Termodinamica B
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Termodinâmica e Otimização de Energia Térmica
Curso de Especialização em Eficiência Energética – DAELT - UTFPRProfº Fábio José Horta Nogueira
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO
Curitiba, 23 e 24 de novembro de 2012
Termodinâmica e Otimização de Energia Térmica
Curso de Especialização em Eficiência Energética – DAELT - UTFPRProfº Fábio José Horta Nogueira
SUMÁRIO
• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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Termodinâmica e Otimização de Energia Térmica
Curso de Especialização em Eficiência Energética – DAELT - UTFPRProfº Fábio José Horta Nogueira
• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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INTRODUÇÃO
• Primeira aplicação: certamente, na pré-história, para avi var as brasasde uma fogueira.
• Primeiro compressor: os pulmões humanos, 100 l/min e pressã o de0,02 a 0,08 bar em valores médios.
• Encontra aplicação até nos dias de hoje.
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• Por volta de 3.000 AC, quando o homem começou atrabalhar com metais esse compressor se mostrouineficiente. Usou-se o vento como fonte de ar.
• No Egito, em 1.500 AC, foram introduzidos os folesacionados com os pés ou com as mãos.
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• Os foles manuais permaneceram em uso por mais de2.000 anos. A ilustração mostra um fole de 1530,usado para a ventilação de minas.
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• Em 1762 John Smeaton registra a patente de um compressoracionado por uma roda d’água.
• Aperfeiçoamento com a invenção de John Wilkinson, a máquina debroquear.
• O desenvolvimento dos compressores possibilitou o increme nto doprocessamento de minérios e da produção dos metais.
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• Em 1857 foi feita a primeira experiência de sucesso no transpor tede energia por meio de ar comprimido, na construção do túnel M ontCenis, nos Alpes Suíços.
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• Em Paris, no ano de 1888 entra em operação a primeira planta dedistribuição de ar comprimido. O ar comprimido era usado des de oacionamento de geradores e relógios até distribuição de cer veja.
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• A técnica de construção e de materiais foi se desenvolvendo, a figuraabaixo, mostra um compressor de ar alternativo, resfriado a água, deduplo efeito e duplo estágio, fabricação Mannesmann, de 193 5.
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• Os compressores atuais associam recursos de controleinformatizado e recuperação de energia. São compactos e efi cientes.
GA - Atlas Copco Sierra - Ingersoll Rand
ZH - Atlas Copco Centac - Ingersoll Rand
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• As vazões e as pressões podem atingir valores muito elevados,exigindo equipamentos de grande porte.
Rotor axial - GE
Datum – Dresser Rand
Datum - Dresser RandRotor centrífugo - GE
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APLICAÇÕES DO AR COMPRIMIDO
• Equipamentos a pressão de ar,
• Equipamentos de jato livre,
• Equipamentos de percussão,
• Motores a ar comprimido,
• Bombeamento,
• Atuadores rotativos e lineares,
• Instrumentação,
• etc.
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VANTAGENS DO USO DO AR COMPRIMIDO:
• Pode ser armazenado e transportado sem isolamentotérmico.
• Não apresenta riscos de explosão.
• Os equipamentos são compactos, potentes e duráveis.
DESVANTAGENS DO USO DO AR COMPRIMIDO:
• Maior consumo de energia em relação a energia elétrica.
• Custo mais elevado para as ferramentas e equipamentos deprodução.
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
INTRODUÇÃO
• A Termodinâmica é ferramenta básica paraestudo das máquinas térmicas. Entre essasmáquinas térmicas encontram -se oscompressores.
• Conceitos essenciais:
a)Partícula
b) Sistema
c) Volume de controle
v
.
a)
F
Qb)
Q
m
Pe
. m.
.
c)
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INTRODUÇÃO
• O estado de uma partícula pode ser descrito pela sua massa, su avelocidade e pelas suas coordenadas.
• Quando trata-se de sistemas ou volumes de controle necessit a-sede outras propriedades ligadas a estrutura íntima da matéri a,denominadas propriedades termodinâmicas, tais como:temperatura, volume, pressão e outras.
• A análise pode ser feita considerando-se o sistema fechado o uentão observando-se seus fluxos pelas fronteiras
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INTRODUÇÃO
• Um outro conceito importante é o Postulado de Estado. Essepostulado estabelece que para caracterizar o estado termod inâmicode uma mistura de gasosa são suficientes duas propriedadestermodinâmicas intensivas e a composição da mistura. Porexemplo, basta a composição, a temperatura e a pressão de umamistura para determinar todas as outras propriedades.
• Processo Termodinâmico é o nome dado a mudança de um estadode equilíbrio para um outro estado.
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INTRODUÇÃO
• A Energia Interna U é a soma de das energias cinéticas e potenc ial detodas as moléculas de um sistema.
• É uma propriedade que depende da massa do sistema, isto é, tra ta-sede uma propriedade extensiva.
• Essa propriedade pode ser transformada em intensiva dividido-sepela massa do sistema. Tem -se então a Energia Interna “u”.
• Os sistemas mudam sua energia interna pelas trocas de calor Q etrabalho W ( por unidade de massa “q” e “w”).
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INTRODUÇÃO
• A Primeira Lei da Termodinâmica em volumes de controle:
Essa expressão é válida para vazão constante e calor etrabalho trocados em taxas constantes.
• A entalpia pode ser aqui introduzida
)(. 12 eemWQ −=−
( ) ( )[ ]221112 vpvpuumWQ −+−=−
12 hhwq −=−
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PROCESSOS IDEAIS DE COMPRESSÃO
• O trabalho teórico de compressão de um gás ideal nointerior de um cilindro é dado por:
P
V
W
2
1
∫=2
1FdlW
∫=2
1dl . A . pW
∫=2
1dV . pW
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PROCESSOS IDEAIS DE COMPRESSÃO
• O trabalho teórico de compressão e transporte de um gásideal ao longo de um volume de controle é dado por:
P
V
W
2
1
∫=−2
1dp vW
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A DEGRADAÇÃO DE ENERGIA NO VOLUME DE CONTROLE
• De forma semelhante ao deslizamento de um bloco sobreum plano, o transporte de um gás envolve a variação daenergia interna. Isso acontece em razão do atrito viscoso edas turbulências no gás.
• Aqui se introduz uma nova propriedade, a Entropia “S”.
IdealocessoPr
2
112 T
dQSS
=− ∫
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A DEGRADAÇÃO DE ENERGIA NO VOLUME DE CONTROLE
• Isso pode ser visto em uma diagrama h x s.
h
s
P = cte.
T = cte.
1
2s
2 0=∆S
0>∆S
0<∆S
Processo ideal
Processo real
Processoimpossível
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A DEGRADAÇÃO DE ENERGIA NO VOLUME DE CONTROLE
• A conclusão mais importante da Segunda Lei da
Termodinâmica é que na compressão de um gás real o
consumo de energia é maior que o calculado para um gás
ideal, para os mesmos níveis de pressão.
• Além disso observa-se que a temperatura ao final do
processo real é maior que a temperatura final para o caso
ideal.
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TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS – Lei de Boyle.
tetancons...VpVpVp 332211 ====
Volume
Pre
ssãop V = constante
T T > T
T1
122
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TRANSFORMAÇÕES ISOBÁRICAS – Lei de Gay-Lussac.
tetancons...T/VT/VT/V 332211 ====
Vol
ume
Temperatura
= constanteVT
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TRANSFORMAÇÕES ISOMÉTRICAS – Lei de Charles.
tetancons...T/p
T/pT/p
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2211
=====
Temperatura
Vol
ume
Tp
= constante
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GASES PERFEITOS
• Um gás que obedece rigorosamente às três leis citadas
acima, sob quaisquer condições de pressão e temperatura,
denomina-se de gás perfeito ou gás ideal , em caso contrário
o gás é chamado de gás real ou de gás comum .
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GASES PERFEITOS
As leis anteriores podem ser combinadas para fornecer uma
equação que englobe as três variáveis .
V
2T
P
1p
1V
2p
2V
A
C
1T
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GASES PERFEITOS
A transformação anterior pode ser feita por meio de uma
transformação isotérrmica seguida de uma isométrica.
V
2T
P
1p
1V
0p
2p
2V
B
A
C
1T
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GASES PERFEITOS
Ou seja, para o trecho AB pode-se escrever que:
E para o ramo BC tem -se que:
2011 VpVp =
2
2
1
0
T
p
T
p =
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GASES PERFEITOS
Então:
Levando na transformação isotérmica resulta:
2
120 T
Tpp =
22
1211 V
T
TpVp =
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GASES PERFEITOS
Que sendo reordenada, resulta na Equação dos Gases
Perfeitos, ou Equação de Clapeyron:
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp=
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GASES PERFEITOS
• Experimentalmente observa-se que o comportamento dos
gases a baixa pressão pode ser dado com precisão pela
expressão:
ou dividindo-se pela massa:
sendo R uma constante que depende do gás em questão.
TRmVp =
TRvp =
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GASES PERFEITOS
• Introduzindo a massa molecular do gás vem que:
onde nova constante é denominada de Constante Universal
dos Gases.
TRnVp =
KkmolkJR /3143,8=
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GASES PERFEITOS
• O tratamento como gás perfeito simplifica os cálculos e
permite determinar todas as propriedades de um gás ou
mistura de gases, basta usar as seguintes expressões:
∫=−2
112 dTChh p
∫∫ −=−2
1
2
112 p
dpRdT
T
Css p
∫=−2
112 dTCuu v
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GASES PERFEITOS
• O valor do calor específico a pressão constante Cp
normalmente é dado como uma função polinomial da
temperatura.
• Onde as constantes foram determinadas experimentalmente
para diversos gases, com muita precisão.
20 TTCp γβα ++=
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GASES PERFEITOS
• Podem ser usados valores médios para Cp e dessa forma se
evitam as integrais anteriores:
( )1212 TTCuu v −=−
( )1212 TTChh p −=−
−
=−
1
2
1
212 lnln
P
PR
T
TCss p
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O FATOR DE COMPRESSIBILIDADE Z
• Quando estamos próximos das condições críticas, a
equação dos gases perfeitos não oferece precisão. Isso pode
ser contornado usando-se o Fator de Compressibilidade.
Esse fator pode ser retirado de gráficos ou então
determinado por meio de equações.
• Para um gás perfeito Z = 1.
• Os gráficos podem construídos para cada substância ou
então generalizados, nesse caso usamos os valores críticos
de cada substância para calcular os valores reduzidos.
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O FATOR DE
COMPRESSIBILIDADE Z
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COMPRESSÃO IDEAL DE GÁS PERFEITO
• Compressão ideal isotérmica. Nesse caso o calor removidoé igual ao trabalho efetuado e o processo pode serrepresentado pela expressão:
constante=pv
p
v
pv = constantek
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COMPRESSÃO IDEAL DE GÁS PERFEITO
• Compressão ideal adiabática. É a que ocorre semtransferência de calor. Nesse caso admite-se uma relaçãoconstante entre os calores específicos.
•O processo tem umarepresentação da forma :
constante==v
p
C
Ck
constante=kpv
p
v
pv = constantek
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COMPRESSÃO IDEAL DE GÁS PERFEITO
• Compressão ideal adiabática. São válidas as expressõesseguintes:
k
v
v
p
p
=
2
1
1
2 k
k
p
p
T
T1
2
1
1
2
−
=
1
2
1
1
2
−
=
k
v
v
T
T
−
−=
−
11
1
1
21
k
k
p
pRT
k
kw
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COMPRESSÃO IDEAL DE GÁS PERFEITO
• Compressão politrópica. É o caso geral de compressão e
pode ser dada de quatro modos:
• Para n=1 compressão isotérmica.
• Para 1< n < k compressão resfriada.
• Com n = k compressão é adiabática.
• Se n > k compressão aquecida.
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FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
COMPRESSÃO IDEAL DE GÁS PERFEITO
• Para os cálculos de compressão politrópica basta substitui r
k por n nas expressões de compressão adiabática.
n
v
v
p
p
=
2
1
1
2 n
n
p
p
T
T1
2
1
1
2
−
=
1
2
1
1
2
−
=
n
v
v
T
T
−
−=
−
11
1
1
21
n
n
p
pRT
n
nw
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COMPRESSÃO IDEAL DE GÁS PERFEITO
• O gráfico a seguir ilustra os quatro casos:
p
v
n = 1
n < k
n = k
n > k
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COMPRESSÃO EM ESTÁGIOS
• A redução do trabalho é dada pela área hachurada na figuraa seguir.
p
v
2º e
stág
io1º
est
.
patm.
pinterm.
pdesc.
VV 1º est.2º est.
adiadibática
isotérmica
politrópica
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COMPRESSÃO EM ESTÁGIOS
• Quando a pressão de descarga não é grande podem ser
usados compressores de apenas um estágio. Isso é proibitivo
para maiores relações de pressão. Nesse caso deve ser
usada a compressão em estágios.
SDp ppr /= eprr ϕ='
( )
−
−=
−
1 . . . . 1
1
k
k
epOk reTR
k
kw
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COMPRESSÃO REAL DE UM GÁS PERFEITO
• Em casos reais as equações anteriores devem ser
corrigidas por um rendimento que leve em consideração os
desvios da condição ideal.
p
v
p
p
2
1
2i
2s
2
1
W
Wthth =η
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COMPRESSÃO REAL DE UM GÁS PERFEITO
• Podem ser considerados três processos ideais de
comparação: o isotérmico (fora de uso), o politrópico e o
adiabático (que é o mais usado).
W
Wkk =η
W
Wpp =η
W
Wisis =η
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RENDIMENTO MECÂNICO
• Além das perdas associadas a compressão devem ser
consideradas as perdas devido aos atritos mecânicos e as
perdas que ocorrem na transmissão.
cmec W
W=η
Motor Compressor Gás
W Wc
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RENDIMENTO VOLUMÉTRICO
• Esse rendimento é de muita importância no desempenho de
compressores alternativos quanto a vazão mássica.
p
v
1
23
4
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RENDIMENTO VOLUMÉTRICO
• As expressões a seguir determinam o rendimento
volumétrico em função da relação de pressão e da fração de
volume morto (clearence) e também qual a relação de
pressão máxima.
31
3
VV
VC
−= )1(1 )/1( −−= k
pvol rCη
kCr )1/1(max +=
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POTÊNCIA DE COMPRESSÃO
• Como os compressores são máquinas de fluxo estamos
realmente mais interessados nos fluxos de trabalho, ou seja ,
nas potências, desse modo:
mecth
thC
wmW
ηη
••
=
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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TIPOS DE COMPRESSORES
Classificação dos compressores
1) Quanto a aplicação:
- Compressores de ar para serviços ordinários,
- Compressores de ar para serviços industriais,
- Compressores de gases ou de processos,
- Compressores para instalações de refrigeração,
- Compressores para vácuo.
Cada um desses equipamentos tem característicaspróprias que atendem uma determinada aplicação específica.
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Classificação dos compressores
2) Quanto ao princípio construtivo:
- Compressores volumétricos, também de chamadosde deslocamento positivo.
- Compressores dinâmicos ou turbocompressores.
Nos primeiros a elevação da pressão é conseguida pormeio da redução do volume ocupado pelo fluido.
Já no segundo caso a elevação da pressão é obtida pelatransformação da energia cinética do gás, que foi acelerado pelorotor, em energia de pressão quando o gás passa por elementointerno denominado difusor.
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Classificação dos compressores quanto ao funcionamento:
Compressores
Volumétricos
Alternativos
Palhetas
Rotativos Parafusos
Dinâmicos
Lóbulos
Centrífugos
Axiais
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Princípios de funcionamento
1) Compressores alternativos ( à pistão)
Usam sistemas de manivelas e bielas conectadas apistões nos interior de cilindros. Esses podem ser de simplesou duplo efeito. A disposição desses cilindros poderá ser em“V”, em linha, opostos, em estrela, etc.
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Disposição dos cilindros em compressores alternativos
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Válvulas na sucção e na descarga do ar
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Princípios de funcionamento
2) Compressores de palhetas
Possui um tambor central que gira em uma posiçãoexcêntrica a uma carcaça externa. Nesse tambor central estã odispostas palhetas inseridas em rasgos longitudinais.
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Princípios de funcionamento
3) Compressores de parafusos
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Princípios de funcionamento
4) Compressores de lóbulos
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Princípios de funcionamento
5) Outros volumétricos menos usados: Diafragma
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Princípios de funcionamento
6) Outros volumétricos menos usados: Scroll
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Princípios de funcionamento
7) Outros volumétricos menos usados: Tooth
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Princípios de funcionamento
8) Compressores centrífugos
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Princípios de funcionamento
8) Compressores axiais
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Representação gráfica do desempenho:
Compressores alternativos
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Representação gráfica do desempenho:
Compressores de palhetas e parafuso
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Seleção de um compressor
• Altas pressões Alternativos
• Altas vazões Centrífugos e axiais
• Uso geral Parafuso
Ressalta-se que o custo inicial representa apenas 12% do
custo total durante a vida útil de um compressor, mais 10% se devem
a gastos com manutenção e o restante, 78% são relativos a custos
com energia elétrica para o acionamento ( dados de um compressor
de parafusos de 50 kW e vida útil de 10 anos).
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Escolha do compressor
Por esse motivo a seleção pelo menor custo inicial muitas vez esnão não é a melhor opção.
12%10%
78%Investimento
Oper. e Manut.
Energia
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
Consumo específico
Esse valor, dado pela relação entre a potência
consumida e a vazão máxima do equipamento nos fornece
uma primeira idéia da eficiência do equipamento.Deve-se
tomar cuidado para comparar dados com pressões
diferentes.
Os gráfico a seguir apresentam valores típicos e de
catálogos dos fabricantes.
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Consumo específico
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Consumo específico
Potência absorvida
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50 100 150 200 250 300 350
Potência ( kW )
Vaz
ão li
vre
( m
3 /min
) Centac 7,0
Centac 8,7
Sierra 7,0
Sierra 8,7
Sierra 10,0
GA 7,0
GA 10,0
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• Ensaios de desempenho
Existem diversas normas internacionais mas nem sempre são
adotadas.
• Ensaios em campo
Exigem equipamentos especiais para as medições e pessoal
qualificado. Recomenda-se para as medidas de vazão o uso de
instrumentação invasiva, pois o uso de instrumentos extern os não
oferece a precisão adequada.
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
80
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COLETA DE DADOS
•Dados do equipamento
• Dados operacionais e de ambiente
• Custo da energia elétrica
• Consumo de energia elétrica
• Tempos em carga e a vazio (ou em modulação)
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
82
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CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• Custo anual do compressor em carga
• Custo anual do compressor a vazio
• Custo anual do compressor
( ) kWh
c
iccicciac CtPC . .
1
= ∑=
( ) kWh
c
icvicviav CtPC . .
1
= ∑=
avacaa CCC +=
83
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CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• Custo específico do ar comprimido
∑=
=c
icccc
aaar
iitV
CC
1
) . ( . 60
84
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
85
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VAZAMENTOS
Todo sistema apresenta vazamentos! A manutenção regular é
importantíssima. Devem ser tomadas medidas de conscientização dos
usuários.
Perdas de ar em função da pressão (bar) e do diâmetro do furo
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
φ furo ( mm )
Per
das
de a
r (
m3 /h
)
2
4
6
8
10
12
14
86
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• Medidas dos vazamentos
Devem ser realizadas em períodos de parada geral da
unidade (férias coletivas, finais de semana, etc).
• Medida por diferencial de pressão
Exige que se conheça o volume da tubulação.
Vp
ppQ
atm
atm · 00
+= V
p
ppQ
atm
atm · 11
+=
−=
atmv p
pp
t
VV 10
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•Medida por tempo de carga
Usado quando o equipamento usa controle de
modulação.
i
m
ic
cv t
tVV
i∑== 1 .
88
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
Os equipamentos periféricos da sala de compressores e a rede
de distribuição mais o compressor constituem as instalações de ar
comprimido.
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Rede de distribuição
• Reservatório bem dimensionado,
• Deve ser verificada a necessidade de um desumidificador,
• Baixa perda de carga (0,3 / 0,5 bar),
• Sem vazamentos (max. 5%),
• Com material, acessórios e conexões adequadas,
• Inclinação (0,5/100 m) para drenagem eventual condensado,
• Saídas dos ramais por cima da rede secundária.
• Etc...
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
92
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A Psicrometria é o ramo da Física que estuda os fenômenos e
o comportamento do vapor d’água contido no ar atmosférico.
Quando o ar contém a máxima quantidade de vapor d’água diz-se que
ele está saturado, 100 % de UR.
A capacidade do ar reter umidade diminuiu com a pressão (
linearmente) e aumenta com a temperatura (~11%) para cada 10°C de
aumento de temperatura.
• Pressões parciais,
•Carta Psicrométrica,
• Umidade absoluta e umidade relativa,
• Temperaturas de bulbo seco e úmido,
• Ponto de orvalho.93
PSICROMETRIA
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Ar atmosférico
p = 1,0 bar
tbs = 30 °C
UR = 50 %
w = 13,3 g /kg ar
Ar comprimido
p = 8,0 bar
tbs = 30 °C
UR = 100 %
w = 3,3 g /kg ar
Compressor
V = 0,603 m3/s
Pot = 200 kW
C = 18 h / dia
Água
430 kg / dia
94
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Ar comprimido
p = 8,0 bar
tbs = 30 °C
UR = 100 %
w = 3,3 g /kg ar
Ar comprimido
p = 8,0 bar
tbs = 30 °C
UR = 21 %
w = 0,7 g / kg ar
Secador
T orv. = 5,0 °C
C = 18 h / dia
Água
120 kg / dia
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Esquema de um compressor parafuso com secador frigorífico integrado ( Atlas Copco )
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• Pressões parciais:
água'dvapordoparcialpressãop
secoardoparcialpressãop
totalaatmosféricpressãop
:onde
ppp
s
a
b
sab +=
97
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Temperatura de bulbo seco ( °C )
Um
idad
e ab
solu
ta (
g ág
ua /
kg a
r se
co)
100%
80%
60%
40%
20%
20°C
30°C
40°C
50°C
Umidade relativa
• Carta psicrométrica: linhas notáveis
Patm 1,013 bar
Linhas de Tbu constante
Linhas de U.R.constante
Linha de saturação
98
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Temperatura de bulbo seco ( °C )
Um
idad
e ab
solu
ta (
g ág
ua /
kg a
r se
co)
100%
80%
60%
40%
20%
20°C
30°C
40°C
50°C
Umidade relativa
• Carta psicrométrica: temperatura de orvalho
Patm 1,013 bar
Tbs = 40 °C
Tbu = 30 °C
Torv = 27,3 °C
99
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• Umidade absoluta:
p
TRv
TRvp
TRmVp
:como
secoardomassa
águad'vapordomassaw
=
==
=
100
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• Umidade absoluta:
=
=
=
TRVp
TRVp
w
TR
pv
1
a
a
s
s
ρ
ρ
101
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• Umidade absoluta:
( )
( )sb
s
sb
s
s
a
a
a
s
s
pp
p0622,0w
pp
p
R
Rw
Rp
Rp
w
−=
−=
=
102
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• Umidade relativa:
.ardoaigualatemperaturem
calculadaésaturaçãodepressãoA
águadasaturaçãodepressão
águad'vapordoparcialpressão=ϕ
103
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• INTRODUÇÃO
• FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA
• TIPOS DE COMPRESSORES
• RENDIMENTO DOS COMPRESSORES
• COLETA DE DADOS
• CUSTO DO AR COMPRIMIDO
• VAZAMENTOS
• INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO
• PSICROMETRIA
• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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PRINCIPAIS PONTOS DE ATENÇÃO
• Combater os vazamentos ,
•Usar a menor temperatura de captação do ar possível,
• Usar só a pressão correta para a operação,
• Dimensionar a rede com perdas de carga reduzidas ,
• Usar controles adequados para o tipo de demanda,
• Verificar se o equipamento foi bem selecionado ,
• Usar sempre das boas técnicas de manutenção .
105
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