Considere uma piscina em um ambiente coberto. O ambiente coberto tem uma perda de calor sensível de 124 kW e um ganho de calor latente de 155 kW em um dia de projeto quando as condições externas são de 2 C e 20 % de umidade relativa. O ambiente será mantido a 24 C e
de umidade relativa. O ar externo será aquecido a 16 C , misturado com o ar de retorno e aquecido para as condições de fornecimento. (a) Qual a vazão volumétrica em cfm do ar de suprimento se a temperatura do mesmo é de 35 C ? (b) Quais as vazões em cfm do ar externo e recirculado ? © Qual a transferencia de calor no reaquecimento. (d) Qual a transferencia de calor para o aquecimento do ar misturado ?
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que a questão pede e quais conceitos vamos usar.
– Matéria: psicrometria e balanço de energia em sistemas de ar condicionado.
– Dados:
• Perda sensível no salão = 124 kW
• Ganho latente (evaporação da piscina) = 155 kW
• Condições internas mantidas a 24 °C e 50 % de UR
• Ar externo a 2 °C e 20 % de UR, pré-aquecido a 16 °C, mistura com o retorno e então reaquecido a 35 °C para suprimento.
– O que precisamos:
– Matéria: psicrometria e balanço de energia em sistemas de ar condicionado.
– Dados:
• Perda sensível no salão = 124 kW
• Ganho latente (evaporação da piscina) = 155 kW
• Condições internas mantidas a 24 °C e 50 % de UR
• Ar externo a 2 °C e 20 % de UR, pré-aquecido a 16 °C, mistura com o retorno e então reaquecido a 35 °C para suprimento.
– O que precisamos:
- Determinar a vazão de ar de suprimento (cfm) que equilibra o total de carga (sensible + latent).
- Separar essa vazão em ar externo e recirculado (frações de mistura), usando a carga latente.
- Calcular o calor de reaquecimento (da temperatura de saída da “bobina fria” até 35 °C).
- Calcular o calor gasto para pré-aquecer o ar externo de 2 °C para 16 °C.
– Teoria envolvida:
• Balanço de energia sensível e latente com ar, usando propriedades psicrométricas (entalpia e razão de umidade).
• Relação entre carga total e entalpia do ar de suprimento versus ar da sala:
• Mistura de ar externo e recirculado para atender à carga latente:
Passo 2
Calcular a vazão de massa do ar de suprimento a partir da carga total (sensible + latent = 124 + 155 = 279 kW).
- Pegamos entalpias nas condições:
– Sala (24 °C, 50 % UR):– Suprimento (35 °C, 50 % UR):$$w_{\rm sup}\approx0{,}01777;\mathrm{kg/kg},\quad h_{\rm sup}\approx80{,}8\;\mathrm{kJ/kg}$$
- Aplicando$$\dot m=\frac{Q_{\rm total}}{h_{\rm sup}-h_{\rm sala}}
=\frac{279\,000}{80{,}8-47{,}8}\approx8{,}46\;\mathrm{kg/s}$$
Passo 3
Transformar a vazão de massa em volumétrica de suprimento (em cfm).
- Densidade do ar a 35 °C (aprox.)
. - Volume em m³/s:$$\dot V=\frac{\dot m}{\rho_{\rm sup}}
=\frac{8{,}46}{1{,}127}\approx7{,}50\;\mathrm{m^3/s}$$
- Converter para cfm (1 m³/s = 2118,88 cfm):
Passo 4
Achar as vazões de ar externo e recirculado usando a carga latente.
- Razão de umidade do ar externo a 2 °C e 20 % UR:
2) Latente de projeto 155 kW se dá pela condensação na bobina fria:
• . - Isolando
: – Ar externo:
– Recirculado: - Volumétricos a 35 °C:
–
–
Passo 5
Calcular o calor de reaquecimento (da saída da “bobina fria” até 35 °C).
- A temperatura de bulbo da mistura após a bobina fria é igual ao ponto de orvalho do ar da sala (pois retirou vapor até
). Esse dew-point é cerca de 12,96 °C. - Carga de reaquecimento sensível:$$Q_{\rm reheat}=\dot m,c_{pa}(T_{\rm sup}-T_{\rm coil})=8{,}46;1{,}006;(35-12{,}96)\approx187{,}7;\mathrm{kW}$$
Passo 6
Calcular o calor para pré-aquecer o ar externo de 2 °C para 16 °C.
Só o ar externo passa por esse pré-aquecimento, então:
Só o ar externo passa por esse pré-aquecimento, então:
Resposta
a) Vazão de suprimento ≈ 15 900 cfm
b) Ar externo ≈ 13 800 cfm; recirculado ≈ 2 100 cfm
c) Calor de reaquecimento ≈ 187,7 kW
d) Calor de pré-aquecimento do ar externo ≈ 103,3 kW
b) Ar externo ≈ 13 800 cfm; recirculado ≈ 2 100 cfm
c) Calor de reaquecimento ≈ 187,7 kW
d) Calor de pré-aquecimento do ar externo ≈ 103,3 kW