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Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido Mistura de ar e vapor dágua Objetivo: Determinar as propriedades termodinâmicas de uma mistura a partir das propriedades.

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1 Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido Mistura de ar e vapor dágua 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

2 Componentes do Ar Percentagem (base molar) Nitrogênio78,10 Oxigênio20,95 Argônio0,92 CO2 e traços0,03

3 Misturas de gases ideais Misturas de N componentes Concentração : C i = m i /m t Fração molar: y i = n i /n t C i = m i /m t = n i M i / n j M j = n i M i /n t n j M j /n t C i = y i M i / y j M j Massa molecular para a mistura M mist = m t /n t = n i M i /n t = y i M i

4 Modelo de Dalton A mistura de gases e cada gás se comporta como um gás ideal PV/RT = P A V/RT + P B V/RT P = P A + P B P A = y A P Equação de estado para uma mistura de gases ideais sobre uma base de massa: PV = m R mist T R mist = R / M mist

5 Mistura de gases ideais A entropia de cada componente é S i = S 0 Ti – R i ln ( y i P /P 0 ) S = -R n k ln y k O aumento na entropia do sistema depende do número de moles dos gases componentes e independe da composição do gás

6 Mistura de gases ideais Variação de energia: U 2 – U 1 = C v 0 mist (T 2 – T 1 ) C v 0 mist = c A C v 0 A + c B C v 0 B C v = ( u / T )v Variação de entalpia h 2 – h 1 = C p 0 mist (T 2 – T 1 ) C p 0 mist = c A C p 0 A + c B C p 0 B C p = ( h / T )p

7 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

8 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 = P v / P g = pressão parcial do vapor na mistura / pressão de saturação do vapor à mesma T

9 Ar úmido : Gases e vapor Umidade absoluta = = massa de vapor dágua, m v / massa de ar seco, m a = P v V/ R v T = R a P v / R v P a P a V/ R a T = M v P v / M a P a = 0,622 P v /P a

10 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. Q v.c + m a h a1 + m v1 h v1 = m a h a2 + m v2 h v2 + m l2 h l2 Q v.c / m a = h a2 - h a1 + 2 h v2 - 1 h v1 + ( ) h l2 = m v / m a

11 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: h a1 + 1 h v1 + ( ) h l2 = h a2 + 2 h v2 1 (h v1 - h l2 ) = 2 ( h v2 - h l2 ) + C pa (T 2 – T 1 )

12 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.

13 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?

14 Problema 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?

15 Problema Use a carta psicrométrica para determinar as propriedades que faltam dentre :,, T b.s. e T b.u. A) T b.s. = 25ºC e = 80% B) T b.s. = 15ºC e = 100% C) T b.s. = 20ºC e = 0,008 D) T b.s. = 25ºC e T b.u. = 23ºC,


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