Operações Unitárias III - Psicrometria

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
Psicrometria NOTAS DE AULAS 17/07/2014
1. Introdução
• Psicrometria: é o estudo das misturas de ar e
vapor de água.
• Processos:
▫ Remoção de água do ar (desumidificação);
▫ Adição de água no ar (umidificação);
• Equipamentos
▫ Transferência simultânea de calor e massa entre o 
ar e uma superfície molhada.
▫ Umidificadores
▫ Desumidificadores
▫ Torres de resfriamento.
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2. Carta psicrométrica
Podem ser facilmente obtidas na literatura.
Razões para seu estudo:
1. Esclarecer pontos básicos da carta
psicrométrica;
2. Obter propriedades do ar úmido sob condições
distintas.
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2. Carta Psicrométrica
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2. Carta Psicrométrica
2. 1. Linha de saturação
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2. Carta Psicrométrica
2.2. Umidade relativa (φ)
A umidade relativa, φ, é definida como sendo a razão entre a
fração molar do vapor de água no ar úmido e fração de vapor de
água no ar saturado à mesma temperatura a pressão total.
Supondo gás perfeito, temos:
� =
�����ã�	�
���
	��	�
���	��	�
�����ã�	��	�
���
çã�	��	á��
	���
	
	����
	������
���
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2. Carta Psicrométrica
2.2. Umidade relativa (φ)
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2. Carta Psicrométrica
2.3. Umidade absoluta (φ)
A umidade absoluta, w, é massa de água contida em
1 kg de ar seco. A umidade absoluta, bem como as propriedades,
entalpia e volume específico são referidas a 1 kg de ar seco. A umidade
absoluta pode ser obtida com a equação dos gases perfeitos:
� =
��	��	�
���	��	�
��	��	
�	����
=
��� ���⁄
��� ���⁄
=
�� ��⁄
�� − �� ��⁄
Onde � = umidade absoluta (kg de vapor/kg de ar seco);
� = volume de mistura arbitrário, m3;
�� = pressão atmosférica = �� + ��, Pa;
�� = pressão parcial do ar seco, Pa;
�� = constante de gás do ar seco = 287 J/kg.K;
�� = constante de gás do vapor = 461,5 J/kg.K
� = Temperatura absoluta da mistura, K.
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2. Carta Psicrométrica
2.3. Umidade absoluta (φ)
Introduzindo os valores numéricos �� e �� na equação
anterior, resulta em:
� =
287
461,5
��
�� − ��
= 0,622
��
�� − ��
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2. Carta Psicrométrica
2.3. Umidade absoluta (φ)
Exemplo 1: Determine a umidade absoluta do ar com
60% de umidade relativa e uma temperatura de 30 ºC,
para uma pressão barométrica padrão de 101,3 kPa.
Solução:
Da Tabela 1: Pressão de vapor a 30 ºC é 4,241 kPa.
A pressão de vapor de água no ar é: 0,60 4,241 =
2,545	��
� = 0,622
2,545
101,3 − 2,545
= 0,0160��/��
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2. Carta Psicrométrica
2.4. Entalpia (H)
A entalpia da mistura de ar seco e vapor de água é a soma
das entalpias dos componentes. Os valores de entalpia são
sempre referidos a um estado de referência. Assim o ar é
admitido com entalpia nula a temperatura de 0 ºC.
ℎ = �.� +/ℎ0
Onde
�. = calor específico à pressão constante do ar seco = 1,0
kJ/kg.K;
� = temperatura da mistura, ºC;
ℎ0 =entalpia do vapor saturado à temperatura da mistura,
kJ/kg;
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2. Carta Psicrométrica
2.4. Entalpia (h)
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2. Carta Psicrométrica
2.4. Entalpia (h)
Exemplo 2: Determine o ponto sobre a linha
isoentálpica de 95 kJ/kg correspondente a uma
temperatura de 50 ºC.
Solução: Da Tabela a-1, para t = 50 ºC, resulta em
ℎ0 = 2592	�2/��. Para ℎ = 95	�2/��, obtêm-se w
� =
3456,7 47
8438
= 0,0174	��/��
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2. Carta Psicrométrica
2.4. Volume específico (v)
Este é definido como o volume em m3 de mistura por
kg de ar seco, podendo também ser definido como o
volume em m3 do ar seco por kg de ar seco.
Da equação dos gases perfeitos resulta:
� =
���
��
=
���
�� − ��
						�9 ��	��	
�	����⁄
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2. Carta Psicrométrica
2.4. Volume específico (v)
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2. Carta Psicrométrica
2.4. Volume específico (v)
Exemplo 3: Qual é o volume específico de uma
mistura ar-vapor de água cuja temperatura é de 24 ºC
e a umidade relativa de 20%, à pressão barométrica
padrão?
Solução:
Da Tabela A-1, a pressão parcial do vapor de água em
ar saturado a 24 ºC é de 2,982 kPa. Logo, a pressão
parcial do vapor para uma umidade relativa de 20%
será dada por: 0,2 2,982 = 0,5964	��
 = 596	�
.
� =
287 24 + 273,1
101300 − 596
= 0,85	
�9
��	��	
�	����
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2. Carta Psicrométrica
2.5. Temperatura de bulbo úmido
É a última propriedade a ser considerada, entretanto é
interessante apresentar o problema da parede úmida
no sentido de facilitar o entendimento.
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2. Carta Psicrométrica
2.5. Temperatura de bulbo úmido
Neste caso ocorre transferência simultânea de calor e
massa (vapor de água) de ou para uma superfície
molhada, o estado do ar na carta psicrométrica tende
para a temperatura da superfície úmida sobre a linha
de saturação.
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2. Carta Psicrométrica
2.5. Temperatura de bulbo úmido
Quando o ar escoa sobre uma superfície úmida, o
estado do ar passa por uma área diferencial dA que
varia do ponto 1 para o ponto 2 na carta psicrométrica.
A lei da linha reta estabelece que ponto 2 está sobre a
linha que passa pelo ponto 1 e pelo ponto sobre a linha
de saturação à temperatura da superfície.
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2. Carta Psicrométrica
2.6. Saturação adiabática e Temperatura de bulbo
úmido
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2. Carta Psicrométrica
2.6. Saturação adiabática e Temperatura de bulbo
úmido
ℎ6 = ℎ8 − �8 −�6 ℎ;
Onde ℎ; é a temperatura do líquido à temperatura do
reservatório ou temperatura do bulbo úmido
termodinâmico.
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2.6. Saturação adiabática e Temperatura de bulbo
úmido
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2.7. Termômetro de bulbo úmido
ℎ6 +�6ℎ; = ℎ8 +�8ℎ;
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2. Carta Psicrométrica
2.8. Processos
Os processo com ar úmido podem ser apresentados
graficamente em uma carta psicrométrica, onde podem
ser facilmente interpretados. A carta pode ser utilizada
na determinação da variação de propriedades, tais
como, temperatura, umidade absoluta e entalpia que
ocorre em processos. Alguns processos básicos como:
aquecimento, resfriamento, umidificação,
desumidificação e misturas.
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2. Carta Psicrométrica
2.8. Processos
2.8.1. Resfriamento e aquecimento
Variação da temperatura de bulbo seco.
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2. Carta Psicrométrica
2.8. Processos
2.8.2. Umidificação
Podem ser adiabática ou com transferência de calor
(diabática)
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2. Carta Psicrométrica
2.8. Processos
2.8.3. Resfriamento e desumidificação
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2. Carta Psicrométrica
2.8. Processos
2.8.4. Misturas
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2. Carta Psicrométrica
2.8. Processos
2.8.4. Misturas
Balanço de massa
�< 6�6 +�< 8�8 = �< 6 +�< 8 �9
Balanço de energia
�< 6ℎ6 +�< 8ℎ8 = �< 6 +�< 8 ℎ9
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Tabelas NOTAS DE AULAS 17/07/2014
Tabelas NOTAS DE AULAS 17/07/2014
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