5.1 PSICROMETRIA

A composio aproximada do ar seco por volume de 79,08% de nitrognio, 20,95% de oxignio, 0,93% de argnio e 0,03% de outros gases. A hiptese primeira : a mistura gasosa, de ar com o vapor de gua, obedece a teoria para os gases ideais. Como a presso parcial de vapor bastante baixa em relao presso de saturao da mistura ento, o seu efeito na relao dos gases ideais bem pequeno, satisfazendo dessa forma, a primeira hiptese. A psicrometria a cincia que investiga as propriedades do ar mido bem como os seus processos e misturas. A carta psicromtrica (Fig. 5.1) um grfico que correlaciona propriedades termodinmicas do ar para uma determinada condio baromtrica. As quantidades mais comumente utilizadas na psicrometria so a temperatura de bulbo seco e mido, temperatura de orvalho, umidade relativa e absoluta, alm da entalpia. Comumente na literatura, as cartas so apresentadas presso baromtrica de 101,325 kPa (Stoeker, 1985). Na faixa de temperatura de -100C a 200C, os estudos desenvolvidos por Hyland e Wexler (Sherif, 2002) so as mais refinadas formulaes que representam as propriedades termodinmicas do ar mido. Atualmente programas computacionais esto disponveis em auxlio s cartas e tabelas para exprimir as propriedades termodinmicas para estudo de casos, no qual a presso atmosfrica do clima local uma varivel. Neste trabalho o software EES Engineering Equation Solver est sendo utilizado como ferramenta para os clculos computacionais.

A temperatura do ar a varivel chamada de temperatura de bulbo seco, TBS (C). A temperatura de bulbo mido, (TBU, C), a temperatura de evaporao natural da gua medida atravs de um termmetro de bulbo encharcado por um chumao de algodo. Devido ao resfriamento evaporativo, a temperatura de bulbo mido mensurada menor que a temperatura de bulbo seco, exceto quando o ar est saturado. Nesta condio de saturao, TBU e a TBS so iguais.

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Figura 5.1 - A carta psicromtrica

A umidade relativa, UR(%), pode ser interpretada como a massa de vapor de gua presente no ar mido relativo a massa de vapor de gua na condio de saturao para a mesma temperatura de bulbo mido e presso total. A umidade relativa ento, pode ser representada por:

UR =

mv msat

(5.1)

Ou funo das presses parciais de vapor:

UR =

mv pV RT p = v ol v = v msat p satVol RvT psat

(5.2)

Para a temperatura do ar ambiente na condio de saturao, qualquer adio de vapor de gua ao ar, gua se precipita na forma de gotculas. Quando a umidade adicionada ao ar num processo ideal de saturao adiabtica, no final do processo de saturao, a indicao

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fornecer a temperatura de bulbo mido termodinmica. O ponto de orvalho do ar mido indicar a temperatura de uma superfcie para qual a umidade presente no ar comea a condensar. A temperatura de orvalho mais baixa que a TBU. Para um ambiente a 35 C e 40% de umidade relativa, a temperatura de orvalho 19,39C e 23,93C indica a temperatura de bulbo mido. Se a temperatura do ar estiver abaixo da temperatura de congelamento da gua, a adio de vapor de gua ao sistema ser manifestada na formao de cristais slidos de gua.

A umidade absoluta (kggua / kg ar ), representa a massa de vapor de gua presente numa quantidade de massa de ar mido, expressa por massa de vapor de gua por massa de ar seco:

=

mv mas

(5.3)

Para o comportamento de gs ideal a umidade absoluta pode ser expressa funo das presses parciais de vapor de gua e ar seco:

=

mv p .V R T pM p = v ol v = v v = 0 ,622 v mas pas .Vol RasT pas M as pas

(5.4)

A relao entre umidade relativa e absoluta fornecida correlacionando as equaes (5.2) e (5.4):

UR =

Pas0 ,622.Psat

(5.5)

O grau de saturao a taxa de umidade absoluta do ar mido relativo umidade absoluta para a condio de saturao para a mesma temperatura e presso. Outra varivel da carta psicromtrica a entalpia, definida a partir da 1 lei da termodinmica.

O resfriamento ou aquecimento sensvel o processo de diminuio ou aumento da temperatura do ar considerando somente o ar seco presente na mistura. Se num processo

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qualquer umidade adicionada ao sistema, diz-se que o ambiente est sendo umidificado. O processo no qual o ar de um sistema resfriado com o aumento da umidade chamado de resfriamento evaporativo direto. O resfriamento evaporativo ideal visualizado na carta psicromtrica por linhas de temperatura de bulbo mido constantes. 5.2 O PROCESSO DE RESFRIAMENTO COM UMIDIFICAO

O processo de resfriamento evaporativo similar ao processo de resfriamento com umidificao, que por sua vez tem no processo de saturao adiabtico ideal o seu conceito fundamental [Wylen, 1995]. No processo de saturao ideal, ar no saturado entra em contato com uma lmina de gua lquida, num duto isolado (Fig. 5.2). A gua lquida cede vapor d'gua por difuso para a corrente de ar e a temperatura da mistura declina. O comprimento da lmina aquele necessrio para que, na sada do duto, a mistura ar vapor esteja saturada a 100% de umidade relativa. A temperatura da mistura saturada conhecida como temperatura de saturao ou temperatura de bulbo mido. A temperatura de saturao funo da presso, temperatura e umidade relativa entrada e a sada. Sendo a temperatura de bulbo mido uma constante no processo a entalpia de saturao para o volume de controle tambm permanece constante. A vazo volumtrica permanece constante e a vazo mssica aumenta. No

processo de saturao adiabtico as quantidades de calor latente e sensvel so iguais e de sinais opostos.

Figura 5.2 O saturador adiabtico ideal

Considerando que a massa de gua evaporada atravessa a fronteira do volume de controle, aplicando primeiramente a conservao de massa (continuidade) tem-se que a massa total que & & entra no VC, massa parcial de ar seco ( m as ) mais a massa parcial de vapor de gua ( mv1 ),

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& mais a massa evaporada do leito de gua ( mev ) igual igual massa total sada, massa de & ar seco, mais a massa parcial de vapor de gua ( m v 2 ):

& & & & m E = m as + m v1 + m ev & & & m S = m as + m v 2

(5.6.a) (5.6.b)

Como no h trabalho aplicado sobre o volume de controle, a partir da 1 lei da termodinmica, a variao da energia total do VC, pode ser escrita funo das somas das parcelas de entalpias entrada e sada do trocador:

& & & qVC = mS .hS mE .hE

Aplicando continuidade equao de energia, a mesma pode ser escrita funo das quantidades de entalpia referente a suas massas parciais:

& & & & & & qVC = m as .has 2 m as .has1 + m v 2 .hv 2 m v1 .hv1 m ev .hbu

(5.7)

Dividindo a equao (5.7) pela vazo de ar seco, exprime-se a equao de energia funo das umidades absolutas entrada e sada do trocador:

& qVC

& = ( has 2 has1 ) + [( 2 .hv 2 1 .hv1 ) ( 2 1 ).hbu ] mas

(5.8)

A primeira parcela do lado direito da igualdade refere-se ao calor sensvel e a segunda referese parcela de calor latente. No processo de saturao adiabtico, a quantidade total de calor

& no volume de controle nula: qVC = 0 .

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