capítulo 10 :misturas de gases ar úmido mistura de ar e vapor dágua objetivo: determinar as...
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Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido
Mistura de ar e vapor d’água Objetivo: Determinar as propriedades
termodinâmicas de uma mistura a partir das propriedades dos componentes puros
Propriedades termodinâmicas de misturas não se encontram disponíveis.
Exceção: Ar atmosférico
Componentes do Ar
Percentagem (base molar)
Nitrogênio 78,10
Oxigênio 20,95
Argônio 0,92
CO2 e traços 0,03
Misturas de gases ideais
Misturas de N componentes Concentração : Ci = mi /mt
Fração molar: yi = ni /nt
Ci = mi /mt = ni Mi /nj Mj = ni Mi /nt
nj Mj /nt
Ci = yi Mi /yj Mj
Massa molecular para a mistura Mmist = mt /nt = ni Mi /nt = yi Mi
Modelo de Dalton
A mistura de gases e cada gás se comporta como um gás ideal
PV/RT = PAV/RT + PB V/RT P = PA + PB
PA = yAP Equação de estado para uma mistura de
gases ideais sobre uma base de massa:
PV = m Rmist T
Rmist = R / Mmist
Mistura de gases ideais
A entropia de cada componente é Si = S0
Ti – Ri ln ( yiP /P0)
S = -R nk ln yk
O aumento na entropia do sistema depende do número de moles dos gases componentes e independe da composição do gás
Mistura de gases ideais
Variação de energia:
U2 – U1= Cv 0 mist (T2 – T1)
Cv 0 mist = cA Cv 0 A + cB Cv 0 B
Cv = ( u / T )v
Variação de entalpia
h2 – h1 = Cp 0 mist (T2 – T1)
Cp 0 mist = cA Cp 0 A + cB Cp 0 B
Cp = ( h / T )p
Ar úmido : Gases e vapor
A fase sólida ou líquida não contém gases dissolvidos
A fase gasosa é uma mistura de gases ideais O equilíbrio entre a fase condensada e o
vapor não é influenciado pela presença do outro componente
Quando o equilíbrio é atingido, a pressão parcial do vapor é a pressão de saturação à T da mistura
Ar úmido : Gases e vapor
Ponto de orvalho: T na qual o vapor se condensa quando é resfriado num processo à pressão constante
Ar saturado: se o vapor está na temperatura e pressão de saturação
Umidade relativa = = fração molar do vapor na mistura / fração molar do vapor numa mistura saturada à mesma T e P
= Pv / Pg = pressão parcial do vapor na mistura / pressão de saturação do vapor à mesma T
Ar úmido : Gases e vapor
Umidade absoluta = = massa de vapor d’água, mv / massa de ar seco, ma
= Pv V/ RvT = RaPv / RvPa
Pa V/ RaT
= MvPv / MaPa
= 0,622 Pv /Pa
A Primeira Lei da Termodinâmica
Durante qualquer ciclo percorrido por um sistema (massa de controle), a integral cíclica do calor é proporcional à integral cíclica do trabalho.
Qv.c + ma ha1 + mv1 hv1 = ma ha2 + mv2 hv2 + ml2 hl2
Qv.c / ma = ha2 - ha1 + 2 hv2 - 1 hv1 + (1 - 2) hl2
= mv / ma
Processo de Saturação Adiabática
Mistura ar + vapor + contato com água = ar + vapor saturado P = cte
A reposição de água deve ser feita à temperatura de saturação adiabática e na mesma taxa com que a água evapora
Desprezando variações nas energias cinética e potencial:
ha1 + 1 hv1 + (2 - 1) hl2 = ha2 + 2 hv2
1 (hv1 - hl2) = 2 ( hv2 - hl2) + Cpa (T2 – T1)
Temperatura de bulbo úmido e bulbo seco
O bulbo do termômetro de bulbo úmido é coberto com uma mecha de algodão saturado com água. Se a mistura ar-vapor não está saturada, uma parte da água do algodão evapora e difunde-se no ar circulante, o que causa o resfriamento da água na mecha. Calor é transferido do ar e do termômetro para a mecha, causando um efeito global de resfriamento.
Problema 10.9
Um tubo, com área de seção transversal de 0,1 m2, transporta uma mistura a 200 kPa e 290 K com 75% de O2 e 25% de N2 em base molar e com uma velocidade de 25 m/s.Para instalar e fazer operar um medidor de vazão mássica, é necessário conhecer a massa específica e a constante da mistura gasosa. Quais são elas? Que vazão mássica o medidor mostrará então?
Problema 10.45
Um escoamento de 1Kg/s de ar úmido saturado (umidade relativa de 100%) a 100 kPa e 10ºC passa através de um trocador de calor e sai a 25ºC. Qual é a umidade relativa na saída e qual a potência térmica requerida?
Problema 10.66
Use a carta psicrométrica para determinar as propriedades que faltam dentre :, , Tb.s. e Tb.u.
A) Tb.s. = 25ºC e = 80%
B) Tb.s. = 15ºC e = 100%
C) Tb.s. = 20ºC e = 0,008
D) Tb.s. = 25ºC e Tb.u. = 23ºC ,