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Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido

Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido. Mistura de ar e vapor d’água Objetivo: Determinar as propriedades termodinâmicas de uma mistura a partir das propriedades dos componentes puros Propriedades termodinâmicas de misturas não se encontram disponíveis. Exceção: Ar atmosférico.

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Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido

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  1. Capítulo 10 :Misturas de gases Ar úmido • Mistura de ar e vapor d’água • Objetivo: Determinar as propriedades termodinâmicas de uma mistura a partir das propriedades dos componentes puros • Propriedades termodinâmicas de misturas não se encontram disponíveis. • Exceção: Ar atmosférico

  2. Misturas de gases ideais • Misturas de N componentes • Concentração : Ci = mi /mt • Fração molar: yi = ni /nt • Ci = mi /mt = ni Mi /nj Mj = ni Mi /nt nj Mj /nt • Ci = yi Mi /yj Mj • Massa molecular para a mistura • Mmist = mt /nt = ni Mi /nt =  yi Mi

  3. Modelo de Dalton • A mistura de gases e cada gás se comporta como um gás ideal • PV/RT = PAV/RT + PB V/RT • P = PA + PB • PA = yAP • Equação de estado para uma mistura de gases ideais sobre uma base de massa: PV = m Rmist T Rmist = R / Mmist

  4. Mistura de gases ideais • A entropia de cada componente é • Si = S0Ti – Ri ln ( yiP /P0) • S = -R nk ln yk • O aumento na entropia do sistema depende do número de moles dos gases componentes e independe da composição do gás

  5. Mistura de gases ideais • Variação de energia: U2 – U1= Cv 0 mist (T2 – T1) Cv 0 mist = cA Cv 0 A + cB Cv 0 B Cv = ( u /  T )v Variação de entalpia h2 – h1 = Cp 0 mist (T2 – T1) Cp 0 mist = cA Cp 0 A + cB Cp 0 B Cp = ( h /  T )p

  6. Ar úmido : Gases e vapor • A fase sólida ou líquida não contém gases dissolvidos • A fase gasosa é uma mistura de gases ideais • O equilíbrio entre a fase condensada e o vapor não é influenciado pela presença do outro componente • Quando o equilíbrio é atingido, a pressão parcial do vapor é a pressão de saturação à T da mistura

  7. Ar úmido : Gases e vapor • Ponto de orvalho: T na qual o vapor se condensa quando é resfriado num processo à pressão constante • Ar saturado: se o vapor está na temperatura e pressão de saturação • Umidade relativa =  = fração molar do vapor na mistura / fração molar do vapor numa mistura saturada à mesma T e P •  = Pv / Pg = pressão parcial do vapor na mistura / pressão de saturação do vapor à mesma T

  8. Ar úmido : Gases e vapor • Umidade absoluta =  = massa de vapor d’água, mv / massa de ar seco, ma •  = Pv V/ RvT = RaPv / RvPa Pa V/ RaT  = MvPv / MaPa  = 0,622 Pv /Pa

  9. A Primeira Lei da Termodinâmica • Durante qualquer ciclo percorrido por um sistema (massa de controle), a integral cíclica do calor é proporcional à integral cíclica do trabalho. • Qv.c + ma ha1 + mv1 hv1 = ma ha2 + mv2 hv2 + ml2 hl2 • Qv.c / ma = ha2 - ha1 + 2 hv2 - 1 hv1 + (1 - 2) hl2 •  = mv / ma

  10. Processo de Saturação Adiabática • Mistura ar + vapor + contato com água = ar + vapor saturado P = cte • A reposição de água deve ser feita à temperatura de saturação adiabática e na mesma taxa com que a água evapora • Desprezando variações nas energias cinética e potencial: • ha1 + 1 hv1 + (2 - 1) hl2 = ha2 + 2 hv2 • 1 (hv1 - hl2) = 2 ( hv2 - hl2) + Cpa (T2 – T1)

  11. Temperatura de bulbo úmido e bulbo seco • O bulbo do termômetro de bulbo úmido é coberto com uma mecha de algodão saturado com água. Se a mistura ar-vapor não está saturada, uma parte da água do algodão evapora e difunde-se no ar circulante, o que causa o resfriamento da água na mecha. Calor é transferido do ar e do termômetro para a mecha, causando um efeito global de resfriamento.

  12. Problema 10.9 • Um tubo, com área de seção transversal de 0,1 m2, transporta uma mistura a 200 kPa e 290 K com 75% de O2 e 25% de N2 em base molar e com uma velocidade de 25 m/s.Para instalar e fazer operar um medidor de vazão mássica, é necessário conhecer a massa específica e a constante da mistura gasosa. Quais são elas? Que vazão mássica o medidor mostrará então?

  13. Problema 10.45 • Um escoamento de 1Kg/s de ar úmido saturado (umidade relativa de 100%) a 100 kPa e 10ºC passa através de um trocador de calor e sai a 25ºC. Qual é a umidade relativa na saída e qual a potência térmica requerida?

  14. Problema 10.66 • Use a carta psicrométrica para determinar as propriedades que faltam dentre :, , Tb.s. e Tb.u. • A) Tb.s. = 25ºC e  = 80% • B) Tb.s. = 15ºC e  = 100% • C) Tb.s. = 20ºC e  = 0,008 • D) Tb.s. = 25ºC e Tb.u. = 23ºC ,

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