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,
, será mantido a 24 C e
de umidade relativa. O ar externo a 38 C e
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:
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:
- Estado do ar externo (38 °C, 10 % UR) → pressão parcial de vapor, umidade absoluta
e entalpia . - Estado do ar de retorno (24 °C, 40 % UR) →
e . - Definir o ponto de orvalho aparente (ADP) em 10 °C (é onde a reta de mistura cruza a curva de saturação).
- A partir da interseção, achar a fração de ar externo
. - Calcular a carga térmica removida por kg de ar (entalpia de mistura – entalpia de suprimento).
- Converter para vazão volumétrica por tonelada-refrigeração (1 TR = 3,516 kW).
- 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
e
nos dois estados conhecidos.
- Ar externo (38 °C, 10 % UR):
– Umidade de saturação a 38 °C:kg vapor/kg ar seco.
–,kg/kg.
– Entalpia aproximada: - 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: ,kg/kg.
– Logo, a mistura precisa ter .
– Umidade de saturação a 10 °C:
– Logo, a mistura precisa ter
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.
Para dar um número prático, aproximamos que
Passo 4
Encontrar entalpia da mistura e entalpia de suprimento e a carga por kg de ar:
-
,kJ/kg. - Entalpia do ar no suprimento (10 °C, cruza saturação mas sai “seco”):
–
–,kJ/kg. - Carga total removida por kg de ar:
Passo 5
Converter em vazão mássica para 1 TR (3,516 kW):
Como o volume específico a ~25 °C é cerca de
,m³/kg,
Passo 6
Determinar a porcentagem de ar externo:
Já vimos que → 10 % de ar externo e 90 % de ar de retorno.
Já vimos que
Resposta
Vazão volumétrica de ar de suprimento ≈ 0,22 m³/s por TR.
Fração de ar externo ≈ 10 %.
Fração de ar externo ≈ 10 %.