RAC Psicrometria 20130429181244

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Refrigeração e Ar condicionado 
 
 
Professor: Diego Cruz 
Faculdade Pitágoras 
Engenharia Mecânica 
5 – Psicrometria 
5.1- A carta psicrométrica. 
5.2- Propriedades do ar. 
5.3- Resfriamento e desumidificação. 
5.4- Aquecimento. 
5.5- Umidificação. 
5.6- Mistura de correntes de ar. 
5.7- Insuflamento. 
Psicrometria 
 A psicrometria pode ser definida como o 
estudo das propriedades e transformações 
sofridas pelo ar atmosférico no processo de 
condicionamento. 
5.1- A carta psicrométrica 
 As cartas psicrométricas são representações 
das propriedades psicrométricas do ar. O uso 
destas cartas permite a análise gráfica de 
dados e processos psicrométricos, facilitando 
assim a solução de muitos problemas práticos, 
que de outro modo requereriam soluções 
matemáticas mais difíceis. 
5.1- A carta psicrométrica 
1- Temperatura de bulbo seco (TBS) 
indicada na carta por linhas verticais- 
(°C) 
2- Umidade absoluta (w) representada 
por linhas horizontais (kgv/kga) 
3-Escala da umidade absoluta 
4- Temperatura de bulbo úmido (TBU). A 
escala de TBU está localizada na 
extremidade esquerda da carta -(°C) 
5- Volume específico (v) – (m³/kga) 
6- Escala de entalpia específica (h)-
(kJ/kga) 
7- Liha da umidade relativa (UR)-(%) 
8- Escala referente ao fator de calor 
sensível (FCS) 
9- Liinha do desvio da entalpia com 
relação a entalpia específica na 
saturação 
5.1- A carta psicrométrica 
5.2- Propriedades do ar 
 Temperatura de orvalho 
 A temperatura na qual o vapor de água da 
atmosfera fica saturado é conhecida como 
temperatura de orvalho do ar. Esta 
propriedade é muito importante, pois a partir 
dela pode-se calcular as espessuras de 
isolamento adequadas para dutos, câmaras 
frigoríficas e refrigeradores domésticos. 
5.2- Propriedades do ar 
5.2- Propriedades do ar. 
 Exemplo: Um fluxo de ar a 15°C percorre um 
duto inserido num ambiente a TBS de 32°C e 
TBU de 23°C. Verificar se haverá condensação 
na face externa do duto. 
5.2- Propriedades do ar 
5.2- Propriedades do ar 
 Pelo diagrama podemos verificar que a 
temperatura de orvalho para a condição dada 
é cerca de 19,3°C. Como a temperatura da 
face externa do duto é praticamente 15°C a 
condensação ocorrerá neste caso. A solução 
deste problema é conseguida através do 
isolamento do duto. 
5.2- Propriedades do ar 
Umidade absoluta 
 A umidade absoluta é a relação entre a massa de 
vapor de água presente no ar e a massa de ar seco. 
De maneira mais simples, umidade absoluta é a 
quantidade de vapor d’água dissolvida em 1 kg de ar 
seco. Analiticamente pode-se calcular a umidade 
absoluta presente no ar através da expressão: 
5.2- Propriedades do ar 
5.2- Propriedades do ar 
Umidade relativa 
 A umidade relativa representa a relação entre a umidade 
absoluta existente e a máxima umidade absoluta para uma 
dada temperatura. A partir da utilização da equação de gás 
ideal, a umidade relativa pode ser contabilizada pela relação 
entre a pressão parcial do vapor d’água presente no ar (pv) e a 
pressão de saturação do mesmo a uma mesma temperatura. 
5.2- Propriedades do ar 
 A figura abaixo demonstra como pode ser 
obtida a umidade relativa a partir da carta 
psicrométrica. 
5.2- Propriedades do ar 
Entalpia específica 
 A entalpia específica é muito utilizada para indicar o nível de 
energia de uma substância. Em psicrometria utiliza-se geralmente a 
variação de entropia envolvida nos processos de tratamento de ar. 
Para fins de cálculos psicrométricos, a entalpia de uma mistura de 
ar seco e vapor d’água é a soma das entalpias dos componentes 
logo: 
 
 
 Onde: cp= calor específico do ar a pressão constante, TBS= 
temperatura de bulbo seco, w= umidade absoluta, hv= entalpia do 
vapor saturado a temperatura do ponto de orvalho 
5.2- Propriedades do ar 
 Numa faixa de temperaturas de 0 a 50°C pode 
ser adotada a seguinte simplificação: 
 
 
 
5.2- Propriedades do ar 
Volume específico 
 O volume específico pode ser calculado através de uma 
modificação da equação dos gases ideais ou obtido da carta 
psicrométrica. 
 
 
5.3- Resfriamento e desumidificação 
 Geralmente o resfriamento e desumidificação 
acontecem simultaneamente quando um fluxo de ar 
passa através de um evaporador, também conhecido 
como serpentina de resfriamento e desumidificação. 
Neste processo ocorre a redução da temperatura e 
da umidade absoluta do ar, com condensação de 
parte do vapor d’água que acarreta a necessidade de 
instalação de uma bandeja de condensado com 
dreno. Um desenho esquemático do processo pode 
ser visto na sequência. 
 
 
5.3- Resfriamento e desumidificação 
5.3- Resfriamento e desumidificação 
 A partir do esquema anterior pode ser feito 
um balanço de massa e energia para o volume 
de controle que envolve o evaporador. 
 
 
5.4- Aquecimento 
 O processo de aquecimento ocorre quando 
um fluxo de ar atravessa um elemento 
aquecido. Este elemento pode ser uma 
sequência de resistências elétricas ou mesmo 
um trocador de calor. 
5.4- Aquecimento 
O balanço de energia no processo fornece: 
 
 
 Verifica-se ainda que nos processos de 
aquecimento simples não há modificação da 
umidade absoluta do ar. 
5.5- Processo de umidificação 
 A umidificação do ar é alcançada através da 
injeção de vapor d’água no mesmo. Isto é feito 
através de uma resistência elétrica imersa num 
banho de água quente que é acionada quando se 
deseja maior umidade, ou através de 
pulverizadores automáticos. Neste processo há 
aumento da umidade absoluta do ar e 
dependendo da temperatura do vapor injetado, 
há também modificação da temperatura. O 
máximo de umidificação possível é limitado pela 
saturação . 
5.6- Mistura de correntes de ar 
 A mistura de duas correntes de ar acontece geralmente na 
casa de máquinas na casa de máquinas do sistema de 
climatização, onde o ar de retorno, voltando do ambiente 
climatizado é misturado a uma parcela de ar externo de 
renovação, fundamental para garantir a qualidade do ar 
interior. A mistura de duas corrente de ar obedece a seguinte 
relação: 
 
5.6- Mistura de correntes de ar 
 Na carta psicrométrica o processo apresenta o 
seguinte aspecto: 
 
5.7- Insuflamento 
 O insuflamento de ar no ambiente faz com que o jato de ar 
frio receba uma parcela de carga térmica sensível e latente, o 
que proporciona o processo de aquecimento e umidificação. 
A linha representativa deste processo na carta psicrométrica 
ocorre paralela à linha de fator de calor sensível (FCS), dada 
através da relação entre a carga térmica sensível e a carga 
térmica total do ambiente. 
 
5.7- Insuflamento 
 Para se representar o processo de insuflamento em uma carta 
psicrométrica, basta traçar uma linha paralela à linha de fator 
de calor sensível partindo do ponto de retorno do ar (R) até o 
ponto de insuflamento (I) 
5.7- Insuflamento 
Ar de retorno (2) é misturado com ar 
externo (1), resultando no estado 
intermediário (3). A mistura é resfriada e 
desumidificada através da passagem pela 
serpentina de resfriamento e 
desumidificação, passando para o estado 
(4) . Então o ar é insuflado no ambiente 
onde receberá carga térmica sensível e 
latente atingindo novamente o estado (2) 
Exercícios 
Os dados para um recinto condicionado são: 
TBS=25°C e umidade relativa=50%. Para a 
mistura ar-vapor encontrar 
a) Temperatura de bulbo úmido 
b) Umidade absoluta 
c) Entalpia 
d) Volume específico 
e) Temperatura de orvalho 
Respostas: 
 
a) Temperatura de bulbo úmido (17,9°C) 
b) Umidade absoluta (9,92g/kgde ar ) 
c) Entalpia (50,41kJ/kg de ar) 
d) Volume específico (0,86 m3/kg de ar) 
e) Temperatura de orvalho (13,86°C) 
 
Dado TBS= 28°C e TBU=15°C, encontrar: 
a)Entalpia 
b)Umidade absoluta 
c)Umidade relativa 
Resposta: 
a)Entalpia (41,77kJ/kg de ar seco) 
b)Umidade absoluta(5,33g/kg de ar seco) 
c)Umidade relativa (22,7%) 
 Dados: 3 m3/s de ar frio com TBS=14°C e 
TBU=13°C e 1 m3/s de ar exterior à 
temperatura TBS=35°C e TBU=25°C. Achar as 
propriedades da mistura no ponto C. 
 Ar a temperatura TBS=2°C e umidade relativa 
de 60% é aquecido através da passagem em 
uma bobina de maneira que a temperatura 
final TBS passa a ser 35°C. Encontrar a 
temperatura TBU final, a umidade relativa e a 
quantidade de calor adicionada ao ar por kg 
de ar fluente. 
 Ar a temperatura TBS=28°C e UR=50% é 
resfriado até a temperatura TBS=12°C e 
TBU=11°C. Encontrar: 
 
a) O calor total removido 
b) A umidade total removida 
c) A razão de calor sensível no processo 
 Em uma instalação de ar condicionado, temos 
as seguintes condições: 
 Internas: bulbo seco 25,5°C e umidade relativa 
50%; 
 externas: bulbo seco 34°C e bulbo umido 
27,2°C. 
 A porcentagem do ar exterior é 20% do total. 
Quais as temperaturas TBS e TBU da mistura? 
 
 Sobre a instalação ilustrada pela figura a seguir, sabe-se que um 
fluxo de ar externo m1=0,7kg/s é misturado com o fluxo de ar de 
retorno m2’ = 4,5kg/s . As condições do ar externo ou ponto 1 são: 
TBS=32°C e umidade relativa φ=60%. Já o ar de retorno 2’ 
apresenta as seguintes condições (iguais ao ar de exaustão 2’’e o ar 
retornando do ambiente 2): TBS= 25°C e φ=50%. Sabendo que a 
carga térmica sensível do ambiente qs=12kW e ql=2kW, calcule: 
 
 a)a temperatura do ar de insuflamento 
 
 b)A capacidade da serpentina de resfriamento e desumidificação 
 
 c) a quantidade de água retirada pela serpentina de resfriamento e 
desumidificação. 
Ponto Entalpia 
específica 
(kJ/kg) 
Vazão mássica 
(kg/s) 
TBS 
(°C) 
UR 
(%) 
1 79 0,7 32 60 
2 50,5 5,2 25 50 
3 5,2 
4 5,2 
2’ 50,5 4,5 25 50 
2’’ 50,5 0,7 25 50 
 Balanço de massa e energia da mistura de ar. 
 
 
 A entalpia do ponto 4 é calculada através de 
um balanço de energia no ambiente 
climatizado. 
 
 Para encontrar a temperatura do ar de 
insuflamento deve-se calcular o fator de calor 
sensível FCS=12kW/14kW=0,85 e traçar uma 
reta com esta inclinação partindo do ponto 2. 
O cruzamento da linha de FCS com a entalpia 
do ponto 4 fornece o valor de TBS4=22,8°C. 
 A capacidade da serpentina de resfriamento e 
desumidificação é calculada por um balanço 
de energia na serpentina. 
 
 
 Da mesma forma calcula-se o fluxo de água 
retirada pela serpentina através do balanço de 
massa de água na serpentina. 
 
Resolução via software 
Ponto Entalpia 
específica 
(kJ/kg) 
Vazão mássica 
(kg/s) 
TBS 
(°C) 
UR 
(%) 
1 78,54 0,7 32 60 
2 50,41 5,2 25 50 
3 54,20 5,2 26 52,40 
4 47,72 5,2 22,75 56,4 
2’ 50,41 4,5 25 50 
2’’ 50,41 0,7 25 50