Um prédio tem uma carga térmica calculada de 20 TR , dos quais 5 TR é carga latente. O espaço deve ser mantido a 72 F (TBS) e 50 % de umidade relativa. 10 % do volume de ar fornecido ao espaço é ar externo a 100 F (TBS) e 50 % de umidade relativa. A temperatura do ar fornecido ao espaço não deve ser menor que 55 F (TBS). Admita que a pressão barométrica é a do nível do mar, usando o EES, obtenha (a) a vazão mínima de ar fornecido ao espaço em cfm, (b) a quantidade de ar de retorno e ar externo em cfm, © as condições e a vazão em cfm do ar que entra na serpentina de resfriamento, e (d) a capacidade e o SHF da serpentina de resfriamento. (Dica : Estime a quantidade de ar externo e a umidade relativa do ar de suprimento e itere).

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que o enunciado pede. A gente tem:
  • Carga térmica total de 20 TR (1 TR = 12 000 Btu/h), sendo 5 TR de carga latente.
  • Espaço mantido a 72 °F db e 50 % UR.
  • 10 % do ar de suprimento é ar externo a 100 °F db e 50 % UR.
  • Temperatura mínima do ar de suprimento = 55 °F db.
  • Pressão ao nível do mar.
    Conteúdo da matéria: balanços de massa e energia no ar, psicrometria (umidade, entalpia), carga sensível e latente, SHF (Sensible Heat Factor). Vamos precisar de:
    • Propriedades psicrométricas (razão de mistura , entalpia ) do ar em cada estado.
    • Fórmulas de balanço de energia e massa para ar.
A partir do Passo 2 a gente começa a resolver de fato.

Passo 2

Primeiro, calculamos as propriedades no ponto “zona” (72 °F, 50 % UR) e no ponto “ar externo” (100 °F, 50 % UR).
  1. Encontrar W = 0.622,pvpatm-pv, pela fórmula
h = 0.24,Tdb + 1060,W [Btu/lb ar seco]
onde .
2. Entalpia do ar úmido:
• Zona (72°F, 50 %):
psia → psia
lb/lb
Btu/lb
• Ar externo (100°F, 50 %):
psia → psia
lb/lb
Btu/lb

Passo 3

Agora a vazão de ar de suprimento mínima. A gente usa a carga sensível:
Qsens = Qtotal-Qlat = (20-5),TRtimes12,000 =180,000;Btu/h
Para ar,
Qsens = 1.08;(Btu/h·°F·cfm)times dot Vsuptimes (Tzone-Tsup),
com dot Vsup = 180,0001.08,(72-55) approx 180,0001.08times17 approx 9,800;cfm .
Então

Passo 4

Precisamos ver se o suprimento também dá conta da carga latente.
Latente removida por fluxo de ar:
Qlat = dot m;hfg;(Wzone-Wsup),
onde
Wsup = Wzone - Qlatdot m,hfg =0.0094 - 60,00044,100times1060 approx0.00811;lb/lb ,
hsup=0.24cdot55 +1060cdot0.00811 approx21.8;Btu/lb Btu/lb.
Como Qtotal = dot m,(hzone-hsup) =44,100,(27.26-21.8)approx240,800;Btu/happrox20;TR Btu/h, a gente acha
Agora calculamos :
Checando o total:

Passo 5

Vazões de ar externo e de retorno:

Passo 6

Condições e vazão no “mix” que entra na serpentina:
  • Fluxo total = 9 800 cfm → massas iguais antes.
  • Umidade e entalpia na mistura: média ponderada por vazão (ou massa):
Wmix = 8,820cdot0.0094 + 980cdot0.01069,800approx0.00952
hmix = 8,820cdot27.26 + 980cdot35.249,800approx28.07;Btu/lb
Temperatura de bulbo seco da mistura hmix=0.24,Tmix+1060,Wmix ;Rightarrow; Tmix=hmix-1060,Wmix0.24approx74.9°!F vem de
Logo, chega na serpentina
→ 9 800 cfm a 74.9 °F db, .

Passo 7

Capacidade da serpentina:
• Sensível:
Qsens,coil = dot m,(hmix-hsup) =44,100,(28.07-21.8)approx276,700;Btu/happrox23.1;TR
• Latente:
Qlat,coil = dot m,1060,(Wmix-Wsup) =44,100times1060times(0.00952-0.00811) approx66,150;Btu/happrox5.5;TR
• Total da serpentina:
Qtotal,coil=Qsens,coil+Qlat,coilapprox342,850;Btu/happrox28.6;TR
• SHF (Sensible Heat Factor):
SHF=Qsens,coilQtotal,coil approx23.128.6approx0.81

Resposta

(a) Vazão de suprimento: 9 800 cfm
(b) Ar externo: 980 cfm; ar de retorno: 8 820 cfm
© Na serpentina entra 9 800 cfm a 74.9 °F db e lb/lb
(d) Capacidade da serpentina ≈28.6 TR (23.1 TR sensível + 5.5 TR latente), SHF ≈0.81

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