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Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
TM-182 REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO
Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos
3. PSICROMETRIA
Procedimentos para solução dos problemas de climatização
1. Ler o problema cuidadosamente e listar os dados de entrada;
2. Desenhar o esboço do sistema e representá-lo na carta psicrométrica;
3. Obter as propriedades termodinâmicas de todos os pontos característicos do sistema através da carta ou tabelas de propriedades;
4. Obter os parâmetros de saída exigidos pela aplicação das equações de balanço de massa e energia para todos os componentes ou para o sistema;
5. Verificar a coerência dos resultados (unidades).
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.1: Recalcular o exemplo 2.12.2 utilizando o diagrama psicrométrico.
3.7 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS
DADOS: tbs = 24oC φ = 50%
SOLUÇÃO:tbu = 17,2oC w = 9,3 g/kg ar secoh = 49 kJ/kg ar secoν = 0,854 m3/ kg ar secotd = 13oCφ = 9,3/19 = 0,49
49
24
50 %
9,3
0,854
13
17,2
19
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.3: Seja o ar nas condições (1) externo tbs = 38oC, tbu = 30oC, misturado adiabaticamente com o ar (2) da sala, nas condições tbs = 27oC, tbu = 18oC. Se as vazões mássicas de ar são ma2 = 1360 g/s e ma1 = 910 g/s. Determinar as propriedades do ponto de mistura (3). SOLUÇÃO:
33 seco ar g/kg 15,05
1360910
9,2136023,8910
mmwmwm w
a2a1
2a21a13
=
+×−×=
+×−×=
&&&&
ondetbu = 23,5oC
h = 70 kJ/kg ar secoν = 0,884 m3/ kg ar seco
23,8
9,2
15,05
(38oC, 30oC)1
2(27oC, 18oC)
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.5: Calcular a capacidade de uma serpentina de aquecimento para aquecer em 11oC, 1400 l/s de ar úmido nas condições iniciais de tbs = 21oC e tbu = 14,4oC. Se as condições de água quente fornecida à serpentina para realizar este aquecimento são: - entrada 82oC e saída 71oC). Calcular a vazão mássica de água necessária em kg/s.
AR
21oC
32oC
ÁGUA82oC
71oC
A B
21oC 32oC
14,4oC
3. PSICROMETRIA
SOLUÇÃO:EXEMPLO 3.7.5:
A B
( )
( )kJ/s 19,15
41-52,4140010001,2
h-h Vρ h m P ABarararA
=
××=
=∆= &
( )kg/s 0,42
71824,1919,15m
T c m Q
água
águaáguaáguas
=−×
=
∆=
&
&
hA
hB
onde
3. PSICROMETRIA
M(wM )
(25oC, 50%)S
E(5oC, 40%)
I’I’
32oCI
SS
EEEm&
Sm&
MMI1I1II
m&
EXEMPLO 3.7.7: Numa sala o calor sensível é igual a 11630 W e não há calor latente. A renovação de ar é de 50%, as condições internas na sala é de (25oC e 50%) e as condições externas (5oC e 40%). Difusão de 7oC. Determinar a descarga de ar, as potências e a descarga de água.
SOLUÇÃO:
3. PSICROMETRIA
SOLUÇÃO:EXEMPLO 3.7.7:a) Descarga de ar na sala:
( ) ( ) kg/s 1,5350,458
011,36hhQQmSI
LSar =
−+
=−+
=&
M(wM )
(25oC, 50%)S
E(5oC, 40%)
I’I’
32oCI
seco ar g/kg 6,15 1,53
100,7652,30,765mm
wmwm wSE
SSEEM =×−×=
+×−×=
&&&&
c) Potência do Aquecedor:
( ) ( )kJ/s ,514
31-57,5 1,53 h-h m P MI'arA
0=== &
d) Descarga de água no Lavador:
( )( ) g/s 6,15-10 1,53
w-w m D I'IarL
9,5=== &
b) Ponto de mistura:
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.8: Calcular a capacidade de uma serpentina de resfriamento para resfriar, ar úmido nas condições tbs = 34oC e φ = 30% até 26oC. Pede-se também a vazão mássica de água fria necessária para realizar este resfriamento se a água se aquece de 5oC, considerando-se uma vazão de ar de 500 l/s.
AR
34oC
26oC
ÁGUA∆T=5oC
A(34oC, 30%)
B(26oC)
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.8:
A(34oC, 30%)
B(26oC)
( )
( )
kJ/s 4,8
52-6050010001,2
h-h Vρ
h m P
BAarar
arA
=
××=
=
∆= &
hB
hA
SOLUÇÃO:
3. PSICROMETRIA
a) Determinação da tbsS:
C19 t obsS =
EEEm&
IIm&
90%
E(32oC, 18oC)
he=hs
S19oCb) Rendimento do Lavador:
% 92,818 32
19 32t t
t t ηbuSbsE
bsSbsE =−−
=−−
=
EXEMPLO 3.7.9: Ar úmido à tbs = 32oC e tbu = 18oC passa através de um spray de água que o deixa na umidade de 90%. A água está à temperatura de 18oC. Determinar a temperatura de bulbo seco do ar à saída do lavador, bem como o seu rendimento.
SOLUÇÃO:
Da carta
3. PSICROMETRIA
SOLUÇÃO:
EXEMPLO 3.7.10: Uma sala é servida por uma instalação de ar condicionado, cujas condições de acordo com a (fig. 12) a serem mantidas são: S ( tbs = 27oC, tbu = 21oC), E ( tbs = 33oC ; φ = 60%), QS = 8500 W; QL = 5800 W e na saída do RD φ = 90%. No sistema são empregados 25% de ar exterior. Determinar a vazão de ar insuflado, as cargas térmicas removidas pelo condicionador e a água retirada pela serpentina do ar. SSSm&
(33oC, 60%)E
S(27oC, 21oC)
M(wM )
90%
IFCSIS
Em& EEMMII
m&
3. PSICROMETRIA
SOLUÇÃO:EXEMPLO 3.7.10:a) FCS da sala:
0,685008500
8500QQ
QFCSLS
SIS =
+=
+=
MM
SS
EE
II
C16t o
I =Com FCS = 0,6, traço uma reta paralelapassando por S até interceptar φ = 90%
C28,5
0,750,25
270,75330,25mm
tmtmt o
SE
SSEEM
=
+×−×=
+×−×=
&&&&
( ) ( ) kg/s 0,764260,6
5,88,5hhQQm
iS
LSI =
−+
=−+
=&
b) Ponto I:
c) Ponto M:
d) Ar insuflado na sala:
3. PSICROMETRIA
SOLUÇÃO:EXEMPLO 3.7.10:e) Ar de retorno:
kg/s 0,192m0,25mkg/s 0,577m0,75mkg/s 0,76mmm
IE
ISESI
=×=
=×=∴=+=&&
&&&&&
MM
EE
II
SS
f) Carga térmica removida pelo condicionador de ar:
g) Água retirada pela serpentina devido a desumidificação do ar:
( ) ( ) kJ/s 18,4642-66 0,769 h-h m Q IMItotal === &
( ) ( ) kJ/s 1042-55 0,769 h-h m Q IPIsensivel === &
( ) ( )kJ/s 8,46
55-66 0,769 h-h m Q PMIlatente
=== &
( ) ( ) g/s 3,2310,5-14,7 0,769 w-w m D IMIágua === &
PPsensivelQ
latenteQ
3. PSICROMETRIA
MM
SS
EE
III’I’
EEEm&MM
SS
Sm&
I1I1II
m&
EXEMPLO 3.7.11: De acordo com a (fig. 13) conhece-se as seguintes propriedades dos pontos: S (25oC, 50%) ; E (40oC, 50%); carga térmica, QS = 2300 W; QL = 2300 W, retorno de 30%, D = 10oC e na saída do RD φ = 90%. Calcular as capacidades dos equipamentos e a descarga de água.
SOLUÇÃO:
3. PSICROMETRIA
SOLUÇÃO:EXEMPLO 3.7.11:a) FCS da sala:
0,523002300
2300QQ
QFCSLS
SIS =
+=
+=
MM
SS
EE
III’I’
C151025Dtt o
I S =−=−=
C35,5
0,30,7
250,3400,7mm
tmtmt o
SE
SSEEM
=
+×−×=
+×−×=
&&&&
( ) ( ) kg/s 0,2330502,32,3
hhQQm
IS
LSI =
−+
=−+
=&
b) Ponto I:
c) Ar insuflado na sala:
d) Ponto M:
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.11: SOLUÇÃO:e) Potência do RD:
( ) ( ) kJ/s 14,4923-86 0,23 h-h m P I'MIRD === &
MM
SS
EE
III’I’
( ) ( ) g/s 3,116-19,5 0,23 w-w m D I'MIágua === &
e) Potência do Aquecedor:
( ) ( )kJ/s 1,73
23-30,5 0,23 h-h m P I'IIA
=== &
g) Água retirada pela serpentina devido a desumidificação do ar:
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.14: Seja uma instalação de ar condicionado com as seguintes características:
- aplicação: loja em Florianópolis;
- condições externas: tbs = 35oC; tbu = 24oC;
- condições internas: tbs = 24oC; φ = 50 %;
- calor sensível da sala = 58600 W;
- calor latente da sala = 14700 W;
- vazão de ar exterior = 950 l/s.
Determinar: a) A carga sensível e latente devido ao ar exterior;
b) A carga total da sala;
c) A razão de calor sensível efetivo;
d) A temperatura superficial efetiva;
e) Vazão de ar insuflado;
f) Condições de entrada e saída da serpentina.
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.14:
(32oC,24oC)
SS
EEEm&
Sm&
MMII
m&
(27oC,21oC)
Qs = 58600 W
Ql = 14700 W
LOJA LOJA
vE = 950 l/s
SSSm&
Em& EEMMII
m&
3. PSICROMETRIA
(32oC, 24oC)E
S(24oC, 50%)
M(wM )tse
10oC
FCSef=0,78
25,8oCtM
12,4oCtI
I
EXEMPLO 3.7.14:
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.14:
( ) W91202432 950 1,2t V1,2 Q ESE =−××=∆= a) Carga sensível e latente do ar exterior:
( ) W170609,415,59502,95w V2,95 Q ELE =−××=∆=
b) Carga total removida pela serpentina: W67720912058600 QST =+=
0,78
170600,1514700 91200,155860091200,1558600
Q Q
Q FCS
efLefS
efSef
=
×+−×+×+
=
−= BF Q Q Q
ESISSefS ×+=
BF Q Q QELISLefL ×+=
c) Fator de calor sensível efetivo: W317601706014700 QLT =+=
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.14:d) Temperatura superficial efetiva da serpentina:
Obtêm-se o valor da tse = 10oC, traçando uma reta paralela ao FCSef = 0,78, passando por S até interceptar φ = 100%
e) Vazão de ar insuflado:
l/s 42000,15) - (1 10) - (24 1,291200,1558600
BF) - (1 )t - (t 1,2Q V
ses
SefI =
×+==
f) Condições de entrada e saída da serpentina:
C25,8 4200
24325032950V
tVtVt o
I
SSEEM =×−×=×−×=
( ) ( ) C12,410 25,8 0,15 10t t BF t t oseMseI =−+=−+=
3. PSICROMETRIA
EXEMPLO 3.7.14:
(32oC,24oC)
SS
EEEm&
Sm&
MMII
m&
(27oC,21oC)
Qs = 58600 W
Ql = 14700 W
LOJA LOJA
VE = 950 l/s
(12,4oC)VI = 4200 l/s
VS = VI-VE =3250 l/s
(25,8oC)
QSRD = 67720 W
QlRD = 31760 W
QSE = 9120 W
QlE = 17060 W
VEXAUSTÃO = 950 l/s