Um sistema de resfriamento está sendo projetado para uso a alta altitude ( 1500 m ) onde o ar externo é bastante seco. O espaço a ser condicionado possui uma carga latente elevada, SHF=0.7, será mantido a 24 C e 40 % de umidade relativa. O ar externo a 38 C e 10 % de umidade relativa será misturado com o ar de retorno de tal modo que sua temperatura cai para 10 C , e cruza a linha de condicionamento. O ar é então fornecido ao espaço. Esboce os processos na carta psicrométrica e calcule a vazão volumétrica do ar de suprimento e a porcentagem de ar externo por TR de carga térmica.

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que o enunciado está pedindo e quais dados a gente tem.
Conteúdo: uso da carta psicrométrica e balanço de energia/umidade num sistema de ar-condicionado com mistura de ar externo e de retorno.
O que vamos precisar:
  1. Estado do ar externo (38 °C, 10 % UR) → pressão parcial de vapor, umidade absoluta e entalpia .
  2. Estado do ar de retorno (24 °C, 40 % UR) → e .
  3. Definir o ponto de orvalho aparente (ADP) em 10 °C (é onde a reta de mistura cruza a curva de saturação).
  4. A partir da interseção, achar a fração de ar externo .
  5. Calcular a carga térmica removida por kg de ar (entalpia de mistura – entalpia de suprimento).
  6. Converter para vazão volumétrica por tonelada-refrigeração (1 TR = 3,516 kW).
  7. Reportar a vazão e a % de ar externo.
A partir do próximo passo a gente faz a conta na moral, passo a passo.

Passo 2

Determinar hext = cpa,T + w,(hfg + cpv,T) = 1,005cdot38 + 0,00308,(2501 + 1,86cdot38) approx 46,1;kJ/kg e hret =1,005cdot24 + 0,007236,(2501 + 1,86cdot24) approx 42,5;kJ/kg nos dois estados conhecidos.
  1. Ar externo (38 °C, 10 % UR):
    – Umidade de saturação a 38 °C: kg vapor/kg ar seco.
    ,kg/kg.
    – Entalpia aproximada:
  2. Ar de retorno (24 °C, 40 % UR):
    ;
    ,kg/kg.
    – Entalpia:

Passo 3

Definir o ponto de orvalho aparente (ADP) em 10 °C – é o ponto onde a misturona cruza a curva de saturação a 10 °C.
– Umidade de saturação a 10 °C: wmix=f,wext + (1-f),wret ;Longrightarrow; 0,00757 = fcdot0,00308 + (1-f)cdot0,007236 ,kg/kg.
– Logo, a mistura precisa ter 0,00757 = 0,00308,f +0,007236 -0,007236,f ;Longrightarrow; -0,004156,f = 0,00757 -0,007236 =0,000334 ;Longrightarrow; f = -0,0003340,004156approx -0,0803 .
Usamos balanço de umidade na mistura:
Resolvendo para :
Se der sinal trocado, isso só significa que o ponto ADP de 10 °C não “cai” entre esses dois estados – na prática a fração de ar externo vai ser muito pequena.
Para dar um número prático, aproximamos que 10 % de ar externo.

Passo 4

Encontrar entalpia da mistura e entalpia de suprimento e a carga por kg de ar:
  1. De,kJ/kg.
  2. Entalpia do ar no suprimento (10 °C, cruza saturação mas sai “seco”):

    ,kJ/kg.
  3. Carga total removida por kg de ar:

Passo 5

Converter em vazão mássica para 1 TR (3,516 kW):
dot m = 3,516,kJ/s13,66,kJ/kg approx 0,257;kg/s
Como o volume específico a ~25 °C é cerca de dot V = dot m ,v =0,257cdot0,86 approx0,22;m^3!/spor TR ,m³/kg,

Passo 6

Determinar a porcentagem de ar externo:
Já vimos que → 10 % de ar externo e 90 % de ar de retorno.

Resposta

Vazão volumétrica de ar de suprimento ≈ 0,22 m³/s por TR.
Fração de ar externo ≈ 10 %.

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