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