EXERCÍCIO - RESOLUÇÃO-convertido

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RESOLUÇÃO 
 
 
SISTEMAS MECÂNICOS III 
INSTALAÇÕES PREDIAIS III 
Faculdade de Tecnologia de São 
Paulo 
 
Exercício 1 
01. Sabendo-se que a Umidade Absoluta Real de uma amostra de ar úmido é de 10 gramas 
de vapor para cada quilo de ar seco e sua Umidade Absoluta de Saturação é 16,5 
gramas de vapor para cada kg de ar seco. Determinar a Umidade Relativa desta 
amostra. 
 
 
Exercício 2 
02. Uma indústria farmacêutica deseja implantar uma sala de moagem. Afim de 
obter uma boa qualidade no processo, beneficiará o setor com um sistema de ar 
condicionado. Definir as condições internas para este ambiente, tendo em vista 
o máximo conforto térmico possível para as pessoas que ocuparão o setor 
durante o inverno. Condições Ideais para o Processo: Tbu = 13 C - V = 0,5 
m/s 
 
Exercício 3 
 03. Um ambiente foi condicionado a Tbs = 22 C e UR = 50%. Verificar se os vidros 
das janelas externas ficarão embaçados, considerando que o pior caso de 
temperatura registrado naquela região foi 10 C, e a Uabs = 5 g/kg. 
 
 
Exercício 4 
 
04. O ar tratado por um sistema de aquecimento e umidificação, é resultante de 
uma mistura composta de 70% de ar exterior e 30% do ar que retorna do 
ambiente. Determinar a Tbs e UR que o ar deve ser fornecido ao ambiente, 
sabendo-se que: 
 a. Durante o processo para cada kg de ar úmido foi fornecido 5 kcal de calor 
sensível e 4,5 kcal de calor latente; 
 b. Condições externas: Tbs = 10 C - UR = 20%; 
 c. Condições internas: Tbs = 23 C - Uabs = 11,5 g/kg. 
 
 
Exercício 5 
 
05. Verificando-se uma variação na escala de entalpia de (-12) kcal/kg e sabendo-se 
que o sistema responsável pelo tratamento retirou durante o processo 8 
kcal/kg de calor latente. Determinar as condições finais do processo, uma 
vez que, no inicio a Tbs = 35 C e a Tbu = 30 C. 
JUSTIFICAR ! 
 
 
....................- Encontrar o Ponto A na intersecção da linha vertical com a linha de 
......................entalpia do Ponto A. 
 
 
Exercício 6 
 
 
06. O ar tratado por um condicionador é conduzido a uma sala através de 
tubulações que, encontram-se entre o forro e a laje. Deseja-se saber se ocorrerá 
condensação nas superfícies das tubulações sabendo-se que: 
 a. O ar é conduzido pelas tubulações com temperatura de 15 C e umidade 
relativa de 30%. 
 b. O ar que ocupa o espaço entre o forro e laje encontra-se a temperatura de 36 
C e 30% de umidade relativa. 
 
 
Exercício 7 
 
 
07. Analise as condições abaixo, ordene (da melhor para a pior) e justifique qual é a ideal 
para ser utilizada em um processo de secagem qualquer. 
 a) Tbs = 10 C b) Tbs = 29 C c) Tbs = 30 C d) Tbs = 25 C e) Tbs = 27 C f) Tbs = 15 C 
 UR = 10 % UR = 60 % Tbu = 30 C UR = 40 % UR = 45 % UR = 30 
 
 
......................
 
Exercício 
 
 
...................... 
Exercício 10 
ENUNCIADO: 
 
 
Exercício 11 
ENUNCIADO: 
 
 
 
 
 
Exercício 12
ENUNCIADO: 
 
 
 
 
Exercício 13
 
ENUNCIADO: 
 
 
 
Exercício 14
ENUNCIADO: 
 
 
 
Exercício 15
ENUNCIADO: 
 
 
Exercício 16 
 
 
 
 
Exercício 17 
 
ENUNCIADO: 
 
 
 
 
 
Exercício 18
 
Analisando-se 1 Kilograma de Ar Úmido, verificou-se a presença de 13,5 gramas 
de vapor d’água. Estudar os procedimentos psicrométricos necessários afim de que 
se promova a condensação de apenas 4,5 gramas deste vapor, considerando que a 
pressão local é de 760 mmHg. 
INFORMAÇÕES OFERECIDAS ATRAVÉS DO ENUNCIADO: 
1 - "...verificou-se a presença de 13,5 gramas de vapor dágua em 1 Kilograma de 
Ar Umido...", significa que a Umidade Absoluta Real da amostra que será 
submetida ao processo de tratamento é de 13,5 g/Kg, consequentemente esta 
Umidade Absoluta deverá ser considerada como Umidade Absoluta Inicial. 
2 - "...afim de que se promova condensação de apenas 4,5 gramas deste vapor..." 
significa que no processo de tratamento o ar deverá ser levado até a Umidade 
Absoluta Real de 9 g/Kg (13,5 - 4,5 = 9), consequentemente esta Umidade Absoluta 
deverá ser considerada como Umidade Absoluta Final. 
3 - "...considerando que a pressão local é de 760 mmHg.", significa apenas que 
poderemos fazer toda a análise recorrendo a "nossa" Carta Psicrométrica que foi 
definida para esta pressão. 
4 - Observa-se claramente que o enunciado não oferece qualquer outra informação 
que possibilite a determinação exata das condições iniciais e finais do processo. 
CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES PARA A SOLUÇÃO DO PROBLEMA: 
1 - Definir o ponto exato que representa o Inicio do Processo de Tratamento não é 
relevante para a solução do problema. O ponto que representa o inicio do Processo 
poderá ser qualquer ponto sobre a linha que representa a Uabs = 13,5 g/Kg 
(Umidade Absoluta Inicial). 
2 - Uma vez que a Temperatura de Ponto de Orvalho marca sempre o inicio da 
condensação do vapor d’água presente no ar, e o problema solicita: "... que se 
promova a condensação de 4,5 g deste vapor,..."torna-se desta forma evidente que 
o PRIMEIRO passo (ou procedimento psicrométrico) para que se dê, efetivamente, 
o inicio da condensação de vapor solicitada é que o Ponto de Orvalho do ar em 
consideração seja atingido. 
{Uabs=13,5 g/Kg => TPO = 19 C} 
3 - Depois que o Primeiro passo foi dado, ou seja, depois que a Temperatura de 
Ponto de Orvalho Inicial foi atingida, note que a medida que se vai diminuindo a 
Temperatura a Umidade Absoluta do ar também vai diminuindo. A temperatura 
limite, ou seja, a temperatura final do processo deve ser aquela que produza a 
condensação de vapor na quantidade solicitada, ou seja 4,5 g, que garanta, 
portanto a Uabs = 9 g/Kg 
{Uabs = 9 g/Kg => TPO = 13 C} 
RESPOSTA: 
OPÇÃO A: 
Procedimentos Psicrométricos: 
1) O ar em consideração deverá ser levado como primeiro passo até sua 
Temperatura de Ponto de Orvalho (19 C); 
2) A seguir deverá ser mantida a temperatura final do processo em 13 C, 
garantindo-se desta forma a Umidade Absoluta final de 9 g/Kg. 
NOTA: O processo de tratamento é o de RESFRIAMENTO E 
DESUMIDIFICAÇÃO 
OPÇÃO B: 
Procedimentos Psicrométricos: 
1 - Independente do ponto que representa as condições iniciais do processo, para se 
promover a condensação de 4,5 g de vapor d’água será necessário levar o ar da 
Umidade Absoluta Inicial = 13,5 g/Kg até a Umidade Absoluta Final = 9 g/Kg. 
Para tanto deverá ser retirado 2,8 Kcal/Kg de CALOR LATENTE. 
2 - O processo de tratamento necessário será do de DESUMIDIFICAÇÃO. 
NOTA: Observe que a quantidade de calor latente a ser retirada independe da 
localização do ponto que determina as condicões iniciais (Ponto I). 
 
OPÇÃO A: 
 
OPCÃO B: 
 
Exercício 19 
 
ENUNCIADO: 
Qual a massa total de ar presente em um laboratório farmacêutico com as 
dimensões de 10 m de comprimento, 7,6 m de largura e com pé direito de 2,80 m. 
Considerando que a manipulaçao de pó quimico exige o controle das seguintes 
condições ambientais: UR = 61% ; T= 22 C ; V3. = 0,176 m/s ; ar tratado com total 
ausência de particulas em suspensão. 
RESOLUÇÃO: 
a) Uma vez que todo o espaço interior do ambiente é ocupado pelo ar, calcula-se o 
volume da sala afim de se obter o Volume Real do ar cuja massa deseja-se 
determinar. 
VR = 10 x 7,6 x 2,80 
b) Com Tbs=22 C e UR=61%, obtem-se na Carta Psicrométrica o Volume 
Específico correspondente: Vesp = 0,85 m3/Kg 
c) "Regra de tres" resolve o Problema: 
x = 212,8 / 0,85 
NOTA: "V=0,176; ar tratado com total ausência de particulas em suspensão" são 
dados adicionais não necessários para a solução do problema, no entanto 
indispensáveis para atividade exercida pelo laboratório farmacêutico 
 
Exercício20 
 
ENUNCIADO: 
A água utilizada para o resfriamento em um processo industrial deixa o processo com a 
temperatura de 50 C, a seguir passa por um trocador de calor que promove troca de calor direta 
com o ar do meio exterior envolvente (Torre de Resfriamento de Água). Quais condições que o ar 
envolvente deixará o trocador de calor (Torre de Resfriamento) considerando que no pior dia de 
Verão suas condições eram: 
 TBS = 31C; UR = 40%; TPO = 16C; TBU = 21C; 
 H = 14,5 Kcal/Kg; d = 1,141 kg/m3; Uabs = 11 g/Kg. 
 
INFORMAÇÕES OFERECIDAS ATRAVÉS DO ENUNCIADO: 
 
1. “A água utilizada para o Resfriamento em um processo industrial, deixa o processo a 
temperatura de 50 C” 
a) o enunciado oferece o 1o. elemento a participar de uma troca de calor: “A 
ÁGUA”. 
b) O fato da água deixar o processo a temperatura de 50 C não é relevante, neste 
caso, para a solução do problema. 
2. “a seguir passa por um trocador de calor que promove a troca de calor direta com o ar 
exterior envolvente (Torre de Resfriamento de Água)”. 
a) o enunciado oferece o 2o. elemento participante da troca de calor: 
 “ O AR EXTERIOR ENVOLVENTE”. 
b) O fato de que o trocador de calor utilizado ser uma Torre de Resfriamento de 
Água é redundante, uma vez que o enunciado esclarece a forma utilizada para 
a troca de calor, ou seja : TROCA DE CALOR DIRETA ENTRE O AR E A 
ÁGUA . 
3. “Quais condições que o ar envolvente deixará o trocador de calor ? “ 
a) O enunciado questiona as condições finais do processo de tratamento de ar 
em que o ar envolvente está sendo submetido. 
 
RESOLUÇÃO: 
Segundo a interpretação do enunciado, para a solução do problema deveremos nos concentrar no 
processo de tratamento de ar que o ar exterior envolvente está sendo submetido, ou seja: 
 
ILUSTRAÇÃO: 
 
 
CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES PARA A SOLUÇÃO DO PROBLEMA: 
 
1) Para determinar o Ponto B deve-se saber que o ar envolvente nada mais é do uma 
amostra de ar úmido, com alguma capacidade para absorção de umidade (UR = 40%) 
2) Uma das características estudadas e conhecidas sobre o ar úmido é que quando na 
presença de umidade (H20) e com capacidade para absorver umidade absorverá esta 
umidade na forma de vapor d’água até atingir seu estado de saturação (UR = 100%). 
3) No processo natural de troca de calor entre a água e o ar ocorre dois fenômenos 
importantes: 
a) para absorver a umidade em forma de vapor d’água e atingir seu estado de 
saturação, o ar envolvente fornece calor para a mesma a fim de que o vapor 
d’água seja produzido . 
b) o ar cede calor para a água em função da quantidade de vapor dágua que deverá 
produzir para a sua absorção até o estado de saturação, conseqüentemente sua 
temperatura diminuirá. 
4) A temperatura do ar em seu estado de saturação é por definição TEMPERATURA DE 
BULBO UMIDO. 
 
RESPOSTA: 
O Ar envolvente deixará a Torre de Resfriamento em seu estado de saturação: 
TBU = 21 C 
TBS = 21 C 
UR = 100 % 
NOTA: A menor temperatura para a água na saída da Torre de Resfriamento será 21 C. 
 
Exercício 20 
 
ENUNCIADO: 
A água utilizada para o resfriamento em um processo industrial deixa o processo com a 
temperatura de 50 C, a seguir passa por um trocador de calor que promove troca de calor direta 
com o ar do meio exterior envolvente (Torre de Resfriamento de Água). Quais condições que o ar 
envolvente deixará o trocador de calor (Torre de Resfriamento) considerando que no pior dia de 
Verão suas condições eram: 
 TBS = 31C; UR = 40%; TPO = 16C; TBU = 21C; 
 H = 14,5 Kcal/Kg; d = 1,141 kg/m3; Uabs = 11 g/Kg. 
INFORMAÇÕES OFERECIDAS ATRAVÉS DO ENUNCIADO: 
 
1. “A água utilizada para o Resfriamento em um processo industrial, deixa o processo a 
temperatura de 50 C” 
a) o enunciado oferece o 1o. elemento a participar de uma troca de calor: “A 
ÁGUA”. 
b) O fato da água deixar o processo a temperatura de 50 C não é relevante, neste 
caso, para a solução do problema. 
2. “a seguir passa por um trocador de calor que promove a troca de calor direta com o ar 
exterior envolvente (Torre de Resfriamento de Água)”. 
a) o enunciado oferece o 2o. elemento participante da troca de calor: 
 “ O AR EXTERIOR ENVOLVENTE”. 
b) O fato de que o trocador de calor utilizado ser uma Torre de Resfriamento de 
Água é redundante, uma vez que o enunciado esclarece a forma utilizada para 
a troca de calor, ou seja : TROCA DE CALOR DIRETA ENTRE O AR E A 
ÁGUA . 
3. “Quais condições que o ar envolvente deixará o trocador de calor ? “ 
a) O enunciado questiona as condições finais do processo de tratamento de ar 
em que o ar envolvente está sendo submetido. 
 
RESOLUÇÃO: 
Segundo a interpretação do enunciado, para a solução do problema deveremos nos concentrar no 
processo de tratamento de ar que o ar exterior envolvente está sendo submetido, ou seja: 
 
 
 
CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES PARA A SOLUÇÃO DO PROBLEMA: 
 
1) Para determinar o Ponto B deve-se saber que o ar envolvente nada mais é do uma 
amostra de ar úmido, com alguma capacidade para absorção de umidade (UR = 40%) 
2) Uma das características estudadas e conhecidas sobre o ar úmido é que quando na 
presença de umidade (H20) e com capacidade para absorver umidade absorverá esta 
umidade na forma de vapor d’água até atingir seu estado de saturação (UR = 100%). 
3) No processo natural de troca de calor entre a água e o ar ocorre dois fenômenos 
importantes: 
a) para absorver a umidade em forma de vapor d’água e atingir seu estado de 
saturação, o ar envolvente fornece calor para a mesma a fim de que o vapor 
d’água seja produzido . 
b) o ar cede calor para a água em função da quantidade de vapor dágua que deverá 
produzir para a sua absorção até o estado de saturação, conseqüentemente sua 
temperatura diminuirá. 
4) A temperatura do ar em seu estado de saturação é por definição TEMPERATURA DE 
BULBO UMIDO. 
 
RESPOSTA: 
O Ar envolvente deixará a Torre de Resfriamento em seu estado de saturação: 
TBU = 21 C 
TBS = 21 C 
UR = 100 % 
NOTA: A menor temperatura para a água na saída da Torre de Resfriamento será 21 C. 
 
Exercício 21
 
ENUNCIADO: 
Conhecendo-se as seguintes condições internas de um ambiente: 
 Tbs = 25 C ; Tbu = 17 C; V = 2 m/s. 
Verificar o conforto térmico proporcionado por este ambiente e estabelecer novas condições para 
um outro ambiente afim de se conseguir o mesmo conforto proporcionado pelo primeiro, 
considerando que neste ambiente será implantado um processo industrial onde os seguintes 
controles serão necessários: 
 Tbs = 22 C - UR = 60%. 
 
 
QUESTÕES PROPOSTAS PELO ENUNCIADO: 
 
1) Verificar o conforto térmico proporcionado pelas condições internas do ambiente em 
consideração ( Tbs = 25 C – Tbu = 17 C – v = 2 m/s) 
2) Estabelecer novas condições de temperatura, umidade e velocidade para um outro 
ambiente mantendo o conforto obtido pelo primeiro, respeitando (ou mantendo) as 
condições exigidas (controladas) para o processo industrial 
 (Tbs = 22 C – UR = 60%). 
 
SOLUÇÃO: 
1) Verificando o Conforto proporcionado: 
 
PROCEDIMENTO: 
A) Utilizar o Gráfico de Temperatura Efetiva afim de se obter a Temperatura 
Efetiva correspondente ao ambiente considerado: 
 
 
 
 
b) Com a Temperatura Efetiva obtida (Tef = 19 C) utilizar a Carta de Conforto, 
afim de verificar o conforto proporcionado Verão e Inverno. 
 
NOTA : Já que o enunciado não esclarece em que situação a analise deverá ser 
feita, deve-se analisar todas as possibilidades, ou seja: VERÃO E INVERNO. 
 
 
 
 
RESPOSTA 1: 
 
Verificar o conforto térmicoproporcionado pelas condições internas do ambiente em consideração 
( Tbs = 25 C – Tbu = 17 C – v = 2 m/s) 
 
CONFORTO NO 
VERÃO: 40% DE 
PESSOAS 
CONFORTÁVEIS 
CONFORTO NO 
INVERNO: 92 % 
DE PESSOAS 
CONFORTÁVEIS 
 
2) Estabelecendo 
novas condições 
respeitando o 
processo (Tbs=22 C – 
UR =60 %): 
a) Para manter o mesmo conforto obtido pelo primeiro ambiente deve-se respeitar a mesma 
Temperatura Efetiva (19 C), que garante pela sua própria definição o mesmo conforto, ou 
seja, a mesma sensação de frio ou calor. 
b) No gráfico 1, de Temperatura Efetiva, através dos seguintes parâmetros: 
Tbs = 22 C - UR = 60% => Tbu = 17 C (da carta psicrométrica) 
Tef = 19 C 
Obtem-se: V = 0,5 m/s 
NOTA: Já que não podemos alterar as condições de Temperatura e Umidade, pois são 
requeridas pelo processo, não nos resta outra alternativa para reproduzir o conforto do primeiro 
ambiente (Tef=19 C) a não ser alterarmos a velocidade, portanto: 
RESPOSTA 2: 
Novas condições: TBS = 22 C - TBU = 17 C (UR=60%) - V = 0,5 m/s 
Tef = 19 C