Determinar as propriedades termodinâmicas do ar úmido, sabendo que este possui temperatura de bulbo seco igual à
, temperatura de bulbo úmido igual à
pressão de 101,325 kPa. [Beyer, 2010].
Passo 1
Beleza, você trouxe um exercício de termodinâmica que pede para determinar as propriedades do ar úmido. A gente vai usar as temperaturas de bulbo seco (
) e bulbo úmido (
), além da pressão atmosférica de 101,325 kPa. Vamos precisar entender conceitos básicos de ar úmido e usar algumas fórmulas para encontrar propriedades como umidade relativa, umidade específica e entalpia.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que são temperatura de bulbo seco e úmido. A temperatura de bulbo seco é simplesmente a temperatura do ar medida sem considerar a umidade, enquanto a temperatura de bulbo úmido é a temperatura medida com a presença de umedece específico, que nos ajuda a determinar a quantidade de vapor d’água no ar.
Passo 3
Com as duas temperaturas, podemos calcular a umidade relativa (
). A umidade relativa é a relação entre a pressão de vapor presente no ar e a pressão de vapor de saturação na mesma temperatura de bulbo seco. A fórmula é:
Onde
é a pressão de vapor atual e
é a pressão de saturação na temperatura de bulbo seco.
Passo 4
Para encontrar
, usamos a temperatura de bulbo úmido. Podemos empregar a equação de balanço de energia no bulbo úmido:
Onde:
-
é a temperatura de bulbo seco ( ) -
é a temperatura de bulbo úmido ( ) -
é uma constante que depende da pressão atmosférica (aproximadamente 0,00066 para 101,325 kPa)
Vamos calcular
na temperatura de
. Usando tabelas de pressão de vapor ou fórmulas aproximadas, sabemos que
a
é cerca de 7,38 kPa.
Então:
Passo 5
Agora, calculamos a umidade relativa:
Isso significa que o ar está quase saturado com vapor d’água.
Passo 6
Com a umidade relativa e as temperaturas conhecidas, podemos determinar outras propriedades, como a umidade específica (
) e a entalpia (
) do ar úmido. A umidade específica pode ser calculada usando:
Onde
é a pressão total (101,325 kPa).
Substituindo os valores:
Para a entalpia:
Substituindo:
Resposta
As propriedades termodinâmicas do ar úmido são:
- Umidade Relativa (
): aproximadamente 99,7% - Umidade Específica (
): cerca de 0,0487 kg de vapor/kg de ar seco - Entalpia (
): aproximadamente 165,39 kJ/kg de ar seco