O ar externo é misturado com ar de retorno para reduzir a carga de refrigeração de um serpentina de resfriamento. (a) Para um espaço mantido a 25 C (TBS) e 20 C (TBU), descreva as máximas temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco que reduzirão a carga térmica da serpentina. (b) Suponha que um sistema é projetado para fornecer
a 18 C (TBS) e 17 C (TBU) para um espaço a ser mantido na condição do item (a). Qual a quantidade de ar externo a 20 C (TBS) e
de umidade relativa pode ser misturado com o ar de retorno se o SHF da serpentina é 0.6 ? © Qual é o ponto de orvalho na parte (b) acima ? (d) compare a carga de refrigeração da serpentina na parte (b) acima com o ar externo e sem o ar externo. Admita a pressão no nível do mar.
Passo 1
O exercício é de psicrometria aplicada a sistemas de ar-condicionado. A ideia é misturar ar externo com o de retorno pra reduzir a carga de refrigeração na serpentina.
Conteúdo pedido:
Conteúdo pedido:
- (a) identificar até que temperaturas de bulbo seco (DBT) e bulbo úmido (WBT) o ar externo ainda reduz carga;
- (b) calcular a fração máx. de ar externo que posso misturar sabendo SHF = 0,6 e dados de estado do ar;
- © achar o ponto de orvalho desse ar misturado;
- (d) comparar cargas com e sem ar externo.
O que vamos precisar:
- Fórmulas de razão de umidade e entalpia do ar úmido:$$w=\frac{0.622,p_v}{P-p_v},\qquadh=1.006,T + w,(2501+1.86,T)\quad[kJ/kg_da].
\mathrm{SHF}=\frac{Q_{\rm sensível}}{Q_{\rm total}} = \frac{c_{pa},(T_{\rm mix}-T_{sup})}{h_{\rm mix}-h_{sup}},. $$
A partir do próximo passo, vamos aplicar tudo isso em cada item.
Passo 2
Para o ar externo reduzir a carga na serpentina, ele tem que chegar “mais fresco” ou “menos úmido” que o ar de retorno.
Como o espaço está a 25 °C DBT e 20 °C WBT, o ar de retorno terá essas mesmas condições.
Logo, o ar externo só traz benefício se for:
Como o espaço está a 25 °C DBT e 20 °C WBT, o ar de retorno terá essas mesmas condições.
Logo, o ar externo só traz benefício se for:
- DBT_externo ≤ 25 °C
- WBT_externo ≤ 20 °C
Se passar desses valores, o “mix” vai ficar mais quente ou mais úmido que o retorno puro, e não haveria redução de carga.
Passo 3
Queremos misturar fração
de ar externo (OE) com fração
de ar de retorno (RE) para dar 5 m³/s de suprimento a 18 °C DBT e 17 °C WBT, mantendo SHF=0,6.
-
Calcular propriedades dos três estados (usar pressão ao nível do mar
): - Retorno (25 °C, 20 °C WBT):
saturação a 20 °C →kPa
- Externo (20 °C, 90 % UR):
saturação a 20 °C →kPa → kPa
- Suprimento (18 °C, 17 °C WBT):
saturação a 17 °C →kPa
- Retorno (25 °C, 20 °C WBT):
-
Mistura:
-
Impor SHF=0.6:
Ao montar a equação e resolver (detalhes algébricos dão um polinômio de 2º grau), obtemos raízes
e
. Ambas são >1, ou seja, não há fração viável de ar externo que satisfaça SHF=0.6.
Conclusão: a mistura não consegue atingir SHF=0.6 com essas condições, logo a maior fração de ar externo que efetivamente reduz carga é
Passo 4
Como na prática
, o “ar misturado” é só o de retorno. Logo a razão de umidade e pressão de vapor são as do retorno:
$$w_{mix}=w_{ret}=0.0147,\quad
p_{v,mix}=\frac{w_{mix},P}{0.622+w_{mix}}\approx2.34;\mathrm{kPa}.\boxed{T_{dp}\approx20{,}1;^\circ\mathrm{C}.}$$
Passo 5
Carga de refrigeração na serpentina (fluxo mássico total
):
- Sem ar externo (ou seja, só retorno):$$Q=\dot m,(h_{ret}-h_{sup})
=6\,(62.6-48.6)\approx6\times14.0\approx84\;\mathrm{kW}.$$
- Com a mistura viável (
), é exatamente a mesma coisa, pois não entrou ar externo.
Portanto a carga fica em torno de 84 kW tanto com ar externo (que acaba não entrando) quanto sem.
Resposta
(a) Para reduzir carga, ar externo deve ter DBT ≤ 25 °C e WBT ≤ 20 °C.
(b) A fração viável de ar externo é .
© Ponto de orvalho ≈ 20,1 °C.
(d) Carga da serpentina ≈ 84 kW em ambos os casos.
(b) A fração viável de ar externo é
© Ponto de orvalho ≈ 20,1 °C.
(d) Carga da serpentina ≈ 84 kW em ambos os casos.