revertida invertendose a polaridade da tensão aplicada Isso significa que uma célula Peltier pode ser usada como um cooler termoelétrico ou um gerador termoelétrico dependendo da direção do fluxo de corrente As células Peltier são comumente usadas em aplicações onde é necessária uma precisão no controle de temperatura como em sistemas de refrigeração para eletrônicos equipamentos de laboratório e dispositivos médicos Elas também são usadas em geradores termoelétricos para converter calor desperdiçado em energia elétrica Ciclos curiosidade Ciclo Otto Ciclos curiosidade Ciclo Diesel Ciclos curiosidade Ciclo Stirling Turbina Carro Psicrometria Psicrometria A psicrometria é definida como O ramo da física relacionado com a medida ou determinação das condições do ar atmosférico particularmente com respeito à mistura ar seco vapor dágua Aquela parte da ciência que está de certa forma intimamente preocupada com as propriedades termodinâmicas do ar úmido dando atenção especial às necessidades ambientais humanas e tecnológicas O conhecimento das condições de umidade e temperatura do ar é de grande importância Conforto térmico que depende tanto da quantidade de vapor presente no ar do que propriamente da temperatura Conservação de produtos como frutas hortaliças ovos e carnes em câmaras frigoríficas depende da manutenção da umidade relativa adequada no ambiente A perda de peso depende da umidade do ar na câmara de estocagem Se a umidade é baixa a perda de peso é elevada e viceversa Aplicações da psicrometria controle de clima em especial em condicionamento de ar para conforto térmico condensação em superfícies frias o orvalho sobre a grama em uma manhã fria a água sobre a superfície externa de um copo de cerveja etc O resfriamento evaporativo Os rastros brancos deixados pelas turbinas dos aviões Conforto Térmico O Conforto térmico é o estado mental que expressa satisfação do com o ambiente térmico que o circunda o homem ASHRAE American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers A não satisfação com o ambiente térmico pode ser causada pela sensação de desconforto pelo calor ou pelo frio Quando o balanço térmico não é estável ou seja quando há diferenças entre o calor produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente Neutralidade térmica Neutralidade térmica Estado físico no qual todo o calor gerado pelo organismo através do metabolismo seja trocado em igual proporção com o ambiente ao redor não havendo nem acúmulo de calor nem perda de calor Conforto térmico Neutralidade térmica neutralidade térmica é uma condição necessária mas não suficiente para que uma pessoa esteja em conforto térmico Um indivíduo que estiver exposto a um campo assimétrico de radiação pode muito bem estar em neutralidade térmica porém não estará em conforto térmico VARIÁVEIS DE CONFORTO TÉRMICO TEMPERATURAS CORPORAIS Cada indivíduo possui uma temperatura corporal neutra na qual não precisa utilizar seus mecanismos de termoregulação isto é aquela em que não prefira sentir nem mais frio nem mais calor no ambiente situação de neutralidade térmica CONDIÇÕES RELACIONADAS AO CONFORTO TÉRMICO As condições do ambiente relacionadas com o conforto são Temperatura do ar Temperatura radiante média Umidade relativa do ar Velocidade do ar A influência dos quatro parâmetros na perda ou ganho de energia não é igual sendo que a temperatura do ar e temperatura radiante média tem a maior importância Porem não é suficiente medir só um deles RS Trabalho leve e o indivíduo sentado é de 190C Trabalho muito pesado de 15 a 16oC Norte da Finlândia de 143C a 173C Atenas de 227C a 257C Ar atmosférico O ar atmosférico é composto de uma mistura de 4 componentes principais gases com traços de um número de outros e vapor dágua A composição do ar seco apenas os 4 componentes é relativamente constante variando levemente com o tempo localização e altitude É razoável considerar todos os gases como uma substância homogênea ar seco mas tratar o vapor dágua separadamente porque este é passível de condensação nas condições de pressão e temperatura encontradas na atmosfera Definições Fundamentais e Conceitos Básicos Ar seco e úmido o ar seco é a mistura dos vários gases que compõem o ar atmosférico como nitrogênio oxigênio gás carbônico e outros que formam mistura homogênea para uma grande faixa de temperaturas O ar é úmido quando além da mistura de gases tem vapor dágua que pode saturar à temperaturas ambiente e então condensar Lei de Dalton a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões parciais de cada um dos componentes Pressão parcial pressão que cada componente exerceria se à mesma temperatura ocupasse sozinho todo o volume da mistura AR SECO Por definição ar seco dry air é a mistura dos gases que constituem o ar atmosférico com exclusão do vapor dágua ie quando todo o vapor dágua e os contaminantes são removidos do ar atmosférico Extensivas medições têm mostrado que a composição do ar seco é relativamente constante tendo pequenas variações na quantidade dos componentes com o tempo localização geográfica e altitude A massa molecular aparente do ar seco é 289645 kgkgmol e a do vapor dágua é de 1801528 kgkgmol ambas na escala do carbono 12 AR ÚMIDO A mistura ar seco vapor dágua é denominada de ar úmido moist air ou de mistura binária binary mixture de ar seco e vapor dágua A quantidade de vapor dágua presente na mistura pode variar de zero até um valor correspondente à condição de saturação Isso corresponde à quantidade máxima de vapor dágua que o ar pode suportar em determinada condição de temperatura Definindo AR SATURADO é uma mistura de ar seco e de vapor dágua saturado Mais precisamente é o vapor dágua que é saturado e não o ar AR NÃO SATURADO é uma mistura de ar seco e vapor dágua superaquecido LEI DOS GASES A partir de agora o ar atmosférico será considerado como uma mistura de dois gases perfeitos ou seja pv RT CpdhdT A entalpia h é uma função somente da temperatura T LEI DE DALTON No modelo de Dalton considerase que cada componente da mistura ocupa todo o volume e está na temperatura da mistura Considerase também que tanto a mistura como os componentes comportamse como gases ideais A Lei de Dalton diz que a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões parciais de cada um dos componentes A pressão parcial é a pressão que cada componente exerceria se à mesma temperatura ocupasse sozinho todo o volume da mistura Fração molar e fração mássica uma mistura gasosa de c i 1c componentes está contida em um volume V sua temperatura é T e a pressão P Se seu peso molecular é m sua massa é M e seu número de moles é n temse M M1 M2 Mc ΣMi n n1 n2 nc Σni fração massica xi MiM fração molar xi nin O peso molecular é a média ponderada de todos os componentes m Σnimi Σni Σxini As propriedades da mistura são descritas pela combinação média ponderada das propriedades dos componentes P P1 P2 Pc ΣPi Isto é a pressão parcial é a contribuição de cada componente na formação da pressão total da mistura Lei de Dalton Lei de Dalton A pressão parcial é exata em misturas de gases ideais Note então que a Lei de Dalton ou melhor Regra de Dalton não é propriamente uma Lei Termodinâmica pois não se aplica universalmente a todas as misturas gasosas só é válida para gases ideais e quando a mistura também for um gás ideal O T acima é a temperatura de bulbo seco da mistura a temperatura do gás indicada por um termômetro comum sem condensação na superfície do bulbo e também não exposto à radiação Composição do ar seco ar ao nível do mar Patm PN2 PO2 PAr Pv Par Pv A pressão atmosférica como a soma da pressão parcial dos vários componentes do ar admitido como gás perfeito homogêneo e do vapor de água Umidade Absoluta Ar nãosaturado ou mistura nãosaturada mistura de ar seco e vapor de água superaquecido Ar saturado ou mistura saturada mistura de ar seco e vapor de água saturado estado de equilíbrio entre o ar úmido e as fases líquida e vapor da água Umidade ou saturação Absoluta ar v m m w ar v v ar ar ar v v P P R R V R T P P V R T w v atm v P P P w 0 622 Umidade ou saturação Relativa Diagrama T x s para o ar A umidade relativa é a razão entre a quantidade de vapor de água existente em um certa massa de ar e aquela que ele teria se estivesse saturado à mesma temperatura Logo também é a razão entre Pv e Ps t As funções de estado de misturas de gases ideais são calculadas com a Lei de Gibbs Se a mistura atende a Regra de Dalton podese calcular por exemplo a entalpia H ΣHi Σ mi hi ou ainda o calor específico a pressão constante isto é o gradiente da entalpia em relação à temperatura wC dT w dh w h dT d dT dh C P i P i P P P i i i é a média ponderada pela saturação umidade absoluta de cada um dos componentes da mistura Propriedades funções de estado de misturas de gases ideais Entalpia Específica do Ar gás Úmido v v ar ar v ar m h h m H H H v ar v ar v ar w h h h m m h h T c h h T c h p v lv v p ar ar T c w h T c h p v lv p ar Volume Específico do Ar gás Úmido v atm ar ar ar ar P P T R P T R m V v atm ar P R T w v 16078 1 Temperatura do gás ou do ar indicada por um termômetro comum sem condensação na superfície do bulbo não exposto à radiação Temperatura de Bulbo Seco T ou TBS Saturação Adiabática Há uma única temperatura da água no equipamento que produzirá ar saturado na saída com esta mesma temperatura Temperatura de bulbo úmido termodinâmica ou temperatura de saturação adiabática Temperatura da água no equipamento no saturador adiabático Assim a temperatura de saturação adiabática é uma propriedade termodinâmica Temperatura de Orvalho To Temperatura à qual o vapor dágua se condensa quando resfriado a pressão e umidade absoluta constantes Psicrômetro A Carta Psicométrica A Carta Psicrométrica A Carta Psicrométrica Umidade Absoluta A Carta Psicrométrica Feira de Sant T23C Φ84 T0205C Tm21C h61 kJkg W15 grkgans v0862 m³kg No text available Determinação das propriedades do ar Supondose para efeito de exemplo que as temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido de um determinado ambiente 25C e 21C respectivamente tenham sido determinadas por meio de um psicrômetro podese obter de uma carta psicrométrica as principais propriedades do ar úmido Seja a carta psicrométrica de Carrier tendo as duas temperaturas achase o ponto de interseção das linhas Exemplo preencha a tabela Below 0C Properties and Enthalpy Deviation Lines Are For Ice Temperatura Normal Pressão Barométrica 101325 kPa Transformações Psicrométricas 1 Mistura Adiabática de duas correntes de Ar Úmido 2 e 3 Aquecimento e Resfriamento Seco sem Desumidificação 4 Resfriamento com Desumidificação 5 Resfriamento e Umidificação 6 Aquecimento e Umidificação Transformações Psicrométricas 1 Mistura Adiabática de Duas Correntes de Ar Úmido 3 2 1 2 2 1 1 h m m h m h m ar ar ar ar 3 2 1 2 2 1 1 w m m w m w m ar ar ar ar Massa Energia Transformações Psicrométricas Aquecimento e Resfriamento Sensível ou 2 e 3 Aquecimento e Resfriamento Seco sem evaporação condensação 1 2 T c T q m Q p s 1 2 1 2 T w T c T T c q p v p ar s Da Eq da Energia só calor sensível Mas o ar úmido é uma mistura de ar seco e vapor de água O ar com propriedades termodinâmicas no ponto de estado definido por tBS25C e tBU20C sofre um processo de aquecimento até a temperatura de 46C Em outro processo o ar do ponto 1 sofre resfriamento até a temperatura de 20C Transformações Psicrométricas Indicação da temperatura da superfície da serpentina e da velocidade do ar requeridas para as trocas sensível e latente calculadas em projeto 4 Resfriamento e Desumidificação Transformações Psicrométricas 5 Resfriamento e umidificação 2 1 2 1 T T T T Eficiência de Saturação Transformações Psicrométricas 6 Aquecimento e Umidificação Transformações Psicrométricas 6 Aquecimento e Umidificação Desumidificação Fator de Calor Sensível O Fator de Calor Sensível R é definido pela relação entre o calor sensível e o calor total R qs qtot hA hB hA hB Ponto A representa as propriedades do ar de bypass Ponto D representa as propriedades do ar desumidificado com φ100 em contato direto com a serpentina de resfriamento Ponto B representa as propriedades do ar resultante da mistura de A com D ar que sai da serpentina de resfriamento Ponto A representa as propriedades do ar no ponto B ao ser aquecido ie ao receber apenas calor sensível hA é a entalpia do ponto A hA é a entalpia do ponto A hB é a entalpia do ponto B O Fator de Calor Sensível é particularmente importante para os cálculos de condicionamento do ar e para a seleção dos equipamentos necessários Exemplo Considere o calor latente da água 06 kcalg A Tb26C φ50 Qsens 20000 kcalh Qsens ṁcΔT 20000 kcal ṁc2620 C 20000 kcal ṁ 024 kcalkg 2620 C ṁ 13887 kgh Resposta 20C insuf Qlat 10000 kcalh R Qsens Qtot R 20000 066 300000 ti C tA ti C ṁ kgh Δx g água kg ar Ponto no Diagrama Uma vazão de 6400 m³h de ar atravessa uma serpentina elétrica que libera 12kW de potência de aquecimento Se a temperatura de entrada do ar foi de 15C e UR de 50 calcule qual a TBS final e qual entalpia do ar na saída Considere que a densidade do ar na entrada da serpentina é de 1225 kgm³ ρ A Tbs26C φ50 O ar de uma sala atravessa uma serpentina de resfriamento e desumidificação SRD Calcule qual a capacidade da SRD se a condição de entrada foi de TBS 30ºC e UR de 50 e a de saída foi de 20ºC e UR de 40 A vazão do ar que atravessou a serpentina foi de 7200m³h Exemplo Dada a instalação a seguir sabese que um fluxo de massa de ar externo 1 07kgs é misturado com outro fluxo de ar de retorno 45kgs As condições do ar externo E ou ponto 1 são TBS32C e umidade relativa 60 Já o ar de retorno 2 apresenta as seguintes condições iguais ao ar de exaustão 2 TBS25C e 50 Sabendo ainda que a carga térmica sensível ambiente 12kW e a carga térmica latente 2kW AMBIENTE CLIMATIZADO RETORNO SERPENTINA DE RESFRIAMENTO E DESUMIDIFICAÇÃO VENTILADOR AR EXTERNO EXAUSTÃO CARGA TÉRMICA MISTURA 4 3 2 2 1 2 Calcule a qual a temperatura do ar de insuflamento b a capacidade da serpentina de resfriamento e desumidificação c a quantidade de água retirada pela serpentina de resfriamento e desumidificação dotm1 dotm2 dotm3 dotQserp 338 extkW w3 111 extgkg Exemplo O primeiro passo é marcar os pontos conhecidos na carta psicrométrica e encontrar as propriedades h1 79kJkgar e h2 505 kJkgar Depois devemos realizar um balanço de massa e energia na mistura onde determinamos o fluxo de massa de entrada na serpentina de resfriamento e a entalpia do ponto 3 através da lei da linha reta que diz que o ponto 3 está localizado sobre uma reta entre 1 e 2 a CT kJ kg m q m h h 47 8 25 14 50 5 25 4 2 2 4 kJ kga h 54 3 25 50 5 54 79 70 3 A entalpia do ponto 4 é calculada através de um balanço de energia no amb Para encontrar a temperatura de insuflamento 4 devese calcular o Fator de calor sensível 1214085 definido como a carga térmica sensível sobre a carga térmica total e traçar uma reta a partir do ponto 2 na carta psicrométrica A inclinação da reta é definida pelo valor 085 encontrado no semicírculo interno localizado no canto superior esquerdo da carta Desta forma no cruzamento da linha do FCS e linha de entalpia 478kJkg encontramos o ponto 4 que tem TBS4228C A capacidade da serpentina de resfriamento e desumidificação é calculada por um balanço de energia na serpentina da forma Lembre se que a energia se conserva logo a energia que entra com o fluxo de ar é igual a energia retirada pela serpentina mais a energia que sai com o fluxo de ar Resumo dos Processos Psicométricos Aquecimento A Resfriamento R Umidificação U Desumidificação D Umidificação Adiabática RU com h constante Desumidificação Química AD TBU h TBS v UA UR Bibliografia httpwwwfemunicampbrem313paginastextosapostilahtm Moran Shapiro Munson and Dewitt Introdução à Engenharia de Sistemas Térmicos LTC 2005 Schmidt F W Henderson R E Wolgemuth C H Introdução às Ciências Térmicas Editora Edgar Blücher Ltda 1996 Slides de SEL0437 Eficiência Energética Disponível em Slides Escola Politécnica USP Disponível em
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Psicrometria Prof MSc Guilherme Bueno A de Oliveira Agenda Curiosidades Componentes dos Sistemas de Refrigeração Propriedades psicrométricas do ar Célula de Peltier curiosidade Vídeo informativo Seebeck Peltier Effect How Thermocouples Peltier Cells work YouTube httpswwwyoutubecomwatchvPccE4WcfnAw Célula de Peltier curiosidade Efeito Peltier Fenômeno em que uma corrente elétrica que flui através de uma junção de dois materiais diferentes causa uma transferência de calor através da junção assim como o inverso Uma célula Peltier é composta normalmente de dois semicondutores um dos quais é dopado com portadores de carga positiva tipo p e o outro com portadores de carga negativa tipo n Esses dois semicondutores são colocados um sobre o outro com o material tipo p e o tipo n em contato um com o outro Quando uma tensão é aplicada à célula Peltier uma corrente elétrica flui através da junção entre os dois materiais À medida que a corrente flui elétrons se movem do semicondutor tipo n para o semicondutor tipo p e lacunas falta de elétrons se movem na direção oposta Isso cria uma diferença de temperatura através da junção com um lado se tornando mais frio e o outro lado se tornando mais quente A direção da transferência de calor pode ser revertida invertendose a polaridade da tensão aplicada Isso significa que uma célula Peltier pode ser usada como um cooler termoelétrico ou um gerador termoelétrico dependendo da direção do fluxo de corrente As células Peltier são comumente usadas em aplicações onde é necessária uma precisão no controle de temperatura como em sistemas de refrigeração para eletrônicos equipamentos de laboratório e dispositivos médicos Elas também são usadas em geradores termoelétricos para converter calor desperdiçado em energia elétrica Ciclos curiosidade Ciclo Otto Ciclos curiosidade Ciclo Diesel Ciclos curiosidade Ciclo Stirling Turbina Carro Psicrometria Psicrometria A psicrometria é definida como O ramo da física relacionado com a medida ou determinação das condições do ar atmosférico particularmente com respeito à mistura ar seco vapor dágua Aquela parte da ciência que está de certa forma intimamente preocupada com as propriedades termodinâmicas do ar úmido dando atenção especial às necessidades ambientais humanas e tecnológicas O conhecimento das condições de umidade e temperatura do ar é de grande importância Conforto térmico que depende tanto da quantidade de vapor presente no ar do que propriamente da temperatura Conservação de produtos como frutas hortaliças ovos e carnes em câmaras frigoríficas depende da manutenção da umidade relativa adequada no ambiente A perda de peso depende da umidade do ar na câmara de estocagem Se a umidade é baixa a perda de peso é elevada e viceversa Aplicações da psicrometria controle de clima em especial em condicionamento de ar para conforto térmico condensação em superfícies frias o orvalho sobre a grama em uma manhã fria a água sobre a superfície externa de um copo de cerveja etc O resfriamento evaporativo Os rastros brancos deixados pelas turbinas dos aviões Conforto Térmico O Conforto térmico é o estado mental que expressa satisfação do com o ambiente térmico que o circunda o homem ASHRAE American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers A não satisfação com o ambiente térmico pode ser causada pela sensação de desconforto pelo calor ou pelo frio Quando o balanço térmico não é estável ou seja quando há diferenças entre o calor produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente Neutralidade térmica Neutralidade térmica Estado físico no qual todo o calor gerado pelo organismo através do metabolismo seja trocado em igual proporção com o ambiente ao redor não havendo nem acúmulo de calor nem perda de calor Conforto térmico Neutralidade térmica neutralidade térmica é uma condição necessária mas não suficiente para que uma pessoa esteja em conforto térmico Um indivíduo que estiver exposto a um campo assimétrico de radiação pode muito bem estar em neutralidade térmica porém não estará em conforto térmico VARIÁVEIS DE CONFORTO TÉRMICO TEMPERATURAS CORPORAIS Cada indivíduo possui uma temperatura corporal neutra na qual não precisa utilizar seus mecanismos de termoregulação isto é aquela em que não prefira sentir nem mais frio nem mais calor no ambiente situação de neutralidade térmica CONDIÇÕES RELACIONADAS AO CONFORTO TÉRMICO As condições do ambiente relacionadas com o conforto são Temperatura do ar Temperatura radiante média Umidade relativa do ar Velocidade do ar A influência dos quatro parâmetros na perda ou ganho de energia não é igual sendo que a temperatura do ar e temperatura radiante média tem a maior importância Porem não é suficiente medir só um deles RS Trabalho leve e o indivíduo sentado é de 190C Trabalho muito pesado de 15 a 16oC Norte da Finlândia de 143C a 173C Atenas de 227C a 257C Ar atmosférico O ar atmosférico é composto de uma mistura de 4 componentes principais gases com traços de um número de outros e vapor dágua A composição do ar seco apenas os 4 componentes é relativamente constante variando levemente com o tempo localização e altitude É razoável considerar todos os gases como uma substância homogênea ar seco mas tratar o vapor dágua separadamente porque este é passível de condensação nas condições de pressão e temperatura encontradas na atmosfera Definições Fundamentais e Conceitos Básicos Ar seco e úmido o ar seco é a mistura dos vários gases que compõem o ar atmosférico como nitrogênio oxigênio gás carbônico e outros que formam mistura homogênea para uma grande faixa de temperaturas O ar é úmido quando além da mistura de gases tem vapor dágua que pode saturar à temperaturas ambiente e então condensar Lei de Dalton a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões parciais de cada um dos componentes Pressão parcial pressão que cada componente exerceria se à mesma temperatura ocupasse sozinho todo o volume da mistura AR SECO Por definição ar seco dry air é a mistura dos gases que constituem o ar atmosférico com exclusão do vapor dágua ie quando todo o vapor dágua e os contaminantes são removidos do ar atmosférico Extensivas medições têm mostrado que a composição do ar seco é relativamente constante tendo pequenas variações na quantidade dos componentes com o tempo localização geográfica e altitude A massa molecular aparente do ar seco é 289645 kgkgmol e a do vapor dágua é de 1801528 kgkgmol ambas na escala do carbono 12 AR ÚMIDO A mistura ar seco vapor dágua é denominada de ar úmido moist air ou de mistura binária binary mixture de ar seco e vapor dágua A quantidade de vapor dágua presente na mistura pode variar de zero até um valor correspondente à condição de saturação Isso corresponde à quantidade máxima de vapor dágua que o ar pode suportar em determinada condição de temperatura Definindo AR SATURADO é uma mistura de ar seco e de vapor dágua saturado Mais precisamente é o vapor dágua que é saturado e não o ar AR NÃO SATURADO é uma mistura de ar seco e vapor dágua superaquecido LEI DOS GASES A partir de agora o ar atmosférico será considerado como uma mistura de dois gases perfeitos ou seja pv RT CpdhdT A entalpia h é uma função somente da temperatura T LEI DE DALTON No modelo de Dalton considerase que cada componente da mistura ocupa todo o volume e está na temperatura da mistura Considerase também que tanto a mistura como os componentes comportamse como gases ideais A Lei de Dalton diz que a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões parciais de cada um dos componentes A pressão parcial é a pressão que cada componente exerceria se à mesma temperatura ocupasse sozinho todo o volume da mistura Fração molar e fração mássica uma mistura gasosa de c i 1c componentes está contida em um volume V sua temperatura é T e a pressão P Se seu peso molecular é m sua massa é M e seu número de moles é n temse M M1 M2 Mc ΣMi n n1 n2 nc Σni fração massica xi MiM fração molar xi nin O peso molecular é a média ponderada de todos os componentes m Σnimi Σni Σxini As propriedades da mistura são descritas pela combinação média ponderada das propriedades dos componentes P P1 P2 Pc ΣPi Isto é a pressão parcial é a contribuição de cada componente na formação da pressão total da mistura Lei de Dalton Lei de Dalton A pressão parcial é exata em misturas de gases ideais Note então que a Lei de Dalton ou melhor Regra de Dalton não é propriamente uma Lei Termodinâmica pois não se aplica universalmente a todas as misturas gasosas só é válida para gases ideais e quando a mistura também for um gás ideal O T acima é a temperatura de bulbo seco da mistura a temperatura do gás indicada por um termômetro comum sem condensação na superfície do bulbo e também não exposto à radiação Composição do ar seco ar ao nível do mar Patm PN2 PO2 PAr Pv Par Pv A pressão atmosférica como a soma da pressão parcial dos vários componentes do ar admitido como gás perfeito homogêneo e do vapor de água Umidade Absoluta Ar nãosaturado ou mistura nãosaturada mistura de ar seco e vapor de água superaquecido Ar saturado ou mistura saturada mistura de ar seco e vapor de água saturado estado de equilíbrio entre o ar úmido e as fases líquida e vapor da água Umidade ou saturação Absoluta ar v m m w ar v v ar ar ar v v P P R R V R T P P V R T w v atm v P P P w 0 622 Umidade ou saturação Relativa Diagrama T x s para o ar A umidade relativa é a razão entre a quantidade de vapor de água existente em um certa massa de ar e aquela que ele teria se estivesse saturado à mesma temperatura Logo também é a razão entre Pv e Ps t As funções de estado de misturas de gases ideais são calculadas com a Lei de Gibbs Se a mistura atende a Regra de Dalton podese calcular por exemplo a entalpia H ΣHi Σ mi hi ou ainda o calor específico a pressão constante isto é o gradiente da entalpia em relação à temperatura wC dT w dh w h dT d dT dh C P i P i P P P i i i é a média ponderada pela saturação umidade absoluta de cada um dos componentes da mistura Propriedades funções de estado de misturas de gases ideais Entalpia Específica do Ar gás Úmido v v ar ar v ar m h h m H H H v ar v ar v ar w h h h m m h h T c h h T c h p v lv v p ar ar T c w h T c h p v lv p ar Volume Específico do Ar gás Úmido v atm ar ar ar ar P P T R P T R m V v atm ar P R T w v 16078 1 Temperatura do gás ou do ar indicada por um termômetro comum sem condensação na superfície do bulbo não exposto à radiação Temperatura de Bulbo Seco T ou TBS Saturação Adiabática Há uma única temperatura da água no equipamento que produzirá ar saturado na saída com esta mesma temperatura Temperatura de bulbo úmido termodinâmica ou temperatura de saturação adiabática Temperatura da água no equipamento no saturador adiabático Assim a temperatura de saturação adiabática é uma propriedade termodinâmica Temperatura de Orvalho To Temperatura à qual o vapor dágua se condensa quando resfriado a pressão e umidade absoluta constantes Psicrômetro A Carta Psicométrica A Carta Psicrométrica A Carta Psicrométrica Umidade Absoluta A Carta Psicrométrica Feira de Sant T23C Φ84 T0205C Tm21C h61 kJkg W15 grkgans v0862 m³kg No text available Determinação das propriedades do ar Supondose para efeito de exemplo que as temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido de um determinado ambiente 25C e 21C respectivamente tenham sido determinadas por meio de um psicrômetro podese obter de uma carta psicrométrica as principais propriedades do ar úmido Seja a carta psicrométrica de Carrier tendo as duas temperaturas achase o ponto de interseção das linhas Exemplo preencha a tabela Below 0C Properties and Enthalpy Deviation Lines Are For Ice Temperatura Normal Pressão Barométrica 101325 kPa Transformações Psicrométricas 1 Mistura Adiabática de duas correntes de Ar Úmido 2 e 3 Aquecimento e Resfriamento Seco sem Desumidificação 4 Resfriamento com Desumidificação 5 Resfriamento e Umidificação 6 Aquecimento e Umidificação Transformações Psicrométricas 1 Mistura Adiabática de Duas Correntes de Ar Úmido 3 2 1 2 2 1 1 h m m h m h m ar ar ar ar 3 2 1 2 2 1 1 w m m w m w m ar ar ar ar Massa Energia Transformações Psicrométricas Aquecimento e Resfriamento Sensível ou 2 e 3 Aquecimento e Resfriamento Seco sem evaporação condensação 1 2 T c T q m Q p s 1 2 1 2 T w T c T T c q p v p ar s Da Eq da Energia só calor sensível Mas o ar úmido é uma mistura de ar seco e vapor de água O ar com propriedades termodinâmicas no ponto de estado definido por tBS25C e tBU20C sofre um processo de aquecimento até a temperatura de 46C Em outro processo o ar do ponto 1 sofre resfriamento até a temperatura de 20C Transformações Psicrométricas Indicação da temperatura da superfície da serpentina e da velocidade do ar requeridas para as trocas sensível e latente calculadas em projeto 4 Resfriamento e Desumidificação Transformações Psicrométricas 5 Resfriamento e umidificação 2 1 2 1 T T T T Eficiência de Saturação Transformações Psicrométricas 6 Aquecimento e Umidificação Transformações Psicrométricas 6 Aquecimento e Umidificação Desumidificação Fator de Calor Sensível O Fator de Calor Sensível R é definido pela relação entre o calor sensível e o calor total R qs qtot hA hB hA hB Ponto A representa as propriedades do ar de bypass Ponto D representa as propriedades do ar desumidificado com φ100 em contato direto com a serpentina de resfriamento Ponto B representa as propriedades do ar resultante da mistura de A com D ar que sai da serpentina de resfriamento Ponto A representa as propriedades do ar no ponto B ao ser aquecido ie ao receber apenas calor sensível hA é a entalpia do ponto A hA é a entalpia do ponto A hB é a entalpia do ponto B O Fator de Calor Sensível é particularmente importante para os cálculos de condicionamento do ar e para a seleção dos equipamentos necessários Exemplo Considere o calor latente da água 06 kcalg A Tb26C φ50 Qsens 20000 kcalh Qsens ṁcΔT 20000 kcal ṁc2620 C 20000 kcal ṁ 024 kcalkg 2620 C ṁ 13887 kgh Resposta 20C insuf Qlat 10000 kcalh R Qsens Qtot R 20000 066 300000 ti C tA ti C ṁ kgh Δx g água kg ar Ponto no Diagrama Uma vazão de 6400 m³h de ar atravessa uma serpentina elétrica que libera 12kW de potência de aquecimento Se a temperatura de entrada do ar foi de 15C e UR de 50 calcule qual a TBS final e qual entalpia do ar na saída Considere que a densidade do ar na entrada da serpentina é de 1225 kgm³ ρ A Tbs26C φ50 O ar de uma sala atravessa uma serpentina de resfriamento e desumidificação SRD Calcule qual a capacidade da SRD se a condição de entrada foi de TBS 30ºC e UR de 50 e a de saída foi de 20ºC e UR de 40 A vazão do ar que atravessou a serpentina foi de 7200m³h Exemplo Dada a instalação a seguir sabese que um fluxo de massa de ar externo 1 07kgs é misturado com outro fluxo de ar de retorno 45kgs As condições do ar externo E ou ponto 1 são TBS32C e umidade relativa 60 Já o ar de retorno 2 apresenta as seguintes condições iguais ao ar de exaustão 2 TBS25C e 50 Sabendo ainda que a carga térmica sensível ambiente 12kW e a carga térmica latente 2kW AMBIENTE CLIMATIZADO RETORNO SERPENTINA DE RESFRIAMENTO E DESUMIDIFICAÇÃO VENTILADOR AR EXTERNO EXAUSTÃO CARGA TÉRMICA MISTURA 4 3 2 2 1 2 Calcule a qual a temperatura do ar de insuflamento b a capacidade da serpentina de resfriamento e desumidificação c a quantidade de água retirada pela serpentina de resfriamento e desumidificação dotm1 dotm2 dotm3 dotQserp 338 extkW w3 111 extgkg Exemplo O primeiro passo é marcar os pontos conhecidos na carta psicrométrica e encontrar as propriedades h1 79kJkgar e h2 505 kJkgar Depois devemos realizar um balanço de massa e energia na mistura onde determinamos o fluxo de massa de entrada na serpentina de resfriamento e a entalpia do ponto 3 através da lei da linha reta que diz que o ponto 3 está localizado sobre uma reta entre 1 e 2 a CT kJ kg m q m h h 47 8 25 14 50 5 25 4 2 2 4 kJ kga h 54 3 25 50 5 54 79 70 3 A entalpia do ponto 4 é calculada através de um balanço de energia no amb Para encontrar a temperatura de insuflamento 4 devese calcular o Fator de calor sensível 1214085 definido como a carga térmica sensível sobre a carga térmica total e traçar uma reta a partir do ponto 2 na carta psicrométrica A inclinação da reta é definida pelo valor 085 encontrado no semicírculo interno localizado no canto superior esquerdo da carta Desta forma no cruzamento da linha do FCS e linha de entalpia 478kJkg encontramos o ponto 4 que tem TBS4228C A capacidade da serpentina de resfriamento e desumidificação é calculada por um balanço de energia na serpentina da forma Lembre se que a energia se conserva logo a energia que entra com o fluxo de ar é igual a energia retirada pela serpentina mais a energia que sai com o fluxo de ar Resumo dos Processos Psicométricos Aquecimento A Resfriamento R Umidificação U Desumidificação D Umidificação Adiabática RU com h constante Desumidificação Química AD TBU h TBS v UA UR Bibliografia httpwwwfemunicampbrem313paginastextosapostilahtm Moran Shapiro Munson and Dewitt Introdução à Engenharia de Sistemas Térmicos LTC 2005 Schmidt F W Henderson R E Wolgemuth C H Introdução às Ciências Térmicas Editora Edgar Blücher Ltda 1996 Slides de SEL0437 Eficiência Energética Disponível em Slides Escola Politécnica USP Disponível em