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PRINCÍPIOS BÁSICOS DE PSICROMETRIA
O ar é constituído por uma mistura de gases (nitrogénio, oxigénio, dióxido de carbono, etc.),
vapor de água e uma série de contaminantes, como partículas solidas em suspensão e outros gases.
O ar seco existe quando, do ar natural, removem-se todo o vapor de água e os contaminantes.
A composição do ar seco é relativamente constante, apesar das pequenas variações em função da
localização geográfica e altitude. A composição média percentual é apresentada na Tabela 1.
Tabela 1 - Composição padrão do ar seco [Singh & Heldman, 2001]
Constituinte Fórmula Percentagem do volume
Nitrogénio ou Azoto!
"
Oxigénio #
"
Árgon $% 0,934 000
Dióxido de Carbono &#
"
Néon !' 0,001 818
Hélio (' 0,
Outros gases (metano, dióxido de
enxofre, krípton, ozono, hidrogénio e
xénon)
)
"
.
"
Total −
A maior parte dos gases que constituem o ar se encontram muito acima de sua temperatura
crítica e não estão sujeitos à condensação em temperaturas acima de - 100 ºC, praticamente não
introduzimos quaisquer erros ao tratarmos esta parte da mistura como um único gás denominado “ ar
seco ”. O ar na troposfera sempre contém uma quantidade variável de vapor de água (a fase gasosa da
água), a qual varia no dia-a-dia em função das estações ao longo do ano.
A proporção de vapor d’água em relação ao ar seco é tratada como humidade. A mistura de ar
seco com o vapor d’água é denominada ar húmido. Entre as temperaturas de - 40 ºC a +65 ºC e sob uma
pressão total de até 300 kPa, tanto o ar seco assim como o vapor, bem como sua mistura se comportam
aproximadamente como um gás ideal, o que nos permite aplicar-se a equação geral dos gases ( equação
de Clapeyron ).
Sendo:
P – Pressão do gás V – Volume do gás n – numero de moles do gás
R – constante universal dos gases T – Temperatura absoluta (K)
Como R é constante, se a massa dos gás for constante (e portanto o número de moles n for
constante) pode-se dizer que:
7
7
7
"
"
"
PSICROMETRIA
A palavra originou-se do termo grego “ psychro ” que significa “ frio ” e “ metro ” que significa “ medir ”,
indicando um dispositivo para “ medir a refrigeração ”.
Psicrometria é a ciência que estuda o envolvimento das propriedades do ar húmido e do
processo (secagem, humidificação, resfriamento, aquecimento) na mudança da temperatura ou do
conteúdo de vapor d’água da mistura.
O conhecimento das condições da humidade do ar é de grande importância para muitos
sectores da actividade humana, como o dimensionamento de sistemas para acondicionamento térmico,
a conservação dos alimentos, os sistemas de refrigeração ou a estimativa de tempo e energia requeridos
por processos de secagem, humidificação, resfriamento e armazenamento e processamento de grãos.
Às vezes, o índice de conforto térmico de uma atmosfera depende mais da quantidade de vapor
d’água presente no ar do que da temperatura propriamente dita. Desse modo, um aparelho de
condicionamento do ar promove maior controle da humidade e apenas pequenas variações no valor da
temperatura do ambiente.
Por tudo isso, o estudo detalhado da mistura de ar seco (!
"
"
"
água passou a ser uma disciplina, denominada psicrometria, que estuda, a partir das determinações de
parâmetros específicos, as propriedades da mistura de ar seco e vapor de água ou do ar húmido. A
quantidade de vapor de água presente no ar varia de quase zero a aproximadamente 4% em volume.
PROPRIEDADES DO AR HÚMIDO
As propriedades do ar húmido estão relacionadas à temperatura, quantidade de vapor de água,
volume ocupado pelo ar e energia nele contida.
Propriedades relacionadas à temperatura:
§ Temperatura de bulbo seco
§ Temperatura de bulbo húmido (molhado)
§ Temperatura do ponto de orvalho
Propriedades relacionadas à humidade (massa de vapor de água):
§ Pressão de vapor
§ Razão da mistura
§ Humidade específica
§ Humidade absoluta
§ Humidade relativa
§ Grau de saturação
Propriedades relacionadas ao volume ocupado e à energia:
§ Volume específico
§ Entalpia
Humidade relativa (Hr)
A humidade relativa do ar é a razão entre a pressão parcial do vapor ( 1
@
) exercida pelas
moléculas de água presentes no ar e a pressão de saturação ( 1 @A
), na mesma temperatura, sendo
normalmente expressa em percentagem.
@
@A
× 100
Humidade absoluta (Ha)
É a relação entre a massa de vapor de água e o volume ocupado pelo ar húmido.
Humidade específica (He)
É a relação entre a massa do vapor de água e a massa do ar húmido.
Grau de saturação
É a relação entre a razão de mistura actual e a razão de mistura do ar em condição de saturação,
à mesma temperatura e pressão.
Volume específico (? E
É definido como o volume por unidade de massa de ar seco e expresso em F
.
por kg de ar
seco (F
.
/HI). A potência requerida pelo ventilador, em um sistema de secagem, é afectada pelo
volume específico do ar.
Entalpia (h)
A entalpia de uma mistura ar seco + vapor de água é a energia contida no ar húmido por unidade
de massa de ar seco, para temperaturas superiores a uma determinada temperatura de referência (0ºC).
A entalpia, que é expressa em kcal ou kJ por kg de ar seco, é muito importante para o dimensionamento
de aquecedores e sistema de secagem e composição do custo operacional dos diferentes sistemas.
MEDIÇÃO DA HUMIDADE DO AR
Para medir a humidade do ar são usados instrumentos denominados higrómetros. Os mais
comuns são:
a) Higrómetros de condensação – baseiam-se na determinação do ponto de orvalho.
b) Higrómetros de absorção – usados em laboratórios. Nesses equipamentos, a
determinação é feita passando-se, através de uma substância higroscópica, um volume
conhecido do ar cujas propriedades se deseja determinar. O resultado é obtido pela
variação do peso devido à humidade absorvida.
c) Higrómetros eléctricos – baseiam-se na variação da resistência eléctrica de um fino filme
de um condutor electrolítico contendo um sal higroscópico, em função da humidade.
d) Higrómetro óptico – por meio da intensidade de luz reflectida, mede a espessura de um
filme higroscópico, o qual varia com a humidade.
e) Higrómetro de difusão – constam de uma camara fechada, tendo uma placa porosa numa
das paredes. O ar no interior da câmara é continuamente submetido à acção de um agente
dessecador ou humedecedor. A difusão do ar através da placa porosa produz mudança na
pressão interna da câmara, que é medida por um manómetro. No ponto de equilíbrio, o valor
da mudança de pressão depende da pressão de vapor do ar exterior e da temperatura da
câmara.
f) Psicrómetros – constam de dois termómetros semelhantes, um dos quais tem o bulbo
recoberto por tecido de algodão humedecido em água destilada. A evaporação da água
sobre o bulbo humedecido causa a queda de temperatura deste e é dependente do estado
higrométrico do ar. O termómetro de bulbo seco indica a temperatura do ar. A diferença de
temperatura entre os dois termómetros dá a indicação da humidade, bem como de outras
propriedades do ar, bastando utilizar os dados obtidos para dar entradas em tabelas,
gráficos ou formulas. Os psicrómetros podem ser de ventilação natural (psicrómetros
comuns) ou de ventilação forçada. O mais comum é o psicrómetro giratório.
g) Higrómetros de fio de cabelo – o cabelo humano livre de gorduras tem a propriedade de
aumentar em comprimento e absorver humidade e de diminuir em comprimento quando a
perde. Essa variação é convenientemente ampliada e transmitida a um ponteiro, sobre um
mostrador, que indicará directamente a humidade relativa do ar.
Tratando-se o ponteiro por uma pena contendo reservatório de tinta e o mostrador por um
cilindro movido por um mecanismo de relojoaria, tem-se o higrómetro registrador ou
higrógrafo.
Figura 1 – Psicrómetros de parede e giratório.
A expressão máxima do vapor à temperatura de bulbo húmido ( 1
@AV
) pode ser expressa por:
@AV
= 6 , 1078 × 10
`,ab
d
".`,.cb
d
Em que 1
@AV
- pressão máxima do vapor, em mbar 8
V
- temperatura do bulbo húmido, em ºC
TABELAS E GRÁFICOS PSICROMÉTRICOS
Além das equações psicrométricas específicas e dos programas computacionais que incluem
essas equações para o cálculo das propriedades do ar, as tabelas e os gráficos psicrométricos foram
criados para facilitar a determinação das propriedades do ar. Mesmo com a disponibilidade de
computadores, os gráficos e as tabelas são bastante utilizados, principalmente quando se necessita de
determinações rápidas em locais onde o computador não está disponível.
A Tabela 2 é usada na determinação aproximada da humidade relativa do ar e apresenta
entrada dupla. Nesta tabela encontram-se a temperatura de bulbo húmido ( 8
V
), na primeira coluna, e a
depressão psicrométrica (diferença entre as temperaturas do termómetro de bulbo seco e termómetro
de bulbo húmido ( 8 − 8
V
)), na primeira linha. Os diversos valores da humidade constituem o corpo da
tabela.
Tabela 2 – Valores da humidade relativa para valores conhecidos de t e! "
e) Volume específico do ar seco – o ponto de estado determina o valor do volume específico do
ar seco. Quando ele não coincide com uma das linhas traçadas no gráfico, é feita uma
interpolação visual, determinando o número de metros cúbicos de ar por quilograma de ar seco
As Figuras 3 e 4 ilustram, como um exemplo, como um exemplo, como é possível determinar
os diferentes valores das propriedades psicrométricas do ar húmido, conhecendo-se os valores de duas
outras propriedades não alinhadas.
Exemplo:
Determine as propriedades termodinâmicas do ar húmido (temperatura de bulbo seco, t = 25
ºC, e a temperatura de bulbo húmido,! $
= 18 ºC), como indica a Figura 3.
Solução:
Para determinar o ponto de estado, levanta-se a perpendicular ao eixo das temperaturas de
bulbo seco, a partir do valor da temperatura do ar. A seguir, partindo da temperatura! $
, obtida na curva
de saturação, traça-se a paralela às linhas de entalpia. O cruzamento das duas linhas determina o ponto
de estado. Os demais parâmetros são encontrados como descrito anteriormente.
§ Humidade relativa = 50%
§ Volume específico = 0,863 %
&
/() de ar seco
§ Razão da mistura = 10,0 gramas de vapor/kg de ar seco
§ Pressão de vapor = 15,0 mbar
§ Entalpia = 16,5 kcal/kg de ar seco
Figura 2 – Gráfico psicrométrico
Figura 4 – Determinação das propriedades do ar a partir do ponto de estado
