Análise de Sistemas de Desumidificação e Resfriamento

Resfriamento com Desumidificação Prof Me André Chiconi Rialto Desumidificação e Resfriamento Ar quente e úmido entra em um sistema de resfriamento se o canal for suficientemente o ar irá atingir a temperatura de orvalho Um maior resfriamento causa a condensação da água que segue com 100 da umidade relativa até atingir o ponto 2 O ar frio entra em contato com o ar quente da sala ou ainda passa por um aquecedor para atingir um maior conforto térmico Desumidificação e Resfriamento Desumidificação e Resfriamento Para analisar os sistemas apresentados anteriormente vamos fazer um balanço de massa e de energia em um sistema genérico Primeiro será realizado o balanço de massa do ar seco 𝑚𝑎1 𝑚𝑎2 𝑚𝑎1 𝑚𝑎2 𝑚𝑎 Desumidificação e Resfriamento Então o balanço de massa de água assumindo a subtração de massa de água Podemos escrever a massa de vapor através da umidade específica por 𝑚𝑣 𝜔 𝑚𝑎 Logo 𝑚𝑣1 𝑚𝑤 𝑚𝑣2 𝑚𝑤 𝑚𝑎𝜔1 𝜔2 𝑚𝑤 𝑚𝑎 𝜔1 𝜔2 Desumidificação e Resfriamento Podemos fazer o balanço de energia em regime permanente no sistema considerando a troca de calor com a serpentina Assumindo que não há trabalho troca de calor desprezível com a vizinhança e descartando os efeitos de energia potência e cinética termos então 0 𝑚𝑡 ℎ𝑖 ℎ𝑒 𝑚𝑎ℎ𝑎1 𝑚𝑣1ℎ𝑣1 𝑚𝑤ℎ𝑤 𝑚𝑎ℎ𝑎2 𝑚𝑣2ℎ𝑣2 Desumidificação e Resfriamento Podemos estimar a entalpia de água como se fossem entalpia de vapor saturado e podemos reescrever as massas de vapor em função da sua umidade específica sendo assim o balanço pode ser reescrito por 0 𝑚𝑡 ℎ𝑖 ℎ𝑒 𝑚𝑎 ℎ𝑎1 ℎ𝑎2 𝜔1ℎ𝑔1 𝜔2ℎ𝑔2 𝜔1 𝜔2 ℎ𝑓2 𝑚𝑡 𝑚𝑎 ℎ𝑎1 ℎ𝑎2 𝜔1ℎ𝑔1 𝜔2ℎ𝑔2 𝜔1 𝜔2 ℎ𝑓2 ℎ𝑖 ℎ𝑒 Desumidificação e Resfriamento Pela carta psicrométrica podemos utilizar a seguinte equação 𝑄𝑟𝑒𝑠 𝑚𝑎 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 1 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 2 𝜔1 𝜔2 ℎ𝑤 Exemplo 1 Um sistema de condicionamento de ar deve tomar o ar a 1 atm 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 aquecimento em kJkg de ar seco Entrada 34 C e 70 Após Refrigeração Após Aquecedor 22 C e 50 ℎ3 43 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝜔3 00083 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 ℎ1 95 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝜔1 000238 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑇𝑤 10C ℎ𝑤 42𝑘𝐽𝑘𝑔 ℎ2 32 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑇2 11𝐶 𝑞𝑟𝑒𝑠 6325 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑞𝑎𝑞 43 32 𝑞𝑎𝑞 11 𝑘𝐽𝑘𝑔 Exemplo 2 O ar atmosférico no interior de um automóvel entra na seção do evaporador do condicionador de ar a 1 atm 27 C e 50 de umidade relativa O ar retorna ao automóvel a 10 C e 80 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 diagrama psicrométrico do ar atmosférico que escoa pelo processo de condicionamento de ar Determine a as temperaturas de ponto de orvalho e de bulbo úmido na entrada da seção do evaporador em C b a taxa de transferência de calor necessária entre o ar atmosférico e o fluido do evaporador em kW c a taxa de condensação do vapor de água na seção do evaporador em kgmin Entrada 27 C e 50 Após Refrigeração 10 C e 80 ℎ2 275 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝜔2 00068 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 ℎ1 545 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝜔1 0011 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑇𝑤 10C ℎ𝑤 42𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1 0867 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑇𝑏𝑢1 195C 𝑇𝑝𝑜1 155C 𝑄𝑟𝑒𝑠 𝑚𝑎 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 1 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 2 𝜔1 𝜔2 ℎ𝑤 Entrada 27 C e 50 Após Refrigeração 10 C e 90 ℎ2 275 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝜔2 00068 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 ℎ1 545 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝜔1 0011 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑇𝑤 10C ℎ𝑤 42𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1 0867 𝑘𝑔 á𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑇𝑏𝑢1 195C 𝑇𝑝𝑜1 155C 𝑚 𝑉 𝑣 𝑚 10 0867 1153𝑘𝑔𝑚𝑖𝑛 𝑄𝑟𝑒𝑠 1153545 275 0011 00068 42 𝑄𝑟𝑒𝑠 30923 𝑘𝐽𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑤 𝜔1 𝜔2 𝑚𝑎 𝑚𝑤 00111 00068 1153 𝑚𝑤 00496 𝑘𝑔𝑚𝑖𝑛