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Engenharia Mecânica ·
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Definida como o ramo da física relacionado com a medição das condições do ar atmosférico principalmente com respeito à mistura ar seco vapor dágua Willis Carrier No início do século XX um engenheiro alemão Richard Mollier inventou um método gráfico no qual foram colocadas as propriedades de várias misturas de ar e vapor de água Esse método ganhou diferentes nomes conforme o pais que foi empregado diagrama ix diagrama de Mollier ou Carta Psicométrica Nos Estados Unidos o crédito da invenção foi dado a Willis Carrier Psicrometria Os Aeronautas 2019 Temperatura de bulbo secooC Temperatura de bulbo úmidooC Temperatura do ponto de orvalhooC Umidade relativa Razão de mistura gkg Pressão de vaporkPa Pressão de vapor de saturaçãokPa Pressão atmosféricakPa EntalpiakJkg Volume específicom3kg Diagrama psicrometrico Temperatura de bulbo seco TBS é a temperatura do ar medida com um termômetro comum Temperatura de bulbo úmido TBU Essa temperatura tem essa denominação pelo fato do bulbo do termômetro estar úmido quando é feita a leitura da temperatura Umidade relativa UR é a razão entre a quantidade de umidade no ar e a quantidade máxima que ele pode conter na mesma temperatura Umidade Absoluta w Razão de quantidade de água em 01 kg de ar seco Temperatura de ponto de orvalho TPO é a temperatura a qual o ar deve ser resfriado para que a condensação de água se inicie Entalpia Quantidade de energia por unidade de massa kJkg TBS 10C UR 100 TBS 20C TBS 30C TBS 40C TBU XX C UR XX H XX kJKg w XX KgKg Exercício Aquecendo o Ar P1 P2 P3 P4 TBU XX C UR XX H XX kJKg w XX KgKg Exercício Resfriando o Ar TBS 40C UR 50 TBS 19C P1 P2 Exemplos práticos Por que garrafas de água após serem tiradas da geladeira parecem suar Simples quando o ar se choca com uma superfície de temperatura igual ou inferior a TPO Temperatura de Ponto de Orvalho o vapor contido nele condensa Vejamos exemplos e como determinar Qual o TPO para o ar deTBS 25C e UR 60 TPO 16C E para 25C a UR 100 TPO 25C TPO 19C TBU XX C UR XX H XX kJKg w XX KgKg Exercício Resfriando o Ar Além do PONTO DE ORVALHO TBS 40C UR 50 TBS 15C P1 P2 A neblina TBS 15C UR 100 w 106 g kg TBS 30C UR 60 w 160 g kg Aumento da capacidade do ar em absorver vapor dagua h 711 kJkg h 420 kJkg Transferência de MASSA e ENERGIA 1 Lei da termodinâmica TBU 15C TBU 214C Mistura de ar 𝑄1 3 𝑚3ℎ 𝑄2 1 𝑚3ℎ 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 4 𝑚3ℎ 𝑇𝐵𝑆𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 3 4 14 1 4 35 𝑇𝐵𝑆𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 19 𝐶 ESTUDO DE CASO Um galpão distribuidor na região de CAJAMAR está com problemas com as baixas temperaturas registradas no período da manhã as rodas das empilhadeiras automáticas escorregam por causa do orvalho o que provoca atraso no processo Dados de entrada Medições Menor Temperatura 17C Umidade relativa máxima 90 Área do Galpão 50 x 70 m 70 m pé direito Precisamos RENOVAR o ar desse GALPÃO deixando o ar que entra em uma condição aceitável para operação Há exaustores com vazão toral de 70000 m3h já instalados ESTUDO DE CASO Segundo a NR17 do Ministério do Trabalho a temperatura do ambiente de trabalho deve ficar entre 20 e 23 graus centígrados com umidade relativa entre 40 e 60 Para a TEMPERATURA e UMIDADE temos NBR 16401 VAMOS TRABALHAR COM TBS 22C UR 50 Quantas vezes esse ar deve ser renovado Se não temos a descrição exata usamos uma próxima na pior situação VAMOS TRABALHAR COM 12 renovação por hora Dimensionamento 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝐴𝑚𝑏 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑥 𝐿𝑎𝑑𝑜 x 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 50 𝑥 70 x 70 metros QVol 24500 𝑚3 x 12 renovaçãohora 294000 𝑚3 ℎ𝑜𝑟𝑎 Quantidade de Ar 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑠𝑝 𝑑𝑜 𝑎𝑟 ρ 127 𝐾𝑔 𝑚3 𝑄𝑚𝑎𝑠 294000 𝑚3 ℎ𝑜𝑟𝑎 x 127 𝐾𝑔 𝑚3 37338000 𝐾𝑔 ℎ𝑜𝑟𝑎 CARTA PSICROMETRICA 22C 65 17C 90 CARTA PSICROMETRICA 22C 65 17C 90 Dimensionamento Psicrométria ENTRADA Temperatura de bulbo secooC 170 Umidade relativa 9000 EntalpiakJkg 4500 SAÍDA Temperatura de bulbo secooC 220 Umidade relativa 6500 EntalpiakJkg 485 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑄𝑚𝑎𝑠 x ℎ𝑎𝑟 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 294000 𝑘𝑔 ℎ𝑜𝑟𝑎 x 485 450 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 1029000 𝑘𝑗 ℎ 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 2858 Τ 𝑘𝑗 𝑠 ou 2858 kW DESUMIDIFICAÇÃO COM REAQUECIMENTO h1 h2 8025 kJh Essa é a potência do desumidificador Se quisermos saber a capacidade do aquecedor heater que vai fornecer calor ao ar até o ponto desejado no ambiente teremos de fazer outro balanço energético entalpia do ar entrando no aquecedor h₂ calor entrando entalpia do ar saindo h₃ ou calor entrando h₃ h₂ h₃ 5065 kJkg da carta psicométrica h₃ 5065 150 75975 kJh calor entrando 75975 5625 19725 kJh Se desejarmos à potência da resistência elétrica em kW para fornecer esse calor em 1 hora podemos calcular a partir da relação 1 kW 1 kJs Admitindo o rendimento de 50 kW 19725 3600 05 109 kW EXERCÍCIOS Dado ar a TBS 28C e TBU15C Determine na carta psicrométrica a Entalpia b Umidade específica c Umidade Relativa d Temperatura de Ponto de Orvalho CARACTERÍSTICAS DE UM EQUIPAMENTO DE AR CONDICIONADO Vamos avaliar Cap Sensível Cap Latente Capacidade Total Vazão Mássica Condensado gerado por Hora NA CARTA PSICROMETRICA 27C 19 C 35C 24 C Calor Sensível 27C 19 C 35C 24 C 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠 𝑉𝑣𝑜𝑙 𝑥 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝐶𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑥 𝑇𝑆𝑎𝑖 𝑇𝑒𝑛𝑡 𝑘𝐽 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑥 𝑘𝑔 𝑚3 𝑥 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐶 𝑥 𝐶 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 1201 kgm3 𝐶𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟 1019 kJkgK Massa de Condensado C 19 C 35C 24 C 𝑄𝐿𝑎𝑡 𝐶𝐿𝑎𝑡𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥 𝑀𝑎𝑠𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑥 𝑘𝑔 𝑚3 𝑥 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔𝑎𝑟 𝑀𝑎𝑠𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑉𝑣𝑜𝑙𝑥 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝑤𝑒𝑥 𝑤𝑖𝑛 Calor Latente 𝑘𝐽 ℎ 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 ℎ O calor latente de vaporização é 2260 kJkg Calor Total 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑄𝑆𝑒𝑛 𝑄𝐿𝑎𝑡 Compare os valores do fabricante com o valor calculado Se esse equipamento ficar ligado 8 horas por dia 20 dias por mês quanta água de reuso será gerada 27C 19 C 35C 24 C 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑣𝑜𝑙 𝑥 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝐻𝑒𝑛𝑡 𝐻𝑠𝑎𝑖 𝑘𝐽 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑥 𝑘𝑔 𝑚3 𝑥 𝑘𝐽 𝑘𝑔
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Definida como o ramo da física relacionado com a medição das condições do ar atmosférico principalmente com respeito à mistura ar seco vapor dágua Willis Carrier No início do século XX um engenheiro alemão Richard Mollier inventou um método gráfico no qual foram colocadas as propriedades de várias misturas de ar e vapor de água Esse método ganhou diferentes nomes conforme o pais que foi empregado diagrama ix diagrama de Mollier ou Carta Psicométrica Nos Estados Unidos o crédito da invenção foi dado a Willis Carrier Psicrometria Os Aeronautas 2019 Temperatura de bulbo secooC Temperatura de bulbo úmidooC Temperatura do ponto de orvalhooC Umidade relativa Razão de mistura gkg Pressão de vaporkPa Pressão de vapor de saturaçãokPa Pressão atmosféricakPa EntalpiakJkg Volume específicom3kg Diagrama psicrometrico Temperatura de bulbo seco TBS é a temperatura do ar medida com um termômetro comum Temperatura de bulbo úmido TBU Essa temperatura tem essa denominação pelo fato do bulbo do termômetro estar úmido quando é feita a leitura da temperatura Umidade relativa UR é a razão entre a quantidade de umidade no ar e a quantidade máxima que ele pode conter na mesma temperatura Umidade Absoluta w Razão de quantidade de água em 01 kg de ar seco Temperatura de ponto de orvalho TPO é a temperatura a qual o ar deve ser resfriado para que a condensação de água se inicie Entalpia Quantidade de energia por unidade de massa kJkg TBS 10C UR 100 TBS 20C TBS 30C TBS 40C TBU XX C UR XX H XX kJKg w XX KgKg Exercício Aquecendo o Ar P1 P2 P3 P4 TBU XX C UR XX H XX kJKg w XX KgKg Exercício Resfriando o Ar TBS 40C UR 50 TBS 19C P1 P2 Exemplos práticos Por que garrafas de água após serem tiradas da geladeira parecem suar Simples quando o ar se choca com uma superfície de temperatura igual ou inferior a TPO Temperatura de Ponto de Orvalho o vapor contido nele condensa Vejamos exemplos e como determinar Qual o TPO para o ar deTBS 25C e UR 60 TPO 16C E para 25C a UR 100 TPO 25C TPO 19C TBU XX C UR XX H XX kJKg w XX KgKg Exercício Resfriando o Ar Além do PONTO DE ORVALHO TBS 40C UR 50 TBS 15C P1 P2 A neblina TBS 15C UR 100 w 106 g kg TBS 30C UR 60 w 160 g kg Aumento da capacidade do ar em absorver vapor dagua h 711 kJkg h 420 kJkg Transferência de MASSA e ENERGIA 1 Lei da termodinâmica TBU 15C TBU 214C Mistura de ar 𝑄1 3 𝑚3ℎ 𝑄2 1 𝑚3ℎ 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 4 𝑚3ℎ 𝑇𝐵𝑆𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 3 4 14 1 4 35 𝑇𝐵𝑆𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 19 𝐶 ESTUDO DE CASO Um galpão distribuidor na região de CAJAMAR está com problemas com as baixas temperaturas registradas no período da manhã as rodas das empilhadeiras automáticas escorregam por causa do orvalho o que provoca atraso no processo Dados de entrada Medições Menor Temperatura 17C Umidade relativa máxima 90 Área do Galpão 50 x 70 m 70 m pé direito Precisamos RENOVAR o ar desse GALPÃO deixando o ar que entra em uma condição aceitável para operação Há exaustores com vazão toral de 70000 m3h já instalados ESTUDO DE CASO Segundo a NR17 do Ministério do Trabalho a temperatura do ambiente de trabalho deve ficar entre 20 e 23 graus centígrados com umidade relativa entre 40 e 60 Para a TEMPERATURA e UMIDADE temos NBR 16401 VAMOS TRABALHAR COM TBS 22C UR 50 Quantas vezes esse ar deve ser renovado Se não temos a descrição exata usamos uma próxima na pior situação VAMOS TRABALHAR COM 12 renovação por hora Dimensionamento 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝐴𝑚𝑏 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑥 𝐿𝑎𝑑𝑜 x 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 50 𝑥 70 x 70 metros QVol 24500 𝑚3 x 12 renovaçãohora 294000 𝑚3 ℎ𝑜𝑟𝑎 Quantidade de Ar 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒𝑠𝑝 𝑑𝑜 𝑎𝑟 ρ 127 𝐾𝑔 𝑚3 𝑄𝑚𝑎𝑠 294000 𝑚3 ℎ𝑜𝑟𝑎 x 127 𝐾𝑔 𝑚3 37338000 𝐾𝑔 ℎ𝑜𝑟𝑎 CARTA PSICROMETRICA 22C 65 17C 90 CARTA PSICROMETRICA 22C 65 17C 90 Dimensionamento Psicrométria ENTRADA Temperatura de bulbo secooC 170 Umidade relativa 9000 EntalpiakJkg 4500 SAÍDA Temperatura de bulbo secooC 220 Umidade relativa 6500 EntalpiakJkg 485 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑄𝑚𝑎𝑠 x ℎ𝑎𝑟 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 294000 𝑘𝑔 ℎ𝑜𝑟𝑎 x 485 450 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 1029000 𝑘𝑗 ℎ 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 2858 Τ 𝑘𝑗 𝑠 ou 2858 kW DESUMIDIFICAÇÃO COM REAQUECIMENTO h1 h2 8025 kJh Essa é a potência do desumidificador Se quisermos saber a capacidade do aquecedor heater que vai fornecer calor ao ar até o ponto desejado no ambiente teremos de fazer outro balanço energético entalpia do ar entrando no aquecedor h₂ calor entrando entalpia do ar saindo h₃ ou calor entrando h₃ h₂ h₃ 5065 kJkg da carta psicométrica h₃ 5065 150 75975 kJh calor entrando 75975 5625 19725 kJh Se desejarmos à potência da resistência elétrica em kW para fornecer esse calor em 1 hora podemos calcular a partir da relação 1 kW 1 kJs Admitindo o rendimento de 50 kW 19725 3600 05 109 kW EXERCÍCIOS Dado ar a TBS 28C e TBU15C Determine na carta psicrométrica a Entalpia b Umidade específica c Umidade Relativa d Temperatura de Ponto de Orvalho CARACTERÍSTICAS DE UM EQUIPAMENTO DE AR CONDICIONADO Vamos avaliar Cap Sensível Cap Latente Capacidade Total Vazão Mássica Condensado gerado por Hora NA CARTA PSICROMETRICA 27C 19 C 35C 24 C Calor Sensível 27C 19 C 35C 24 C 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠 𝑉𝑣𝑜𝑙 𝑥 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝐶𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑥 𝑇𝑆𝑎𝑖 𝑇𝑒𝑛𝑡 𝑘𝐽 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑥 𝑘𝑔 𝑚3 𝑥 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐶 𝑥 𝐶 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 1201 kgm3 𝐶𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟 1019 kJkgK Massa de Condensado C 19 C 35C 24 C 𝑄𝐿𝑎𝑡 𝐶𝐿𝑎𝑡𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥 𝑀𝑎𝑠𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑥 𝑘𝑔 𝑚3 𝑥 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔𝑎𝑟 𝑀𝑎𝑠𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑉𝑣𝑜𝑙𝑥 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝑤𝑒𝑥 𝑤𝑖𝑛 Calor Latente 𝑘𝐽 ℎ 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥 𝑘𝑔𝑎𝑔𝑢𝑎 ℎ O calor latente de vaporização é 2260 kJkg Calor Total 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑄𝑆𝑒𝑛 𝑄𝐿𝑎𝑡 Compare os valores do fabricante com o valor calculado Se esse equipamento ficar ligado 8 horas por dia 20 dias por mês quanta água de reuso será gerada 27C 19 C 35C 24 C 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑣𝑜𝑙 𝑥 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝐻𝑒𝑛𝑡 𝐻𝑠𝑎𝑖 𝑘𝐽 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑥 𝑘𝑔 𝑚3 𝑥 𝑘𝐽 𝑘𝑔