Universidade Federal de Santa Catarina EMC Refrigeração e Condicionamento de Ar Prof.: Cláudio Melo - PDF
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Larissa Sá Bugalho
1 Universidade Federal de Santa Catarina EMC Refrigeração e Condicionamento de Ar Prof.: Cláudio Melo EXERCÍCIOS SUPLEMENTARES DE CONDICIONAMENTO DE AR 01) Uma câmara frigorífica para resfriamento de maçãs, com temperatura interna de 1oC, foi construída em uma localidade onde a temperatura do ar externo é de 35 oc. Estimando que a temperatura superficial das paredes externas da câmara possa atingir até 15 oc, pergunta-se qual a máxima umidade relativa que pode ocorrer no local sem que ocorra condensação nas paredes. Resolva o problema analiticamente e graficamente. 02) Uma vazão de ar de 0,7 m3/s, nas condições TBS=32oC e TBU=24oC, flui através de uma serpentina de resfriamento e desumidificação. Considerando que a temperatura média superficial da serpentina é de 13oC e que esta possui uma capacidade total de refrigeração de 12 kw, calcule: a) As temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido do ar na saída da serpentina b) A taxa de remoção de água do ar Nota: Despreze a parcela de energia associada ao condensado 03) Em um secador de ar industrial, ar a 27oC (TBS), e com 60% de umidade relativa é primeiramente aquecido para 45oC (TBS). O ar aquecido é então passado através das substâncias a serem secas, deixando o secador a 45oC (TBS) e com 30% de umidade relativa. Considerando que as substâncias liberam uma massa de vapor d'água correspondente a 0,5 kgs/s, determine: a) A vazão massica de ar necessária b) A capacidade do elemento de aquecimento 04) Uma situação, bastante comum na industria, consiste de uma associação em série de um compressor de ar e um resfriador. Numa destas associações, o compressor aspira uma vazão volumétrica de ar de 3 m3/min,o qual se encontra nas seguintes condições: TBS=32oC, Pt=1 bar e =75%. Na saída do compressor o ar encontra-se a 200 o C (TBS) e 7 bar (pt) sendo então levado ao resfriador. O ar atinge condições de saturação na saída do resfriador, sendo sua temperatura de 38oC (TBS). Condensado (liquido saturado) também deixa o resfriador com uma temperatura de 38 oc. Considerando que o compressor dissipa para o ambiente um fluxo de calor de 14 kw, determine: a) A potência requerida ao compressor b) O fluxo de massa de condensado, deixando o resfriador c) A capacidade de refrigeração do resfriador 05) Uma vazão de 0,1 m 3 /s de ar entra numa unidade de climatização a 105 kpa, 30 o C (TBS) e com umidade relativa de 60% e sai a 95 kpa, 16 o C (TBS) e com umidade relativa de 100%. Líquido condensado deixa a unidade a 16 o C. Determine a taxa de transferência de calor no processo. 06) Em um ambiente com TBS = 26 o C, TBU = 20 o C e P t = 90 kpa, passam canalizações de água gelada, cuja temperatura superficial é de 10 o C. Verifique a possibilidade de ocorrência de condensação de vapor d água sobre a superfície das canalizações. 07) Em uma sala de aula a temperatura do ar de insuflamento é 16oC (TBS) e as condições do ar de retorno são 27oC (TBS) e 50% ( ). Os ocupantes liberam vapor d'água a uma taxa de 4,5 kgs/h. O vapor d'água pode ser considerado como vapor saturado a 27oC. A carga térmica sensível ambiente é de 9 kw. Determine a umidade absoluta, a umidade relativa e a vazão mássica do ar de insuflamento. 08) Um auditório deve ser mantido na temperatura de 24oC (TBS) e 60% de umidade relativa. A carga térmica sensível ambiente é de 132 kw e a geração de vapor d'água neste ambiente é de 74 kgs/h. Ar é fornecido ao auditório na temperatura de 18oC (TBS). Determine:
2 a) A vazão mássica de ar necessária b) A temperatura de orvalho e a umidade relativa do ar de insuflamento c) A carga térmica latente ambiente a) O fator de calor sensível ambiente 09) Uma instalação de condicionamento de ar é projetada para a seguinte condição: Ar externo (TBS=30oC, =60%) Ar interno (TBS=20oC, To=16oC) As cargas térmicas sensível (ganho) e latente(ganho) são respectivamente 9,3 kw e 3,5 kw. A capacidade total da serpentina de resfriamento e desumidificação é de 26 kw e a temperatura de insuflamento de 17oC. Determine: a) As condições do ar de insuflamento b) As condições do ar ao entrar na serpentina de resfriamento e desumidificação c) As vazões mássicas de ar de insuflamento e de ar externo d) As carga térmicas sensível e latente, devidas ao ar externo. 10) Uma instalação de condicionamento de ar, composta de filtro, serpentina de resfriamento e desumidificação, emprega apenas ar externo para manter condições de conforto no verão. Usando as informações a seguir, escolha a temperatura de insuflamento, calcule a capacidade da serpentina e determine o seu fator de contato. Carga térmica sensível ambiente (ganho) : 11,75 kw Carga térmica latente ambiente (ganho) : 2,35 kw Condições do ar externo : 28oC (TBS), 20oC (TBU) Condições do ar interno : 21oC (TBS), 50% ( ) 11) Um ambiente deve ser mantido a 20oC (TBS) e 7,4 gs/kga (W). A temperatura do ar de insuflamento é 15 oc (TBS) e as cargas térmicas sensível (ganho) e latente (ganho) são respectivamente 7 kw e 1,4 kw. Calcule a vazão mássica do ar de insuflamento e a sua umidade absoluta. 12) Um teatro deve ser mantido a uma temperatura de 26oC (TBS). As condições do ar externo são 45oC (TBS) e 32oC (TBU) e as cargas térmicas sensível (ganho) e latente (ganho) são respectivamente 9 kw e 3 kw. Determinar a capacidade da serpentina de resfriamento e desumidificação, considerando que o sistema trabalha com 100% de ar externo, que a temperatura do ar na saída da serpentina é 14 oc (TBS) e que a temperatura média de orvalho da serpentina é 12oC. Determine também a umidade relativa resultante no teatro. 13) Uma instalação de condicionamento de ar opera de acordo com a figura a seguir. Determine a) A umidade absoluta do ar de insuflamento b) A temperatura de bulbo seco e a umidade absoluta do ar, antes da serpentina de resfriamento e desumidificação c) As vazões mássicas de ar externo e de retorno d) O fator de calor sensível da serpentina Notas: A parcela de energia associada ao condensado pode ser desprezada. 1TR = 3,517 kw
3 Qt=28 TR qta=12 TR ar externo(e) m a = 4,5 kg a /s TBS = 18 o C TBS = 38 o C (R) S.R.D. ( I ) TBS=25 o C exaustão 14) Uma instalação de condicionamento de ar é disposta como esquematizado a seguir. O desumidificador químico utiliza um tambor rotativo coberto por um material dessecante que absorve vapor dágua. O material é regenerado a partir do seu reaquecimento numa outra região do equipamento. A instalação situa-se ao nível do mar. O vazão mássica de ar seco nos dois ramais é a mesma. Os umidificadores utilizam água a 14 o C.As seguintes propriedades são conhecidas: T 1 = 35 o C, 1 = 30%, T 2 = 50 o C, T 3 = 28 o C, T 4 = 20 o C, T 5 = 25 o C, W 5 = W 4, W 6 = 9,5 g s /kg a,t 8 = 80 o C. Determine a umidade absoluta do ar no ponto 4 e a taxa de transferência de calor no aquecedor por quilograma de ar seco. [1] Ar externo Desumidificador químico [2] Resistência elétrica Exaustão [8] [5] Ar de retorno [4] Ar para o ambiente Umidificador 1 Água Umidificador 2 Água QR [7] [6] [3] Trocador de calor 15) Uma instalação de condicionamento de ar de verão opera de acordo com a figura a seguir. exaustão retorno TBS=25 o C qta ar externo TBS = 32 o C TBU = 26 o C S.R.D. m s = 0,012 kg s /s ( I ) TBS = =14 o C TBU = 13 o C Q = 2,0 m 3 /s
4 Determine: a) A temperatura de bulbo seco do ar na entrada da serpentina de resfriamento e desumidificação b) Os fluxos de massa de ar de retorno e de ar externo c) A capacidade total, sensível e latente da serpentina de resfriamento e desumidificação d) A carga térmica total ambiente do espaço sendo condicionado e) A que se deve a diferença entre os valores calculados nos itens c e d? 16) Um sistema de condicionamento de ar opera de acordo com a Figura a seguir e nas seguintes condições: Ar externo : TBS = 32 oc, = 60% Ambiente Climatizado : TBS = 25 oc, W = 10,5 gs/kga Fração de ar externo : 40% Temperatura média de orvalho da serpentina : 10 oc Fator de by-pass da serpentina : 10% Temperatura de insuflamento : 17 o C Carga sensível ambiente (qsa) : 20 kw Carga latente ambiente (qla) : 5 kw Pede-se: a) O estado do ar após a serpentina de resfriamento e desumidificação b) O estado do ar após as resistência elétricas c) O fluxo de massa de ar de insuflamento d) As proporções de ar quente e frio na caixa de mistura d) A potência dissipada pelas resistências elétricas e) A capacidade total, sensível e latente da serpentina de resfriamento e desumidificação OBS.: A parcela de energia associada com o condensado pode ser desprezada. resistências elétricas Q qsa qla E R M caixa de F mistura serpentina de resfriamento e desumidificação I R exaustão 17) Durante os meses de inverno é possível resfriar e desumidificar um ambiente usando apenas ar externo. Uma instalação de condicionamento de ar foi projetada para fornecer um fluxo de massa de ar de 2,8 kg a /s, a qual pode ser toda de ar externo. A carga térmica total ambiente e o fator de calor sensível ambiente são constantes ao longo do ano e assumem os valores de 35 kw e 0,8, respectivamente. O ambiente deve ser mantido a 25 o C (TBS) e 19 o C (TBU). a) Quais são a máxima temperatura de bulbo seco e umidade absoluta do ar externo para contrabalancear a carga apenas com ar externo. b) Considere uma outra data quando o ar externo encontra-se a 4 o C (TBS) e 20% de umidade relativa. Ar de retorno pode então ser misturado ao ar externo para resfriar o ambiente. Neste caso será necessário
5 umidificar esta mistura. Assuma que você dispõe de vapor saturado a 100 o C. Calcule a massa de vapor d água necessária ao processo de umidificação e as vazões mássicas de ar externo e de retorno. c) Em uma outra data o ar externo encontra-se a 21 o C (TBS) e 90% de umidade relativa. Neste caso o ar externo deve ser misturado com o ar de retorno para posteriormente passar através de uma serpentina de resfriamento e desumidificação que possui uma temperatura média de orvalho de 10 o C. Determine as vazões mássicas de ar externo e de retorno para satisfazer plenamente a carga. d) Determinar a capacidade total de refrigeração da serpentina nas condições do item c. 18) Um ambiente é climatizado através de um sistema de condicionamento de ar do tipo dutos duplos (esquema a seguir). Neste sistema ar frio (F) a 11 o C (TBS) e 90% de umidade relativa é misturado numa caixa de mistura (CM) com ar quente (Q) a 32 o C (TBS) e 30% de umidade relativa, antes de ser insuflado no ambiente. O ambiente (R) deve ser mantido a 24 o C (TBS) e 50% de umidade relativa. A carga térmica total ambiente (ganho de calor sensível e latente) é de 210 kw e o fator de calor sensível ambiente é de 0,65. Considerando que este ambiente se encontra num local cuja altitude é de 1500 m (p t = 85 kpa), determine os fluxos de massa de ar frio e de ar quente. TBS = 11 o C, = 90% ( F ) C. M. ( I ) TBS = 24 o C QTA = 210 kw FCSA = 0,65 ( Q ) TBS = 32 o C, = 30% ( R ) 19) Uma instalação de condicionamento de ar opera de acordo com a figura a seguir. Determine: a) A temperatura de bulbo seco do ar antes das resistências elétricas b) B) A umidade relativa resultante no cambiente condicionado Resistência de Pré-aquecimento Resistência de reaquecimento qsa = 24 kw TBS = 25 o C = 90% TBS = 20 o C Água a 11 o C Q = 2,5 m 3 /s, TBS = 5 o C, TBU = 1 o C QLA = 10 kw 20) Uma edificação possui uma carga térmica total de verão de 410kW. A porção latente desta carga é de 100 kw. O ambiente deve ser mantido a 25 o C (TBS) e 50% de umidade relativa. Ar externo a 38 o C (TBS) e 50% de umidade relativa é fornecido ao ambiente numa proporção de 10% em relação a vazão mássica de ar sendo insuflado. A temperatura de insuflamento é 18 o C. Determine: a) O estado do ar na entrada e na saída da serpentina de resfriamento e desumidificação
6 b) A vazão mássica de ar sendo insuflado no ambiente c) A capacidade, a temperatura média de orvalho, o fator de by-pass e o fator de calor sensível da serpentina de resfriamento e desumidificação. 21) Uma vazão mássica de 2,0 kg a /s de ar, na condições de = 60% e W = 13 g s /kg a, altitude = 750 m, circula através de uma serpentina de resfriamento e desumidificação. A umidade absoluta do ar após passar pela serpentina é de 10 g s /kg a. Se este ar é utilizado para condicionar um ambiente, cuja temperatura deve ser mantida em 25 o C e cuja carga térmica latente (ganho) é de 12 kw, determine a umidade relativa resultante no ambiente. Admita que a pressão atmosférica varia com a altitude de acordo com a seguinte relação: P ( kpa ) t 99, 436 0, 01 H ( m ). 22) Uma instalação de condicionamento de ar é disposta como indicado a seguir. As seguintes condições são conhecidas: Sala 1 (TBU =16 o C, = 80%) Sala 2 (TBS = 27 o C, TBU = 19 o C) Sala 3 (TBS = 25 o C, = 30%) Sala 4 (TBS = 17 o C, TBU = 10 o C) FCSA 1 = FCSA 3 FCSA 4 = FCSA 2 Ar externo (TBS = 35 o C, = 60%) Temperatura de bulbo seco do ar nos pontos Z e Y = 21 o C Temperatura média de orvalho da serpentina ( t i ) = 5 o C Fator de by-pass da serpentina ( X ) = 10% ae ab 0,70 0,20 aa am Fluxo de massa total de ar em circulação = 4,5 kg a /s Carga térmica total ambiente na sala 2 = 5,0 kw Pede-se: a) O estado do ar de insuflamento b) A fração da massa de ar em circulação que passa pelo by-pass e a capacidade das resistências elétricas c) O fluxo de massa total de exaustão d) O fluxo de massa sendo insuflado em cada sala EXAUSTÃO Z QL1 S1 S2 QS2 B S.R.D. RESISTÊNCIAS ELÉTRICAS QS1 QL2 M S N I A E AR EXTERNO BY-PASS QS4 S4 S3 QS3 C QL4 QL3 EXAUSTÃO Y