Psicrometria 2018 2

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PsicrometriaPsicrometria
FURG/EQA : Universidade Federal do Rio Grande/Escola de Química e Alimentos
DISCIPLINA: Termodinâmica I 
Professora: Marina Curi Schabbach
Sumário
1. Introdução;
2. Propriedades do ar; 
3. Equações psicrométrica;
4. Cartas psicrométricas;4. Cartas psicrométricas;
5. Processos com ar. 
Introdução
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.
Na maioria dos casos  Estudo de misturas de vapor d água e Na maioria dos casos  Estudo de misturas de vapor d água e 
ar atmosférico. 
Introdução
Aplicações
Torres de resfriamento
Introdução
Resfriamento evaporativo 
Evaporação de água através da passagem de 
um fluxo de ar, provocando uma redução na 
temperatura do ar.
↑ umidade
Processos industriais que requerem controle 
Aplicações
Dimensionamento de sistemas de ar 
condicionado 
*Os seres humanos utilizam o resfriamento evaporativo naturalmente quando 
eles suam devido ao aquecimento do corpo, o suor evapora, diminuindo a 
temperatura corporal.
Processos industriais que requerem controle 
de umidade. (Camargo, 2004)
Introdução
Aplicações
Condensação em 
superfícies frias
Introdução
Secagem 
Aplicações
Couro 
Celulose 
Plásticos
Fármacos
Introdução
Introdução
Componente % mol % massa
Oxigênio 20,95 23,15
Composição dos principais componentes do ar seco
Nitrogênio 78,09 75,52
Argônio 0,93 1,28
Dióxido de Carbono 0,03 0,04
Traços de Ne, He, CH4, SO2, H2, Xe, Kr
Propriedades do ar
Quantidade de vapor de água absorvida pelo ar seco.
Umidade absoluta (UA) (kg vapor de água/kg ar seco)
Umidade relativa (UR) relação entre a fração molar do vapor d´água
na mistura e a fração do vapor de água em uma mistura saturada, ana mistura e a fração do vapor de água em uma mistura saturada, a
mesma temperatura e pressão total.
Vapor de água gás perfeito
Relação entre pressão parcial do vapor na mistura ,PH2OV e a
pressão do vapor saturado Pvs à mesma temperatura .
VS
OV2H
P
PUR 
Propriedades do ar
Pressão de vapor é a pressão parcial exercida pelas moléculas
de vapor d´água presentes no ar.
ar saturado com vapor d´água pressão de saturação
Pressão de vapor no ar geralmente é pequena quando
comparada com a pressão atmosférica.
Propriedades do ar
Temperatura da mistura
Temperatura de bulbo seco Ts:
Temperatura do ar indicado por um termômetro.
Temperatura de bulbo úmido Tu:
Temperatura de bulbo úmido psicrométrica Tu : indicada por um termômetro
cujo bulbo é recoberto com água, por meio de qualquer elemento úmido
Temperatura de bulbo úmido psicrométrica Tu : indicada por um termômetro
cujo bulbo é recoberto com água, por meio de qualquer elemento úmido
preso ao bulbo (algodão, gaze, cordão)
Temperatura de bulbo úmido termodinâmica Tus: atingida pelo ar e pela água
se o ar estiver sendo adiabaticamente saturado pela água em evaporação.
É o processo que ocorre em torres de resfriamento de água, de dimensões
infinitas e adiabaticamente perfeitas.
Tu ≈ Tus T < 100 °C e P ≈ Patm
Temperatura de orvalho: Ocorre a condensação do vapor d´água existente
no ar, quando ele é resfriado, mantidas constantes a umidade absoluta
(UA) e a Patm.
Propriedades do ar
Entalpia (J/kg ar seco) 
Quantidade total de calor contida na mistura por
unidade de massa de ar seco, acima de uma certa
temperatura de referência. Para o ar seco e para água líquida
normalmente adotam-se como referência 0°C.
Volume específico (m3/kg ar seco)
Volume ocupado pela mistura por unidade de massa de ar seco.
Densidade inverso do volume específico.
Equações psicrométricas
3.2 Relações entre umidade absoluta e pressão de vapor
VSPUR623,0UA


VSb PURP
623,0UA


Equações psicrométricas
3.3 Relações entre Pvs e T
Tabelas de saturação 
Parâmetros de Antoine 
Parâmetros de Wagner 
Equações psicrométricas
3.3 Relações entre Pvs e T
Equações psicrométricas
3.4 Relações entre Va, Pvs e T
OV2H
absa
a
absa
a PPb
TR
P
TRV


3.5 Relações entre Va, Ts e UA
UA
VV aOV2H 
Pa Va = Ra Tabs
PH2Ov Va = UA RH20V Tabs
(Pa + PH2Ov)Va = (Ra+ UARH2OV)Tabs
Equações psicrométricas
3.5 Relações entre Va, Ts e UA
(Pa + PH2Ov)Va = (Ra+ UARH2OV)Tabs
PbPb
 
Pb
TUARRV absOV2Haa

Equações psicrométricas
3.6 Relações entre h, Ts e UA
entalpia do entalpia do entalpia do entalpia do 
ar úmido 
entalpia do 
ar seco 
entalpia do 
vapor 
d´água
Equações psicrométricas
3.6 Relações entre h, Ts e x
ha = Ca (Ts-T0) T0 = T referência (0 °C)
T (°C) Ca (kJ/kgK)
-40 0,997
-20 1,005-20 1,005
0 1,011
10 1,010
20 1,012
30 1,013
60 1,022
ha ≈ Ts
Equações psicrométricas
3.6 Relações entre h, Ts e x
Considerando que o vapor d´água na mistura esteja no estado de vapor 
superaquecido.
hv = UA (h1 + h2+h3) UAV
V
OV2H
a 
h1 = entalpia da água (ou gelo) na temperatura de orvalho;
h2 = entalpia de evaporação da água (ou sublimação do gelo);
h3 = entalpia do vapor superaquecido, na temperatura Ts acima da 
temperatura de orvalho. 
h1 = CW (Torv-T0)
CW = calor específico da água líquida (4,18 kJ/kg°C) ou do gelo (2,03 kJ/kg°C) 
Equações psicrométricas
3.6 Relações entre h, Ts e x
Entalpia de evaporação da água líquida (kJ/kg°C) na 
temperatura de orvalho
h2 = 2,5 x 103 -2,39Torv
h2 = (7,33 x 109 -1,6 x 104Tabs2)1/2
C65T0 orv 
C260T65 orv h2 = (7,33 x 10 -1,6 x 10 Tabs )
Tabs = Torv + 273,15
Entalpia de sublimação do gelo (kJ/kg°C) na temperatura de orvalho
h2 = 2,84 x 103 -0,212 (Tabs-255,38)
orv
15,273T38,235 abs 
Equações psicrométricas
3.6 Relações entre h, Ts e UA
h3 = Cv (Ts-T0)
Cv = 1,876 kJ/kg°C
  orvSV2orvWSa TTChTCUATCh 
Equações psicrométricas
Fluxo de ar insaturado, no estado i, cuja a velocidade é > 3,5 m/s. 
Dois termômetros são colocados no interior do duto: temperatura de 
bulbo seco do ar Ts e o outro para a indicação da temperatura de bulbo 
úmido psicrométrica Tu. O bulbo deste último é mantido constantemente 
úmido, ao redor do qual o ar satura de vapor d´água, atingindo o estado s. 
Ts Tu
(i)
Equações psicrométricas
No bulbo úmido, os seguintes processos estão ocorrendo simultaneamente:
1. Evaporação da água do bulbo, sendo esta absorvida pelo ar insaturado. 
Note-se que o bulbo está umedecido, a pressão de vapor na superfície é 
a de saturação, na Tu, ou seja Pvu. A pressão de saturação Pvs = f(Ti) e a 
umidade relativa do ar insaturado (UR) definem a pressão de vapor PH2OV. 
Há portanto transferência de calor latente de vaporização do bulbo 
H2OV
Há portanto transferência de calor latente de vaporização do bulbo 
úmido para o ar insaturado.
2. Para que ocorra essa transferência de calor latente, é necessário que o ar 
insaturado forneça calor, na forma sensível ao bulbo úmido. 
Desprezando-se as trocas de calor por condução e radiação nos termômetros, 
pode-se afirmar que no equilíbrio, o calor sensível fornecido pelo ar ao bulbo é 
igual ao calor latente fornecido pelo bulbo ao ar, num processo adiabático, a 
troca de calor total é zero no processo. Assim o ar insaturado, ao atingir o 
termômetro tem sua UR elevada para 100 % sua temperatura diminuída de T 
para Tu. 
Cartas psicrométricas
Psicrômetros são aparelhos constituídos de 2 termômetros, um dos
quais envolvido material têxtil umedecido com H2O destilada. No
psicrômetro de aspiração há internamente um hélice que acionada
por meio de corda, movimenta o ar ambiente, fazendo-o passar
pelos termômetros, nos quais serão indicadas TS e Tu do ar.
No psicrômetro chicote, ao contrários, os 2 termômetrosé que sãoNo psicrômetro chicote, ao contrários, os 2 termômetros é que são
movimentados no ar ambiente. Pela medição dessas temperaturas
é possível calcular todas as propriedades do ar existente.
Cartas psicrométricas de alta e baixa temperatura. 
Cartas psicrométricas
Exemplo: 
Suponha que um desses psicrômetros tenha sido usado
para medir as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido no
interior de uma sala, ao nível do mar, e que essas são
respectivamente 29 e 19°C. Determinar as demaisrespectivamente 29 e 19°C. Determinar as demais
propriedades do ar a partir da carta psicrométrica e comparar
com os resultados obtidos pelas equações.
UR = 39 %
UA = 10 g H2O/kg ar seco h = 55 – 0,3 = 54,7 kJ/kg ar seco
Va = 0,87 m3/kg ar seco Torv = 14 °C
Processos com ar
Aquecimento do ar: 
Ao fornecer calor “seco” ao ar, a temperatura do ar
aumento, enquanto que a UA (kg vapor H2O/kg ar seco)
permanece constante. UR1 = 50% TS1 = 23 °C ar foi aquecido
para TS2 = 34 °C. Ponto do estado deslocou-se para a direita epara TS2 = 34 °C. Ponto do estado deslocou-se para a direita e
a UR2 = 26 %. A entalpia variou de 15 para 18 kcal/kg ar seco.
3 kcal para elevar a temperatura de 23 para 34 °C
Ocorre apenas transferência de calor sensível do aquecedor ao ar.
Aquecedor: conjunto de resistências elétricas, trocador de calor indireto
dentro do qual passa água quente ou vapor, fornalha com troca indireta,
coletor solar, etc.
Processos com ar
Resfriamento do ar: 
No resfriamento o ponto do estado move-se horizontalmente
para esquerda. Quando a curva de saturação é atingida (UR =
100%), a temperatura de orvalho é 12 °C. A partir desse ponto
desloca-se a curva de saturação para 8 °C, mantendo UR = 100%.desloca-se a curva de saturação para 8 °C, mantendo UR = 100%.
Isso significa a condensação de 2 g de H2O/kg de ar seco ,
correspondendo a uma razão de mistura (UA) de 8,5 para 6,5 por kg
de ar seco. A entalpia variou de 15 para 10 kcal por kg ar seco.
5 kcal para resfriamento do ar (23 – 8 °C).
Evaporador de um sistema frigorífico
Processos com ar
Secagem ou umedecimento do ar: 
A adição ou retirada da umidade do ar, sem retirar ou
adicionar calor , leva ao ponto de estado ao se deslocar na linha de
entalpia constante. No caso de adição de umidade a linha se
desloca para esquerda a e para cima, e mediante a retirada de
umidade essa linha se desloca para direita e para baixo.
Secagem : Condições iniciais T S1 = 25 °C UA = 9 g de vapor/kg de arSecagem : Condições iniciais T S1 = 25 °C UA = 9 g de vapor/kg de ar
seco. O ar perderá 4 g de vapor/kg de ar seco quando o ponto de
estado se deslocar na mesma linha de entalpia até atingir a TS2 de
35 °C.
Umedecimento: Condições iniciais T S1 = 25 °C UA = 9 g de vapor/kg de ar
seco. Quando acrescenta-se 3 g de vapor/kg de ar seco o ponto de
estado se desloca para a TS3 = 18 °C.
Entalpia permanece constante 16 kcal/kg ar seco.
Processos com ar
Mistura de dois diferentes estados do ar: 
Em muitos secadores agrícolas são misturadas duas massas de ar 
com diferentes fluxos e propriedades termodinâmicas. Estado 1, estado 2 
e final (mistura) 3. 
33
.
22
.
11
.
3
.
2
.
1
.
UAmUAmUAm
mmm


2
.
1
.
22
.
11
.
3
2
.
1
.
22
.
11
.
3
33
.
22
.
11
.
332211
mm
UAmUAm
UA
mm
hmhmh
hmhmhm
UAmUAmUAm





 





Processos com ar
Mistura de dois diferentes estados do ar na secagem de produtos 
agrícolas. 
Exemplo Em um secador de fluxo concorrente, 300 m3/minuto de
ar com TS = 35 °C e Tu = 30 °C (ar 1), proveniente da seção de
resfriamento, são misturados na entrada de uma fornalha com o ar
ambiente (ar 2), cuja vazão é de 300 m3/minuto com T = 20 °C eambiente (ar 2), cuja vazão é de 300 m3/minuto com TS = 20 °C e
UR = 80%. Determine a temperatura de bulbo seco e de bulbo
úmido do ar resultante da mistura (ar 3) que a fornalha deve
aquecer.