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técnicas de energia térmica que ao longo dos anos ficaram arreigadas nos que trabalham na indústria

e comércio.

A primeira será a British Thermal Unit onde:

 1 Btu é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 lb de água de 1ºF.
e a quilocaloria que é:

 1 kcal é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água de 1ºC
As propriedades térmicas das substâncias que não a água são caracterizadas pelo conceito de calor
específico. O calor específico de uma substância é a quantidade de calor em Btu (ou kcal) que deve
ser adicionada ou removida a uma lb (ou kg) dessa substância a fim de variar a sua temperatura num

grau Fahrenheit (ou Celsius). Obviamente o calor específico da água é de 1.00 Btu/lb.ºF (1.00

kcal/kg.ºC).

Psicrometria

1-16 Cap 1 – Revisão de Termodinâmica

Tabela 1.5 Calor específicos de algumas substâncias (32 - 212ºF, 0 - 100 ºC)

 Calor específico - cp

( a pressão constante)

Substância

Btu/lb.ºF

kcal/kg.ºC) kJ/kg ºC

Água (pura, líquida) 1.00 4.18

Ar (seco) 0.24 1.01

Alumínio 0.22 0.92

Cobre 0.093 0.39

Gelo 0.50 2.09

Ferro 0.115 0.48

Vapor 0.48 2.01

Vapor de água (70 ºF) 0.45 1.88

1.6.4 Equação básica do calor

As definições de Btu e Kcal dá-nos uma forma fácil de calcular as quantidades de calor envolvidas

num processo de transferência de calor.

   2 1 (USCS)pH w c t t
onde:

 H – a quantidade de calor em Btu

 w – o peso em lb

 cp – o calor específico a pressão constante, em Btu/lb ºF

 t1 – a temperatura inicial, em ºF

 t2 – a temperatura final, em ºF

  2 1 (SI)pH m c t t

sendo:

 H – a quantidade de calor em kcal

 m – a massa em kg

 cp – o calor específico a pressão constante, em kcal/kg ºC

 t1 – a temperatura inicial, em ºC

Psicrometria

Cap 1 – Revisão de Termodinâmica 1-17

 t2 – a temperatura final, em ºC

Esta equação, como se verá no estudo das equação dos gases perfeitos, mais não é que o cálculo da

energia numa evolução a pressão constante, designando-se H por entalpia.

Da mesma forma utilizando o calor específico em unidades SI, obteríamos a quantidade de calor em

kJ.

1.6.5 Equivalente mecânico do calor

O símbolo J, foi designado como o equivalente mecânico do calor, isto é, o que permitia somar
trabalho com calor na 1ª lei da Termodinâmica. Mais não é que um factor de conversão que

transforma Btu em ft lb e kcal em kJ. É pois,

  ft lb778 (USCS)
Btu

WJ
H

  kJ4.186 (SI)
kcal

WJ
H

e ainda: 1 Btu = 1.055 kJ e 1 Btu = 0.252 kcal

1.7 OS TRÊS ESTADOS DA MATÉRIA

A temperatura e pressão normais, diferentes substâncias existem em três estados. São sólidos como

os metais, líquidos como a água e gases como o oxigénio. Estas substâncias são bem conhecidas e

o conhecimento dos seus estados de sólido, líquido e gasoso em condições de pressão e

temperatura normais é meramente observativo. Contudo, engenheiros e técnicos devem não só

considerar este comportamento nas condições atrás referidas, mas também na gama de condições

que se encontra nos problemas de condicionamento de ar.

Pensa-se na água como um líquido, mas sabemos que, à pressão atmosférica normal, para

temperaturas inferiores a 32 ºF (0 ºC) se solidifica transformando-se em gelo e acima de 212 ºF (100

ºC) vaporiza tornando-se um gás (vapor). Da mesma forma, o chumbo é normalmente um sólido mas

torna-se um líquido a 327 ºC e vaporiza a 1620 ºC. O dióxido de carbono é normalmente um gás mas

liquefaz a –60 ºC e torna-se sólido (gelo seco) a –79 ºC

Psicrometria

1-18 Cap 1 – Revisão de Termodinâmica

Gelo (sólido)
32 ºF (0ºC)
e para baixo

Água (líquido)
32 ºF a 212 ºF
(0 ºC a 100 ºC)

Vapor (gás)
212 ºF (100 ºC)

e para cima
Fig 1-12 Os três estados da matéria

1.7.1 A curva entalpia – temperatura

Para a exemplificação desta curva utiliza-se a água como exemplo, à pressão atmosférica normal (Fig

1-13). O ponto de partida para 1 lb de água é o ponto A no diagrama à temperatura de 0ºF. As
temperaturas estão em ordenadas (eixo vertical) e a entalpia (quantidade de calor) em abcissas (eixo

horizontal) medido a partir de um zero arbitrário (neste caso 0ºF).

Fornecendo lentamente calor ao gelo, a temperatura aumenta 1 ºF por cada 0.50 Btu fornecidos

(processo AB). Quando 16 Btu foram fornecidos a temperatura é de 32 ºF, observando-se

consequentemente um aumento de temperatura. Por este facto, chama-se a este calor, calor

sensível.

Calor sensível pode pois ser definido como calor que, quando fornecido ou retirado a uma substância,

produz um efeito sensível, isto é, uma alteração da temperatura que pode ser medida por um

termómetro.

Encontra-se neste momento a nossa libra de água no ponto B, com uma entalpia de 16 Btu.

Se adicionarmos mais calor, verifica-se que a temperatura não sobe, mas que o gelo começa a

liquefazer. Sendo este calor fornecido também lentamente, verifica-se que após adicionar-se 144 Btu

todo o gelo se transformou em líquido. Quer isto dizer que foi necessário para a mudança de estado

esta quantidade de calor, possuindo agora a água 160 Btu de energia.

O processo seguinte é o do aquecimento tradicional da água entre 32 ºF e 212 ºF até atingir o ponto

de ebulição. A quantidade de calor fornecida foi

        2 1 1 1 212 32 180 BtupH w c t t
possuindo agora a entalpia de 340 Btu.

A vaporização realiza-se também a temperatura constante – 212 ºF – sendo necessário fornecer-lhe

o chamado calor de vaporização no valor de 970 Btu/lb (não esquecer que a pressão é constante e é

a atmosférica), existindo entre D e E uma mudança de estado.

Psicrometria

Cap 1 – Revisão de Termodinâmica 1-19

Fig 1-13 Curva entalpia temperatura para a água (SI)

Posteriormente pode-se continuar a aquecer o vapor até onde se quiser, fornecendo 0.48 Btu/lb por

cada ºF de elevação de temperatura.

Quer na fusão, quer na vaporização, entre o início e o fim dos processos foi fornecido calor, tendo no

entanto a temperatura mantido constante, não podendo por isso medir a sua variação com um

termómetro. Este calor que não podemos sentir chama-se calor latente.

Calor latente pode assim ser definido como o calor que, quando fornecido ou retirado de uma

substância produz uma mudança de estado sem qualquer variação de temperatura.

A Fig 1-14 mostra a mesma curva com as unidades métricas e SI.

Psicrometria

1-20 Cap 1 – Revisão de Termodinâmica

Fig 1-14 Curva entalpia temperatura para a água (USCS)

1.7.2 Condicionamento de ar e medição da quantidade de calor (entalpia)

A medição da quantidade de calor existente no ar é de extrema importância em trabalhos de ar

condicionado.

A análise atrás referida mostra-nos a existência de duas formas distintas de calor.

Será então:

Entalpia total = Calor sensível + calor latente

1.7.3 Tensão de vapor e ponto de ebulição

A ebulição vigorosa consiste na evaporação através de todo o líquido, e a formação de bolhas pode

ser impossível se a tensão de vapor (Fig 1-15) que as forma não seja igual (ou ligeiramente superior)

à pressão externa que actua nas bolhas. A pressão externa é igual à pressão atmosférica na

superfície do líquido mais a pressão hidrostática no líquido à profundidade a que se forma a bolha.

Para uma bolha formada à superfície a tensão de vapor deve ser pelo menos igual à pressão

atmosférica.

Podemos agora definir ponto de ebulição.
O ponto de ebulição é a temperatura à qual a tensão de vapor de um líquido se torna igual

(ou ligeiramente superior) à pressão externa no líquido.

Psicrometria

Cap 1 – Revisão de Termodinâmica 1-21

Pressão atmosférica normal