aula 11 psicrometria

Prévia do material em texto

PSICROMETRIA: é o estudo das propriedades termodinâmicas de 
misturas de ar seco e de vapor de água e da sua utilização para 
analisar os processos que envolvem ar úmido. 
 
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; 
 
-O resfriamento evaporativo; 
 
-Os rastros brancos deixados pelas turbinas dos aviões 
 
 
1 
Definições Fundamentais e Conceitos Básicos 
Ar seco: 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. 
Composição do ar seco ao nível do mar: 
A pressão 
atmosférica como 
a soma da 
pressão parcial 
dos vários 
componentes do 
ar (admitido como 
gás perfeito 
homogêneo) e do 
vapor de água: 
Patm = PN2 + PO2 + PAr + Pv = Par + Pv 
2 
Massa e constante dos gases 
O ar padrão seco tem uma massa molecular de 28,9645. A 
constante dos gases do ar seco 
Ra = 8314,41 = 287,055 m3.Pa.kg-1k-1 
 28,9645 
Volume específico do ar seco 
O volume específico é o volume ocupado por uma unidade de 
massa (m3.kg-1). O volume específico do ar seco pode ser 
derivado da lei dos gases ideais e é dado pela equação: 
Va = RaTa/Pa 
Calor específico do ar seco 
Calor específico a pressão constante (cp) é a quantidade de 
calor que é necessário fornecer a uma unidade de massa para 
aumentar a temperatura em 1 ºC a pressão constante. O calor 
específico do ar seco à pressão de 1 atm (101,325 kPa), num 
intervalo de temperaturas entre –40 e 60 ºC varia entre 0,997 
e 1,022 kJ.kg-1.K-1. Entre 0 e 30 ºC o valor aproximado de cp é 
1,005 kJ.kg-1.K-1. Um valor de cp = 1,01 kJ.kg-1.K-1 ou mesmo 
cp = 1,0 kJ.kg-1.K-1 pode ser utilizado na maior parte dos 
cálculos para temperatura entre –10 e 100 ºC. 
4 
Entalpia do ar seco 
A entalpia (H) é uma propriedade termodinâmica definida como 
a soma da energia interna de um sistema (U) e do produto 
entre a pressão (p) e o volume (V) do sistema: 
H = U + pV 
A entalpia tem de ser definida em relação a um ponto de 
referência. Em psicrometria, a pressão de referência é a pressão 
atmosférica (101,325 kPa) e a temperatura de referência é 0 ºC. 
A entalpia calcula-se multiplicando o calor específico do ar seco 
pela diferença entre a temperatura do ar e a temperatura de 
referência (0 ºC). 
 Ha = cp (Ta –T0) 
Como a temperatura de referência é 0 ºC e cp do ar seco é 
aproximadamente igual a 1, a entalpia do ar seco é 
sensivelmente equivalente à temperatura do ar (em ºC). 
 Ha =1,005Ta 
Temperatura do bulbo seco 
A temperatura do bolbo seco (T) é a temperatura do ar medida 
com um termômetro ordinário, designada assim para se 
distinguir da temperatura do termômetro de bulbo úmido. 
PROPRIEDADES DO VAPOR DE ÁGUA 
Massa e constante dos gases 
A água tem uma massa molecular de 18,01534. A constante dos 
gases do vapor de água é: 
 
Rv = 8314,41 = 461,52 m3.Pa.kg-1k-1 
 18,01534 
PROPRIEDADES DO VAPOR DE ÁGUA 
 
Volume específico do vapor de água (Vv) 
A temperatura inferiores a 66 ºC o vapor de água segue 
aproximadamente a lei dos gases ideais. O volume específico 
do vapor de água é: 
VV = RvTA/PV 
Calor específico do vapor de água 
O calor específico do vapor de água varia pouco entre –71 e 124 
ºC, podendo-se considerar o valor cp = 1,88 kJ.kg-1.K-1. 
Entalpia do vapor de água 
A entalpia do vapor de água é dada pela expressão: 
Hv = 2501,4 + 1,88 (Ta- To) 
sendo 2501,4 kJ.kg-1 o valor do calor latente de vaporização a 
0,01 ºC e 1,88 o calor específico do vapor de água. 
Umidade absoluta (w): é a massa de água contida em 1 kg 
de ar seco. 
W = mv/mar 
Calor latente (calor de vaporização): aplicado ao ar, refere-se às 
modificações do conteúdo de umidade do mesmo, sem alteração 
da temperatura. 
ar
v
v
ar
arar
vv
P
P
R
R
TRVP
TRVP
w 
vatm
v
PP
P
w

 622,0
Umidade relativa (%) (UR), ϕ: razão entre a quantidade de 
umidade do ar e a quantidade máxima que ele pode conter na 
mesma temperatura. Também é a razão entre Pv e Ps
(t) 
9 
Temperatura de ponto de orvalho (TPO) : é a menor 
temperatura a que o ar pode ser resfriado, sem que ocorra 
alguma condensação de vapor de água ou umidade. 
PROPRIEDADES DO AR ÚMIDO 
O ar úmido é considerado uma mistura de dois componentes: 
ar seco e vapor de água. 
No ar úmido o vapor de água comporta-se como um gás 
perfeito. 
A pressão do ar úmido (pressão barométrica) é a soma das 
pressões parciais exercidas pelo ar seco e pelo vapor de água 
contido na atmosfera. 
Ar úmido: O ar é úmido quando, além da mistura de gases, tem 
vapor d'água, que pode saturar à temperaturas ambiente, e 
então condensar. 
10 
Volume específico do ar úmido (V’) 
É o volume ocupado pela mistura de ar seco e de vapor de 
água contida em 1 kg de ar seco à pressão de 1 atm (101,325 
kPa). O volume específico (m3.kg-1) do ar úmido é dado pela 
relação: 
V’ = V/(1 +W) 
Entalpia de ar úmido 
Como o ar úmido é uma mistura de ar seco e de vapor de água, o 
calor específico da mistura é a soma dos calores específicos dos 
componentes da mistura. Sempre que as transformações tenham 
lugar a pressão constante, a quantidade de calor que é necessário 
fornecer ao ar úmido para elevar a sua temperatura a pressão 
constante é igual à entalpia específica do ar. Admitindo que a entalpia 
é nula à temperatura de 0 ºC, para o ar à temperatura T, tem-se: 
H = Ha + WHv 
Se considerarmos que Ha= cpa.T e que Hv = Lv + cpv.T, tem-se: 
H= cpa.T + W(Lv + cpv.T) 
Termómetro de bulbo úmido (Tm). É a temperatura mais 
baixa que pode atingir o ar úmido quando é arrefecido apenas 
devido à evaporação de água. A temperatura do bulbo molhado 
é geralmente inferior à temperatura do termômetro de bulbo 
seco, exceto quando o ar está saturado; neste caso as duas 
temperaturas são iguais. 
12 
A CARTA PSICROMÉTRICA 
Variáveis psicrométricas 
No diagrama psicrométrico estão representadas as seguinte variáveis, 
características do ar húmido: 
· Temperatura do bulbo seco 
· Temperatura do bulbo úmido 
· Temperatura do ponto de orvalho 
· Umidade absoluta ou pressão parcial 
· Umidade relativa 
· Entalpia 
· Volume específico 
Evaporação: consiste em percorrer uma linha de TBS igual ao 
acréscimo de umidade do ar. 
Condensação: é o contrário. 
Calor Sensível: é o calor que aumenta a temperatura do ar, sem 
alterar o conteúdo de umidade do mesmo. 
Na Carta Psicrométrica: uma alteração do Calor Sensível é 
representada por uma linha de Umidade Absoluta constante 
(horizontal). Ocorrem variações de entalpia e de TBU. 
Processos psicrométricos 
1. Resfriamento e aquecimento sensíveis (com variação de 
temperatura): 
Figura 2.13. Aquecimento ou resfriamento sensível. 
17 
Balanço de energia: 
ou 
Substituindo 
mas w2 = w1 = w, então: 
1. Resfriamento e aquecimento sensíveis (com variação de temperatura): 
18 
Figura 2.14. Processos de umidificação. 
2. Processo de Transferência de Calor Latente 
(Umidificação ou Desumidificação) 
19 
Para que não haja variação de temperatura no processo, o ar deve ser 
umidificado com vapor saturado a t2. 
Balanço de Massa de Vapor D'água 
Balanço de Energia 
Demonstração: 
2. Processode Transferência de Calor Latente (Umidificação ou Desumidificação) 
20 
como t3 = t2: 
Substituindo a conservação de massa e a definição de entalpia: 
Em termos práticos: logo: 
ou: 
2. Processo de Transferência de Calor Latente (Umidificação ou Desumidificação) 
21 
3. Resfriamento e desumidificação: são realizados pela 
serpentina de resfriamento, e consistem na redução da 
temperatura e da umidade do ar. 
Figura 2.15. Resfriamento e desumidificação. 
22 
4. Desumidificação química: o vapor d’água é absorvido 
por uma substância higroscópica. 
Figura 2.16. Desumidificação química. 
23 
5. Mistura de duas correntes de ar: 
Pela conservação da massa, obtém-se: 
Figura 2.17. Mistura de correntes de ar. 
Pela conservação da energia, temos: 
24 
Exercício 
Determinar, utilizando a carta psicrométrica e as equações de psicrometria, as 
propriedades termodinâmicas de ar úmido a 29,4ºC de temperatura de bulbo 
seco, 21,1 ºC de temperatura de bulbo úmido, e pressão barométrica de 1 atm. 
Solução 
Encontrar o ponto de estado em que a linha de temperatura de bulbo seco 
29,4 ºC intercepta a linha de temperatura de bulbo úmido 21,1ºC . 
Acompanhar a linha de umidade absoluta constante até o eixo ordenado e 
ler o valor 0,0124 kg vapor/kg ar seco. 
A temperatura de ponto de orvalho é obtida seguindo-se a linha de 
umidade absoluta constante até atingir a curva de umidade relativa 
100%, e lendo na abscissa o valor de Tpo = 17,2ºC. A entalpia é 
encontrada traçando-se uma linha que passa pelo ponto de estado 
paralela às linhas de entalpia e lendo o valor na escala de entalpias. 
Neste problema, o valor a ser lido é de 61,5 kJ/kg ar seco. A curva de 
umidade relativa interceptando os pontos de estado Tpo = 17,2 ºC e 
Twb = 21,1ºC pode ser determinada por interpolação linear entre as 
curvas ϕ’ = 40 e ϕ’ = 50 %. Portanto, para o problema, ϕ’ = 48 %. 
O volume específico do ar úmido pode ser lido como υ = 0,87 m3/kg 
ar seco.