4 - ST - Slides - Unidade 4 - Misturas ar vapor

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 Diferenciar ar seco de ar atmosférico.
 Definir e calcular a umidade especifica e a umidade relativa do ar atmosférico.
 Calcular a temperatura do ponto de orvalho do ar atmosférico.
 Relacionar a temperatura de saturação adiabática e as temperaturas de bulbo úmido do 
ar atmosférico.
 Utilizar o diagrama psicrométrico como ferramenta para determinar as propriedades do 
ar atmosférico.
 Aplicar os princípios da conservação de massa e energia aos diversos processos de 
condicionamento de ar.
Misturas Gás-Vapor
O ar é uma mistura de nitrogênio, oxigênio e pequenas quantidades de outros gases. 
Ar seco e ar atmosférico
O ar é uma mistura de nitrogênio, oxigênio e pequenas quantidades de outros gases. 
Ar seco e ar atmosférico.
Umidade do Ar
www.thermomatic.com.br
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Para cálculos de condicionamento de ar a
temperatura varia de -10 a 50 ℃, podemos
tratar o ar seco com um gás ideal com 𝑐𝑝 médio
de 1,005 Τ𝑘𝐽 𝑘𝑔.℃
A entalpia pode ser calculada como:
ℎ𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜 = 𝑐𝑝𝑇 = 1,005 𝑇
∆ℎ𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜= 𝑐𝑝∆𝑇 = 1,005 ∆𝑇
Ar Seco
O vapor de agua pode ser tratado com gás ideal (𝑃𝑣 = 𝑅𝑇) para aplicações
de ar condicionado com erro desprezível (< 0,2%).
Sendo assim, a pressão do ar atmosférico é calculada como:
𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑣 𝑘𝑃𝑎
𝑃𝑎: pressão parcial do ar seco
𝑃𝑣: pressão do vapor
Vapor de água
Mistura de gases ideais
Como o vapor de água é um gás ideal, a entalpia do vapor de água é uma função
apenas da temperatura,
ℎ𝑣 𝑇, 𝑏𝑎𝑖𝑥𝑎 𝑃 = ℎ𝑣 𝑇
A entalpia do vapor de água no ar pode ser considerada igual à entalpia do vapor
saturado àmesma temperatura.
A entalpia pode ser calculada utilizando o 𝑐𝑝 do vapor de água a 0℃, com erro
desprezível.
ℎ𝑣 ≅ 2500,9 + 1,82 𝑇 Τ𝑘𝐽 𝑘𝑔
Vapor de água
 UMIDADE ESPECÍFICA: a massa do vapor de água presente em uma 
unidade de massa de ar seco
UMIDADE ESPECÍFICA E RELATIVA DO AR
𝑎: ar seco
𝑣: vapor de água
𝜔 =
𝑚𝑣
𝑚𝑎
= 0,622
𝑃𝑣
𝑃𝑎
𝜔 =
0,622𝑃𝑣
𝑃 − 𝑃𝑣
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜
 UMIDADE RELATIVA: a quantidade de umidade que o ar contém com 
relação à quantidade máxima de umidade que o ar pode conter à
mesma temperatura. 
𝜙 =
𝑚𝑣
𝑚𝑔
=
𝑃𝑣
𝑃𝑔
𝑃𝑔 = 𝑃𝑠𝑎𝑡 @ 𝑇
UMIDADE ESPECÍFICA E RELATIVA DO AR
𝑎: ar seco
𝑣: vapor de água
 UMIDADE RELATIVA: 
𝜙 =
𝑚𝑣
𝑚𝑔
=
𝑃𝑣
𝑃𝑔
 UMIDADE ESPECÍFICA: 
𝜔 =
𝑚𝑣
𝑚𝑎
= 0,622
𝑃𝑣
𝑃𝑎
=
0,622𝑃𝑣
𝑃 − 𝑃𝑣
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜
UMIDADE ESPECÍFICA E RELATIVA DO AR
𝑎: ar seco
𝑣: vapor de água
 UMIDADE RELATIVA: 
𝜙 =
𝑚𝑣
𝑚𝑔
=
𝜔𝑃
0,622 + 𝜔 𝑃𝑔
 UMIDADE ESPECÍFICA: 
𝜔 =
0,622𝜙𝑃𝑔
𝑃 − 𝜙𝑃𝑔
UMIDADE ESPECÍFICA E RELATIVA DO AR
𝑃𝑔 = 𝑃𝑠𝑎𝑡 @ 𝑇
𝐻 = 𝐻𝑎 + 𝐻𝑣 = 𝑚𝑎ℎ𝑎 +𝑚𝑣ℎ𝑣
ℎ =
𝑚𝑎
𝑚𝑎
ℎ𝑎 +
𝑚𝑣
𝑚𝑎
ℎ𝑣
ℎ = ℎ𝑎 +𝜔ℎ𝑣
Entalpia do ar atmosférico
𝑎: ar seco
𝑣: vapor de água
Observe também que a temperatura comum do ar atmosférico com 
frequência é chamada de temperatura de bulbo seco
Exercício 1: Uma sala de 5m x 5 m x 3 m contém ar a 25 °C e 
100 kPa a uma umidade relativa de 75%. Determine:
a) a pressão parcial do ar seco,
b) a umidade específica,
c) a entalpia por unidade de massa do ar seco e 
d) as massas do ar seco e do vapor de água na sala.
A temperatura de ponto de orvalho 𝑇𝑝𝑜 é definida
como a temperatura na qual a condensação
começa quando o ar é resfriado a pressão
constante. Em outras palavras, 𝑇𝑝𝑜 é a temperatura
de saturação da água correspondente à pressão do
vapor:
TEMPERATURA DO PONTO DE ORVALHO
𝑇𝑝𝑜 = 𝑇𝑠𝑎𝑡 @𝑃𝑣
Exercício 2: No inverno frequentemente ocorre
condensação nas superfícies internas das janelas, devido
às temperaturas mais baixas do ar próximo à superfície da
janela. Considere uma casa, contendo ar a 20 °C e 75% de
umidade relativa. Qual a temperatura da janela na qual a
umidade do ar começará́ a se condensar (causando assim
o embac ̧amento) nas suas superfícies internas?
A pressão de saturação da água a 20 °C é Psat = 2,3392 kPa tab A-4
𝑇𝑝𝑜 = 𝑇𝑠𝑎𝑡 @𝑃𝑣
𝜙 =
𝑃𝑣
𝑃𝑔
→ 𝑃𝑣 = 𝜙𝑃𝑔
𝑃𝑣 = 0,75 × 2,3392 = 1,754 𝑘𝑃𝑎
𝑇𝑝𝑜 = 𝑇𝑠𝑎𝑡 @𝑃𝑣 = 𝑇𝑠𝑎𝑡 @1,754 = 15,3 ℃
P [kPa] 𝑇𝑠𝑎𝑡 [ºC]
1,5 13,02
1,754 𝑇𝑝𝑜
2,0 17,5
Universidade Federal de Ouro Preto
DEMEC - Departamento de Engenharia Mecânica
Escola de Minas - Campus Universitário Morro do Cruzeiro
Ciência que estuda o envolvimento das propriedades do ar úmido e do
processo (secagem, umidificação, resfriamento, aquecimento) na
mudança da temperatura ou do conteúdo de vapor d’água da mistura.
O conhecimento das condições de umidade do ar é de grande
importância para:
• dimensionamento de sistemas para ar condicionamento,
• a conservação de alimentos,
• os sistemas de refrigeração,
• tempo e energia requeridos por processos de secagem, umidificação,
resfriamento e armazenamento e processamento de grãos.
Pisicrometria
MEDINDO AS TEMPERATURAS DE BULBO ÚMIDO E 
DE BULBO SECO
 A temperatura de bulbo úmido é lida a partir de um
termômetro de bulbo úmido, que é um termômetro
comum de líquido em vidro cujo bulbo é envolto
por uma mecha umedecida com água.
 A temperatura de bulbo seco refere-se à
temperatura que seria medida por um termômetro
colocado na mistura (ar atmosférico).
MEDINDO AS TEMPERATURAS DE BULBO ÚMIDO E 
DE BULBO SECO
www.testo.com/pt-BR/
17.5 Condições ambientais de trabalho. 
17.5.2 Nos locais de trabalho onde são executadas atividades que exijam
solicitação intelectual e atenção constantes, tais como: salas de controle,
laboratórios, escritórios, salas de desenvolvimento ou análise de projetos,
dentre outros, são recomendadas as seguintes condições de conforto.
a)...
b) índice de temperatura efetiva entre 20℃ e 23℃;
c)...
d) Umidade relativa do ar não inferior a 40 por cento;
Norma Regulamentadora 17 – NR 17 - Ergonomia
 Representações gráficas de diversas propriedades importantes de ar 
úmido são fornecidas por cartas psicrométricas. 
 Essas cartas são construídas para uma pressão de mistura de 1 atm.
CARTAS PSICROMÉTRICAS
Umidade 
específica
Umidade 
Relativa
Exercício 3: Considere uma sala que contenha ar a 1 atm, esteja a 35 ℃ e
tenha 40% de umidade relativa. Usando o diagrama psicométrico determine:
a) A umidade específica,
b) A entalpia
c) Temperatura de bulbo úmido
d) Temperatura de ponto de orvalho
e) E volume especifico do ar.
Exercício 3: As temperaturas de bulbo seco e úmido do ar atmosférico à
pressão de 1 atm (101,325 kPa) são medidas com um psicrômetro giratório e
determinadas como 25 °C e 15 °C, respectivamente. Determine:
a) a umidade específica,
b) a umidade relativa e
c) a entalpia do ar.
Questões de Concurso 1: Na Carta Psicrométrica, identifique as linhas 
relativas às suas grandezas.
A) Umidade de saturação, umidade absoluta, temperatura de bulbo 
úmido e temperatura de bulbo seco.
B) Umidade absoluta, temperatura de bulbo seco, temperatura de 
bulbo úmido e umidade absoluta.
C) Umidade de saturação, umidade absoluta, temperatura de bulbo 
seco e temperatura de bulbo úmido.
D) Umidade de saturação, temperatura de bulbo seco, temperatura 
de bulbo úmido e umidade absoluta.
E) Umidade absoluta, umidade de saturação, temperatura de bulbo 
seco e temperatura de bulbo úmido.
Questões de Concurso 1: Na Carta Psicrométrica, identifique as linhas 
relativas às suas grandezas.
A) Umidade de saturação, umidade absoluta, temperatura de bulbo 
úmido e temperatura de bulbo seco.
B) Umidade absoluta, temperatura de bulbo seco, temperatura de 
bulbo úmido e umidade absoluta.
C) Umidade de saturação, umidade absoluta, temperatura de bulbo 
seco e temperatura de bulbo úmido.
D) Umidade de saturação, temperatura de bulbo seco, temperatura 
de bulbo úmido e umidade absoluta.
E) Umidade absoluta, umidade de saturação, temperatura de bulbo 
seco e temperatura de bulbo úmido.
Processos de condicionamento de ar
incluem: O aquecimento simples (elevação da temperatura),
 O resfriamento simples (diminuição da temperatura),
 A umidificação (adição de umidade) e
 A desumidificação (retirada de umidade).
Às vezes, dois ou mais desses processos são necessários
para deixar o ar com a temperatura e o nível de umidade
desejados.