Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %) Em um aparelho de ar condicionado de janela entra ar a
e
de umidade relativa, com uma vazão de
, e sai como ar saturado a
. A umidade do ar que se condensa durante o processo é também removida a
. Determinar as taxas de remoção de calor e umidade do ar e comentar os resultados.
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz que temos um aparelho de ar-condicionado de janela onde entra ar a 1,0 atm, 30 °C e 80 % de umidade relativa, com vazão de 10 m³/min, e sai como ar saturado a 14 °C. A água que condensa também fica a 14 °C. A gente precisa achar:
- A taxa de remoção de umidade (kg de água por tempo)
- A taxa de remoção de calor (potência de refrigeração, em kW)
Conteúdo: psicrometria básica – cálculo de pressão de vapor, razão de mistura (
), entalpia do ar úmido e balanço de energia. Vamos precisar de:
- Tabelas de pressão de vapor saturado a 30 °C e a 14 °C;
- Fórmula da razão de mistura:
3) Fórmula da entalpia do ar úmido (por kg de ar seco):
- Relação entre vazão volumétrica e vazão mássica:
Passo 2
Calcular pressão de vapor de saturação e pressões parciais:
- A 30 °C,
kPa. Como RH=80 %,
- A 14 °C,kPa. No ponto de saída, o ar sai saturado, logo
Passo 3
Calcular razão de mistura (kg H₂O/kg ar seco) na entrada e saída:
Passo 4
Calcular vazão mássica de ar seco. Primeiro o volume específico do ar úmido na entrada:
pressão de ar seco
pressão de ar seco
$$v_{da}=\frac{R_a,T_1}{p_d}=\frac{0.287;kJ/kg K\times303.15;K}{97.928;kPa}
=0.888\;\rm m^3/kg$$
Volume específico do ar úmido:
Logo, com vazão :
Logo, com vazão
Passo 5
Taxa de remoção de umidade (diferença de carga de água):
Passo 6
Balanço de energia – entalpias:
Usamos ,
,
.
Usamos
- Entrada (
): - Saída (
):
Diferença por kg de ar seco:
Potência de refrigeração:
$$\dot Q = \dot m_a,\Delta h
=0.1835\;\rm kg/s \times46.02\;\rm kJ/kg
=8.45\;\rm kW$$
Resposta
Taxa de remoção de umidade: aproximadamente
Potência de refrigeração necessária: