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 ,