Enunciado

90. O ar atmosférico no interior de um automóvel entra na seção do evaporador do condicionador de ar a 1 atm, 27 °C e 50% de umidade relativa. O ar retorna ao automóvel a 10 °C e 90% de umidade relativa. O compartimento de passageiros tem um volume de 2 m3, e cinco trocas de ar por minuto são necessárias para manter o interior do automóvel com o nível desejado de conforto. Faça o diagrama psicrométrico do ar atmosférico que escoa pelo processo de condicionamento de ar. Determine as temperaturas de ponto de orvalho e de bulbo úmido na entrada da seção do evaporador, em °C. Determine a taxa de transferência de calor necessária entre o ar atmosférico e o fluido do evaporador (em kW). Determine a taxa de condensação do vapor de água na seção do evaporador (em kg/min).

Passo 1

Os estados de entrada e saída do ar são completamente especificados e a pressão total é de 1 atm. As propriedades do ar nos estados de entrada e saída podem ser determinadas a partir do gráfico psicrométrico (Fig. A-31). Sendo assim:

T d p 1 = 15,7 ° C

T w b 1 = 19,5 ° C

h 1 = 55,60 k J k g

ω 1 = 0,01115   k g H 2 O k g

v 1 = 0,8655 m 3 k g

h 2 = 27,35 k J k g

ω 2 = 0,00686   k g   H 2 O / k g  

A vazão mássica de ar seco é:

m ˙ a = V ˙ 1 v 1 = V c a r A C H v 1 = 2 m 3 t r o c a 5 t r o c a s m i n 0,8655   m 3 = 11,55   k g / m i n

A vazão mássica de vapor na entrada e saída são:

m ˙ v 1 = ω 1 m ˙ a = 0,01115 11,55 = 0,1288   k g / m i n

m ˙ v 2 = ω 2 m ˙ a = 0,00686 11,55 = 0,07926   k g / m i n

Passo 2

Fazendo um balanço de energia chegamos em:

m ˙ a h 1 = Q ˙ o u t + m ˙ a h 2 + m ˙ u h w , 2

Onde a entalpia de condensação da água é:

h w 2 = h l ,       10 ° C = 42,02 k J k g                     T a b e l a   A - 4

E a vazão mássica de vapor de água condensado é dada por:

m ˙ u = m ˙ v 1 - m ˙ v 2 = 0,1288 - 0,07926 = 0,0495   k g / m i n

Substituindo as informações obtidas até aqui na equação do balanço de energia teremos que:

Q ˙ o u t = 324,4 k J m i n = 5,41   k W

Resposta

T d p 1 = 15,7 ° C

T w b 1 = 19,5 ° C

m ˙ u = 0,0495   k g / m i n

Q ˙ o u t = 5,41   k W

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