Processos de Umidificação Aula 02

Kátia de La Salles

Ex. 1b) Determinar, utilizando a carta psicrométrica e as equações de psicrometria, as propriedades termodinâmicas de ar úmido a 29,4°C de temperatura de bulbo seco, 21,1°C de temperatura de bulbo úmido, e pressão barométrica de 1 atm.

Solução: •Encontrar o ponto de estado em que a linha de temperatura de bulbo seco 29,4°C intercepta a linha de temperatura de bulbo úmido 21,1°C. •Acompanhar a linha de umidade absoluta constante até o eixo ordenado e ler o valor 0,0124 kg vapor/kg ar seco.

A temperatura de ponto de orvalho é obtida seguindo-se a linha de umidade absoluta constante até atingir a curva de umidade relativa 100 %, e lendo na abscissa o valor de Tpo = 17,2°C. A entalpia é encontrada traçando-se uma linha que passa pelo ponto de estado paralela às linhas de entalpia e lendo o valor na escala de entalpias. Neste problema, o valor a ser lido é de 61,5 kJ/kg ar seco. A curva de umidade relativa interceptando os pontos de estado Tpo = 17,2°C e Twb = 21,1 °C pode ser determinada por interpolação linear entre as curvas ϕ’ = 40 e ϕ’ = 50 %. Portanto, para o problema, ϕ’ = 48 %. O volume específico do ar úmido pode ser lido como υ = 0,87 m3/kg ar seco.

EX. Um silo de grãos deve ser resfriado com ar a 100 % de umidade relativa, uma temperatura de bulbo úmido de 4,4°C, e uma vazão de ar de 1699,2 m3/h. Se as condições do ar ambiente são 29,4°C de temperatura de bulbo seco e 21,1 °C de temperatura de bulbo úmido, determinar a quantidade de calor e umidade, por unidade de tempo, que devem ser removidas do ar de entrada por uma unidade de resfriamento de grãos.

Solução: Os pontos de estado 1 e 2 representam as propriedades do ar antes e depois dos processos de resfriamento e desumidificação

Exemplo 2:

Ar entra em um secador com uma temperatura de bulbo seco de 60 ºC e possuindo um ponto de orvalho de 26,7 ºC. Usando a carta psicométrica determine sua umidade absoluta, o seu calor úmido e a sua umidade relativa. •Dados: cp do ar seco = 1,005 kJ/kg.K; cp do vapor d’água = 1,88 kJ/kg.K

Exemplo 3

Uma corrente de ar a 87,8 ºC possuindo uma umidade ω = 0,03 kg H2O/kg de ar seco entra em contato com água em um saturador adiabático, sendo resfriada e umidificada até 90% da saturação. Determine: a) Sua umidade absoluta ao final do processo; b) Sua temperatura ao final do processo; c) Para uma saturação de 100%, qual seria os valores finais de H

e T?

Operações com ar úmido

Representação na carta psicrométrica de processos com ar úmido

Aquecimento simples:

Este processo se caracteriza pela elevação da temperatura de bulbo seco, com acréscimo exclusivamente de calor sensível ao ar, sem alteração da umidade específica do ar, onde o ar passa do ponto A para o ponto B.

w cte UR

Aquecimento e Arrefecimento

Arrefecimento Simples:

Este processo se caracteriza pela redução da temperatura de bulbo seco do ponto A para o ponto B (retirada exclusivamente de calor sensível), mantendo-se a umidade específica do ar constante.

Conseqüentemente a umidade relativa da mistura ar-vapor irá aumentar, uma vez que a condição desta irá se aproximar da curva de saturação.

Aquecimento (a)

Arrefecimento

Arrefecimento Humidificação (d) com arrefecimento

Processos com ar úmido: (a) aquecimento; (b) e (c) arrefecimento; (d) umidificação com arrefecimento

(b)

(c)

(d)

Exemplo 4

Ar quente a 45°C e com 10% de umidade relativa é usado para secar arroz num secador de tambor. Sabendo que o ar sai saturado do secador, calcule a quantidade de água removida por kg de ar seco.

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Carta psicrométrica ar/vapor de água (1 atm, entre 20ºC e 120ºC)

Umidificação e Desumidificação

•Num processo de aquecimento e umidificação aumentam simultaneamente a temperatura de termômetro seco e a umidade absoluta. •Numa desumidificação com arrefecimento, diminuem a temperatura de termômetro seco e a umidade absoluta do ar. • Em ambos os processos, a quantidade de calor envolvida é a soma de dois termos: um termo respeitante ao calor sensível e outro o calor latente.

Humidificação com arrefecimento

OBS. Não existe qq transferência de energia

Arrefecimento Adiabático:

Este processo se caracteriza pela redução da temperatura de bulbo seco (ponto A) do ar através da evaporação da água (geralmente atomizada no fluxo de ar), elevando o conteúdo de umidade do ar (ponto B). Quando a água se evapora ela “rouba” calor do ar, reduzindo a temperatura.

OBS: Ocorre uma troca do calor latente oriundo da evaporação da água pelo calor sensível (associada à temperatura da mistura) do ar. O resultado da somatória do acréscimo da carga latente com a redução da carga sensível resulta zero, evidenciando um processo sem variação do

conteúdo enérgico (adiabático)

Arrefecimento e Desumidificação

Este processo se caracteriza pela redução simultânea da temperatura de bulbo seco (carga sensível) e da umidade específica (carga latente) do ar.

Umidificação Simples

Este processo se caracteriza pela elevação de umidade específica do ar, com a manutenção da temperatura de bulbo seco constante.

Isto é feito mediante o acréscimo exclusivamente de calor latente ao ar (evaporação de água), o qual é promovido por injeção do vapor (alimentado por linhas de vapor saturado ou pela evaporação de água aquecida por resistências elétricas de imersão)

Desumidificação e aquecimento

Este processo se caracteriza pela redução da umidade específica do ar, acompanhado pela elevação da temperatura de bulbo seco do ar.

Umidificação e Arrefecimento não adiabático

Este processo se caracteriza pela redução da TBS, acompanhada pela elevação da umidade absoluta, sendo o resultado da somatória do fluxo energético (entrada + saída de energia) maior que zero.

Processos de arrefecimento por evaporação com ar quente (a 35ºC) e (quase) seco de 3 para 4 ou com ar muito mais húmido

(de 1 para 2)

Misturas de correntes de ar úmido

Mistura das correntes úmidas 1 e 2 para originar a mistura M

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Interface gás-líquido em processos de humidificação adiabática (a) e de desumidificação (b)

Processos de contato gás-líquido

Referências consultadas

•Britto, J. F. B.; Considerações sobre psicrometria. Artigo técnico. •Geankoplis, C. J.; Transport Processes and Separation Process Principles. 4ed. Prentice Hall. 2006. •Foust, Alan S. Princípios das Operações Unitárias. LTC. Rio de Janeiro, 1982.

www.evandro.eng.br/grapsi.html www.linric.com/psydown.htm www.cytsoft.com/psychrometric%20chart.htm www.lirinc.com/free4me.htm www.handsdownsoftware.com/Downloads.htm www.humiditycontrol.co.uk/Technology/psychrometric-chart.htm www.uigi.com/WebPsycH.html

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