caderno de exercícios Aula 2

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CADERNO DE EXERCÍCIOS 
SISTEMAS TÉRMICOS E ENERGÉTICOS 
AULA TEÓRICA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dra. Ana Carolina Tedeschi Gomes Abrantes 
 
 
EXERCÍCIOS AULA 2 DE SISTEMAS TÉRMICOS E ENERGÉTICOS 
 
CONVERSA INICIAL 
Neste caderno de exercícios serão apresentados exercícios resolvidos passo a passo, visando uma maior sedimentação 
dos conteúdos abordados nas Aula Teórica 2 da Rota de Estudos. 
Trataremos tanto dos conceitos da Disciplina de forma aplicada, quanto de conhecimentos básicos necessários as 
resoluções dos exercícios, conceitos esses que, embora não façam parte da disciplina, são vistos em outras disciplinas 
do Curso. 
Com isso acreditamos estar complementando o Material da Rota de Estudo, visando melhorar o desempenho do 
discente no que concerne ao aprendizado do conteúdo e a aplicação de conceitos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1) Uma determinada torre de resfriamento instalada em um complexo petroquímico admite 28000 l/h de água a 40 
oC, a qual necessita ser resfriada a 27 oC para uso nas unidades de processo como fluido refrigerante. Sabendo-se 
que o processo de resfriamento ocorre por evaporação, qual a massa de água evaporada, em kg/h, para que estes 
parâmetros sejam cumpridos? 
 
Em uma torre de resfriamento, a água é resfriada a partir da evaporação de uma pequena parcela de água. A energia 
necessária para esta evaporação (calor latente) é retirada do restante da água como calor sensível, fazendo a sua 
temperatura diminuir. 
Sabendo-se disso, podemos igualar o calor latente de evaporação ao calor sensível de resfriamento. 
 
QL = QS 
mv*L = (mT-mv)*c*T 
 
Onde mv é a massa a ser evaporada, mT é a massa total, L é a constante de calor latente, c o calor específico e T a 
variação de temperatura. 
Para a água, L = 2256 kJ/kg e c = 4,18 kJ/kgoC. 
Considerando a massa específica da água igual a 1 kg/l, temos que a vazão mássica de água é de 28000 kg/h. 
Substituindo os valores no balanço térmico, temos: 
 
mv*2256 = (28000-mv)*4,18*13 
mv*2256 = 1521520-mv*54,34 
mv*2310 = 1521520 
mv = 658,7 kg/h 
 
Esta é a vazão de água que é perdida por evaporação no processo, sendo necessária à sua reposição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2) Considerando que a torre de resfriamento do exercício anterior esteja operando nas condições meteorológicas 
representadas abaixo, qual a vazão de ar necessária para tornar o resfriamento de água efetivo? 
 
 
Para que ocorra a evaporação, ar atmosférico é induzido a passar em corrente cruzada, e em contra corrente, em 
relação à vazão de água e a força motriz de evaporação é a umidade deste ar atmosférico. Quanto menor a umidade 
relativa, maior será a quantidade de água que este ar é capaz de absorver até seu ponto de saturação. 
Por tanto, para sabermos qual a vazão de ar, primeiro precisamos saber qual a capacidade de absorção de água do ar 
(razão de mistura) nas condições ambiente até a sua saturação a temperatura constante. 
Utilizando a carta psicrométrica, verificamos que a razão de mistura na TBS = 18 oC e UR = 34% é de aproximadamente 
4,7 gágua/kgar seco. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Na mesma TBS e UR=100%, encontramos uma razão de mistura de 13,0 gágua/kgar seco. 
 
 
 
Portanto, este ar tem a capacidade de absorver 13 - 4,7 = 8,3 gágua/kgar seco. 
Como será necessário evaporar 658,7 kg/h de água, podemos encontrar a vazão de ar seco necessária fazendo uma 
regra de três. 
8,3*10-3 kg água – 1 kg ar seco 
658,7 kg/h água – x kg ar seco 
x = 79361,4 kg de ar seco 
Como o ar é admitido com 34% de umidade, a vazão total do ar atmosférico é a vazão do ar seco mais do vapor contido 
neste ar. Sabendo que a razão de mistura nesta condição é 4,7 gágua/kgar seco, 1 kg de ar seco equivale a 1,0047 kg de ar 
úmido. 
Assim: 
1 kg de ar seco – 1,0047 kg ar úmido 
79361,4 kg de ar seco – x 
x = 79734, 4 kg de ar úmido (18 oC, 34%) 
 
 
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3) Em um determinado dia, a temperatura TBS medida em Curitiba, às 14h, foi 26 OC e a temperatura de bulbo 
úmido igual a 20 oC. Qual a umidade relativa do ar neste momento? Obtenha o resultado através das equações 
relacionadas à psicrometria. 
 
A umidade relativa é obtida por: 
 
Onde pv e pvs são calculados a partir de: 
(com P em mmHg) 
(com P em mbar) 
(com P em mbar) 
Calculando primeiro o pvs, temos: 
pvs = 6,1078*10^[7,5*26/(237,3+26)] 
pvs = 6,1078*10^(195/263,3) 
pvs = 6,1078*10^(0,74) 
pvs = 33,56 mbar 
Utilizando a correlação 760 mHg = 1013,25 mbar, concluímos que pvs = 25,17 mmHg. 
Com o mesmo raciocínio obtemos o pvsm: 
pvsm = 6,1078*10^[7,5*20/(237,3+20)] 
pvsm = 6,1078*10^(150/257,3) 
pvsm = 6,1078*10^(0,58) 
pvsm = 23,22 mbar ou 17,42 mmHg 
Para, então, calcularmos o pv em áreas com ventilação: 
pv = 17,42 – [0,00067*760*(26-20)] 
pv = 14,63 mmHg 
Por fim, obtemos a umidade relativa: 
UR = (14,36/25,17)*100 
UR = 57%