Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

(1)

Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia

Departamento de Engenharia Mecânica

TM-182 REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO

(2)

3. PSICROMETRIA

Procedimentos para solução dos problemas de climatização

1. Ler o problema cuidadosamente e listar os dados de entrada;

2. Desenhar o esboço do sistema e representá-lo na carta

psicrométrica;

3. Obter as propriedades termodinâmicas de todos os pontos

característicos do sistema através da carta ou tabelas de

propriedades;

4. Obter os parâmetros de saída exigidos pela aplicação das

equações de balanço de massa e energia para todos os

componentes ou para o sistema;

(3)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.1:

Recalcular o exemplo 2.12.2 utilizando o diagrama psicrométrico.

3.7 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS

DADOS

:

9

t

_bs

= 24

o

C

9

φ = 50%

SOLUÇÃO:

9

t

_bu

= 17,2

o

C

9

w = 9,3 g/kg ar seco

9

h = 49 kJ/kg ar seco

9

ν = 0,854 m3/ kg ar seco

9

t

_d

= 13

o

C

9

φ = 9,3/19 = 0,49

49 24 50 % 9,3 0,854 13 17,2 19

(4)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.3:

Seja o ar nas condições (1) externo t_bs = 38o_C,

t_bu = 30o_{C, misturado adiabaticamente com o ar (2) da sala, nas}

condições t_bs = 27o_{C, t}

bu = 18oC. Se as vazões mássicas de ar são

m_a2= 1360 g/s e m_a1= 910 g/s. Determinar as propriedades do ponto de mistura (3).

SOLUÇÃO:

3

3 seco

ar

g/kg

15,05

1360

910 23,8

1360

9,2

910 m

m

w

m

w

m

w

a2 a1 2 a2 1 a1 3

=

+

−

×

=

+

×

−

×

=

&

onde

9

t

_bu

= 23,5

o

C

9

h = 70 kJ/kg ar seco

9

ν = 0,884 m3/ kg ar seco

23,8 9,2 15,05 (38o_{C, 30}o_C) 1 2 (27o_{C, 18}o_C)

(5)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.5:

Calcular a capacidade de uma serpentina de aquecimento para aquecer em 11o_C, 1400 l/s de ar úmido nas condições iniciais de t_bs = 21o_{C e t} bu = 14,4oC. Se as

condições de água quente fornecida à serpentina para realizar este aquecimento são: - entrada 82o_{C e saída}

71o_{C). Calcular a vazão}

mássica de água necessária em kg/s. AR 21o_C 32o_C ÁGUA 82o_C 71o_C

A

B

21o_C ₃₂o_C 14,4o_C

(6)

3. PSICROMETRIA

SOLUÇÃO:

EXEMPLO 3.7.5:

A

B

(

)

(

)

kJ/s

19,15

41 -52,4

1400

1000

1,2

h

-h

V

ρ

h

m

P

_A _ar _ar _ar _B _A

=

×

=

∆

=

&

(

)

kg/s

0,42

71

82 4,19

19,15

m

T

c

m

Q

água água água água s

=

−

×

=

∆

=

&

h

_A

h

_B

onde

(7)

3. PSICROMETRIA

M (w_M ) (25o_{C, 50%)} S E (5o_{C, 40%)}

I’

32o_C I

S

E

E m& S m&

M

I1

I

m&

EXEMPLO 3.7.7:

Numa sala o calor sensível é igual a 11630 W e não há calor latente. A renovação de ar é de 50%, as condições internas na sala é de (25o_{C e 50%) e as condições}

externas (5o_{C e 40%). Difusão de 7}o_{C. Determinar a descarga}

de ar, as potências e a descarga de água.

(8)

3. PSICROMETRIA

SOLUÇÃO:

EXEMPLO 3.7.7:

a) Descarga de ar na sala:

(

) (

58 50,4

)

1,53

kg/s

0 11,36

h

Q

m

S I L S ar

₋

=

+

=

−

+

=

&

M (w_M ) (25o_{C, 50%)} S E (5o_{C, 40%)}

I’

32o_C I

seco

ar

g/kg

6,15

1,53

0,765

10 2,3

0,765

m

w

m

w

m

w

S E S S E E M

=

×

₊

−

×

=

×

−

×

=

&

c) Potência do Aquecedor:

(

)

(

)

kJ/s

,51

4

31 -57,5

1,53

h

-h

m

P

_A _ar _I' _M

0 =

=

&

d) Descarga de água no Lavador:

(

)

(

10 -

6,15

)

g/s

1,53

w

-w

m

D

_L _ar _I _I'

9 ,

5 =

=

&

b) Ponto de mistura:

(9)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.8:

Calcular a

capacidade de uma serpentina de resfriamento

para resfriar, ar úmido nas condições t_bs = 34o_{C e φ =}

30% até 26o_{C. Pede-se}

também a vazão mássica de água fria necessária para realizar este resfriamento se a água se aquece de 5o_C,

considerando-se uma vazão de ar de 500 l/s. AR 34o_C 26o_C ÁGUA ∆T=5o_C A (34o_{C, 30%)} B (26o_C)

(10)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.8:

A (34o_{C, 30%)} B (26o_C)

(

)

(

)

kJ/s

4,8

52 -60

500 1000

1,2

h

-h

V

ρ

h

m

P

B A ar ar ar A

=

×

=

∆

=

&

h

_B

h

_A

SOLUÇÃO:

(11)

3. PSICROMETRIA

a) Determinação da t

_bsS

:

C

19 t

_bsS

=

o

E

E m&

I

m& 90% E (32o_{C, 18}o_C)

h

_e

=h

_s S 19o_C

b) Rendimento do Lavador:

%

92,8

18

32

19

32 t

t

η

buS bsE bsS bsE

₌

−

=

−

=

EXEMPLO 3.7.9:

Ar úmido à t_bs = 32o_{C e t} bu = 18oC passa

através de um spray de água que o deixa na umidade de 90%. A água está à temperatura de 18o_C_{. Determinar a temperatura de}

bulbo seco do ar à saída do lavador, bem como o seu rendimento.

SOLUÇÃO:

(12)

3. PSICROMETRIA

SOLUÇÃO:

EXEMPLO 3.7.10:

Uma sala é servida por uma instalação de ar condicionado, cujas condições de acordo com a (fig. 12) a serem mantidas são: S ( t_bs = 27o_{C, t}

bu = 21oC), E ( tbs = 33oC ;

φ = 60%), Q_S = 8500 W; Q_L = 5800 W e na saída do RD φ = 90%. No sistema são empregados 25% de ar exterior. Determinar a vazão de ar insuflado, as cargas térmicas removidas pelo condicionador e a água retirada pela

serpentina do ar.

_S

S m& (33o_{C, 60%)} E S (27o_{C, 21}o_C) M (w_M ) 90% I FCSIS E m&

E

M

I

m&

(13)

3. PSICROMETRIA

SOLUÇÃO:

EXEMPLO 3.7.10:

a) FCS da sala:

0,6

8500

Q

FCS

L S S IS

=

₊

=

₊

=

M

S

E

I

C

16 t

_I

=

o ¾

Com FCS = 0,6, traço uma reta paralela

passando por S até interceptar φ = 90%

C

28,5

0,75

0,25

33 0,75

27 0,25

m

t

m

t

m

t

o S E S S E E M

=

+

×

−

×

=

+

×

−

×

=

&

(

) (

60,6

42

)

0,76

kg/s

5,8

8,5

h

Q

m

i S L S I

₋

=

+

=

−

+

=

&

b) Ponto I:

c) Ponto M:

d) Ar insuflado na sala:

(14)

3. PSICROMETRIA

SOLUÇÃO:

EXEMPLO 3.7.10:

e) Ar de retorno:

kg/s

0,192

m

0,25

m

kg/s

0,577

m

0,75

m

kg/s

0,76

m

I E I S E S I

=

×

=

×

=

∴

=

+

=

&

M

E

I

S

f) Carga térmica removida pelo condicionador de ar:

g) Água retirada pela serpentina devido

a desumidificação do ar:

(

h

-

h

)

0,769

(

66 -

42

)

18,46

kJ/s

m

Q

_total

=

&

_I _M _I

=

(

h

-

h

)

0,769

(

55 -

42

)

10 kJ/s

m

Q

_sensivel

=

&

_I _P _I

=

(

)

(

)

kJ/s

8,46

55 -66

0,769

h

-h

m

Q

_latente _I _M _P

=

&

(

w

-

w

)

0,769

(

14,7

-

10,5

)

3,23

g/s

m

D

_água

=

&

_I _M _I

=

P

sensivel

Q

latente

Q

(15)

3. PSICROMETRIA

M

S

E

I

I’

E

E m&

M

S

S m&

I1

I

m&

EXEMPLO 3.7.11:

De acordo com a (fig. 13) conhece-se as seguintes propriedades dos pontos: S (25o_{C, 50%) ; E (40}o_C,

50%); carga térmica, Q_S = 2300 W; Q_L = 2300 W, retorno de 30%, D = 10o_{C e na saída do RD φ = 90%. Calcular as}

capacidades dos equipamentos e a descarga de água.

(16)

3. PSICROMETRIA

SOLUÇÃO:

EXEMPLO 3.7.11:

a) FCS da sala:

0,5

2300

Q

FCS

L S S IS

=

₊

=

₊

=

M

S

E

I

I’

C

15

10

25 D

t

_I

=

S

−

=

−

=

o

C

35,5

0,3

0,7

40 0,3

25 0,7

m

t

m

t

m

t

o S E S S E E M

=

+

×

−

×

=

+

×

−

×

=

&

(

) (

50

30

)

0,23

kg/s

2,3

h

Q

m

I S L S I

₋

=

+

=

−

+

=

&

b) Ponto I:

c) Ar insuflado na sala:

d) Ponto M:

(17)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.11:

SOLUÇÃO:

e) Potência do RD:

(

h

-

h

)

0,23

(

86 -

23

)

14,49

kJ/s

m

P

_RD

=

&

_I _M _I'

=

M

S

E

I

I’

(

w

-

w

)

0,23

(

19,5

-

6

)

3,11

g/s

m

D

_água

=

&

_I _M _I'

=

e) Potência do Aquecedor:

(

)

(

)

kJ/s

1,73

23 -30,5

0,23

h

-h

m

P

_A _I _I _I'

=

&

g) Água retirada pela serpentina devido

a desumidificação do ar:

(18)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.14:

Seja uma instalação de ar condicionado com as seguintes características:

- aplicação: loja em Florianópolis; - condições externas: t_bs = 35o_{C; t}

bu = 24oC;

- condições internas: t_bs = 24o_{C; φ = 50 %;}

- calor sensível da sala = 58600 W; - calor latente da sala = 14700 W; - vazão de ar exterior = 950 l/s.

Determinar: a) A carga sensível e latente devido ao ar exterior; b) A carga total da sala;

c) A razão de calor sensível efetivo; d) A temperatura superficial efetiva; e) Vazão de ar insuflado;

(19)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.14:

(32o_C, 24o_C)

S

E

E m& S m&

M

I

m& (27o_C, 21o_C) Q_s= 58600 W Q_l= 14700 W

LOJA

v_E= 950 l/s

S

S m& E m&

E

M

I

m&

(20)

3. PSICROMETRIA

(32o_{C, 24}o_C) E S (24o_{C, 50%)} M (w_M ) t_se 10o_C FCS_ef=0,78 25,8o_C t_M 12,4o_C t_I I

EXEMPLO 3.7.14:

(21)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.14:

(

32

24 )

9120

W

950 1,2

t

V

1,2

Q

_SE

=

_E

∆

=

×

−

=

a) Carga sensível e latente do ar exterior:

(

15,5

9,4

)

17060

W

950 2,95

w

V

2,95

Q

_LE

=

_E

∆

=

×

−

=

b) Carga total removida pela serpentina:

W

67720

9120

58600

Q

_ST

=

+

=

0,78

17060

0,15

14700

9120

0,15

58600

9120

0,15

58600

Q

FCS

ef L ef S ef S ef

=

×

+

−

×

+

×

+

=

−

=

_Q

_BF

E S IS S ef S

=

+

×

BF

Q

E L IS L ef L

=

+

×

c) Fator de calor sensível efetivo:

W

31760

17060

14700

(22)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.14:

d) Temperatura superficial efetiva da serpentina:

¾

Obtêm-se o valor da t

_se

= 10

o

_{C, traçando uma reta paralela ao}

FCS

_ef

= 0,78, passando por S até interceptar φ = 100%

e) Vazão de ar insuflado:

l/s

4200

0,15)

-(1

10)

-(24

1,2

9120

0,15

58600

BF)

-(1

)

t

-(t

1,2

Q

V

se s Sef I

=

×

+

=

f) Condições de entrada e saída da serpentina:

C

25,8

4200

3250

24

32

950 V

V

t

V

t

o I S S E E M

=

×

−

×

=

×

−

×

=

(

t

)

10 0,15

(

25,8

10

)

12,4

C

BF

t

_I

=

_se

+

_M

−

_se

=

+

−

=

o

(23)

3. PSICROMETRIA

EXEMPLO 3.7.14:

(32o_C, 24o_C)

S

E

E m& S m&

M

I

m& (27o_C, 21o_C) Q_s= 58600 W Q_l= 14700 W

LOJA

V_E= 950 l/s (12,4o_C) V_I= 4200 l/s V_S= V_I-V_E =3250 l/s (25,8o_C) Q_SRD= 67720 W Q_lRD= 31760 W Q_SE= 9120 W Q_lE= 17060 W V_EXAUSTÃO= 950 l/s