PSICROMETRIA

Psicrometria:fundamentoseprocessos

A psicrometria estuda os parmetros eprocessos termodinmicos que ocorrem namistura de ar secovapor dgua, que juntocom os contaminantes so os componentesdo ar atmosfrico.

Parmetrospsicromtricos Do ponto de vista da psicrometria os gases que apresentamtemperatura de condensao muito baixa so reunidos numanica fase denominada ar seco, enquanto o vapor dgua, quecondensa em condies tpicas encontradas em sistemas decondicionamento de ar, tratado independentemente.

Desse modo, admitese o ar mido como sendo a mistura dedois gases ideais: ar seco e vapor dgua. As leis das pressesparciais, dos volumes parciais e a equao de estado do gsideal so usadas para estabelecer as equaes que definemos estados psicromtricos do ar.

Parmetrospsicromtricos Entretanto, as seguintes hipteses so admitidas: a fase lquida

(vapor dgua) no contm gases dissolvidos; a fase gs (ar seco)pode ser tratada como uma mistura de gases ideais e, finalmente,quando a mistura e o condensado (gua lquida) esto numa dadapresso e temperatura, o equilbrio entre o condensado e seuvapor no afetado pela presena dos outros componentes, ouseja, quando o equilbrio alcanado a presso parcial do vapor igual presso de saturao correspondente temperatura damistura.

Os parmetros de interesse so presso atmosfrica (ou total) epresso parcial de cada componente, temperatura de bulbo seco ede bulbo mido, temperatura de orvalho, umidade absoluta,entalpia especfica, umidade relativa e volume especfico.

Temperatura de bulbo seco (ta) a temperatura do ar, t, medida por umtermmetro comum. O adjetivo bulbo secoacompanha o termo temperaturasimplesmente para no confundir com atemperatura de bulbo mido, que serdefinida posteriormente.

Temperatura de bulbo mido Termmetro de bulbo mido mede atemperatura do ar em funo da quantidade devapor dgua dissolvido no ar que passa pelobulbo mido que a quantidade de gua quepode evaporar da mecha molhada.

Se o mesmo j estiver saturado com umidade,no evaporar nenhuma quantidade de gua damecha para o ar e no haver resfriamento notermmetro de bulbo mido. Neste caso, TBSseria igual TBU.

Umidadeabsoluta A umidade absoluta , W, a razo entre amassa de vapor dgua e a de ar seco contidasno ar mido.

Umidaderelativa Aumidaderelativa()doarmidoarelaoentreapressoparcialdovapordguanoarPv esuapressoparcialnoarsaturadoPvs ,mesmatemperaturaepresso.

Fisicamente a relao entre a presso desaturao do ar e a umidade relativa : quequanto maior a temperatura do ar, maisumidade pode ser dissolvida nele. Em umadada temperatura, no limite da capacidade doar absorver esta umidade temos o ar saturadocom umidade relativa 100% e presso desaturao (psat).

O ar uma composio de ar seco e umidade ecada um destes componentes tem uma presso.A presso da umidade chamase presso parcialde vapor. Quanto mais umidade dissolvida no ar,maior esta presso de vapor at o limite de psat(que a mxima presso parcial do vaporpossvel para aquela dada temperatura). Como adefinio da umidade relativa a relao entrepresso parcial de vapor (pv) e a presso desaturao (valor fixo e definido para cadatemperatura) temos que quanto maior a pressoparcial de vapor, maior a umidade relativa do ar.

Volumeespecfico Ovolumeespecficodoarmido,expressoemtermosdeunidadedemassadearseco.

PRESSODEVAPOR(Pv) Presso mxima de vapor (Pv) a presso exercida por

seus vapores quando estes esto em equilbrio dinmicocom o lquido. Podese dizer tambm que a pressoexercida pelas molculas do solvente lquido contra a suasuperfcie para passar para o estado de vapor.

Quanto maior a Pv mais voltil o lquido. Ou seja, quantomais presso o lquido faz contra a sua superfcie, mais estelquido passar para o estado de vapor, evapora maisrpido.

Alguns fatores influenciam na presso de vapor, como: temperatura natureza do lquido

Temperatura

Quando se aquece um lquido, a quantidadede vapor tende a aumentar conforme otempo, o que far com que a presso de vaportambm aumente. O aumento da temperaturaocasiona a agitao das molculas. O lquidoevapora mais intensamente e causa maiorpresso de vapor, veja o caso da gua pura:

Entalpiadoarmido

A entalpia de uma mistura de gases ideais asoma das entalpias parciais de seuscomponentes.

Temperaturadeorvalho A temperatura de orvalho, to, a temperaturado ar mido saturado mesma presso e mesma umidade absoluta.

Conhecer a temperatura de orvalho importante nossistemas de climatizao pelo fato da temperatura na qualo vapor de gua da atmosfera comea a condensar.

Esta propriedade muito importante, pois a partir delapodese calcular as espessuras de isolamento adequadaspara dutos, cmaras frigorficas e refrigeradoresdomsticos. Ou seja, se o isolamento ruim, haver umatemperatura superficial externa baixa da parede da cmaraou de um duto e desta forma, haver condensao dovapor dgua presente no ar sobre esta parede

Diagramapsicromtrico A determinao dos parmetros psicromtricos demanda um

certo nmero de operaes, e, por isso, vantajoso emtermos de economia de tempo utilizar uma rotinacomputacional.

Entretanto, esses valores tambm podem ser obtidos emtabelas ou diagramas. As tabelas so teis quando se desejaconhecer os parmetros psicromtricos do ar mido numnico estado e fornecem valores melhores que os diagramas.

Por outro lado, os diagramas so aliados imprescindveis dosprojetistas de ventilao, refrigerao e ar condicionado,quando este deseja visualizar, analisar e quantificarrapidamente os diversos processos pelos quais o ar midopassa ao escoar atravs de equipamentos, acessrios edispositivos.

O diagrama psicromtrico um grfico que permite obter otraado de diversos processos psicromtricos e adeterminao de estados e propriedades do ar mido.

construdo com base no fato de que o estadotermodinmico da mistura de dois gases ideais, como o armido, determinado por trs propriedades independentes.

Assim, se uma de trs for mantida constante as outras duasformam os eixos de um grfico no plano do papel. Nessegrfico, as isolinhas das outras propriedades psicromtricasso construdas. Qualquer ponto do grfico definir umestado da mistura, ou seja, do ar mido.

Geralmente, a presso da mistura escolhida comopropriedade a ser mantida constante, j que na maioria dosprocessos psicromtricos sua variao desprezvel.

Processospsicromtricosbsicos Na carta psicromtrica possvel identificar e visualizar rapidamente todos os

processos de interesse na anlise do ar mido. A Figura mostra a representaodesses processos sobre a carta psicromtrica. Partindo do ponto comum, temse:(C) aquecimento sensvel

(G) resfriamento sensvel, onde somente a temperatura de bulbo seco se modificae permanece constante a umidade absoluta

(A) somente umidificao (E) somente desumidificao, onde muda somente a umidade absoluta e a

temperatura de bulbo seco permanece constante (F) resfriamento e desumidificao, onde tanto a temperatura de bulbo seco como

a umidade absoluta so reduzidas (B) aquecimento e umidificao, onde tanto a temperatura de bulbo seco como a

umidade absoluta aumentam (H) resfriamento com umidificao, onde a temperatura de bulbo seco reduzida

ao mesmo tempo em que aumenta a umidade absoluta (D) aquecimento e desumidificao, onde a temperatura de bulbo seco aumenta e

a umidade absoluta reduzida.

Resfriamentoedesumidificao doambientecondicionado

De acordo com a finalidade de uso do espaocondicionado, so especificadas a temperatura debulbo seco e a umidade relativa mais adequadaao conforto trmico. Nesse caso, o ar insufladono espao condicionado deve apresentar umacombinao de condio termodinmica e vazoque satisfaa a remoo de calor sensvel elatente, e permita manter as condiesdesejadas. Quanto menor a temperatura debulbo seco do ar insuflado no ambiente, menor a vazo necessria para remover a mesmaquantidade de calor sensvel, e viceversa.

A Figura (a) mostra os ganhos de calor sensvel elatente (vapor dgua) no ambiente condicionadoe a Figura (b) o seu diagrama psicromtrico. Aquantidade Q representa a soma lquida de todasas cargas sensveis internas e externas. Aquantidade representa a soma lquida de todas ascargas latentes internas e externas: cadaquilograma de vapor dgua liberado no ambientecondicionado adiciona uma quantidade deenergia igual a sua entalpia especfica.

Esta equao mostra que existe uma relaolinear entre a variao de entalpia e a deumidade absoluta. O coeficiente angular da reta fornecido pela razo entre o calor total e aquantidade de vapor dgua injetado.

Assim, conhecidas essas quantidades, ainclinao da reta de processo do ambiente,estar determinada no diagrama psicromtrico.

Aquecimentoeresfriamentosensvel

A Figura (a) ilustra os processos deresfriamento e aquecimento sensvel e aFigura (b) os mostra sobre o diagramapsicromtrico.

No aquecimento ou o resfriamento sensveldo ar o processo representado por umalinha reta horizontal; nenhum vapor dgua adicionado ou removido do ar e sua umidadeabsoluta permanece constante.

O aquecimento sensvel do ar (ponto 1 ao 2)pode ser obtido em serpentinas de guaquente ou vapor dgua, ou ainda porresistncias eltricas em contato com o ar.

O resfriamento sensvel do ar (ponto 2 ao 1)usa uma serpentina com a superfcie mais friaque o ar, porm com temperatura superior aoseu ponto de orvalho para evitar acondensao de vapor dgua.

Desumidificao porresfriamentodoar

A desumidificao por resfriamento feita pelocontato do ar com uma superfcie cujatemperatura est abaixo de seu ponto deorvalho. Geralmente, a superfcie fornecida poruma serpentina aletada no interior da qual escoaum fluido refrigerante primrio (HCFC ou HFC) ousecundrio (gua gelada ou salmoura). Se atemperatura da serpentina est abaixo de 0Cocorre condensao e posterior congelamento dagua. Isto demanda cuidados especiais para nobloquear a vazo de ar.

A Figura (a) mostra o esquema da serpentinade resfriamento e desumidificao e a Figura(b) o processo sobre o diagramapsicromtrico. Se o processo de resfriamentoatravessar uma serpentina grande o suficienteento seu estado final ser 2 e o ar estsaturado na temperatura da seo de sada.Em condies reais o ar jamais alcanar oestado 2 e sim o estado 2.

Fatordecalorsensvel O calor sensvel transferido nos processos que alteram

apenas a temperatura de bulbo seco do ar, permanecendoconstante sua umidade absoluta. Nos processos bsicosapresentados, os de resfriamento e aquecimento sensvelso exemplos de trocas trmicas de calor sensvel.

O calor latente transferido nos processos que atuamsobre a umidade absoluta do ar enquanto sua temperaturade bulbo seco permanece inalterada. Excetuando os deaquecimento e resfriamento sensvel, todos os demaisprocessos apresentados envolvem uma parcela de calorlatente.

O calor total a soma das parcelas de calor sensvel e calor latenteenvolvidas num determinado processo psicromtrico.

O fator de calor sensvel a razo entre as parcelas de calorsensvel e calor total envolvidas no processo. Assim, em processosde resfriamento e aquecimento sensvel o fator de calor sensvel unitrio. J em processos que envolvem calor latente esse valor menor do que 1 (um) e vai reduzindo medida que aumenta ovalor relativo da parcela de calor latente no processo.

Aqui, o termo calor usado inadequadamente para designar naverdade uma taxa de fluxo de calor, ou seja, um fluxo de energiapor unidade de tempo.