Psychrometric Processes

Uma visão do gráfico psicrométrico é mostrada:

Os diferentes processos psicrométricos são mostrados:

Psychrometric Processes

Resfriamento Sensível

Durante este processo, o teor de umidade do ar permanece constante, mas sua temperatura diminui à medida que passa por uma serpentina de resfriamento. Para manter o teor de umidade constante, a superfície da serpentina de resfriamento deve estar seca e a temperatura da superfície deve ser maior que a temperatura do ponto de orvalho do ar. Se a serpentina de resfriamento for 100% eficaz, a temperatura de saída do ar será igual à temperatura da serpentina. Contudo, na prática, a temperatura do ar de saída será superior à temperatura da serpentina de resfriamento.Figura abaixomostra o processo de resfriamento sensível 2–1 em um gráfico psicrométrico. A taxa de rejeição de calor durante este processo é dada por:

Aquecimento Sensível

Durante este processo, o teor de umidade do ar permanece constante e sua temperatura aumenta à medida que flui sobre uma serpentina de aquecimento. A taxa de adição de calor durante este processo é dada por:

Ondec_pmé o calor específico úmido (≈1,0216kJ / kgar seco) em_umaé a vazão mássica de ar seco (kg / s)

Resfriamento e Desumidificação

Quando o ar úmido é resfriado abaixo de seu ponto de orvalho, colocando-o em contato com uma superfície fria, parte do vapor d'água no ar se condensa e deixa o fluxo de ar como um líquido, como resultado, tanto a relação de temperatura quanto de umidade do ar diminui conforme mostrado. Este é o processo pelo qual o ar passa em um sistema de ar condicionado. O caminho real do processo depende do tipo de superfície fria, da temperatura da superfície e das condições de fluxo, mas para simplificar, a linha do processo é assumida como uma linha reta, como mostrado naFigura 8.11. As taxas de transferência de calor e massa podem ser expressas em termos das condições iniciais e finais, aplicando as equações de conservação de massa e conservação de energia conforme abaixo:

Aplicando o balanço de massa para a água:

Aplicando o balanço energético:

A partir das duas equações acima, a carga na serpentina de resfriamento,Q_tÉ dado por:

O 2^ndO termo no RHS da equação acima é normalmente pequeno em comparação com os outros termos, portanto pode ser desprezado. Por isso,

Pode-se observar que o processo de resfriamento e desumidificação envolve processos de transferência de calor latente e sensível, daí as taxas de transferência de calor total, latente e sensível (Q_r,Q_eu, eQ_s) pode ser escrito como:

OndeQ_eu= m_uma(h₁- h_W) = m_uma.h_fg(ω₁- ω_W)

eQ_s= m_uma(h_W- h₂) = m_uma.c_pm(T₁- T₂)

Fator de calor sensível (SHF)

É definido como a razão entre a taxa de transferência de calor sensível e total (Q_t), ou seja,

A partir da equação acima, podemos observar que um SHF de 1,0 corresponde a nenhuma transferência de calor latente e um SHF de 0 corresponde a nenhuma transferência de calor sensível. Um SHF de 0,75 a 0,80 é bastante comum em sistemas de ar condicionado em clima seco normal. Um valor mais baixo de SHF, digamos 0,6, implica uma elevada carga de calor latente, como a que ocorre num clima húmido.

A temperatura, Ts, é a temperatura efetiva da superfície da serpentina de resfriamento e é conhecida como temperatura do ponto de orvalho do aparelho (ADP). Numa situação ideal, quando todo o ar entra em perfeito contato com a superfície da serpentina de resfriamento, a temperatura de saída do ar será igual à ADP da serpentina. Contudo, no caso real, a temperatura de saída do ar será sempre maior que a temperatura do ponto de orvalho do aparelho devido ao desenvolvimento da camada limite à medida que o ar flui sobre a superfície da serpentina de resfriamento e também devido à variação de temperatura ao longo das aletas, etc. , podemos definir umfator de desvio (BPF)pois pode ser facilmente observado que quanto maior o fator de by-pass, maior será a diferença entre a temperatura de saída do ar e a temperatura da serpentina de resfriamento. Quando o BPF é 1,0, todo o ar desvia da serpentina e não haverá resfriamento ou desumidificação.

OndeT_ctemperatura do ar que sai,T_umaé a temperatura do ar que entra eT_sé a temperatura da superfície da serpentina de resfriamento.

Aquecimento e Umidificação

Durante o inverno é essencial aquecer e umedecer o ar ambiente para maior conforto. Isto normalmente é feito primeiro aquecendo sensivelmente o ar e depois adicionando vapor de água à corrente de ar através de bicos de vapor.

O balanço de massa do vapor de água para o volume de controle produz a taxa na qual o vapor deve ser adicionado, ou seja,m_W:

onde estou_umaé a taxa de fluxo de massa de ar seco. Do balanço energético:

OndeQ_hé o calor fornecido através da serpentina de aquecimento eh_Wé a entalpia do vapor. Como este processo também envolve transferência simultânea de calor e massa, podemos definir um fator de calor sensível para o processo de forma semelhante a um processo de resfriamento e desumidificação.

Resfriamento e umidificação

Como o nome indica, durante esse processo a temperatura do ar cai e sua umidade aumenta. Isto pode ser conseguido pulverizando água fria no fluxo de ar. A temperatura da água deve ser inferior à temperatura de bulbo seco do ar, mas superior à temperatura do ponto de orvalho para evitar condensação (T_DPT<T₂<T₁)

Durante este processo, há transferência de calor sensível do ar para a água e transferência de calor latente da água para o ar. Portanto, a transferência total de calor depende da temperatura da água. Se a temperatura da água pulverizada for igual à temperatura de bulbo úmido do ar, então a taxa líquida de transferência será zero, pois a transferência de calor sensível do ar para a água será igual à transferência de calor latente da água para o ar. Se a temperatura da água for superior à WBT, haverá uma transferência líquida de calor da água para o ar. Se a temperatura da água for inferior à WBT, então a transferência líquida de calor será do ar para a água. Num caso especial, quando a água pulverizada é totalmente recirculada e não é aquecida nem resfriada, o sistema está perfeitamente isolado e a água de reposição é fornecida em WBT, então, em estado estacionário, o ar sofre um processo de saturação adiabática, durante o qual seu WBT permanececonstante. Este é o processo de saturação adiabática. O processo de resfriamento e umidificação é encontrado em uma ampla variedade de dispositivos, como resfriadores evaporativos, torres de resfriamento, etc.

Aquecimento e Desumidificação

Este processo pode ser conseguido utilizando um material higroscópico, que absorve ou adsorve o vapor de água da umidade. Se este processo for isolado termicamente, então a entalpia do ar permanece constante, como resultado, a temperatura do ar aumenta à medida que seu teor de umidade diminui. Este material higroscópico pode ser sólido ou líquido. Em geral, a absorção de água pelo material higroscópico é uma reação exotérmica, como resultado desse processo é liberado calor, que é transferido para o ar e a entalpia do ar aumenta.