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 = S0Ti – 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 ,