Exercícios Psicrometria

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Sistemas térmicos e energéticos
1) Uma determinada torre de resfriamento instalada em um complexo petroquímico admite 28000 m3/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 1000 kg/m3, 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.
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. 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 37% 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, 37%)