Termodinâmica Aplicada ao Condicionamento de Ar e Conforto Humano

Termodinâmica Aplicada Prof Me André Chiconi Rialto Conforto Humano e Condicionamento de Ar Para se obter condições climáticas desejáveis são necessários processos de condicionamento de ar para obter as condições de temperatura desejável umidade e velocidade do ar A NR17 apresenta essas condições climáticas Sobre as condições ambientais a NR17 estipula que a temperatura deve ser mantida entre 20ºC e 23ºC velocidade do ar em 075 ms e umidade relativa mínima de 40 Aplicando Balanço de Massa e Energia aos Sistemas de Condicionamento de Ar A manutenção de um espaço residencial ou de uma instalação industrial à temperatura e a umidade desejadas exige alguns processos de condicionamento de ar podendo ser de aquecimento resfriamento umidificação e desumidificação Resfriamento Desumidificação Aquecimento e umidificação Umidificação Aquecimento Resfriamento e desumidificação Aplicando Balanço de Massa e Energia aos Sistemas de Condicionamento de Ar Para analisar os sistemas apresentados anteriormente vamos fazer um balanço de massa e de energia em um sistema genérico Primeiro será realizado o balanço de massa do ar seco 𝑚𝑎1 𝑚𝑎2 𝑚𝑎1 𝑚𝑎2 𝑚𝑎 Aplicando Balanço de Massa e Energia aos Sistemas de Condicionamento de Ar Então o balanço de massa de água assumindo a adição ou subtração de massa de água Podemos escrever a massa de vapor através da umidade específica por 𝑚𝑣 𝜔 𝑚𝑎 Logo 𝑚𝑣1 𝑚𝑤 𝑚𝑣2 𝑚𝑤 𝑚𝑎𝜔2 𝜔1 Aplicando Balanço de Massa e Energia aos Sistemas de Condicionamento de Ar Podemos fazer o balanço de energia em regime permanente no sistema Assumindo que não há trabalho e descartando os efeitos de energia potência e cinética termos então 0 𝑄𝑐𝑣 𝑚𝑎ℎ𝑎1 𝑚𝑣1ℎ𝑣1 𝑚𝑤ℎ𝑤 𝑚𝑎ℎ𝑎2 𝑚𝑣2ℎ𝑣2 Aplicando Balanço de Massa e Energia aos Sistemas de Condicionamento de Ar Podemos estimar a entalpia de água como se fossem entalpia de vapor saturado e podemos reescrever as massas de vapor em função da sua umidade específica sendo assim o balanço pode ser reescrito por Os termos do ar podem ser estimados através da tabela de gás ideal e as propriedades da água pelas tabelas de vapor Uma alternativa sempre viável é a carta pscicrométrica 0 𝑄𝑐𝑣 𝑚𝑎 ℎ𝑎1 ℎ𝑎2 𝜔1ℎ𝑔1 𝜔2 𝜔1 ℎ𝑤 𝜔2 ℎ𝑔2 Aquecimento e Resfriamento Simples 𝜔 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Os processos de aquecimento e resfriamento simples podem ser realizados por uma troca de calor por uma serpentina e não ocorrerá mudança na umidade específica do ar enquanto a umidade relativa aumentará ou diminuirá dependendo do processo ω constante resfriamento Aquecimento e Resfriamento Simples 𝜔 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Podemos calcular a transferência de calor por já que a umidade específica não varia pode ser calculada por Utilizando as aproximações da aula anterior Uma forma alternativa de solução é utilizar a carta psicrométrica sendo os termos ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 é a entalpia encontrada na carta 𝑄𝑐𝑣 𝑚𝑎 ℎ𝑎2 ℎ𝑎1 𝜔 ℎ𝑣2 ℎ𝑣1 𝑄𝑐𝑣 𝑚𝑎 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 2 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 1 𝑄𝑐𝑣 𝑚𝑎1005𝑇2 𝑇1 𝜔 ℎ𝑔2 ℎ𝑔1 Exemplo 1 Solução Pelas tabelas Ar úmido a 28C 1 bar e 50 de umidade relativa escoa através de um duto que opera em regime permanente O ar é resfriado essencialmente a pressão constante sai a 20C Determine a taxa de transferência de calor em KJ por kg de ar seco corrente e a umidade relativa na saída Tabela A4 TABELA A5 Água líquidovapor saturados Tabela com entrada de pressão Volume específico m³kg Press P kPa Temp sat Tsat C Vapor sat vv Líq sat vi Líq sat ui Evap uiv Vapor sat uv Líq sat hi Evap hiv Vapor sat hv Líq sat si Evap siv Vapor sat sv 10 697 0001000 12919 29302 23552 23845 29303 24844 25137 01059 88690 89749 15 1302 0001001 87964 54686 23381 23928 54688 24701 25247 01956 86314 88270 20 1750 0001001 66990 73431 23255 23989 73433 24595 25329 02606 84621 77227 25 2108 0001002 54242 88422 23154 24038 88424 24510 25394 03118 83302 66421 30 2408 0001003 45654 10098 23069 24079 10098 24439 25448 03543 82222 55765 40 2896 0001004 34791 12139 22931 24145 12139 24323 25537 04224 80510 48734 50 3287 0001005 28185 13775 22821 24198 13775 24230 25607 04762 79176 38938 75 4029 0001008 19233 16874 22611 24298 16875 24053 25740 05763 76738 82501 10 4581 0001010 14670 19179 22454 24372 19181 23921 25839 06492 74996 81488 15 5397 0001014 10020 22593 22221 24480 22594 23723 25983 07549 72522 80071 20 6006 0001017 76481 25140 22046 24560 25142 23575 26089 08320 70752 79073 25 6496 0001020 62034 27193 21904 24624 27196 23455 26175 08932 69370 78302 30 6909 0001022 52287 28924 21785 24677 28927 23353 26246 09441 68234 77675 40 7586 0001026 39933 31758 21584 24763 31762 23184 26361 10261 66430 76691 50 8132 0001030 32403 34049 21427 24832 34054 23047 26452 10912 65019 75931 Exemplo 1 Solução Pelas Carta Ar úmido a 28C 1 bar e 50 de umidade relativa escoa através de um duto que opera em regime permanente O ar é resfria essencialmente a pressão constante sai a 20C Determine a taxa de transferência de calor em KJ por kg de ar seco corrente e a umidade relativa na saída Entrada T 28C Umidade 50 Saída 20C Da Carta 801 h1 58 kJkg h2 495 kJkg Da energia 𝑞 ℎ2 ℎ1 495 58 𝑞 85 𝑘𝐽𝑘𝑔 Exemplo 2 Ar úmido saturado a 200 kPa e 15 C é aquecido até 30 C à medida que escoa por um tubo de 4 cm de diâmetro a uma velocidade de 20 ms Desprezando as perdas de pressão calcule a umidade relativa na saída do tubo e a taxa de transferência de calor em kW para o ar