Capítulo 2 Psicrometria Prof. João Pimenta

Texto

(1)Curso de Graduação em Engenharia Mecânica 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capítulo 2 Psicrometria Prof. João Pimenta. Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica. Laboratório de Ar Condicionado e Refrigeração.

(2) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Este material foi desenvolvido pelo Prof. João Pimenta, para aulas na disciplina obrigatória de graduação em engenharia mecânica Instalações Termomecânicas II (Ar condicionado).. Para fazer referência a este material, por favor utilize o seguinte : PIMENTA, João. Ar Condicionado: Psicrometria. Agosto a Dezembro de 2009. 123 slides. Notas de Aula. Apresentação MS PowerPoint.. Críticas, comentários, sugestões, etc. para pimenta@unb.br Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia ENM - Departamento de Engenharia Mecânica Brasília, Agosto-2009. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(3) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Conteudo 1. Introdução. 2. Parâmetros Psicrométricos 3. A Carta Psicrométrica 4. A Transferência de Calor e Massa 5. Saturação Adiabática e a Temperatura de Bulbo Úmido. 6. Processos Básicos de Condicionamento do Ar. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(4) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(5) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Havíamos definido o AC como, “Processo de tratamento do ar, que através do ajuste simultâneo de temperatura, umidade, grau de pureza e circulação, permite manter condições desejáveis para um espaço climatizado ” Vimos também que tal definição implica nas seguintes 4 funções básicas: • Controle da temperatura; • Controle da umidade; • Filtragem, limpeza e renovação do ar; • Movimentação e circulação do ar. A figura a seguir ilustra esquematicamente um sistema de AC que incorpora essa funções ... Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(6) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Serpentina Filtros de Aquecimento. Serpentina de Resfriamento. Damper de ar externo. Tomada de ar externo. A. Damper de ar recirculado. A. Ventilador. A. Exaustão de ar. Damper de ar de exaustão. Ar de insuflamento distribuído as diferentes zonas. Ar de retorno das diferentes zonas. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(7) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria. http://www.padfield.org/tim/cfys/aircon/aircon3.php. Prof. João Pimenta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. 1. Introdução. A análise dos diferentes processos envolvendo o ar atmosférico é realizada com o auxilio da PSICROMETRIA.. PSICROMETRIA.. Estudo das propriedades termodinâmicas do ar úmido afim de analisar mudanças de estado do mesmo.. www.laar.unb.br.

(8) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Ar Atmosférico X Ar seco X Ar Úmido O ar atmosférico contêm vários componentes gasosos, bem como vapor d’água e contaminantes (particulados, pólem, etc.) O ar seco existe quando todo o vapor d’água e contaminantes são removidos do ar atmosférico. Nitrogênio Oxigênio Argônio Dióxido de carbono Néon Hélio Metano Dióxido de Enxofre Hidrogênio Outros (Criptônio, Xenônio, Ozônio, etc.). Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. 78,08400 % 20,94760 % 0,93400 % 0,03140 % 0,00182 % 0,00052 % 0,00015 % 0 a 0,0001 % 0,00005 % 0,00002 %. www.laar.unb.br.

(9) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Ar Atmosférico X Ar seco X Ar Úmido O ar úmido é considerado com uma mistura binária (2 componentes) de ar seco e vapor d’água. A quantidade de vapor d’água no ar úmido varia entre Zero (ar seco) e um máximo que depende da pressão e temperatura da mistura. Saturação. Estado de equilíbrio entre o ar úmido e a fase condensada (líquido ou sólida). Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(10) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Lei de Dalton Lei da mistura de gases perfeitos observada por John Dalton estabelece que ... A pressão total da mistura, P, é igual a soma das pressões Pi que cada gás exerceria se ocupasse isoladamente o volume do reservatório, V, que contém a mistura e estivesse a temperatura, T da mistura.. P  Pa  Pw http://www.kentchemistry.com/links/GasLaws/dalton.htm. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(11) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Massas Moleculares A massa molecular do ar seco é de 28,9645 sendo a constante do gás para o ar seco de,. 8314,41 J Ra   287,055 28,9645 kg.K A massa molecular relativa da água é de 18,01528 sendo a constante do gás para o vapor d’água de,. 8314,41 J RW   461,520 18,01528 kg.K. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(12) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Variação da Temperatura e Pressão na atmosfera. O temperatura e pressão do ar atmosférico variam consideravelmente com a altitude, e também com a posição geográfica e as condições meteorológicas. http://www.britannica.com/ebc/art-85007/In-Earths-atmosphere-the-limits-of-the-atmospheric-layers-are. Dados Atmosféricos Padrão (NASA, 1976) Altitude [m]. . P  101,325 1  2,25577 10 5.h. . 5, 2559. Temperatura [oC]. Pressão [kPa]. -500. 18,2. 107,478. 0. 15,0. 101,325. 500. 11,8. 95,461. 1000. 8,5. 89,874. 2000. 2,0. 79,495. 3000. -4,5. 70,108. 4000. -11,0. 61,640. 5000. -17,5. 54,020. 6000. -24,0. 47,181. 7000. -30,5. 41,061. 8000. -37,0. 35,600. 9000. -43,5. 30,742. 10000. -50,0. 26,436. h  500m  altitude  11000m Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(13) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 1. Introdução. Tabelas de vapor d’água saturado. Entrada em Temperatura. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. Entrada em Pressão. www.laar.unb.br.

(14) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(15) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. A Linha de Saturação. Sabemos da termodinâmica que o domínio das diferentes fases (sólido, líquido e vapor) de uma dada substância pura pode ser representado num plano pressão temperatura como abaixo... Pressão. Ponto Crítico Fase Líquida Fase Sólida. Em nosso estudo estaremos particularmente interessados com a linha de saturação (vaporização) que delimita as regiões de líquido e vapor. Fase Vapor Ponto Triplo. Temperatura Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(16) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. A Linha de Saturação. A região a direita dessa linha de saturação diz respeito ao vapor d’água superaquecido, tal qual o mesmo se encontra no ar úmido. Pressão Pressão de Vapor d’água. Ponto Crítico Fase Líquida. B. A. Fase Sólida. Fase Vapor. Temperatura. Ponto Triplo. Processo isobárico de resfriamento do vapor d’água até a saturação Temperatura Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(17) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. A Linha de Saturação. As colocações anteriores são válidas para o vapor d’água (substância pura)! Qual seria o efeito se considerarmos a mistura vapor d’água + ar seco (ar úmido) ???. Resposta: Nenhum! O vapor d’água não é influenciado pela presença do ar →na verdade, uma pequena interação molecular ocorre que pode ser considerada desprezível para fins práticos.. Sobre a linha de saturação o ar é dito saturado → qualquer redução adicional de temperatura causa a condensação do vapor d’água presente no ar. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(18) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Relações do Gás Perfeito. Quando o ar úmido é considerado uma mistura de gases perfeitos independentes (ar seco + vapor d’água), temos:. para o ar seco  paV  na R.T. para o vapor d' água  pwV  nw R.T onde,. pa  pressão parcial do ar seco pw  pressão parcial do vapor d' água V  volume total da mistura na  número de moles de ar seco nw  número de moles de vapor d' água R  constante universal dos gases (8314,4 kJ kg.mol.K ) T  temperatur a absoluta K Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(19) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Relações do Gás Perfeito. Por sua vez, para a mistura ar seco + vapor d’água, também deve obedecer a equação do gás perfeito.... pV  nR.T ou seja, sendo,.  pa  pw .V  na  nw R.T p  pa  pw n  na  nw. Com essas equações, as frações molares de ar seco e vapor d’água podem ser dadas como,. pa pa xa    pa  p w  p Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. pw pw xw    pa  p w  p www.laar.unb.br.

(20) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Uma série de parâmetros psicrométricos é utilizada para a caracterização do estado termodinâmico do ar úmido... • Umidade Absoluta • Umidade Relativa • Grau de Saturação • Volume Específico • Entalpia Específica • Calor Específico a Pressão Constante • Temperatura de Bulbo Seco • Temperatura de Orvalho • Temperatura de Bulbo Úmido. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(21) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. 2. Parâmetros Psicrométricos. www.laar.unb.br.

(22) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Umidade Absoluta (humidity ratio), w Para uma dada amostra de ar úmido, define a razão entre a massa de vapor d’água (Mw) e a massa de ar seco (Ma), i.e.,. mw kg de vapor d' água w  ma kg de ar seco Uma importante simplificação pode ser feita assumindo a mistura de 2 gases perfeitos. Da equação de estado par o gás perfeito e considerando a Lei de Mistura de Dalton, temos.... PaV ma  RaT. PwV mw  RwT. Substituindo em w, vem .... Ra Pw w Rw Pa Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(23) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Umidade Absoluta (humidity ratio), w. Ra Pw w Rw Pa Porém, da Equação .... Temos que,. Ra M w 18,01534    0,62198 Rw M a 28,9645 Assim vem .... Pw w  0,62198 Pa Além disso, como a pressão total da mistura (P) é dada pela soma das pressões parciais dos constituintes da mesma (Pa e Pw), temos que ... Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(24) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Umidade Absoluta (humidity ratio), w. Pw Pw w  0,62198  0,62198 Pa P  Pw Pw w  0,62198 P  Pw Que é a forma mais conhecida e muitas vezes apresentada como a definição da umidade absoluta. Nota: a expressão decorre da hipótese de comportamento ideal que fica comprometida quando a pressão parcial do vapor se aproxima da pressão total da mistura. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(25) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Umidade Absoluta (humidity ratio), w. Pw w  0,62198 P  Pw. Umidade Absoluta. Pressão de vapor d’água. A equação precedente mostra existir uma relação direta entre a umidade absoluta e a pressão parcial do vapor d’água → Com isso, podemos usar indistintamente pw ou w no gráfico da linha de saturação antes apresentado. Nota: A relação entre as escalas não é linear.. Temperatura Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(26) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Umidade Específica (specific humidity), q Razão entre a massa de vapor d’água (mw) e a massa total da amostra de ar úmido, i.e.,. q. mw w kg de vapor d' água   mw  ma 1  w kg de ar úmido. Umidade Relativa (relative humidity),  Razão entre a fração molar do vapor d’água presente na mistura (xw) e a fração molar que o vapor d’água teria se a mistura estivesse saturada na mesma temperatura e pressão (xws) .. xw  xw, s Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. t, p www.laar.unb.br.

(27) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Umidade Relativa (relative humidity),  Considerando a equação dos gases perfeitos e a definição das frações molares do vapor d’água,. nw xw  n. nws xws  n. n  número total de moles. temos,. xw  xw , s. t, p. Pw  Pw, s. Razão entre a pressão parcial do vapor d’água na mistura (Pw) e a pressão parcial que o vapor d’água teria (Pws) se a mistura estivesse saturada na mesma temperatura e pressão total da mistura.. A umidade relativa varia entre 0 e 1 (0 a 100%)..   0  ar seco Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração.   1  ar úmido saturado www.laar.unb.br.

(28) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Grau de Saturação,  Razão entre umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado, mantidas temperatura e pressão de mistura constantes.. w  ws Substituindo as expressões simplificadas da umidade absoluta e da umidade relativa temos,. P  Pws   P  Pw. ou →. P  Pws   P  Pws. Nota: se a umidade relativa for alta ou a pressão parcial do vapor for baixa face a pressão da mistura, o grau de saturação será aproximadamente o mesmo que o da umidade relativa. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(29) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Propriedades Específicas Propriedades específicas são dadas por unidade de massa da substancia de interesse. No psicrometria convenciona-se referenciar tais propriedades a massa de ar seco (e não a massa da mistura). A razão dessa convenção deve-se ao fato de que nos processos com o ar úmido o fluxo de ar seco permanece constante enquanto que vapor d’água pode ser retirado ou adicionado ao ar úmido. Ou seja, o fluxo mássico de ar seco se conserva no processo.. Assim, o volume específico, a entalpia específica e o calor esecífico são referenciados a base de ar seco. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(30) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Volume Específico, v Razão entre o volume ocupado pela mistura e a massa de ar seco presente na mesma.. V v ma. Com a simplificação de gases perfeitos ma  PaV e lembrando que RaT Ra   ma temos,. T v  0,2870 P  Pv.  m3    kg ar seco  . que pode ser modificada usando a expressão de definição da umidade absoluta, resultando em,.  m3  T v  0,2870 1  1,6078 w   P kg ar seco   com T em Kelvin e P em kPa. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(31) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Volume Específico, v Nota: Se o volume específico da mistura fosse referido a massa de ar úmido (vm), este seria ligeiramente menor que o volume específico referido a massa de ar seco. Com efeito, temos,.   v m3 vm    1  w  kg ar úmido  Portanto, os dois volumes específicos diferem pelo fator (1+w) É interessante notar que quanto maior a umidade absoluta maior será o volume específico do ar úmido → ou seja, menor sua densidade. Assim, o ar úmido é mais “leve” que o ar seco o que implica na facilidade com que o ar úmido se dispersa na atmosfera. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(32) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Entalpia (H) e Entalpia Específica (h) A entalpia total da mistura é dada pela contribuição isolada da entalpia do ar seco e do vapor d’água, dada a hipótese do gás perfeito. Assim,. H  Ha  Hw A entalpia específica da mistura (h) é obtida dividindo-se a expressão acima pela massa de ar seco, como,. H ma ha mw hw h   ma ma ma e, com a definição de umidade absoluta, temos a seguinte expressão final,. h  ha  whw Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração.   kJ  kg ar seco   . www.laar.unb.br.

(33) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Calor Específico a pressão constante (Cp) Referido a massa de ar seco é dado pela combinação dos calores específicos do ar seco Cpa e do vapor d’água Cpw, como,. Cp  Cpa  wCpw. De forma simplificada,.   kJ  kg de ar seco OC   . Cpa  1,006 kJ kg oC. Cpa  1,805 kJ kg oC. Com tais valores e com a definição Cp=dh/dT, obtemos uma expressão simplificada para a entalpia específica do ar úmido,. ha  1,006.T. hw  2501,3  1,805.T Entalpia de vaporização da água. h  1,006.T  w2501,3  1,805T  Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(34) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. Temperatura de Bulbo Seco (TBS). http://www.freeimageslive.com/galleries/medical/pics/thermometer1739.jpg. Trata-se da temperatura do ar úmido indicada por um termômetro de coluna de líquido cujo bulbo encontra-se seco.. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. mynasadata.larc.nasa.gov/glossary.php?&word=ALL. www.laar.unb.br.

(35) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 2. Parâmetros Psicrométricos. http://weather.stives-town.info/images/dew.jpg. Temperatura de Orvalho (TO) Temperatura que corresponde ao ponto. de início da condensação do vapor d’água presente no ar úmido quando seu. Pressão de Vapor d’água. resfriamento ocorre a pressão constante.. 2. Temperatura. 1. T1 TO. 1. T1. Temperatura. 2. Temperatura de orvalho do ar no estado 1. TO. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. Volume Específico. www.laar.unb.br.

(36) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 6. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O higrômetro de espelho gelado (chilled mirror hygrometer). The Chilled Mirror hygrometer: How It Works, Where It Works—and Where It Doesn't May 1, 2005 - David J. Beaubien http://www.sensorsmag.com/sensors/Assoc+Misc/The-Chilled-Mirror-hygrometer-How-It-Works-Where-I/ArticleStandard/Article/detail/184888. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(37) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3 A Carta Psicrométrica. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(38) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Uma carta psicrométrica reúne graficamente as propriedades termodinâmicas até aqui apresentadas. Basicamente, a carta psicrométrica é útil em duas circunstancias: 1) Obtenção de propriedades do ar úmido, e; 2) Análise de processos.. Na carta psicrométrica temos representadas uma série de linhas, representando valores constantes para: • Umidade Absoluta • Umidade Relativa • Volume Específico • Entalpia Específica • Temperatura de Bulbo Seco • Temperatura de Bulbo Úmido Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(39) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Temperatura. Temperatura. Temperatura. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. Umidade Absoluta. Temperatura de Bulbo Úmido. Umidade Absoluta Temperatura. Temperatura. Umidade Absoluta. Umidade Absoluta. Entalpia. Umidade Relativa. Volume Específico. Umidade Absoluta. Umidade Absoluta. Temperatura de bulbo seco. Umidade Absoluta. 3. A Carta Psicrométrica. Temperatura. www.laar.unb.br.

(40) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Umidade Absoluta kg/kg. 3. A Carta Psicrométrica. Temperatura. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(41) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. 3. A Carta Psicrométrica. www.laar.unb.br.

(42) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(43) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria. 3. A Carta Psicrométrica. http://www.arch.hku.hk/~cmhui/teach/65156-7e.htm. Prof. João Pimenta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(44) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplos Obtenção de propriedades psicrométricas do ar úmido. • Da carta psicrométrica; • Pela aproximação da mistura de gases perfeitos.. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(45) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 1 Determinar a umidade absoluta do ar quando sua umidade relativa é de 60 % e sua temperatura é de 30 oC, numa pressão de 101,325 kPa.. Solução A) Na carta psicrométrica, com UR = 60% e TBS= 40 oC .... UR = 60% W = 0,017 kg/kg. TBS=30 oC. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(46) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 1 Determinar a umidade absoluta do ar com umidade relativa de 60 % e temperatura de 30 oC, numa pressão de 101,325 kPa.. Solução B) Usando a Equação, P w  0,62198 w P  Pw e com a definição de umidade relativa xw Pw    Pw    Pw, s xw, s t , p Pw, s Da tabela de vapor d’água, Pw,s = Psat (30 oC)=4,246 kPa, logo,. Pw    Pw, s  0,6  4,246  2,548 kPa Assim, w  0,62198. 2,548  0,0160 kg kg 101,325  2,548. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(47) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 2 Determinar a umidade absoluta do ar com entalpia de 61 kJ/kg e temperatura de 40 oC, numa pressão de 101,325 kPa.. Solução A) Na carta psicrométrica, com h=61 kJ/kg e TBS= 40 oC .... h = 61 kJ/kg W = 0,008 kg/kg. TBS=40 oC. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(48) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 2 Determinar a umidade absoluta do ar com entalpia de 61 kJ/kg e temperatura de 40 oC, numa pressão de 101,325 kPa.. Solução B) Com a equação,. h  1,006.T  w2501,3  1,805T  temos, w w. h  1,006.T 2501,3  1,805T . 61  1,006.40  0,008 kg kg 2501,3  1,805  40. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(49) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 3 Qual o volume específico do ar úmido com umidade relativa de 20% e temperatura de 24 oC, numa pressão de 101,325 kPa.. Solução A) Na carta psicrométrica, com UR=20% e TBS= 24 oC .... v = 0,85 m3/kg. UR = 20%. TBS=24 oC. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(50) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 4 Determine as temperaturas de orvalho e bulbo úmido do ar na temperatura de 30 oC, UR de 40 % e pressão de 101,325 kPa.. Solução A) Na carta psicrométrica, com UR = 40% e TBS= 30 oC .... UR = 40%. TBU = 21 oC TBS=30 oC. To = 15 oC Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(51) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 3. A Carta Psicrométrica. Exemplo 5 A umidade relativa e a temperatura do ar em um ambiente são de 60 % e 40 oC respect. Se a pressão é normal (101,325 kPa) calcule a umidade absoluta do ar e o grau de saturação.. A pressão parcial do vapor d’água saturado Pws à temperatura de 40 oC vale 7,384 kPa (Tabela). Pw    Pws  0,6  7,384 kPa  4,430 kPa A umidade absoluta (w) é calculada por, w  0,62198. Pw 4,430 kg vapor  0,62198  0,0284 P  Pw 101,325  4,430 kg ar seco. O grau de saturação é dado por,.  . P  Pws 101,325  7,384  0,60   0,5817  58,17% P  Pw 101,325  4,430. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(52) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4 A Transferência de Calor e Massa Coeficientes de Transferência de Calor e Massa A Transferência Simultânea de Calor e Massa O Potencial de Entalpia Lei da Linha Reta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(53) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Coeficientes de Transferência de Calor e Massa Como sabemos, a Lei do Resfriamento de Newton estabelece a taxa de transferência da calor entre um fluido e uma superfície como,. Q  hc ATsup  T . Como bem colocado por Simões Moreira (1999) “a aparente simplicidade desta equação esconde o problema fundamental da convecção de calor ... a determinação do coeficiente hc que depende de diversos parâmetros”. Uma análise dimensional das equações que regem a transferência de calor na convecção resulta na definição do número de Nusselt, como,. hc .L Nu  k A mesma análise indica ainda existir uma correlação do tipo,. Nu  f Re,Pr . Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(54) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Coeficientes de Transferência de Calor e Massa De forma análoga à Lei do Resfriamento de Newton podemos definir a taxa de transferência da massa entre uma parede molhada e um fluxo de ar úmido, como,. m v  hm Asup    . Como antes, o coeficiente de transferência de massa hm a pode ser relacionado a outras grandezas adimensionais, como, Número de Schimdt. Número de Sherwood. Sh . hm .L D. Sh  f Re,Sc . Sc . . D. D→ coeficiente de difusão de massa [m2/s]. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(55) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Coeficientes de Transferência de Calor e Massa Para escoamento externo sobre superfície plana nos regimes laminar e turbulento (com início turbulento) podemos escrever,. . . Nu  f Re,Pr   Nu  a Re b  A Pr c onde, as constantes A, a, b e c, dependem da geometria e outras condições de escoamento (ver literatura). De forma análoga, a transferência de massa no escoamento externo sobre superfície úmida plana pode ser representada como,. . . Sh  f Re, Sc   Sh  a Re b  A Sc c Dividindo a equação para Nu pela equação para Sh, após algum rearranjo, temos, 1c 1c. hc  Sc    hmCp  Pr . Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração.     D.  Le1c www.laar.unb.br.

(56) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Coeficientes de Transferência de Calor e Massa 1c. hc  Sc    hmCp  Pr . 1c.     D.  Le1c. Se introduz aqui um novo adimensional – o número de Lewis, Le, definido pela razão entre os números de Schimdt e Prandtl, ou, de forma mais simples, pela razão entre as difusividades térmica e de massa. O valor do número de Lewis para o ar úmido vale aproximadamente 0,865 e aumenta ligeiramente com a temperatura, de forma que,. RLe . hc 23  0,86  0,90  1,00 hmCp. O valor unitário para a relação de Lewis RLe implica, entre outras coisas, que o coef. de transf. de massa pode ser diretamente determinado a partir do conhecimento do coeficiente de transferência de calor. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(57) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Exemplo Numérico Um filme de água com temperatura de 27ºC sobre uma superfície plana de 0,5m x 0,5m está exposto a brisa de ar atmosférico com velocidade de 10 m/s, pressão normal, umidade relativa de 60% e temperatura também de 27ºC. Calcule a taxa de evaporação da água para o ar.. Como primeira aprox. se adotam as propriedades do ar seco a 27ºC,   1,85 105 Pa.s ; Cp  1,01 kJ kg.K ;   1,161 m3 kg Pr  0,707 ; k  0,026W m.K. Cálculo do número de Reynolds, Cálculo do número de Nusselt, Nu . Cálculo de hc,. Re . VL. . . . Nu  0,644 3 105. 10.0,5.1,161  3 105 5 1,85 10.  0,707 12. 13.  324,0. hc .L Nu.k 324,0.0,026  hc    16,85W m 2 K k L 0,5. Usando a relação de Lewis, sendo RLe≈1, temos, hm . hc 16,85   0,014 m s 3 Cp 1,0110 .1,161. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(58) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Exemplo Numérico continuação .... Determinação da densidade do vapor d’água no ar úmido na condição da interface com a superfície úmida “sup” e ao longe da mesma “∞”; T  27oC e   100%  wsup  0,0227 kgvapor kgar seco T  27oC e   60%  wsup  0,0134 kgvapor kgar seco. Então ... sup  .wsup  1,161.0,0227  0,0264 m3 kg.   0,0156 m3 kg. Finalmente, o fluxo evaporativo de massa será dado por, m v  0,014.0,52 0,0264  0,0156  0,038 103 kg s. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(59) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. A Transferência Simultânea de Calor e Massa A “manipulação” do ar úmido geralmente resulta na adição ou remoção de vapor d’água. Isso é particularmente verdade para torres de resfriamento, condensadores evaporativos, serpentinas de resfriamento e desumidificação, umidificadores, etc. Processos evaporativos e de condensação também são comuns na natureza.. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(60) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. A Transferência Simultânea de Calor e Massa A mudança de fase da água requer o fornecimento ou remoção de calor correspondente à sua entalpia de vaporização. Assim, os processos de transferência de calor e massa devem ser considerados simultaneamente. . Q S. w, T. QL. dm vs , hvs . Ar Úmido. ws , Ts. QT. Água. Superficie. dA. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(61) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. A Transferência Simultânea de Calor e Massa Fluxo de calor sensível. Q S  hc dATs  T . Taxa de transferência de vapor d’água. m v  hm a dAws  w. Q S. Q L. dm vs , hvs . Conservação da energia para o v.c.. Q L  QT  Q S  hLVs dm v. QT.  v na equação acima temos Com m. Q L   a hLVs hm dAws  w. Finalmente, das equações acima, o fluxo de calor total será dado por,. QT  Q S  Q L  hc Ts  T    a hLVs hm ws  wdA. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(62) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. O Potencial de Entalpia Primeiramente considerando que a entalpia específica de uma mistura pode ser dada pela soma das entalpias individuais; podemos escrever para o ar úmido que,. hs  h  hsa  h  ws hVs  whV  Somando e subtraindo o produto ws hVs ao segundo membro e ainda admitindo o comportamento de gás perfeito, temos,. hs  h  Cpu Ts  T   hVs ws  w onde o calor específico do ar úmido é Cpu  Cpa  wCpv Isolando a diferença de temperatura da equação anterior vem,. Ts  T . hs  h   hVs ws  w Cpu. Esta última equação substituída na equação anterior para o calor total permite eliminar desta a temperatura. Temos .... Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(63) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. O Potencial de Entalpia Ts  T . hs  h   hVs ws  w Cpu. QT  Q S  Q L  hc Ts  T    a hLVs hm ws  wdA   hc dA  ws  w  hLVs  RLe hVs  QT  hs  h   Cpu  RLe  Para esta última considerando que RLe  1  hLVs  RLe hVs  hLVs o termo resultante w  ws hLs é desprezível em relação a hs  h . Assim, somente o primeiro termo entre colchetes é significativo.. . . Com isso o fluxo total de calor será dado por,. hc dA  hs  h  QT  Cpu Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(64) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. O Potencial de Entalpia - Conclusões A equação anterior é importante pois permite determinar o fluxo de calor total em equipamentos de contato direto entre o ar e a água (torres de resfriamento, etc.).. Q T . hc dA hs  h  Cpu. se h  hs  QT se dá do ar para a água. se h  hs  QT se dá da água para o ar. Além disso, já era óbvio que:. Q S  hc dATs  T . Q L   a hLVs hm dAws  w. se T  Ts  Q S se dá do ar para a água se T  Ts  Q S se dá da água para o ar. se w  ws  Q L se dá do ar para a água se w  ws  Q L se dá da água para o ar Vejamos esses 3 casos →. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(65) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. O Potencial de Entalpia - Conclusões ha , Ta , wa. ha , Ta , wa. QT Q S. hs , Ts , ws. Q L hs , Ts , ws. Q S. Q L. Umidade Absoluta. ws. hs , Ts , ws. Ts. ha. ha Ta. Condensação. Q S. Q L. Temperatura. Ts Evaporação. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. Umidade Absoluta. ws. ws. hs. wa. ha. hs Temperatura. QT. Umidade Absoluta. hs. wa. ha , Ta , wa. QT. Ta. Temperatura. wa. Ts Ta Evaporação. www.laar.unb.br.

(66) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Lei da Linha Reta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(67) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Lei da Linha Reta A lei da linha reta estabelece que: “quando o ar úmido transfere calor e massa de/para uma superfície molhada, o estado do ar tende para a temperatura da superfície úmida (tw) sobre a linha de saturação” dA. . 1. . 2. Temperatura tw. Linha Reta. Água Temperatura. tw. As taxas de transf. de calor e massa se interrelacionam de tal modo que o processo se mostra como uma reta no plano temperatura umidade absoluta Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br. Umidade Absoluta. Ar Úmido v, ta. Curva de Saturação.

(68) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Lei da Linha Reta A conservação da massa e energia aplicada ao volume de controle abaixo resulta em,. m a w. m a dw. dA. Ar Úmido. dm L m a w  dm L  m a w  dw dm L  m a dw. h  dh T  dT w  dw m a. h T w m a. h dm L. Superfície L em evaporação Água. QT. m a h  dh . m a h QT. QT  m a h  dh   m a h  hL dm L QT  m a h  hL dm L Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(69) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Lei da Linha Reta  L do balanço de massa, no balanço de energia, vem, Substituindo dm. QT  m a dh  hL dw. Tínhamos também mostrado que,. hc dA  hs  h  QT  Cpu Igualando, vem,. dh  hL dw . hc dA hs  h  Cpu. Usando a definição do coeficiente de transferência de massa,. m v  hm a dAws  w  v  dm L  m a dw , então, e considerando que dm m a dw dA  Substituindo em  a hm ws  w Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. re-arranjando vem. www.laar.unb.br.

(70) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Lei da Linha Reta.  hs  h  dh  RLe ws  w dw onde a relação de Lewis (RLe) aparece quando a densidade do ar seco é confundida com a de mistura. Como RLe≈1, a equação acima pode se integrada pelo método de separação de variáveis resultando em,. hs  h   C ws  w. onde C é uma constante de integração cujo valor pode ser obtido da condição inicial do ar, ou seja, w=w1 para h=h1, de forma que,. Igualando, temos,.  hs  h1  C ws  w1  hs  h   hs  h1  ws  w ws  w1 . Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. (Lei da Linha Reta) www.laar.unb.br.

(71) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 4. A Transferência de Calor e Massa. Umidade Absoluta. Lei da Linha Reta Lei da Linha Reta. hs  h   hs  h1  ws  w ws  w1  3. Superficie molhada. s. Temperatura. TS. 2. 1. Linha Reta. T1. Uma sucessão de estados é verificada tal que..... hs  h1   hs  h2   hs  h3     hs  hn   C ws  w1  ws  w2  ws  w3  ws  wn . Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(72) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5 Saturação Adiabática e a Temperatura de Bulbo Úmido. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(73) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática O saturador adiabático é um dispositivo ideal no qual o ar úmido escoa contra uma fina névoa de água, a pressão constante.. . Saída de ar saturado. Ar em equilíbrio termodinâmico com a água (Saturação). Isolamento térmico ideal.  Entrada de ar úmido ambiente. Àgua de Reposição. (w2-w1).hl Termômetro. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(74) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática. . Saída de ar saturado. Ar em equilíbrio termodinâmico com a água (Saturação). Isolamento térmico ideal.  Entrada de ar úmido ambiente. Àgua de Reposição. (w2-w1).hl Termômetro. Ao longo do saturador a área de transferência de calor e massa entre o ar úmido e as gotículas de água é tal que, ao sair do saturador o ar encontra-se em equilíbrio termodinâmico com a água, isto é, saturado. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(75) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática. . Saída de ar saturado. Ar em equilíbrio termodinâmico com a água (Saturação). Isolamento térmico ideal.  Entrada de ar úmido ambiente. Àgua de Reposição. (w2-w1).hl Termômetro. Um isolamento térmico ideal é considerado de forma que o processo é adiabático (não há troca de calor com o ambiente – todo o calor trocado ocorre apenas entre o ar e a água). Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(76) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática. . Saída de ar saturado. Ar em equilíbrio termodinâmico com a água (Saturação). Isolamento térmico ideal.  Entrada de ar úmido ambiente. Àgua de Reposição. (w2-w1).hl Termômetro. A parcela de água evaporada para a corrente de ar é reposta de forma a manter a operação em regime permanente. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(77) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática – Temp. de Bulbo Úmido Termodinâmica. . Saída de ar saturado. Ar em equilíbrio termodinâmico com a água (Saturação). Isolamento térmico ideal.  Entrada de ar úmido ambiente. Àgua de Reposição. (w2-w1).hl Termômetro T* , TWB ou TBU. Mantida a operação em regime permanente, a temperatura da água lida no termômetro é denominada temperatura de bulbo úmido termodinâmica. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(78) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática – Temp. de Bulbo Úmido Termodinâmica. . Saída de ar saturado. Ar em equilíbrio termodinâmico com a água (Saturação). Isolamento térmico ideal.  Entrada de ar úmido ambiente. Àgua de Reposição. (w2-w1).hl Termômetro T* , TWB ou TBU. Diferentes valores de TBU podem ser obtidos p/ distintos estados do ar na entrada do saturador → Balanço de Energia (1ª Lei da Termodinâmica). Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(79) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática – Temp. de Bulbo Úmido Termodinâmica  . . . Àgua de Reposição. Seção 1 → Àgua de Reposição. (w2-w1).hl. Seção 2 → Reposição →. m ar  m a  m w1 m ar  m a  m w2 m agua  m w2  m w1. Da 1ª Lei da Termodinâmica, em regime permanente, temos,. * m a ha1  m w1hw1  m w2  m w1 hágua  m a ha*2  m w2 hw* 2. H1. HREPOSIÇÃO. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. H2 www.laar.unb.br.

(80) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática – Temp. de Bulbo Úmido Termodinâmica * m a ha1  m w1hw1  m w2  m w1 hágua  m a ha*2  m w2 hw* 2.  a é constante através do saturador, essa equação pode ser Como m dividida termo a termo por esse valor e, com a definição da umidade absoluta, w  m  w m a temos,. . . * ha1  w1hw1  w2*  w1 hágua  ha*2  w2*hw* 2. Nesta última equação as entalpias se referem a massa de fluido correspondente, mas podem ser referidas a massa de ar seco, levando a ,. . . * h1  w2*  w1 hágua  h2*. O asterisco nas equações precedentes lembra que a água de reposição e a corrente de ar que deixa o saturador estão a mesma temperatura T*. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(81) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Saturação Adiabática – Temp. de Bulbo Úmido Termodinâmica. . . * h1  w2*  w1 hágua  h2*. É interessante notar que na equação acima, mantida a pressão constante, * e h2* são apenas função da temperatura T*, já as propriedades w2* , hágua que o vapor d’água está saturado.. Isso implica em que T* é função apenas da entalpia h1 e da umidade w1 do fluxo e ar que entra no saturador. Ou seja, a temperatura T* depende tão somente do estado termodinâmico do ar que entra no saturador adiabático que é batizada como Temperatura de Bulbo Úmido Termodinâmica (por vezes denominada temperatura de saturação adiabática). Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(82) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. Umidade Absoluta. Saturação Adiabática – Temp. de Bulbo Úmido Termodinâmica. Curva de Saturação. . . h1  w  w1 h * 2. * água. 2. h. * 2. Isoentálpica. 1’. w1. 1 Linha de TBU constante Temperatura. TBU. T1. Nota: Se a água no saturador estiver no estado sólido, ao invés de líquido, a análise permanece válida bastando substituir a entalpia da água líquida hágua pela entalpia da água sólida. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(83) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O Psicrômetro e a Temperatura de bulbo úmido O psicrômetro é o instrumento largamente utilizado para a medição das propriedades do ar úmido. Especificamente esse instrumento fornece medidas diretas das temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido.. TBS. Entrada de Ar Ambiente. Reservatório de água. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. TBU. Ar aspirado. Mecha de material higroscópico/capilar. www.laar.unb.br.

(84) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O Psicrômetro e a Temperatura de bulbo úmido Abaixo alguns instrumentos comerciais baseados nesse arranjo.. http://i4weather.net/stationhistory.html. TBU. http://web.mac.com/planeten.paultje/Instrumenten/Psychrometer.html. TBS. http://www.daviddarling.info/encyclopedia/P/AE_psychrometer.html. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(85) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O Psicrômetro e a Temperatura de bulbo úmido. http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/sling.html. http://www.agrometeorology.org/index.php?id=38. Abaixo alguns instrumentos comerciais baseados nesse arranjo.. HAIR HYGROTHERMOMETER http://www.sksato.co.jp/english/text/7540-00.html. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(86) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O Psicrômetro e a Temperatura de bulbo úmido. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. http://www.sksato.co.jp/english/text/7450-00.html. http://www.agrometeorology.org/index.php?id=38. ASSMANN TYPE PSYCHROMETER. www.laar.unb.br.

(87) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O Psicrômetro e a Temperatura de bulbo úmido Um processo simultâneo de transferência de calor e massa ocorre em torno da mecha úmida. Parte da água na mecha se evapora causando uma redução da temperatura do bulbo do termômetro de TBU. TBS. TBU. . . Água de reposição. Uma espécie de equilíbrio termodinâmico se estabelece onde o calor cedido da corrente de ar para a mecha é usado para evaporar a água da mecha. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(88) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. O Psicrômetro e a Temperatura de bulbo úmido. Umidade Absoluta. Uma vez em regime permanente o termômetro úmido indicará a temperatura de equilíbrio, isto é a temperatura de bulbo úmido TBU.. Curva de Saturação. . i. . Linha de TBU constante. 2 1 Água de reposição. Temperatura. T* do estado 1. A velocidade da corrente de ar deve ser da ordem de 3 a 5 m/s Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(89) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. TBU X Temperatura de bulbo úmido termodinâmica Até que ponto a temperatura medida pelo psicrometro (TBU) é uma boa representação da temperatura de bulbo úmido termodinâmica ?? Temperatura de bulbo úmido termodinâmica → decorre de uma condição de equilíbrio termodinâmico num processo ideal de saturação adiabática → trata-se de uma propriedade termodinâmica do ar. Temperatura de bulbo úmido → resulta de um processo de equilibrio dinâmico de na transferência simultânea de calor e massa dependente de vários fatores, como a velocidade do ar, a geometria do bulbo, etc. A área da mecha é finita e as condições de transferência de calor e massa não são ideais (como no saturador adiabático) → → A temperatura do ar varia de T1 a T2 > Ti (gráfico anterior).. Qual a aproximação da temperatura da água na mecha (medida pelo termômetro,TBU) da temperatura de bulbo úmido termodinâmica ?? Qual o erro cometido ?? Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(90) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 5. Saturação Adiabática e a Tem. de Bulbo Úmido. TBU X Temperatura de bulbo úmido termodinâmica Qual a aproximação da temperatura da água na mecha (medida pelo termômetro,TBU) da temperatura de bulbo úmido termodinâmica ?? Qual o erro cometido ?? Carrier (1911) → admitiu não haver diferença. Lewis (1922) → agrupou variáveis psicrométricas formando um novo grupo adimensional (Número de Lewis) concluindo que se esse adimensional fosse unitário, a hipótese de Carrier estaria correta. Experimentos posteriores → mostraram que, na maioria das condições normais de uso, é possível considerar que a temperatura da mecha úmida corresponde a temperatura de bulbo úmido termodinâmica → mcorreções são em geral pequenas e podem ser desprezadas. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(91) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 6 Processos Básicos de Condicionamento do Ar. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(92) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 6. Processo Básicos de Condicionamento do Ar. Uma série de processo de tratamento do ar de interesse pode ser representado e analisado com o auxilio da carta psicrométrica.. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.

(93) 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado). Capitulo 2. Psicrometria Prof. João Pimenta. 6. Processo Básicos de Condicionamento do Ar. Aquecimento / Resfriamento Sensível A temperatura de bulbo seco (TBS) varia enquanto a umidade absoluta (w) permanece constante. Umidificação / Desumidificação A umidade absoluta varia a TBS constante (processo latente) Resfriamento e Desumidificação Tanto TBS quanto w diminuem (serpentinas de resfriamento) Aquecimento e Umidificação Tanto TBS quanto w aumentam.. Desumidificação Quimica A umidade contida no ar é absorvia ou adsorvida por alguma substancia higroscópica (em geral ocorre a tempertura constante). Resfriamento Evaporativo Transferencia de calor adiabática na qual TBU permanece constante enquanto TBS diminui e w aumenta. Mistura Adiabática Duas correntes de ar úmido em estados distintos são mistiradas gerando um novo estado. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração. www.laar.unb.br.