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2 PROPRIEDADES DO AR ATMOSFÉRICO
O ar atmosférico (fig. 3) pode ser considerado uma mistura de ar seco, vapor d’água e impurezas.
FIGURA 3 - AR ATMOSFÉRICO
Considera-se o ar seco quando todo vapor d’água e contaminantes são removidos do ar atmosférico. As quantidades relativas aos diversos constituintes do ar seco estão apresentadas na (tab. 2).
TABELA 2 - COMPONENTES DO AR SECO
Componentes % volume % peso Nitrogênio 78,09 75, Oxigênio 20,95 23, Argônio 0,93 1, Dióxido de carbono 0,03 0, Neônio, Hidrogênio, Hélio, Criptônio, Ozônio, etc. traços leves
Embora a composição do ar seco permaneça relativamente constante a quantidade de vapor d’água no ar atmosférico varia consideravelmente por ser condensável a pressões e temperaturas usuais, razão pela qual, as quantidades de ar úmido devem ser expressas de tal maneira que as quantidades relativas de vapor d’água e ar seco sejam sempre indicadas. Assim as propriedades específicas do ar úmido serão geralmente referidas à unidade de peso do ar seco. A temperatura e a pressão barométrica do ar atmosférico variam muito com as condições do tempo, localização geográfica e principalmente com a altitude. O ar atmosférico padrão é útil como referência em aplicações de condicionamento de ar para estimativa de suas propriedades em várias altitudes. Para efeitos do estudo dos processos normalmente encontrados no campo
da psicrometria, o ar úmido é formado pela mistura de dois gases: o vapor d’água e o ar seco. Esta aproximação é válida em ampla faixa de temperatura, considerando que as condições ambientes estão bastante longe das propriedades críticas dos componentes do ar seco. As constantes importantes para o ar padrão (temperatura de 21,1oC e uma pressão barométrica de 101,325 kPa) e a água no SI são:
- aceleração da gravidade normal, g = 9,80665 m/s;
- constante de gás para o ar, R = 287 J/kgoC;
- densidade do ar ao nível do mar, ρar = 1,201 kg/m^3 ;
- calor específico à pressão constante do ar, cp = 1,0048 kJ/kgoC;
- calor específico a volume constante do ar, cv = 0,717 kJ/kgoC;
- densidade da água, ρágua = 1000 kg/m^3 ;
- calor específico da água líquida, cal = 4,19 kJ/kgoC;
- calor latente de vaporização da água líquida, clv = 2,4535.10^3 kJ/kg. As propriedades do ar úmido são normalmente apresentadas na forma de tabelas termodinâmicas ou cartas psicrométricas, mas para o desenvolvimento de rotinas computacionais as equações a seguir são muito úteis.
2.1 PRESSÃO DO VAPOR DE ÁGUA NO AR ÚMIDO
A pressão exercida pelo ar úmido obedece praticamente à lei da mistura de gases perfeitos, que é dada por:
p = pa + pv (2)
onde p pressão total da mistura pa pressão parcial do ar seco pv pressão parcial do vapor d’água na mistura
Para o ar saturado podem ser utilizadas as tabelas de dados psicrométricos, para a determinação da pressão de vapor d’água e quando o ar não estiver saturado, a expressão a seguir, pode ser usada para o seu cálculo:
p v = pvs−pA ( tbs−tbu) (3)
onde pv pressão de vapor d’água na mistura, Pa pvs pressão de saturação do vapor d’água (quando φ = 100%), Pa p pressão barométrica, Pa A constante para psicrômetro giratório e tbu > 0oC, 6,66.10-4^ oC- tbs temperatura de bulbo seco, oC tbu temperatura de bulbo úmido, oC
2.2 UMIDADE ESPECÍFICA
onde ν volume específico, m^3 /kg ar seco V volume da mistura, m^3
2.5 ENTALPIA ESPECÍFICA
A entalpia específica da mistura é dada pela contribuição isolada da entalpia do ar seco e do vapor d’água, dada a hipótese de validade de gases perfeitos. Assim:
h = ha +wh v (8)
onde h entalpia específica, kJ/kg ar seco ha entalpia do ar seco, kJ/kg ar seco hv entalpia do vapor d’água, kJ/kg ar seco w umidade específica, kg/kg ar seco Uma equação aproximada para a entalpia específica é dada por:
h = T+w ( 2501 +1,805T) (9)
onde T temperatura de bulbo seco, oC
2.6 CALOR ESPECÍFICO
O calor específico referido à massa de ar seco é dado pela por: combinação dos calores específicos do ar seco, cpa e o calor específico do vapor d’água, cpv, de acordo com a expressão:
c (^) p = cpa+wc pv (10)
onde cp calor específico, kJ/kg ar seco oC cpa calor específico do ar seco, kJ/kg oC cpv calor específico do vapor d’água, kJ/kg oC
2.7 TEMPERATURA DE BULBO SECO
É a temperatura medida por um termômetro sensível, limpo, seco, protegido contra irradiações, não sendo afetado pelo vapor d’água do ar. 2.8 TEMPERATURA DE BULBO ÚMIDO
É a temperatura do ar indicada por termômetro comum, exposto a uma corrente de ar cujo bulbo esteja coberto por um tecido poroso umedecido.
Para o ar saturado as temperaturas de bulbo seco e úmido são coincidentes. Para o ar não saturado tu < ts. Isto é devido à vaporização da água do tecido que envolve o bulbo, que se processa por absorção de calor. O aparelho utilizado para medir a temperatura de bulbo úmido é denominado de psicrômetro, que também fornece a temperatura de bulbo seco.
2.9 TEMPERATURA DE PONTO DE ORVALHO
É a temperatura em que a mistura está saturada e começa o vapor d’água a se condensar. Alternativamente para temperaturas entre 0 e 70oC, a temperatura de ponto de orvalho pode ser calculada pela seguinte equação:
t (^) ο = −35,957−1,8726α+ 1,6893α^2 (11)
onde, α=ln(p (^) v)
2.10 CALOR SENSÍVEL
É o calor fornecido ou removido do ar úmido que altera sua temperatura de bulbo seco que é calculado por:
Q (^) s = m&^ cp∆ t (12)
onde Qs calor sensível, W m&^ vazão mássica de ar cp calor específico à pressão constante do ar seco, kJ/kg oC ∆t variação na temperatura de bulbo seco, oC
2.11 CALOR LATENTE
É a quantidade de calor que altera a quantidade de vapor d’água do ar úmido sem alterar sua temperatura de bulbo seco que é calculado por:
Q (^) L = m&^ clv∆ w (13)
onde QL calor latente, W m&^ vazão mássica de ar clv calor latente de vaporização da água, kJ/kg vapor ∆w variação na umidade específica, g/kg ar seco
p
p (^) L ρL =ρ (20)
onde ρ densidade ao nível do mar, 1,201 kg/m^3 p pressão atmosférica ao nível do mar, 101,325 kPa
2.15 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS
EXEMPLO 2.15.1 - Determinar a pressão de vapor de saturação em ar úmido e a pressão do ar seco a 24oC e uma pressão barométrica de 101325 Pa e de 92600 Pa.
EXEMPLO 2.15.2 - Calcular a pressão do vapor d’água, umidade relativa, a umidade específica, o volume específico, a entalpia específica e a temperatura de ponto de orvalho para uma amostra de ar úmido no estado de 24oC de bulbo seco e 17oC de bulbo úmido e pressão barométrica de 101325 Pa.
