AVAC Psicrometria AVAC e Frio Industrial

Apresentação em tema: "AVAC Psicrometria AVAC e Frio Industrial"— Transcrição da apresentação:

1 AVAC Psicrometria AVAC e Frio Industrial
Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

2 Psicrometria Psicrometria – área da ciência que estuda as propriedades termodinâmicas de misturas de ar seco e de vapor de água e da sua utilização para analisar os processos que envolvem ar húmido. O estudo é fundamental para o cálculo e dimensionamento de instalações de condicionamento de ar, frigoríficas, secagem e torres de arrefecimento. Analisaremos separadamente as propriedades do ar seco e do vapor de água e, posteriormente, abordaremos as propriedades do ar húmido e os processos de condicionamento de ar. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

3 Psicrometria Bases Fundamentais
1- Temperatura Temperatura bolbo seco (TBS)– é a temperatura do ar indicada por um termómetro comum. Temperatura bolbo húmido (TBH)– É a temperatura mais baixa que o ar húmido pode atingir num determinado local e corresponde à condição de ar saturado obtida por evaporação de água. A TBH é indicada por um termómetro, cujo bolbo está envolvido em tecido húmido e exposto aos efeitos de um escoamento de ar. A temperatura do bolbo húmido é geralmente inferior à temperatura do termómetro de bolbo seco, excepto quando o ar está saturado; neste caso as duas temperaturas são iguais. Temperatura de orvalho (TO) - é a temperatura limite para que não se produza condensação da humidade contida no ar. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

4 Psicrometria Bases Fundamentais
2- Humidade – é a quantidade de vapor de água que o ar contém. Humidade Absoluta – é a massa de vapor de água por unidade de massa de ar seco (kg/kg ar seco) Humidade Relativa (HR=Pv/Ps) – é a relação entre a pressão real do vapor de água contida no ar húmido e a pressão do vapor saturado à mesma temperatura. HR=0 => ar seco; HR=1 => ar saturado; HR>1 => ocorrência de nevoeiro Grau de saturação C=(W/Ws)*100=[(P-Ps)/(P-Pv)]HR - Indica-nos a percentagem de vapor contido na mistura relativamente à quantidade máxima de vapor que a mistura pode conter à mesma temperatura. O seu valor é sempre muito próximo do valor da humidade relativa. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

5 Psicrometria Propriedades do ar seco Lei de Dalton
P- Pressão total da Mistura Pi- Pressão parcial de cada componente da mistura N- número de gases presentes na mistura Para a mistura de ar seco com vapor de água tem-se: P= Pa +Pv Pa– pressão parcial do ar seco Pv- Pressão parcial do vapor de água Medidas de Concentração do vapor de água no ar seco: Humidade relativa (%) Teor de água: W= mv/ma - Ponto de orvalho - é a temperatura à qual o ar húmido se tornaria saturado, isto é , a temperatura à qual a pressão se saturação do vapor de água (Ps) é igual à pressão parcial de vapor de água no ar húmido. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

6 Psicrometria Na análise das propriedades do ar húmido quer o ar seco quer o vapor de água são tratados como gases perfeitos, logo: PV=mRT  P=rRT Massa e constante dos gases Massa do ar seco padrão (Ma) = 28, g/mol Constante dos gases (Ra) do ar seco é dada por: Ru/M = ,41/28,9645 = 287,055 m3.Pa.Kg-1 K-1 Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

7 Psicrometria Massa volúmica
Introduzindo a definição de humidade relativa e atendendo à lei de Dalton temos que: De onde se pode concluir que: Conclusões: a densidade do ar húmido é sempre menor que a do ar seco para as mesmas condições de temperatura e pressão total, já que Ma>Mv. E também quanto maior for a humidade relativa menos denso será o ar húmido. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

8 Psicrometria 2) Teor em água
Substituindo os valores dos pesos moleculares, temos que: 3) Entalpia Em que T é expresso em ºC e Hv é referenciado a água no estado líquido a 0ºC, e qv representa o calor latente de vaporização, tem-se que: Dado o pequeno intervalo de temperaturas que está em jogo no condicionamento de ar, pode-se considerar que os calores específicos são constantes: [kJ/kgarseco ] Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

9 Psicrometria: método analítico
Exemplo: considere 100 m3 de ar húmido à pressão atmosférica, e TBS = 35ºC com 70% de humidade relativa. Calcule a humidade absoluta, a massa de ar e a massa de vapor. Humidade absoluta: Massa de ar: Massa de vapor: Ps – obtido da tabela termodinâmica de vapor Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

10 Psicrometria : diagrama psicrométrico
As propriedades do ar húmido podem ser obtidas de forma mais expedita através de diagramas. Diagrama de Mollier (Françês) e de Carrier (Americano). Caso português (FNAC). - A carta psicrométrica é construída para uma determinada pressão, normalmente associada à altitude, não permitindo a visualização de evoluções entre dois estados a pressões diferentes, tendo nestes casos que se recorrer ao cálculo analítico. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

11 Carrier Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

12 Mollier Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

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14 Diagrama psicrométrico
Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

15 Leitura do diagrama psicrométrico
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16 Processos de condicionamento de ar
Aquecimento sensível Arrefecimento sensível Humificação Desumidificação Arrefecimento e humidificação Aquecimento e humidificação Arrefecimento e desumidificação Aquecimento e desumidificação Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

17 Mistura adiabática de duas correntes de ar:
Se a mistura de der em condições isobáricas, podem-se estabelecer os seguintes balanços: Energia: Massa de vapor de água : m – caudal de ar seco a misturar h – entalpia específica da massa de ar húmido W- teor em água da massa de ar húmido h3, W3 – entalpia específica e teor de água da mistura Lei da linha recta – o ponto da m da mistura encontra-se sobre a linha recta que une os dois estados iniciais. Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

18 Processos de condicionamento de ar
Aquecimento sensível => Aquecimento o ar a humidade específica constante O processo diz-se sensível quando o teor de água não é alterado (W=Cte). Deste modo quer a massa de ar seco quer a massa de ar húmido se mantêm, sendo a energia trocada dada por: Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

19 Processos de condicionamento de ar
Humidificação => Processo de transferência de calor latente que se realiza a temperatura de bolbo seco constante Para que não haja variação de temperatura no processo, o ar deve ser humidificado com vapor saturado a t2. Balanço de Massa de Vapor de água Balanço de Energia Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

20 Arrefecimento com desumidificação
O Arrefecimento faz-se por contacto do ar húmido com um permutador de calor a uma temperatura inferior à temperatura final do ar. Assim , a superfície do permutador encontra-se a uma temperatura inferior ao ponto de orvalho do ar húmido e , portanto ocorrendo condensação de vapor na superfície do permutador. O estado B’ (saturado) é típico de arrefecedores de ar por água fria em que o calor sensível e a humidade são retirados por contacto do ar com água a uma temperatura inferior ao ponto de orvalho do ar húmido. Se o permutador tivesse eficiência de 100%, (permutador de dimensões infinitas) todo o ar entraria em contacto com a sua superfície e o ar deixaria o permutador saturado (B’). Na realidade, o estado final do ar, dependerá de uma característica da bateria designada por factor de “By-Pass”. Quantidade de água condensada: Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

21 Arrefecimento com desumidificação
O Factor de By-Pass determinará a posição do ponto de saída da bateria de frio sobre a recta que unirá os pontos correspondentes às condições de entrada na bateria e da temperatura equivalente de superfície, este último sobre a linha de saturação. O Factor de by-pass é definido como a relação entre a massa de “ar de by-pass” e a massa total de ar que passa pela bateria de frio. Este factor depende fundamentalmente do n.º de filas e da velocidade frontal do ar e diâmetro da tubagem . Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

22 Aquecimento com humidificação
Na humidificação o teor em água do ar húmido aumenta devido à adição de água. O processo de humidificação por adição de vapor de água faz-se a temperatura de bolbo seco constante ou seja a calor sensível constante. Para conhecer o estado final de um processo de humidificação por vapor (o ar é feito passar por um humidificador de vapor que pulveriza o vapor no ar) é necessário um balanço de energia e balanço de massa: AB’ – Aquecimento sensível B’B – Humidificação Definimos factor de calor sensível como sendo a razão entre as cargas sensível e total: Qs=m cp DT Ql=m hlv FCS é dado pelo declive da recta AB no diagrama psicrométrico Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre

23 Psicrometria Exemplo 1 : Considere uma superfície do vidro de uma janela a 0ºC. Sabendo que a temperatura interior é de 20ºC, determine a humidade relativa sem que ocorra condensação. Solução: TPO=0ºC, TBS=20ºC , cruzando TBS com TPO, obtêm-se : HR≈27% Exemplo 2: Considere um escoamento de 1 m3/s de ar húmido a 20ºC e 60% de humidade relativa. Marque no diagrama psicrométrico as seguintes transformações: A) aquecimento por permutador de calor com potência de 10 kW. B) uma injecção de 0,001 kg/s de vapor de água saturado a 40ºC Curso de Engenharia das Energias Renováveis e do Ambiente – 3º ano 1º semestre