FENÔMENOS DE TRANSPORTE 2 CONDICIONAMENTO DE AR E PSICOMETRIA

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1 FENÔMENOS DE TRANSPORTE 2 CONDICIONAMENTO DE AR E PSICOMETRIA

2 DEFINIÇÃO "Ar condicionado é um processo de tratamento de ar, que visa controlar simultaneamente a temperatura, a umidade, a pureza e a distribuição do ar (ventilação) para um determinado ambiente".

3 APLICAÇÕES Ar condicionado industrial, Laboratórios ambientais, Laboratórios de metrologia, Indústria têxtil, Hospitais, Salas de computação, Micro mecânica e microeletrônica,

4 CONFORTO HUMANO O metabolismo de uma pessoa depende dos seguintes fatores: energia interna, convecção, radiação e evaporação, ou seja, para que uma pessoa tenha uma sensação agradável em um determinado local, é necessário que o ambiente apresente: Temperatura = 25 ± 2 o C, Umidade do ar = 50%, Velocidade do ar = 0,08 a 0,12 (m/s),

5 PSICROMETRIA PSICROMETRIA Estudo das propriedades do ar úmido. A Psicrometria é definida como o ramo da física relacionado com a medida ou determinação das condições do ar atmosférico, particularmente com respeito à mistura ar seco vapor d água. PROPRIEDADES: TBS Temperatura de bulbo seco TBU Temperatura de bulbo úmido. UR Umidade relativa UA Umidade absoluta h Entalpia. v Volume específico

6 PSICROMETRIA Ar Seco (Dry Air) é a mistura dos gases que constituem o ar atmosférico com exclusão do vapor d água, i.e., quando todo o vapor d água e os contaminantes (fumaça, poeira e outros contaminantes) são removidos do ar atmosférico. A composição do ar seco é relativamente constante, tendo pequenas variações na quantidade dos componentes com o tempo, localização geográfica e altitude. Pode ser tratado como gás ideal com c p =1,005 kj/kg.k A massa molecular aparente do ar seco é 28,9645 kg/kg-mol e a do vapor d água é de 18,01528 kg/kg-mol, ambas na escala do carbono 12, ASHRAE (1997). A constante dos gases para o ar seco, baseada na escala do carbono 12 é:

7 A composição percentual, em volume ou número de moles por 100 moles do ar seco, é dada na tabela ao lado. PSICROMETRIA

8 PSICROMETRIA Ar Úmido (Moist Air) é a mistura do ar seco com o vapor d água. A quantidade de vapor d água na mistura vai de zero até o valor de saturação, que é a quantidade máxima de vapor d água que o ar pode suportar a determinada temperatura. Para este caso, pode ser considerado como gás ideal, com certa perda de acurácia. Ar Saturado mistura de ar seco e de vapor d água saturado. Ar Não aturado mistura de ar seco e vapor d água superaquecido.

9 PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DO AR ÚMIDO Associadas à temperatura: Temperatura de Bulbo Seco (T BS ): É a temperatura indicada por um termômetro comum. É a verdadeira temperatura do ar úmido. É freqüentemente denominada apenas temperatura do ar. Temperatura de Bulbo Úmido (T BU ): É a temperatura indicada por um termômetro cujo bulbo foi previamente envolto por algodão úmido. Para se fazer a leitura desse tipo de temperatura, se faz necessário um psicrômetro. Temperatura de Orvalho (T O ): É a temperatura no qual o vapor se condensa ou solidifica quando é resfriado a pressão constante e conteúdo de umidade constante.

10 PSICROMETRIA - TEMPERATURAS TEMPERATURA DE BULBO ÚMIDO PSICRÔMETRO

11 PSICROMETRIA Lei de Dalton A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma das pressões parciais de cada componente na mesma temperatura da mistura. Pressão Parcial a pressão parcial de cada componente na mistura é a pressão que ele exerceria se ocupasse sozinho o volume da mistura, na temperatura da mistura. P v - PRESSÃO PARCIAL DE VAPOR P a - PRESSÃO PARCIAL DO AR SECO P - PRESSÃO TOTAL DO AR ÚMIDO

12 PSICROMETRIA

13 PSICROMETRIA - PROPRIEDADES Umidade absoluta: é a relação entre a massa de vapor d água e a massa de ar seco contidas na mistura. Umidade relativa: é a relação entre a pressão parcial do vapor d água na mistura (P v ) e a pressão de saturação correspondente à temperatura de bulbo seco da mistura (P g ).

14 PSICROMETRIA

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16 PSICROMETRIA - PROPRIEDADES Volume Específico: é o volume ocupado pela mistura ar seco / vapor d água por unidade de massa de ar seco. Entalpia para o Ar Úmido (h): a entalpia da mistura ar seco / vapor d água é a energia do ar úmido por unidade de massa de ar seco. h h a w. hg[ kj / kgar seco ]

17 EXERCÍCIO Uma sala de 5 x 5 x 3 m tem ar a 25º C e 100 kpa e umidade relativa 75%. a) Pressão parcial do ar: P v P a. P g P P v 0,75.3,1698 2,38kPa 100 2,38 97,62kPa Obs. P g é a pressão de saturação da água a 25º C. b) Umidade Específica: w,622. P P P v 0,622.2, ,38 kg 0,0152 kgar 0 v 2 H O _seco

18 EXERCÍCIO c) Entalpia por unidade de massa de ar seco: h h a w. h c. T w. h 1, , ,5 v p g h g vem de tabela ou pode ser obtido por (para -10º C<T<50º C): 63,8 kj kg ar _ seco h g 2500,9 1,82. T 2500,9 1, ,4kJ / kg d) Massas de Ar Seco e Vapor: m m a v ou Pa. Va R. T a Pv. Vv R. T v 97, , , , ,61kg 1,30kg m v w. m a 0,152.85,61 1,30kg

19 CARTA PSICROMÉTRICA

20 CARTA PSICROMÉTRICA

21 PSICROMETRIA CARTA PSICROMÉTRICA Linhas da carta. Ponto de orvalho.

22 PROPRIEDADES PSICROMETRIA

23 PROPRIEDADES PSICROMETRIA

24 EXERCÍCIO Se uma sala está a 1 atm, 35º C e 40% de umidade relativa. Determine, a partir da carta psicométrica, : A) Umidade absoluta (R.0,0142 kgh2o/kg ar seco) B) Entalpia (R. 71,5 kj/kg ar seco) C) Temperatura de bulbo úmido (R. 24º C) D) Temperatura de orvalho (R. 19,4º C) E) Volume Específico (R. 0,893 m3/kg ar seco)

25 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS São 6 os processos psicométricos; 1. Mistura Adiabática de duas quantidades de Ar Úmido; 2. Aquecimento Sensível (Aquecimento Seco); 3. Resfriamento sem Desumidificação (Resfriamento Seco); 4. Resfriamento com Desumidificação; 5. Resfriamento e Umidificação; 6. Aquecimento e Umidificação..

26 PROCESSO PSICROMÉTRICOS

27 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS 1. Aquecimento ou Resfriamento Seco (w=cte) Processo em que se fornece (ou retira) energia para (do) o ar. Q m a ( h 2 h1)

28 AQUECIMENTO SENSÍVEL PSICROMETRIA - PROPRIEDADES

29 AQUECIMENTO COM UMIDIFICAÇÃO PROCESSOS PSICROMÉTRICOS

30 RESFRIAMETO COM DESUMIDIFICAÇÃO PROCESSOS PSICROMÉTRICOS

31 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS RESFRIAMETO EVAPORATIVO Tanto ar quanto a água se resfriam durante o processo.

32 RESFRIAMETO EVAPORATIVO PROCESSOS PSICROMÉTRICOS

33 UMIDIFICAÇÃO

34 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS 6. Mistura Adiabática de duas quantidades de ar úmido Das equações de conservação da massa e de conservação da energia. A entalpia e a umidade são médias ponderadas. Adotaremos que a temperatura será aproximada da mesma forma.

35 MISTURAS DE CORRENTES DE AR PROCESSOS PSICROMÉTRICOS

36 MISTURAS DE CORRENTES DE AR PROCESSOS PSICROMÉTRICOS

37 TORRES DE RESFRIAMENTO

38 TORRES DE RESFRIAMENTO

39 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS SISTEMA DE VENTILAÇÃO COM RESFRIAMENTO DO AR COM CONTROLE POR TERMOSTATO

40 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS AQUECIMENTO COM UMIDIFICAÇÃO AQUECIMENTO

41 SISTEMAS DE CONDICIONAMENTO DE AR INDIVIDUAL CENTRAL

42 SISTEMAS SISTEMA COM EXPANSÃO DIRETA COM CONDENSAÇÃO À ÁGUA

43 SISTEMAS SISTEMA COM EXPANSÃO DIRETA

44 PROCESSOS PSICROMÉTRICOS SISTEMA COM EXPANSÃO INDIRETA COM CONDENSAÇÃO À ÁGUA

45 REFERÊNCIA ÇENGEL, Y.A. and BOLES, M.A. THERMODYNAMICS AND ENGENEERING APROACH, Mc Graw Hill, Fifth edition. MARTINELLI, L.C. Refrigeração e Ar Condicionado. Apostila.