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Climatização e RefrigeraçãoPARTE II

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II-I. Psicrometria - Termodinâmica do AR HÚMIDO

II-2. Conforto Térmico

II-3. Carga Térmica de Arrefecimento

II-4. Sistemas de Ar Condicionado

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Caracterização do AR HÚMIDO

Ar secoVapor de água

II-I. Psicrometria

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II-I. Psicrometria

•Caracterizar o Ar Húmido•Determinar os parâmetros fundamentais•Utilizar Diagramas Psicrométricos

• Aplicações da psicrometria

- Controle de clima, em especial em Acondicionamento de ar para conforto térmico; Camaras frigorificas

- Condensação em superfícies frias (o orvalho sobre a relva numa manhã fria, a água sobre a superfície externa de um copo de cerveja),

O arrefeciemento evaporativo;Agricultura

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II-I. Psicrometria

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• DEFINIÇÃO

Estudo das propriedades termodinâmicas demisturas de ar seco e vapor de água, e da suautilização para analisar processos que envolvemo Ar Húmido .

Do grego psychro, arrefecer(estudo de misturas binárias nas quais um dos componentes é um vapor

condensável).

II-I. Psicrometria

• DEFINIÇÃO

“É uma mistura de ar seco e vapor de água. “

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II-I. Psicrometria

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II-I. Psicrometria

AR HÙMIDO

REFRIGERAÇÂO

AR CONDICIONADO

ProdutoProcesso

PessoasProcesso

T

E

M

P

E

R

A

T

U

R

A

Acima + 15 ºC

Abaixo + 15ºc

• DEFINIÇÃO

• É uma mistura de gases , presentes na atmosfera.

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II-I. Psicrometria

AR SECO

TABELA DE GASES COMPONENTES DO AR SECO

designação símbolo Peso Molecular densidade Tcr Pcr Vcr %

(kg.m-3 ) (ºC) (bar) (m3.kg) Ri

argon AR 39,944 1,7839 -122,5 48,58 0,0019 0,94

hidrogenio H2 2,0159 0,08987 -239,9 12,568 0,0323 0,01

oxigenio O2 31,9968 1,42895 -118,38 50,87 0,0025 20,99

diox.carbono CO2 44 1,9768 -140 34,96 0,,002137 0,03

nitrogenio N2 28,0134 1,2505 -146,9 33,96 0,0039 78,03

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II-I. Psicrometria

P.v = m. Ra. T

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II-I. Psicrometria

AR SECOPROPRIEDADES

Constante do ar seco

AR SECO

• Volume específico do ar seco

O volume específico é o volume ocupado por uma unidade de massa (m3.kg-1).

• Calor específico do ar seco

Calor específico a pressão constante (cp) é a quantidade de calor que é necessário fornecer a uma unidade de massa para aumentar a temperatura em 1 °C a pressão constante.

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II-I. Psicrometria

PROPRIEDADES

Calor específico do ar seco

Cp = 1,0 kJ.kg-1.K-1 pode ser utilizado na maior parte dos cálculos para temperatura entre –10 e 100 ºC.

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II-I. Psicrometria

PROPRIEDADES

AR SECO• Entalpia do ar seco

é uma propriedade termodinâmica definida como a soma da energia interna de um sistema (U) e do produto entre a pressão (p) e o volume (V) do sistema:

H = U + pV

Ha = cp (Ta –T0)

Ha =1,005Ta

• Para ar seco a pressão de referência é a pressão atmosférica (101,325 kPa) e a temperatura de referência é 0 ºC

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II-I. Psicrometria

PROPRIEDADES

COMPOSIÇÃO DO VAPOR DE ÁGUA

designação símbolo Peso Molecular densidade Tcr Pcr Vcr %

(kg.m-3 ) (ºC) (MPa) (m3.kg) Ri

Vapor água H2O 18,05 374 22,09 0,003155

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II-I. Psicrometria

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Tcr = 374ºC

Tcr = - 122ºC

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Vapor de água (gás Ideal?)

Fazendo uso do factor de compressibilidade para o qual quando Z=1 trata-se de uma gás

ideal , a partir da equação de Z e para temperatura de +50ºC, e a pressão

atmosférica, o vapor de água tem Z= 0,999 ≈ 1

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II-I. Psicrometria

LOGO Considera-se um gás ideal !

VAPOR DE ÁGUAApresenta-se no ar húmido na forma de vapor

sobre aquecido.

• Constante do vapor de águaA água tem uma massa molecular de 18,01534. A constante dos gases do vapor de

água

• Volume específico do vapor de água

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II-I. Psicrometria

PROPRIEDADES

VAPOR DE ÁGUA• Calor específico do vapor de águaO calor específico do vapor de água varia pouco entre –71 e 124 ºC, podendo-

se considerar o valor cp = 1,88 kJ.kg-1.K-1.

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PROPRIEDADES

II-I. Psicrometria

VAPOR DE ÁGUA• Entalpia do vapor de água

A entalpia do vapor de água é dada pela expressão:

H = 2501,4 + 1,86(Ta –T0)

sendo

2501,4 kJ/kg o calor latente de vaporização a 0,01 ºC

1,86 kJ/kg.K o calor específico do vapor de água.

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• DEFINIÇÃO

“É uma mistura de ar seco e vapor de água. “

É considerado um gas ideal pois o ar seco é um gas ideal .

O vapor de água em condições normais (pressão próxima da

pressão atmosferica) tambem é considerado gas ideal .

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• LEI DE DALTON ( Lei das pressões parciais)

A pressão da mistura

P = P1 + P2 + ...+ Pc = ΣPi

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• LEI DE DALTON

“ a pressão total de uma mistura é igual a soma das pressões parciais de cada componente à mesma temperatura da mistura.”

“pressão parcial de cada componente é a pressão que ele exerceria caso ocupasse sozinho o volume da mistura à temperatura da mistura.”

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• PRESSÃO DO AR HÚMIDO., PRESSÃO

ATMOSFÉRICA

A pressão atmosférica é a soma da pressão parcial dos vários componentes do ar (admitido como gás ideal homogêneo) e do vapor de água:

pm = pa + pv

Patm = PN2 + PO2 + PAr + Pv = Par + Pv

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• PRESSÃO DE SATURAÇÃO

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• TEMPERATURA DE ORVALHO

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II-I. Psicrometria

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AR HÚMIDO• Humidade absoluta ()

A humidade absoluta (w) de uma amostra de ar húmido é a razão entre a massa de vapor de água e a massa de ar seco dessa amostra.

ar

v

v

ar

arar

vv

P

P

R

R

TRVP

TRVPw

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• Humidade relativa ()

A humidade relativa é a razão entre a pressão parcial do vapor de água contido no ar e a pressão de saturação numa amostra de ar saturado à mesma temperatura dada.

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO

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II-I. Psicrometria

AR HUMIDO• Grau de Saturação ()

É a relação entre a humidade actual da mistura e a humidade da mistura na condição de saturação à mesma temperatura e pressão atmosférica.

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II-I. Psicrometria

AR HUMIDO• Volume específico (v)

O volume específico do ar húmido é definido como o volume ocupado pela mistura de ar seco + vapor de água por kg de ar seco à pressão de 1 atm (101,325 kPa).

• A lei de Dalton das pressões parciais estabelece que o volume da mistura de gases é igual ao volume ocupado por cada componente a sua pressão parcial.

V = Va = Vv

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II-I. Psicrometria

AR HUMIDO• Entalpia (H)

Como o ar húmido é uma mistura de ar seco e de vapor de água, o calor específico da mistura é a soma dos calores específicos dos componentes da mistura.

H = cpa .T+ W (r +cpv.T)

Entalpia = entalpia do ar seco + entalpia de evaporação à temperatura do ponto de orvalho +entalpia adicionada ao vapor de água após a evaporação.

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II-I. Psicrometria

AR HUMIDO• Constante do Ar húmido

,

(kg/m3)

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II-I. Psicrometria

Densidade do Ar húmido

AR HÚMIDO• Termómetro de bulbo seco (TBS), (DB).

• A temperatura do bulbo seco é a temperatura do ar medida com um termómetro ordinário, e não é influenciada pela humidade relativa do ar.

• Temperatura do bulbo húmido (TBH), (WB)

• A temperatura do bulbo húmido (TBH) é a temperatura do ar medida com um termómetro húmido, sendo influenciada pela humidade relativa do ar.

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II-I. Psicrometria

Psicrómetro

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II-I. Psicrometria

Psicrómetro

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II-I. Psicrometria

AR HÚMIDO• Temperatura do ponto de orvalho

(Tpo), (ADP).

• Temperatura em que a pressão parcial de vapor de água é igual à pressão de vapor saturante. Mede-se com um higrómetro de ponto de orvalho.

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II-I. Psicrometria

Termo-higrometro

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II-I. Psicrometria

Propriedades do Ar HúmidoProblemas tipo - Aula

Para ar húmido a pressão atmosférica ao nível do mar, aTemperatura de Bulbo Seco (TBS) (DB) de 27C e comhumidade relativa de 50%, determinar analiticamente;

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II-I. Psicrometria

AR HUMIDO• Diagramas do Ar Húmido

Tal como sucede com outras substâncias, é cómodo dispor de informação sobre o ar húmido na forma de diagrama.

Esses apresentam vantagens tais como:

Rapidez de cálculo; melhor visualização dos processos; melhor percepção da influencia dos parâmetros em jogo e mais fácil detecção e erros.

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II-I. Psicrometria

CARTA PSICROMETRICA

• Carta psicrométrica; Diagrama de Carrier

É uma nova ferramenta que torna mais expedita a determinação das propriedades do ar húmido, desde que se conheçam duas das suas propriedades

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II-I. Psicrometria

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II-I. Psicrometria

Propriedades do Ar HúmidoProblemas tipo - Aula

Um jacto de ar húmido a temperatura de 15C passa dentro de uma conduta não isolada através de um ambiente a TBS de 32 C e TBU de 23 C.

Haverá condensação em sua face externa ou não?

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II-I. Psicrometria

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Problemas tipo - AulaSendo a temperatura em cada ponto em ºC

T1 = 24,7T2= 24,5T3= 22,5T4=22,6T5= -17,3T6=-17,5Ti= -18

Sendo a humidade relativaDo ar exterior 60%

Onde poderá ocorrer orvalho?

A barreira esta bem colocada?

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RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS PROPOSTOSSebenta

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