5 - aula_psicrom_final2

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Psicrometria
Psicrometria
O que é?
Psicrometria: estudo das misturas de ar e vapor d´água, isto é, 
o estudo do ar úmido (estudo de misturas binárias nas quais 
um dos componentes é um vapor condensável).
Do grego psychro, isto é, esfriar, resfriar.Do grego psychro, isto é, esfriar, resfriar.
Aplicações da psicrometria
-controle de clima, em especial em condicionamento de ar para 
conforto térmico;
- condensação em superfícies frias (o orvalho sobre a grama 
em uma manhã fria, a água sobre a superfície externa de um 
copo de cerveja), etc;copo de cerveja), etc;
-O resfriamento evaporativo;
-Demais aplicações que exigem o controle do conteúdo de 
vapor no ar. 
Definições Fundamentais e Conceitos Básicos
Ar seco e úmido: o ar seco é a mistura dos vários gases que
compõem o ar atmosférico, como nitrogênio, oxigênio, gás
carbônico e outros, que formam mistura homogênea para uma
grande faixa de temperaturas. O ar é úmido quando, além da
mistura de gases, tem vapor d'água, que pode saturar à
temperaturas ambiente, e então condensar.
Ar saturado (ou mistura saturada): mistura de ar seco e vapor de
água saturado (estado de equilíbrio entre o ar úmido e as fases
líquida e vapor da água).
Ar não-saturado (ou mistura não-saturada): mistura de ar seco e 
vapor de água superaquecido.
Pressão parcial: pressão que cada componente exerceria se, à mesma
temperatura, ocupasse sozinho todo o volume da mistura.
Lei de Dalton: a pressão total de uma mistura de gases é a soma 
das pressões parciais de cada um dos componentes.
Fração molar e fração mássica:
uma mistura gasosa de c (i = 1,…,c) componentes está contida em 
um volume V, sua temperatura é T e a pressão, P. Se seu peso 
molecular é M, sua massa é m e seu número de moles é n, tem-
se:
m = m1 + m2 + ...+ mc = Σmi
n = n1 + n2 + ... + nc = Σnin = n1 + n2 + ... + nc = Σni
fração mássica >> xi = mi/m fração molar >> xi = ni/n
O peso molecular é a média ponderada de todos os componentes:
M = Σmi/ni Mar = 28,966 kg/kmol 
As propriedades da mistura são descritas pela combinação 
(média ponderada) das propriedades dos componentes!!!
Lei de Dalton 
P = P1 + P2 + ...+ Pc = ΣPi
Isto é, a pressão parcial é a contribuição de cada componente
na formação da pressão (total) da mistura!!!
Lei de Dalton
A pressão parcial é exata em misturas de gases ideais!!!
Note então que a Lei de Dalton (ou melhor, Regra de Dalton) não é propriamente uma 
Lei Termodinâmica, pois não se aplica universalmente a todas as misturas gasosas 
>> só é válida para gases ideais, e quando a mistura também for um gás ideal!!
O T acima é a temperatura de bulbo seco da mistura, a temperatura do gás indicada por um termômetro comum, 
sem condensação na superfície do bulbo, e também não exposto à radiação.
A constante do gás para o ar seco, Rar, será: 
Onde R = 8314,26 kJ/kmol.K e é conhecida como Constante Universal dos
Gases.Gases.
O vapor d'água por sua vez não é uma mistura, mas um composto químico.
Desta forma, não se utiliza a técnica da proporcionalidade no cálculo da
massa molecular.
A constante do gás para o vapor d'água será: 
VV
V
Composição do ar seco ao nível do mar:
Patm = PN2 + PO2 + PAr + Pv = Par + Pv
A pressão atmosférica como a soma da pressão parcial dos vários componentes 
do ar (admitido como gás perfeito homogêneo) e do vapor de água:
Temperatura de bulbo seco
Temperatura de bulbo seco é a temperatura do ar, tal como medido por
um termômetro comum, chamado de termômetro de bulbo seco .
Temperatura de bulbo úmido
É um tipo de medida de temperatura que reflete as propriedades físicas
de um sistema constituído pela evaporação da água no ar.de um sistema constituído pela evaporação da água no ar.
A evaporação consome calor para acontecer, ocasionando resfriamento,
pois, como as moléculas de maior energia escapam (evaporam) e as que
ficam têm menor energia cinética média, a temperatura do líquido
diminui. Este fenômeno também é chamado de resfriamento evaporativo.
Um exemplo para tal fenômeno é a transpiração (suor).
A temperatura de bulbo úmido é a temperatura mais baixa que pode ser
alcançada apenas pela evaporação da água. É a temperatura que se sente
quando a pele está molhada e está exposta a movimentação de ar. Ao
contrário da temperatura de bulbo seco, a temperatura de bulbo úmido é
uma indicação da quantidade de umidade no ar. Quanto menor a umidade
relativa do ar, maior o resfriamento.
Temperatura de bulbo úmido
A temperatura de bulbo úmido é medida por um termômetro de bulbo
úmido. O termômetro de bulbo úmido tem o bulbo coberto por umaúmido. O termômetro de bulbo úmido tem o bulbo coberto por uma
malha porosa (geralmente de algodão), que fica mergulhada num
recipiente contendo água destilada. Esta malha fica constantemente
úmida devido ao efeito de capilaridade. A evaporação da água contida na
malha envolvente retira calor do bulbo, fazendo com que o termômetro
de bulbo úmido indique uma temperatura mais baixa do que a do ar
ambiente (medida por um termômetro de bulbo seco). Essa evaporação, e
consequentemente a redução na temperatura de bulbo úmido, é tanto
maior quanto mais seco está o ar atmosférico e é nula quando a
atmosfera está saturada de vapor de água (umidade relativa do ar igual a
100%).
Sistema Adiabático:
Adiabático, do grego adiabatos (impenetrável), diz se do sistema
que esteja isolado de quaisquer trocas de calor ou matéria com um
meio externo. Na termodinâmica, associa-se também a processos
ou transformações que ocorrem no interior de fronteiras adiabáticas,
havendo ausência de troca de energia na forma de calor, e de matéria,
com a vizinhança.
Umidade Relativa
Umidade Específica:
ar
v
m
m
Ue 
ar
v
v
ar
arar
vv
P
P
R
R
TRVP
TRVP
Ue 
vatm
v
PP
P
Ue

 622,0
ω = Ue V= Rar/Rv
Considerando que:
Relação entre a umidade Relativa e Específica
Volume Específico do Ar (gás) Úmido:
vatm
ar
ar
ar
ar PP
TR
P
TR
m
V

v
atm
ar
P
TR
wv  )6078,11(
Entalpia Específica do Ar (gás) Úmido:
vvararvar hmhmHHH 
varv
ar
v
ar hUehh
m
m
hh 
Tch 
•
•
•
Tchh
Tch
vplvv
arpar
,
,


 TchUeTch vplvarp ,, 
•
•
•
hlv : entalpia de vaporização da água a
temperatura ambiente (kJ/kg).
Calor Sensível
Provoca apenas variação na temperatura do corpo, sem que aconteça mudança no seu
estado de agregação, ou seja, se o corpo é sólido continua sólido e o mesmo acontece
com os estados líquidos e gasosos. Também chamado de calor específico, o calor
sensível, determinado pela letra c (minúscula), é avaliado da seguinte forma: cal/g. °C.
Essa relação informa a quantidade de calor que um grama de substância deve receber ou
ceder para que nela aconteça a variação de um grau de temperatura.
Calor Latente
Diferente do calor sensível, quando fornecemos energia térmica a uma substância, sua
temperatura não varia, mas seu estado de agregação se modifica, esse é o
chamado calor latente. Essa é a grandeza física que informa a quantidade de energiachamado calor latente. Essa é a grandeza física que informa a quantidade de energia
térmica (calor) que uma unidade de massa de uma substância deve perder ou receber
para que ela mude de estado físico, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido
para o gasoso e assim por diante.
O calor latente pode ser positivo ou negativo. Quando positivo indica que o material
está recebendo calor e quando negativo, indica que está perdendo calor. No Sistema
Internacional de Unidades (SI), a unidade de calor latente é o joule por quilograma
(J/Kg), mas na prática utiliza-se com frequencia a caloria por grama (cal/g).
L = Q/m
Razão entre a quantidade de calor (Q) que a substância deve receber ou ceder e a massa (m) da 
mesma
FATOR DE CALOR 
SENSÍVEL 
Aparelhos Psicrométricos
Temperatura de Bulbo Úmido:
V  5,0 m/s
Saturador Adiabático 
Um saturador adiabático é um dispositivo onde o ar ambiente passa por um duto onde 
há pulverização de água emseu interior. A área superficial de contato entre a água e o ar 
que está circulando pelo dispositivo é tal que o ar sai deste totalmente saturado, visto ter 
atingido o equilíbrio termodinâmico com a água. Não há interações de calor entre o 
dispositivo e o ar (adiabático) e nem trabalho sendo fornecido ao fluido. Apenas há 
reposição de água do saturador. 
É utilizado quando se deseja conhecer propriedades do ar ambiente tal como a
umidade absoluta, temperatura de saturação, etc., conhecendo-se apenas a
pressão e temperatura do ar ambiente.
Se a umidade do ambiente for menor que 100%, a água evapora. Como dito
anteriormente, por se tratar de um saturador, a mistura sai com umidade relativaanteriormente, por se tratar de um saturador, a mistura sai com umidade relativa
de 100%. Um fluxo de água é adicionada na mesma taxa na qual a água é
evaporada.
Saturação Adiabática:
Saturador Adiabático
    0,0,0, TTchwTTc
m
H
h vpLVap
a

Definição de entalpia:
Balanço de massa para o ar seco:
Balanço de massa para a água:
Balanço de energia:
21 aa mm  
  m w m m wa a1 1 3 2 2 
  m h m h m ha a1 1 3 3 2 2 
Saturação Adiabática:
Saturador Adiabático
Premissas: - a mistura é um gás perfeito;
- processo adiabático, Q = 0 e não há trabalho útil, W = 0;
    0,202,0,101,1 2 LVapLVap hUeTTchUeTTchh 
- a entalpia da água adicionada é muito pequena, então, h1 = h2;
- o calor sensível do vapor é desprezível frente ao latente.
Assim, se h1 = h2:
    0,
22
02,0,
11
01,
1
)(
1
)(
LV
s
v
apLV
s
v
ap h
Tp
p
m
TTch
Tp
p
m
TTc





Umidade Absoluta
Umidade relativa
Aquecimento e Resfriamento Sensível, ou
Aquecimento e Resfriamento Seco (sem evaporação / condensação) :
Transformações Psicrométricas
 12/ TTcqmQ ps  
   
12,12,
TTwcTTcq
vparps

Da Eq. da Energia (só calor sensível):
Mas o ar úmido é uma mistura de ar seco e vapor de água:
Resfriamento Adiabático
Este processo se caracteriza pela redução da temperatura de bulbo seco
(ponto A) do ar através da evaporação de água (geralmente atomizada no
fluxo de ar), elevando o conteúdo de umidade do ar (ponto B). Quando a
água se evapora ela “rouba” calor do ar, reduzindo sua temperatura.
Ocorre uma troca do calor latente oriundo da evaporação da água peloOcorre uma troca do calor latente oriundo da evaporação da água pelo
calor sensível (associada à temperatura da mistura) do ar. O resultado da
somatória do acréscimo da carga latente com a redução da carga sensível
resulta zero, evidenciando um processo sem variação do conteúdo
enérgico (adiabático).
Este processo pode ser promovido por serpentina de água gelada ou de 
expansão direta ou ainda por lavador de água gelada.
Resfriamento Simples
Este processo se caracteriza pela redução da temperatura de bulbo seco
do ar do ponto A para o ponto B (retirada exclusivamente de calor
sensível), mantendo-se a umidade específica do ar constante.
Conseqüentemente a umidade relativa da mistura ar-vapor irá aumentar,
uma vez que a condição desta irá se aproximar da curva de saturação.
Este processo é promovido principalmente por serpentinas de resfriamento
(alimentadas por água gelada ou pela expansão direta de gás refrigerante).
Umidificação Simples
Este processo se caracteriza pela elevação da umidade específica do ar, com a
manutenção da temperatura de bulbo seco constante.
Isto é feito mediante o acréscimo exclusivamente de calor latente ao ar
(evaporação de água), o qual é promovido por injeção de vapor (alimentado por
linhas de vapor saturado ou pela evaporação de água aquecida por resistências
elétricas de imersão).elétricas de imersão).
Consequentemente a umidade relativa do ar irá se elevar, uma vez que a
condição desta irá se aproximar da curva de saturação.
Resfriamento e Desumidificação
Este processo se caracteriza pela redução simultânea da temperatura de
bulbo seco (carga sensível) e da umidade específica (carga latente) do ar.
Este processo pode ser promovido por serpentina de água gelada ou de
expansão direta.
Resfriamento e Desumidificação:
   212121 2
wwhhhq OH 

Desumidificação e Aquecimento
Este processo se caracteriza pela redução da umidade específica do ar
(conteúdo de calor latente), acompanhado pela elevação da temperatura de
bulbo seco do ar (conteúdo de calor sensível).
Umidificação e Resfriamento Não Adiabático
Este processo se caracteriza pela redução do conteúdo de calor
sensível (TBS), acompanhada pela elevação do conteúdo de calor
latente (v) do ar, sendo o resultado da somatória do fluxo energético
(entrada + saída de energia) maior que zero.
Este processo pode ser promovido por lavador de água quente. No caso,Este processo pode ser promovido por lavador de água quente. No caso,
a temperatura da água utilizada estaria acima da temperatura de bulbo
úmido do ar no ambiente, produzindo, além da troca de calor sensível do
ar ambiente pelo calor latente da água, um acréscimo na energia total do
sistema (entalpia).
A mistura passa da condição A para a condição B, reduzindo TBS e
elevando simultaneamente v e h.
Se utilizássemos água resfriada ao invés de quente, com uma temperatura inferior à
do ponto de orvalho do ambiente, ocorreria a remoção de umidade do ar, tornando o
processo semelhante ao de resfriamento e desumidificação
Processos fundamentais de condicionamento de ar 
Equações de Calor e Massa
Mistura Adiabática de Duas Correntes de Ar Úmido:
Transformações Psicrométricas
  3212211 hmmhmhm  
  3212211 wmmwmwm  Massa:
Energia:
Conservação da massa de água 
Conservação de energia térmica
Exemplo: Mistura de Ar úmido
Em um secador de grãos contra-corrente, a corrente de ar úmido
que deixa a seção de resfriamento (1699,2 m3/h, 35oC de
temperatura de bulbo seco e 31oC de temperatura de bulbo
úmido) é misturada com ar ambiente (1699,2 m3/h, 12,8oC de
temperatura de bulbo seco e 10oC de temperatura de bulbo
EXERCÍCIO – MISTURA DE AR
temperatura de bulbo seco e 10 C de temperatura de bulbo
úmido) antes que a mistura seja direcionada ao queimador.
Determine as temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido da
mistura antes de chegar ao queimador
EquipamentosEquipamentos
Unidade de Resfriamento de Água (“chiller”)
Climatizadora (evaporador + ventilador + (des)umidificador + 
“dampers” + filtros + grelhas/difusor + eq. auxiliares: motor 
elétrico, motor de passo, variador de frequência, unidade de 
controle remoto, unidade de controle e lógica, instrumentos)
Unidade “Split”
Evaporador
Condensador (externo)