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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 131

As condições ambientais para um dia de verão em Atlanta, cidade norte-americana, são: 1 atm, 90 °F e 85% de umidade relativa. Determine o resfriamento necessário para condicionar 1000 p é s 3 desse ar a 75 °F e 50 % de umidade relativa. Qual é a temperatura mínima do ar úmido necessária para atender a esse requisito de resfriamento?

Passo 1

Teremos nesse processo uma quantidade de ar entrando e passando por um condicionamento, deste condicionamento teremos uma certa quantidade de água sendo removida do processo, e o resto do ar segue para a saída normalmente. Daí, teremos que o balanço de energia para o processo será dado por:

Q = Δ H ^

Realizando o balanço de massa para a água, teremos que:

ω 1 m a = ω 2 m a + m á g u a

Assim, nosso balanço de energia ficará da seguinte forma:

Q = m a h 2 + m á g u a h á g u a - m a h 1

Q = m a h 2 - h 1 + m á g u a h á g u a

Passo 2

Pelo diagrama psicométrico conseguimos retirar algumas propriedades do ar, temos então:

h 1 = 50,6   B t u / ( l b m   d e   a r   s e c o )

ω 1 = 0,0263   ( l b m   d e   H 2 O ) / ( l b m   d e   a r   s e c o )

υ 1 = 14,44   p é s 3 / ( l b m   d e   a r   s e c o )

h 2 = 28,2   B t u / ( l b m   d e   a r   s e c o )

ω 2 = 0,0093   ( l b m   d e   H 2 O ) / ( l b m   d e   a r   s e c o )

Já para a água que irá condensar durante o processo conseguiremos retirar suas informações das tabelas de vapor. Consideremos então que a água começara a condensar por volta de 82,5 °F, assim, teremos que a entalpia da água será de h á g u a = 50,56   B t u / l b m .

Passo 3

Temos que a massa de ar seco entrando no processo pode ser dada por:

m a = V υ 1 = 1000   p é s 3 14,44   p é s 3 / k g = 69,25   l b m

Assim, pelo balanço de massa teremos que:

m á g u a = m a ω 1 - ω 2 = 69,25   l b m × 0,0263 - 0,0093 = 1,17   l b m

Resolvendo o balanço de energia, teremos:

Q = 69,25   l b m × 28,2 - 50,6 B t u / ( l b m   d e   a r   s e c o ) + ( 1,17   l b m ) × ( 50,56   B t u / l b m )

Q = - 1491,97   B t u / l b m

Note que o sinal é negativo pelo processo estar retirando calor da água, ou seja, resfriando-a.

Passo 4

Para resfriar o ar de acordo com os requisitos, o ar úmido sairá saturado e com uma umidade relativa de 0,0093 lbm de H 2 O /lbm de ar seco, daí, encontrando a temperatura do ar nessas condições pelo diagrama psicométrico teremos a nossa temperatura mínima, sendo ela de T m i n = 55,2   ° F .

Resposta

O resfriamento necessário para esse processo será de 1491,97 Btu/lbm e a temperatura mínima do ar úmido necessária para atender esse requisito será de 55,2 °F.

Ver Outros Exercícios desse livro