Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %) Vapor saturado a 100( ^circ C) é injetado a uma taxa de 0,01(kg / s) em uma corrente de ar de 1,0(kg / s) e a 28( ^circ C) - TBS, e 11,9( ^circ C) - TBU, para a pressão atmosférica de patm=101,325(kPa). Determinar o estado do ar na saída da corrente e comentar o resultado.

Passo 1

Beleza, olha o que a questão tá pedindo: a gente tem duas correntes que se misturam – vapor de água saturado a 100 °C (0,01 kg/s) e ar a 28 °C (1,0 kg/s) com ponto de orvalho 11,9 °C, tudo na pressão atmosférica (101,325 kPa). A matéria envolvida é psico­metria (mistura de ar e vapor), e vamos usar balanço de massa (para a água) e energia (para determinar a temperatura de mistura). Também precisamos saber como achar a razão de umidade a partir do ponto de orvalho e como calcular entalpias de ar úmido.

Passo 2

Primeiro, converte o ponto de orvalho (11,9 °C) na razão de umidade do ar de entrada, ω₁.
Teoria rápida: ponto de orvalho é a temperatura em que a pressão de vapor do ar é igual à pressão de saturação. Então
  1. calcula pv1 approx 1,54;kPa . Pela tabela, dá aproximadamente
omega1 = 0,622,pv1patm - pv1 = 0,622,1,54101,325 - 1,54 approx 0,0096;kg água/kg ar seco
  1. a razão de umidade é
á

Passo 3

Faz o balanço de massa de água para achar a razão de umidade de saída, ω₂.
– Água que já tinha no ar: omega2 = omega1 + 0,011,0 = 0,0096 + 0,01 = 0,0196;kg/kg , então água inicial é .
– Água injetada: 0,01 kg/s (toda no estado de vapor).
Então, total de água por kg de ar seco na saída é

Passo 4

Agora, faz o balanço de energia (adiabático) pra achar a temperatura de mistura, h1 = cp,ar,T1 + omega1l(hfg,0 + cp,v,T1r) = 1,005cdot28 + 0,0096,(2501 + 1,86cdot28) approx 52,7;kJ/kg ar seco .
  1. Entalpia do ar úmido de entrada, h2 = 1,0cdot h1 + 0,01cdot hvapor 1,0 = 52,7 + 0,01cdot2676 = 52,7 + 26,8 = 79,5;kJ/kg ar seco . Com referência em 0 °C:
    • h2 = cp,ar,T2 + omega2,(hfg,0 + cp,v,T2)
    • 79,5 = 1,005,T2 + 0,0196,(2501 + 1,86,T2)
    • 79,5 = 1,005,T2 + 49,0 + 0,0365,T2 ;Longrightarrow; 1,0415,T2 = 30,5 ;Longrightarrow; T2 approx 29,3,^circC (calor latente à 0 °C)
  1. Entalpia do vapor injetado (saturado a 100 °C):
    Pela tabela, .
  2. Energia total por kg de ar seco após mistura:
  1. Relaciona com :
Substituindo números:
Desenvolvendo:

Passo 5

Confere se não saturou:
  • Pressão de saturação a 29,3 °C é uns 4,1 kPa
  • phi = omega2omegasat approx 0,01960,0262approx0,75(75%)
    Como , continua ar úmido (não condensou).
    Para achar a umidade relativa:

Resposta

A mistura sai com aproximadamente
• Temperatura do bulbo seco
• Razão de umidade
• Umidade relativa .
Ou seja, o ar aqueceu só um tiquinho (de 28 °C pra ~29,3 °C) e ficou mais úmido, mas ainda não chegou a condensar.

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