Psicrometria: Definição, Aplicação e Cálculo de Parâmetros, Trabalhos de Engenharia Química

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ENGENHARIA QUÍMICA

PSICROMETRIA

JULIANA PORTO SIMÕES DE ANDRADE

MACAÉ

JULIANA PORTO SIMÕES DE ANDRADE

PSICROMETRIA

MACAÉ

1 INTRODUÇÃO

1.1 Psicrometria A psicometria é uma ciência que apresenta os fundamentos e definições relacionados a um sistema envolvendo um vapor e um gás. Esses fundamentos são principalmente utilizados em operações unitárias de secagem, umidificação e desumidificação de gases, ou seja, para caracterizar o ar utilizo a psicrometria. A Psicrometria pode ser definida como “o ramo da física relacionado com a medição das condições do ar atmosférico, principalmente com respeito à mistura ar seco – vapor d’água”. O conhecimento das condições de umidade e temperatura do ar é de grande importância. Além do conforto térmico, que depende mais da quantidade de vapor presente no ar do que propriamente da temperatura, também, em muitos outros ramos da atividade humana, é importante esse conhecimento. A conservação de produtos como frutas, hortaliças, ovos e carnes, em câmaras frigoríficas depende da manutenção da umidade relativa adequada no ambiente. Por exemplo, a perda de peso depende da umidade do ar na câmara de estocagem, se a umidade é baixa, a perda de peso é elevada e vice-versa. Independentemente de quem seja realmente o inventor, é extremamente útil, poupando tempo ao simplificar as formas de se obter o calor sensível (calor seco) e o calor latente (calor úmido). Ele descreve todas as combinações possíveis de temperatura, conteúdo de umidade, densidade e calor, contidas no ar normalmente em uso. 2 OBJETIVOS

• Determinar os parâmetros: temperatura de bulbo seco e bulbo úmido utilizando um psicrômetro e a partir da carta psicrométrica, determinar os valores de umidade absoluta, de saturação e percentual.
• Calcular a umidade relativa.

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Definição e aplicação do psicrômetro A psicrometria é a parte da termodinâmica que tem por objetivo o estudo das propriedades do ar úmido. Os conceitos e definições que a psicrometria traz podem ser importantes nas operações de secagem, umidificação e desumidificação de gases, em que ocorre transferência de massa entre uma fase líquida e um gás. A psicrometria estuda as misturas de ar e vapor d´água, isto é, o estudo do ar úmido (no limite, estudo de misturas binárias nas quais um dos componentes é um vapor condensável). A sua aplicação está em: controle de clima, em especial em condicionamento de ar para conforto térmico; condensação em superfícies frias (o orvalho sobre a grama em uma manhã fria, a água sobre a superfície externa de um copo de cerveja), etc., resfriamento evaporativo e os rastros brancos deixados pelas turbinas dos aviões. 3.2 Umidade do Ar A umidade do ar diz respeito à quantidade de vapor de água presente na atmosfera - o que caracteriza se o ar é seco ou úmido - e varia de um dia para o outro. O ar seco é a mistura dos vários gases que compõem o ar atmosférico, como nitrogênio, oxigênio, gás carbônico e outros, que formam mistura homogênea para uma grande faixa de temperaturas. O ar é úmido quando, além da mistura de gases, tem vapor d'água, que pode saturar à temperatura ambiente, e então condensar. Conceitos de umidade do ar são também extremamente importantes na vida humana, onde umidades muito altas podem dificultar a dissipação de calor e resfriamento do corpo; já umidades muito baixas podem causar ressecamento das mucosas das vias aéreas, pele e olhos, tornando o ser humano mais vulnerável a problemas relacionados, sendo que problemas respiratórios são muito evidentes em épocas de baixa umidade.

• A temperatura do ar ambiente, devendo ser medida através de um termômetro comum. Quanto maior a diferença em relação a temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido quer dizer que a umidade será maior. A temperatura de bulbo úmido tende ser menor ou no máximo igual a de bulbo seco. 3.4 Carta psicrométrica Muitas das propriedades de uma mistura composta de um gás e um vapor podem ser agrupadas em um diagrama, a carta psicrométrica ou diagrama de umidade. Qualquer ponto dele apresenta uma definida mistura de ar e água. Na Figura 1 é apresentado uma carta psicrométrica para o sistema ar-vapor de água a 1 atm. A utilização desta carta é bem simples, inicialmente é necessário definir um ponto na carta. As medidas experimentais mais facilmente determinadas são a tbu e tbs, ou seja, a temperatura de bulbo úmido e temperatura de bulbo seco. A partir da definição do ponto é possível determinar outros parâmetros, tais como a umidade absoluta, umidade percentual, umidade de saturação, ponto de orvalho, dentre outros. A umidade relativa não é possível ser encontrada por essa carta. Em algumas cartas psicrométricas, a umidade relativa é dada ao invés da umidade percentual. Apesar de sua aparência complicada, o diagrama é bem simples de ser utilizado. A carta psicométrica é um elemento que simplifica a medida das propriedades do ar, eliminando tediosos cálculos que de outra forma seriam necessários. Existem diversas formas de diagrama, porém, somente divergem quanto a posição das informações.

Figura 1. Carta psicrométrica para o sistema ar-água a 1 atm A Carta Psicrométrica contempla as seguintes propriedades do ar úmido e suas relações:

• Temperatura de bulbo seco (termômetro comum);
• Umidade absoluta;
• Umidade relativa (percentual de saturação);
• Pressão de vapor;
• Ponto de orvalho;
• Entalpia;
• Temperatura de bulbo úmido. A seguir é apresentada a definição para estes parâmetros: Umidade Absoluta: É a massa de vapor contida na unidade de massa de ar seco ou pode também ser dada em termos de pressão parcial, representada pelas equações 1 e 2. Com o uso da Carta Psicrométrica, a sua leitura será direto na escala de H. Equação 1: Umidade absoluta

porcentagem. Através da carta psicométrica não é possível determinar a Hr. Há cartas na literatura que no lugar da Hp é apresentada a Hr, representada pela Equação 5. Equação 5: Umidade Relativa Obtenção da Hr: Com o valor d e H=0,022 Kg H2O/Kg ar seco e P=760 mmHg e em seguida determinar a pressão parcial do vapor de água , representada pela Equação 6. Equação 6: Pressão Parcial Obtenha a pressão de vapor de água a 40ºC (Tabela): PA=55,324 mmHg. E em seguida determinar o Hr: Equação 7: Determinar a Pressão Parcial Ponto de Orvalho: É a temperatura na qual a mistura gás-vapor torna-se saturada quando sofre um resfriamento, mantendo a pressão e umidades constantes. A temperatura do ponto de orvalho deve-se manter a umidade constante reduzindo a temperatura até que a mistura fique saturada (Hp = 100%).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L.

B. Princípios das Operações Unitárias. Segunda Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 1982.

• ARAUJO, E. C. C. Operações Unitárias envolvendo transmissão de calor. Edufscar. São Carlos, 2013