Enunciado

Ar atmosférico úmido a 1 atm, 90 °F e 90% de umidade relativa é resfriado até 50 °F, enquanto a pressão de mistura permanece constante. Calcule a quantidade de água (em lbm/lbm de ar seco) retirada do ar e a necessidade de resfriamento (em Btu/ lbm de ar seco), considerando que a água no estado líquido deixa o sistema a 60 °F.

Passo 1

Este é um processo de fluxo constante e, portanto, a vazão mássica do ar seco permanece constante durante todo o processo ( m a 1 ˙ = m a 2 ˙ = m a ˙ ) .

Ar seco e vapor de água são gases ideais.

As mudanças de energia cinética e potencial são insignificantes.

Os estados de entrada e saída do ar são completamente especificados e a pressão total é de 1 atm. As propriedades do ar em vários estados são determinadas a partir da tabela psicrométrica (Figura A-31E) como:

h 1 = 52.2   B t u / l b m   a r   s e c o

ω 1 = 0.0278   k g   H 2 O / k g   a r   s e c o

E

ϕ 2 = 1.0

h 2 = 20.3   B t u / l b m   a r   s e c o

ω 2 = 0.0076   k g   H 2 O / k g   a r   s e c o

E também,

h w = h f   à   60 ° F = 28.09   B t u / l b m

Passo 2

A quantidade de umidade no ar diminui devido à desumidificação ( ω 2 < ω 1 ) . Aplicando as equações do balanço de massa de água e balanço de energia na seção combinada de resfriamento e desumidificação:

Balanço de Massa de Água:

∑ m ˙ w , i = ∑ m ˙ w , e   → m ˙ a 1 ω 1 = m ˙ a 2 ω 2 + m ˙ w

Δ ω = ω 1 - ω 2 = 0.0202   l b m   H 2 O / l b m   a r   s e c o

Equilíbrio energético:

E ˙ e n t - E ˙ s a í d a = Δ E ˙ s i s t e m a   = 0

E ˙ e n t = E ˙ s a í d a

∑ m ˙ i h i = Q ˙ s a í d a   + ∑   m ˙ e h e

Q ˙ s a í d a = m ˙ a 1 h 1 - ( m ˙ a 2 h 2 + m ˙ w h w ) = m ˙ a ( h 1 - h 2 ) - m ˙ w h w

q s a i d a = h 1 - h 2 - ( ω 1 - ω 2 ) h w = 31.3   B t u / l b m   a r   s e c o

Resposta

Δ ω = 0.0202   l b m   H 2 O / l b m   a r   s e c o

q s a i d a = 31.3   B t u / l b m   a r   s e c o

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