Encontrar a potência de refrigeração necessária para processar um fluxo de ar com temperatura de bulbo seco igual à 30^circ C e umidade relativa igual à 50 %. O ar passa por uma I serpentina de refrigeração com vazão volumétrica igual à 5 m^3 / s e é processado até uma condição final de saturação com temperatura de bulbo seco igual à 10^circ C [American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2009]. Determinar também a vazão de água retirada.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa encontrar a potência de refrigeração necessária para tratar um fluxo de ar que começa com temperatura de bulbo seco de 30^circ C e umidade relativa de 50%. O ar passa por uma serpentina de refrigeração até chegar numa condição saturada de 10^circ C. Além disso, vamos determinar a vazão de água que será retirada nesse processo. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica do ar e propriedades psicrométricas.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as condições iniciais e finais do ar. Na condição inicial, o ar está a 30^circ C com 50% de umidade relativa. Na condição final, o ar é resfriado até 10^circ C e atinge saturação, ou seja, 100% de umidade relativa. Precisamos encontrar as propriedades específicas do ar nessas duas condições, como a massa de água presente.

Passo 3

Vamos utilizar a tabela psicrométrica para encontrar a massa de água por unidade de ar (umidade absoluta) nas condições inicial e final. Na condição inicial ( 30^circ C e 50% UR), a umidade absoluta é aproximadamente 0,010 , kg de água/kg de ar secoá. Na condição final ( 10^circ C e saturado), a umidade absoluta é cerca de 0,008 , kg de água/kg de ar secoá.

Passo 4

Agora, vamos calcular a massa de ar passando pela serpentina por segundo. Sabemos que a vazão volumétrica é dotV = 5 , m^3/s. Considerando a densidade do ar seco a 30^circ C como aproximadamente rho = 1,2 , kg/m^3, a massa de ar por segundo é:
dotm = dotV times rho = 5 , m^3/s times 1,2 , kg/m^3 = 6 , kg/s

Passo 5

Vamos calcular a diferença de umidade absoluta entre as condições inicial e final:
De
Essa diferença representa a massa de água que será removida por kg de ar seco.

Passo 6

Para encontrar a vazão de água retirada, multiplicamos a diferença de umidade pela massa de ar por segundo:
dotmágua = dotm times Deá
Convertendo para litros por hora:
0,012 , kg/s times 3600 , s/h = 43,2 , kg/h approx 43,2 , litros/h

Passo 7

Agora, vamos calcular a potência de refrigeração necessária. Usamos a fórmula:
Q = dotm times cp times (Ti - Tf)
Onde:
  • dotm = 6 , kg/s
  • cp (capacidade calorífica do ar) approx 1,005 , kJ/kg·°C
  • Ti - Tf = 30 - 10 = 20 , °C
Substituindo os valores:
Q = 6 times 1,005 times 20 = 120,6 , kJ/s
Convertendo para kW:
120,6 , kJ/s = 120,6 , kW

Resposta

A potência de refrigeração necessária é de aproximadamente 120,6 , kW e a vazão de água retirada é de cerca de 43,2 , litros/h.

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