Enunciado

Um sistema de condicionamento de ar deve tomar o ar a 1 atm, 34 °C e 70% de umidade relativa e entregá-lo a 22 °C e 50% de umidade relativa. O ar escoa sobre as serpentinas de resfriamento, onde é resfriado e desumidificado e, em seguida, o ar escoa sobre os fios de aquecimento da resistência, onde é aquecido até a temperatura desejada. Considerando que a água condensada é removida da seção de resfriamento a 10 °C, determine

  1. a temperatura do ar antes de sua entrada na seção de aquecimento
  2. a quantidade de calor removida na seção de resfriamento e
  3. a quantidade de calor transferida na seção de resfriamento, em kJ/kg de ar seco.

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.

Passo 2

A quantidade de umidade no ar diminui devido à desumidificação ( ω 3 < ω 1 ) e permanece constante durante o aquecimento ( ω 3 = ω 2 ) . Os estados de entrada e saída do ar são completamente especificados e a pressão total é de 1 atm. O estado intermediário (estado 2) também é conhecido, pois ϕ 2 = 100 %   e   ω 2 = ω 3 ) . Portanto, podemos determinar as propriedades do ar em todos os três estados a partir do gráfico psicrométrico (Fig. A-31).

h 1 = 95.2   k J / k g   a r   s e c o

ω 1 = 0.0238   k g   H 2 O / k g   a r   s e c o

E

h 3 = 43.1   k J / k g   a r   s e c o

ω 3 = 0.0082   k g   H 2 O / k g   a r   s e c o ( = ω 2 )

Então,

h w = h f   à   10 ° C = 42.02   k J / k g

h 2 = 31.8   k J / k g   a r   s e c o  

T 2 = 11.1 ° C

Passo 3

Na letra b, a quantidade de calor removida na seção de resfriamento é determinada a partir da equação do balanço energético aplicada à seção de resfriamento,

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 ,   r e f r i g e r a m e n t o + ∑ m ˙ e h e

Q ˙ s a í d a ,   r e f r i g e r a m e n t o = m ˙ a 1 h 1 - ( m ˙ a 2 h 2 + m ˙ w h w )

ou, por unidade de massa de ar seco,

q s a í d a ,   r e f r i g e r a m e n t o = ( h 1 - h 2 ) - ( ω 1 - ω 2 ) h w = 62.7   k J / k g   a r   s e c o

Passo 4

Na letra c, a quantidade de calor fornecida na seção de aquecimento por unidade de massa de ar seco é:

q m , a q u e c i m e n t o = h 3 - h 2 = 11.3   k J / k g   a r   s e c o

Resposta

  1. T 2 = 11.1 ° C
  2. q s a í d a ,   r e f r i g e r a m e n t o = 62.7   k J / k g   a r   s e c o
  3. q m , a q u e c i m e n t o = 11.3   k J / k g   a r   s e c o
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