Uma zona de um prédio grande é projetada para ter uma vazão de ar de suprimento de
. A carga térmica é constante e de 35 kW com um SHF de 0.8 . As condições internas desejadas são de 24 C e
de umidade relativa. (a) Qual é a máxima temperatura TBS do ar e umidade absoluta que satisfará a condição de carga térmica usando
de ar externo ? (b) Considere uma situação onde a temperatura do ar externo é 4 C e a umidade relativa de
. O ar de retorno e o ar externo devem ser misturados para resfriar o espaço, mas umidificação será requerida. Assuma que vapor saturado a 101 kPa é usado para umidicar o ar misturado, e calcule a quantidade de ar externo e ar de retorno
. © Em outra situação, o ar externo está a 18 C com umidade relativa de
. A serpentina de resfriamento é assumida ter um ponto de orvalho mínimo de 7.2 C. Qual a quantidade de ar externo e retorno deve ser misturado antes de entrar na serpentina para satisfazer a condição de carga térmica dada ? (d) Qual é a carga de refrigeração para a serpentina da parte © acima ?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala de uma zona de um prédio com:
- Vazão de ar de 2,4 m³/s
- Carga térmica total de 35 kW, sendo SHF = 0,8 (ou seja, 80% é sensível e 20% latente)
- Condições internas desejadas: 24 °C e 50% UR
O conteúdo aqui é psicrometria e balanço de energia e massa do ar condicionado:
- Calcular as cargas sensível e latente a partir da SHF.
- Achar as condições de suprimento (temperatura e umidade) para satisfazer as cargas.
- Fazer mistura de ar externo e retorno (b) e ©.
- Calcular carga na serpentina (d).
Você vai ver entalpia, razão de umidade
, equações de mistura e balanço de cargas. Vamos ao passo a passo, sem pular nada!
Passo 2
-
Separe as cargas:
Qₛₑₙₛível = SHF·Qₜₒₜₐₗ = 0,8·35 kW = 28 kW
Qₗₐₜₑₙₜₑ = Qₜₒₜₐₗ – Qₛₑₙₛível = 35 – 28 = 7 kW -
Calcule o fluxo mássico de ar:
ρ ≃ 1,2 kg/m³ → ṁ = ρ·V̇ = 1,2·2,4 = 2,88 kg/s -
Temperatura de suprimento
do resfriador (sensible cooling): com, : -
Razão de umidade da zona (
) a 24 °C e 50% UR: - Pressão de saturação a 24 °C:
kPa -
kPa
- Pressão de saturação a 24 °C:
-
Razão de umidade de suprimento
para remover 7 kW de carga latente: comkJ/kg:
Passo 3
Agora não vamos usar serpentinas de resfriamento — vamos “mixar” ar de entrada (4 °C, 20% UR) com ar de retorno (24 °C, 50% UR) para chegar direto em
e depois umidificar.
-
Calcule
a 4 °C e 20%: -
kPa → kPa
-
-
Defina fração de ar externo
tal que a temperatura de mistura seja : -
Vazões de volume:
Passo 4
Aqui vamos usar ar externo a 18 °C/90% e o de retorno e depois resfriar e desumidificar na serpentina (ponto mínimo de orvalho 7,2 °C). A ideia é maximizar ar externo para diminuir carga na serpentina.
-
Dados do ar externo (18 °C, 90%):
-
kPa → kPa -
-
-
Entalpias aproximadas:
- Ar de retorno (24 °C, 50%):
- Ar externo:
- Ar de retorno (24 °C, 50%):
-
Para decidir a mistura, compare entalpias:Logo:
V̇ₑₓₜ = 2,4 m³/s
V̇ᵣₑₜ = 0,0 m³/s
Passo 5
Finalmente, a carga total de resfriamento que ainda cabe na serpentina é a diferença de entalpia entre ar antes e depois:
- Serpentina recebe 100% ar externo:
Resposta
(a)
,
.
(b) .
© Para o caso 18 °C/90%: (usar só ar externo).
(d) Carga na serpentina ≃ 35,4 kW.
(b)
© Para o caso 18 °C/90%:
(d) Carga na serpentina ≃ 35,4 kW.