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REFRIGERAÇÃO E AR-CONDICIONADO��Módulo 7�Temperatura do ponto de Orvalho�Saturação adiabática e temperatura de bulbo úmido

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Engenharia Mecânica

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O excesso de umidade no ar ao se condensar nas superfícies fria forma o que chamamos de orvalho.
No verão, uma quantidade considerável de água vaporiza durante o dia. À medida que a temperatura cai durante a noite, cai também a “capacidade de absorção de umidade” do ar, que é a quantidade máxima de umidade que o ar pode conter.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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Após algum tempo, a capacidade de absorção de umidade do ar fica igual ao seu conteúdo de umidade. Nesse ponto, o ar está saturado e sua umidade relativa é de 100% (P_v = P_g ou m_v = m_g ).
Qualquer outra queda da temperatura resulta na condensação de parte da umidade e esse é o começo da formação de orvalho.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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A temperatura de ponto de orvalho (T_po) é definida como a temperatura na qual a condensação começa quando o ar é resfriado a pressão constante. T_po é a temperatura de condensação da água correspondente à pressão de vapor.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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À medida que o ar resfria saindo da posição 1 a pressão constante, ele atinge a pressão de vapor Pv.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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Portanto, o vapor no ar (estado 1) passa por um processo de resfriamento a pressão constante até atingir a linha de vapor saturado (estado 2). Nesse ponto a temperatura é Tpo, e se a temperatura cair ainda mais, parte do vapor se condensa.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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Como resultado, a quantidade de vapor no ar diminui, o que resulta em uma diminuição em Pv. O ar permanece saturado durante o processo de condensação e, portanto, segue uma trajetória de umidade relativa de 100% (a linha do vapor saturado).

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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A temperatura comum e a temperatura do ponto de orvalho do ar saturado são idênticas.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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Quando temos uma lata de bebida gelada em um dia quente e úmido, o orvalho se forma na lata. A formação de orvalho na lata indica que a temperatura da bebida está abaixo da temperatura do ponto de orvalho do ar da vizinhança.

TEMPERATURA DE

PONTO DE ORVALHO

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No inverno com frequência ocorre condensação nas superfícies internas das janelas, devido às temperaturas mais baixas do ar próximo à superfície da janela. Considere uma casa, como da figura abaixo, contendo ar a 20 ºC e 75% de umidade relativa. Qual a temperatura da janela na qual a umidade do ar começará a se condensar nas superfícies internas?

EXERCÍCIO 2

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EXERCÍCIO 2

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Procura-se P_v = 1,754 kPa

na tabela de água saturada em função da pressão

A superfície da janela deve ser mantida acima de 15,3 ºC para não haver condensação

EXERCÍCIO 2

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Uma forma de definir a umidade relativa é determinar a temperatura de ponto de orvalho do ar. Conhecendo a temperatura do ponto de orvalho, podemos determinar a pressão do vapor Pv e, portanto, a umidade relativa. Essa é uma abordagem simples, porém não é muito prática.
Outra forma de determinar a umidade absoluta ou relativa está relacionada a um processo de saturação adiabático

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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O sistema consiste em um longo canal isolado que contém uma piscina com água.
Uma corrente constante de ar não saturado com umidade específica ω1 (desconhecida) e uma temperatura T1 escoa através desse canal.

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O ar escoa acima da água, parte da água evapora e se mistura à corrente de ar.
O conteúdo de umidade do ar aumenta durante esse processo, e sua temperatura diminui, uma vez que parte do calor latente da vaporização da água que evapora vem do ar.

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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Se o canal for suficientemente longo, a corrente de ar sai como ar saturado (φ = 100%) à temperatura T2, que é chamada de temperatura de saturação adiabática.

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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Se a água de reposição é fornecida ao canal na taxa de evaporação à temperatura T2, o processo de saturação adiabático descrito pode ser analisado como um processo com escoamento em regime permanente.

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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O processo não envolve calor ou interações de trabalho, e as variações de energia cinética e potencial podem ser desprezadas.
Assim, as relações de conservação da massa e energia desse sistema com escoamento em RP de duas entradas e uma saída se reduz ao balanço de massa

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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Balanço de energia:

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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uma vez que φ₂ = 100 %

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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Concluímos que a umidade específica e a umidade relativa do ar podem ser determinadas pelas equações anteriores, medindo a pressão e a temperatura do ar na entrada e saída de um saturador adiabático.

SATURAÇÃO ADIABÁTICA

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Se o ar que entra no canal já estiver saturado, a temperatura de saturação adiabática T2 será idêntica à temperatura de entrada T1 e a equação abaixo ficará:

Temperatura de Saturação Adiabática

Em geral, a temperatura de saturação adiabática está entre as temperaturas de entrada e do ponto de orvalho.

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A utilização de um canal longo não é muito prática. Sendo assim, uma abordagem mais prática é usar um termômetro cujo o bulbo esteja coberto por uma mecha de algodão saturado com água e soprar o ar sobre a mecha.

A temperatura medida dessa maneira é chamada de temperatura de bulbo úmido T_bu, e normalmente é usada em aplicações de condicionamento de ar.

Temperatura de Saturação Adiabática

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Quando o ar não saturado passa sobre a mecha úmida, parte da água da mecha evapora. Como resultado, a temperatura da água cai, criando uma diferença de temperatura entre o ar e a água.

Temperatura de Saturação Adiabática

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Após algum tempo, a perda de calor da água pela evaporação é igual ao ganho de calor do ar, e a temperatura da água se estabiliza. A leitura do termômetro nesse ponto é a temperatura de bulbo úmido.

Temperatura de Saturação Adiabática

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A temperatura de bulbo úmido também pode ser medida pela colocação de um termômetro de bulbo úmido em um recipiente preso por uma haste e girar essa haste rapidamente, ou seja, movimentando o termômetro em vez do ar. Um dispositivo que funciona de acordo com esse princípio é chamado de psicrômetro giratório.

Temperatura de Saturação Adiabática

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Em geral um termômetro de bulbo seco também é montado na estrutura desse dispositivo, para que as temperaturas sejam lidas simultaneamente.

Temperatura de Saturação Adiabática

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Há dispositivos eletrônicos portáteis para a medição da umidade que se baseiam na variação da capacitância de um fino filme de polímero que ao absorver vapor d’água podem detectar e exibir digitalmente a umidade relativa com precisão de 1% em questão de segundos.

Temperatura de Saturação Adiabática

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Em geral a temperatura de saturação adiabática e a temperatura do bulbo úmido não são iguais. Entretanto, para misturas de ar e vapor d’água à pressão atmosférica, a temperatura do bulbo úmido é aproximadamente igual à temperatura de saturação adiabática.

Temperatura de Saturação Adiabática

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Portanto, a temperatura do bulbo úmido T_bu pode ser usada na equação abaixo no lugar de T2 para determinar a umidade específica do ar.

Temperatura de Saturação Adiabática

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As temperaturas de bulbo seco e úmido do ar atmosférico à pressão de 1 atm (101,325 kPa) são medidas com um psicrômetro giratório e determinadas como iguais a 25 ºC e 15 ºC, respectivamente.

Determine:

a) A umidade específica;
b) A umidade relativa;
c) A entalpia do ar.

EXERCÍCIO 3

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Das tabelas:

Bulbo Úmido → T_bu = T₂ = 15 ºC P_g2 = 1,7075 kPa

h_lv2 = 2465,4 kJ/kg h_f = 62,982 kJ/kg

Bulbo Seco → T_bs = T₁ = 25 ºC P₁ = 3,1698 kPa

h_g1 = 2546,5 kJ/kg c_p,ar = 1,005 kJ/(kg.K)

EXERCÍCIO 3

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a) A umidade específica → Calcular ω₁

T₂ é a temperatura do bulbo úmido e ω₂ será:

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A umidade relativa;

EXERCÍCIO 3

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c) A entalpia do ar.

EXERCÍCIO 3

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