PSICROMETRIA PSICROMETRIA PSICRÔMETRO 15/10/2018 PROPRIEDADES DAS MISTURAS AR SECO-VAPOR 1. COMPOSIÇÃO AR ÚMIDO VAPOR D ÁGUA AR SECO.

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1 15/10/2018 PSICROMETRIA Definição Ciência da Física que estuda as propriedades e o comportamento das misturas de vapor e ar seco Baseada na Lei dos Gases Perfeitos, na Lei de Dalton e na 1ª. Lei da Termodinâmica (conservação de energia) PSICROMETRIA FBT0530 FÍSICA INDUSTRIAL FCF/USP 2018 Profa. Juliana Ract Profa. Marina Ishii Aplicação Dimensionamento de sistemas de ar condicionado (armazenamento) Secadores Torres de resfriamento ( PSICRÔMETRO Equipamento usado para medir as propriedades do ar atmosférico, como a umidade relativa 2 termômetros idênticos lado a lado, um com o bulbo seco e outro com o bulbo molhado Bulbo molhado PROPRIEDADES DAS MISTURAS AR SECO-VAPOR Coberto por um tecido mergulhado em um recipiente com água destilada que sobe por capilaridade 1. COMPOSIÇÃO O ar atmosférico é composto de ar seco e vapor d água Ar seco é uma mistura de diversos gases, que pode variar um pouco em função da localização geográfica e da altitude AR SECO VAPOR D ÁGUA AR ÚMIDO Composição média cientificamente aceita: ar padrão 78% de N2 21% de O2 1% de Argônio < 0,05% de dióxido de carbono, hélio e outros gases 1

2 2. TEMPERATURA DE BULBO SECO (T BS) 3. UMIDADE ABSOLUTA (U A) Temperatura indicada em um sensor de temperatura comum Também chamada de Umidade Específica Comparação com temperatura de bulbo úmido, quando o bulbo do termômetro está coberto por uma camada de umidade Sempre que for usado o termo temperatura subentende-se que se refere à temperatura de bulbo seco Em inglês: Humidity Ratio ou Moisture Content ou Specific Humidity (W) Massa de água em forma de vapor por unidade de massa de ar seco Unidade: kg vapor d água/kg ar seco 4. UMIDADE DE SATURAÇÃO (U S) 5. PONTO DE ORVALHO (P O) Umidade de saturação (US) Quando um gás atinge a sua capacidade de reter vapor de água, ele se encontra no estado saturado Umidade absoluta do ar saturado de vapor em determinada pressão e temperatura Não serve para secagem, pois não é capaz de retirar umidade de um produto Unidade: kg vapor d água/kg ar seco Em inglês: Dew-Point Temperature Quanto maior é a temperatura de uma mistura ar seco-vapor, maior é a capacidade que o ar seco tem de reter vapor Considerando um ar saturado de vapor em resfriamento, sob pressão e UA constantes, o ponto de orvalho corresponde à temperatura em que se inicia a condensação do vapor 6. UMIDADE RELATIVA (U R) 7. TEMPERATURA DE BULBO ÚMIDO (T BU) Em inglês: Relative Humidity Relação entre UA e US, em % Temperatura de equilíbrio atingida quando a velocidade de transferência de calor é igual à velocidade da perda de calor pela evaporação Temperatura estacionária indicada por termômetro com bulbo envolvido em material embebido em água colocado em uma corrente de ar de pelo menos 3 m/s Inferior à indicada pelo termômetro seco A diferença de temperatura resultante provoca a transferência de calor do ar para o produto 2

3 8. VOLUME ESPECÍFICO (V ) 9. ENTALPIA (ΔH) Volume de 1 kg de ar seco + vapor de ar Definida como a quantidade de calor contida em 1 kg de ar seco Unidade: m 3 /kg Por meio da entalpia pode-se estabelecer a quantidade total de energia requerida para elevar o ar de um ponto de referência, para a condição de interesse RECORDANDO... DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO AR 1. Composição 2. Temperatura de bulbo seco (TBS) 3. Umidade absoluta (UA) 4. Umidade de saturação (US) 5. Ponto de orvalho (PO) 6. Umidade relativa (UR) 7. Temperatura de bulbo úmido (TBU) 8. Volume específico (V ) 9. Entalpia (ΔH) Determinação analítica através do uso de equações Datalogger Determinação por tabelas através do psicrômetro Determinação por gráficos através do psicrômetro TABELA PSICROMÉTRICA A CARTA PSICROMÉTRICA Determina a UR Utiliza a temperatura de bulbo seco e a depressão psicrométrica Relaciona diferentes variáveis psicrométricas Fixam-se duas delas e podem se conhecer outras características do ar úmido, como PO, U, UA, UR, TBS, TBU... Depressão psicrométrica diferença entre as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido Ex.: TBS = 28 ; TBU = 21 ; Depressão = 7 UR = 54% 3

4 EXEMPLO 1 USO DA CARTA PSICROMÉTRICA SOLUÇÃO EXEMPLO 1 Uma mistura de ar e vapor apresenta temperatura de bulbo seco (TBS) de 60 C e temperatura de bulbo úmido (TBU) de 35 C. Usando a carta psicrométrica, determine: A Umidade Relativa (UR) A Umidade Absoluta (UA) A Entalpia (H) O Volume Específico (V ) Ponto de orvalho (PO) A Umidade Relativa (UR) A Umidade Absoluta (UA) A Entalpia (H) O Volume Específico (V ) Ponto de orvalho (PO) EXERCÍCIO 1 EXEMPLO 2 AQUECIMENTO/RESFRIAMENTO DO AR Determine as umidades relativas e absolutas do ar, sendo as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido respectivamente (31, 16 C) e (15, 12 C). Calcule o fluxo de calor (q, em kj/s) necessário para aquecer 10 m 3 /s de ar exterior a 30 C (Tbs) e 80% de umidade relativa para 80 C. EXERCÍCIO 2 EXEMPLO 3 MISTURA DE CORRENTES DE AR Ar à temperatura de bulbo seco de 100 C e 4% de umidade relativa passa por serpentinas de resfriamento para ser resfriado até 40 C. Quanto calor é removido do ar neste processo? Para economizar energia, um secador está sendo modificado de forma possibilitar a reutilização de parte do ar de exaustão juntamente com o ar ambiente. Deseja-se que o ar de exaustão com vazão de 10 kg/s a 70 C e 30% de umidade relativa seja misturado com ar ambiente fluindo a 20 kg/s a 30 C e 60% de umidade relativa. Usando a carta psicrométrica, determine a temperatura de bulbo seco e o teor de umidade da mistura. 4

5 EXEMPLO 4 SECAGEM EXEMPLO 5 SECAGEM Determine a quantidade de umidade retirada por kg de ar seco em um secador em que o ar entra a 40 C e 20% de umidade relativa e sai a 35 C e 60% de umidade relativa. Ar aquecido a 50 C e 10% de umidade relativa é usado para secar arroz em um secador de grãos. O ar deixa o secador sob condições de saturação. Determine a quantidade de água removida por kg de ar seco. REFERÊNCIAS Singh, R.P. & Heldman, D.R. Introduction to Food Engineering, 4th ed., Academic Press, Introdução à Psicrometria, em Psicrometria Determinação das propriedades do ar, em Psicrometria Aquecimento e resfriamento do ar, em Psicrometria Mistura de dois fluxos de ar, em Outros vídeos do Prof. Juarez de Sousa e Silva, da UFV, disponíveis no You Tube, OBRIGADA! julianaract@usp.br 5