Psicrometria: Estudo do Ar Úmido

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: CONDICIONAMENTO DE AR, VENTILAÇÃO E REFRIGERAÇÃO
RESUMO ESTENDIDO PSICROMETRIA
PAULO ROBERTO OLIVEIRA DE CARVALHO JUNIOR - 11011241
João Pessoa, 10 de outubro de 2014
PSICROMETRIA
Paulo Roberto O de Carvalho – 11011241
Estudante do curso de Eng. Mecânica
Universidade Federal da Paraíba – UFPB
Orientador: Prof. Dr. Carlos Antônio Cabral dos Santos
E-mail: paulocarvalho-@hotmail.com
Resumo: A psicrometria é o ramo da ciência dedicado à análise das propriedades físicas e termodinâmicas das misturas entre gases e vapor e suas aplicações práticas. Neste trabalho iremos discutir alguns princípios básicos da psicrometria, a qual está relacionada com estudo da mistura entre o vapor de água e o ar atmosférico. Tomando como exemplo, na arquitetura e na engenharia a análise psicrométrica é utilizada para o dimensionamento de sistemas de calefação e ar-condicionado. Por fim, temos como objetivo como como utilizar uma carta psicrométrica, a qual relaciona temperatura, umidade, densidade e entalpia; permitindo analisar a variação de energia envolvida na mudança das características físicas do ar úmido.
Palavras-chave: psicrometria; carta psicométrica; ar úmido.
Introdução
	Como sabemos o ar é constituído por uma mistura de gases considerado uma mistura de gases contendo uma proporção fixa de: 78,1% nitrogênio, 20,9% oxigênio, 0,9% argônio, além de traços de outros gases. Uma vez que a maior parte dos gases que constituem o ar se encontram muito acima de sua temperatura crítica e não estão sujeitos à condensação em temperaturas acima de -100 ºC, praticamente não introduzimos quaisquer erros ao tratarmos esta parte da mistura como um único gás, o qual chamamos de “ar seco”. 
Porém, o ar da atmosfera sempre contém uma quantidade variável de vapor d’água, a qual varia diariamente em função das estações ao longo do ano. Embora esta proporção de vapor d’água em relação ao ar seco seja muito pequena, é significante pois o seu calor latente de vaporização de cerca de 2450 kJ/kg é muito grande em comparação à capacidade calorífica específica do ar seco que é 1,0060 kJ/(kg.ºC). Entre as temperaturas de -40ºC e 65ºC e uma pressão total de até 300 kPa, tanto o vapor como o ar seco, bem como sua mistura, denominada de “ar úmido”, se comportam aproximadamente como um gás perfeito, o que nos permite aplicar a equação geral dos gases. Como em toda metodologia de cálculo existem constantes físicas, convenções e hipóteses que são pré-assumidas.
A ciência que estuda este envolvimento é denominada de psicrometria, cuja definição é a ciência propriedades do ar úmido e do processo na mudança da temperatura ou no conteúdo de vapor de água da mistura.
Conteúdo
O termo psicrometria se originou do substantivo psicrômetro, criado em 1825 por Ernest Ferdinand August, para designar seu termômetro de bulbo úmido. A palavra originou-se do termo latino “psychro” que significa “produzir frio” e “metro” que significa “medir”, indicando um dispositivo para “medir a refrigeração”. Versões mais recentes do dispositivo possuem termômetros de bulbo seco e bulbo úmido e passaram a ser designados como termoigrômetros. 
A psicrometria é de fundamental importância, pois é através dela que quantificamos o vapor d’água na atmosfera, quantificamos a umidade, dimensionamos sistemas de acondionamento térmico para animais e plantas, estimamos tempo e energia requerida para secagem de produtos agrícolas, controlamos a umidade do ar dentro de uma unidade de armazenamento, estudamos doenças e pragas, entre outras.
Em 1904, Willis H. Carrier denominou sua carta de propriedades do ar úmido como “carta higrométrica” e em 1911 o nome foi modificado para carta psicrométrica. Nestes diagramas estão contidos as propriedades da mistura entre o ar seco e o vapor d’água. São elaborados para uma determinada altitude, em função da qual se estabelece uma pressão atmosférica “P” de referência. 
Dentre as diversas formas de quantificar a umidade do ar, seja analiticamente, tabular ou gráfico, a carta psicométrica é a mais utilizada. Para analisar analiticamente podemos utilizar equações originárias do Programa de Educação Continuada da SMCNA, constituem as relações básicas entre as variáveis psicrométricas, a partir das quais podem ser desenvolvidos métodos de análise psicrométrica inclusive para elaboração de programas de computador. Graficamente, temos a carta psicrométrica padrão a qual assume uma altitude de 0 m (nível do mar) e por, consequência, uma pressão atmosférica de aproximadamente 101,3 kPa.
Um estado psicrométrico, pode ser determinado informando-se um par qualquer de valores dentre as seguintes variáveis: Temperatura de Bulbo Seco (TBS), o qual indica a quantidade de energia na forma de calor contido no ar; Temperatura de bulbo úmido (TBU), o qual indica a quantidade de energia na forma de calor contido no ar úmido, definindo também a condição de ponto de orvalho e pressão parcial de vapor d’agua; Ponto de orvalho (DP), que expressa a condição mínima da TBS em que uma mistura ar-vapor consegue manter vapor, abaixo da qual ocorre a condensação; Entalpia (h), a qual expressa o conteúdo energético do ar por unidade de massa de ar úmido de um estado psicrométrico em relação a um estado de referência e incorpora os conteúdos de calor sensível e latente; Umidade Relativa (UR), o qual expressa a relação entre a máxima pressão parcial de vapor que se pode obter a uma determinada temperatura de bulbo seco e a pressão parcial de vapor em determinado instante; Umidade Específica (w), expressa a relação entre a massa de ar seco e a de vapor superaquecido contido na mistura de ar úmido; Volume específico (v): expressa a relação entre o volume e a massa do conteúdo de ar seco da mistura.
De posse de uma carta psicrométrica padrão podemos ver que o eixo das abcissas expressa as temperaturas do termômetro de bulbo seco. Do lado direito do gráfico, correspondendo ao eixo das ordenadas, encontra-se a razão de mistura, e do lado esquerdo encontra-se a pressão de vapor. As linhas curvas entre os três parâmetros descritos correspondem às linhas de umidade relativa. A mais extrema é a linha UR=100%, ou linha de saturação, sobre a qual se lêem as temperaturas do termômetro de bulbo molhado e do ponto de orvalho. Acima da curva UR=100%, encontram-se segmentos de retas, onde se lê a entalpia, ou seja, a quantidade de calor envolvida nas mudanças de estado. Ao começar a leitura por TBS, encontram-se, inclinadas para a esquerda em aproximadamente 65º, as linhas de volume específico do ar seco, que indicam o número de metros cúbicos de ar necessário por quilograma de ar seco. É importante ressaltar que para os pontos situados à direita da curva de saturação, TBS e w constituem variáveis independentes, geralmente semelhante a Patm.
	Podemos citar ainda alguns processos de tratamento termoigrométrico do ar representados na carta psicrométrica os quais são: resfriamento simples; resfriamento adiabático; resfriamento e desumidificação; aquecimento simples; umidificação simples; desumidicação e aquecimento; e umidificação e resfriamento não adiabático.
Considerações
Como podemos observar, o uso da psicrometria é de fundamental importância atualmente pois é através dela que quantificamos o vapor d’água na atmosfera, quantificamos a umidade, dimensionamos sistemas de acondionamento térmico para animais e plantas, estimamos tempo e energia requerida para secagem de produtos agrícolas, controlamos a umidade do ar dentro de uma unidade de armazenamento, estudamos doenças e pragas, entre outras. Portanto, devemos cada vez mais aprofundar os conhecimentos e investir tecnologia nesta área, visto que é de suma importância para toda a população.
Referências bibliográficas
[1] LOPES, ROBERTO. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE PSICROMETRIA. http://ftp.ufv.br/dea/poscolheita/Livro%20Secagem%20e%20e%20Armazenagem%20de%20Produtos%20Agricolas/livro/mb_cord/mb1/cap3.pdf.Acessado em 01 de outubro de 2014.
[2] BRITTO, J. FERNANDO. CONSIDERAÇÕES SOBRE PSICROMETRIA. http://www.sbcc.com.br/revistas_pdf/ed45/35.41.PSICRO.pdf. Acessado em 01 de outubro de 2014. 
[3] PSICROMETRIA. http://pt.wikipedia.org/wiki/Psicrometria. Acessado em 01 de outubro de 2014.
[4] PSICROMETRIA. http://www.ufvjm.edu.br/disciplinas/agr049/files/2014/04/3-Pscrometria-UMIDADE-ATMOSFERICA.pdf . Acessado em 01 de outubro de 2014.