Programa para Estimativa das Propriedades Psicrométricas

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.4, n.1, p.63-70, 2002 63 PROGRAMA PARA ESTIMATIVA DAS PROPRIEDADES PSICROMÉTRICAS Marcos Fábio de Jesus1, Gabriel Francisco da Silva2 RESUMO A obtenção das propriedades psicrométricas é de fundamental importância nos processos psicrométricos de climatização, refrigeração, resfriamento e congelamento, umidificação e desumidificação do ar, secagem e desidratação de produtos úmidos, como também em controle ambiental e em meteorologia. As variáveis mais comuns nestes processos são: temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido, umidade relativa, umidade absoluta, pressão de vapor, volume específico, entalpia específica, calor sensível e temperatura do ponto de orvalho. Na simulação e controle desses processos é imprescindível o conhecimentos destas variáveis. Este trabalho propõe a implementação de um programa em linguagem visual para o ambiente Windows que simule as cartas psicrométricas existentes com erro mínimo. Palavras-chave: propriedades psicrométricas, carta psicrométrica, linguagem visual. PROGRAM TO ESTIMATE OF AIR PSYCHOMETRICS PROPERTIES ABSTRACT The attainment of the psychometrics properties has fundamental importance in the psychometrics processes of acclimatization, refrigeration, cooling and freezing, air moistening and un-moistening, drying and dehydration of humid products, and in ambient control and meteorology. The most common variable in these processes are: dry bulb and humid bulb temperatures, relative humidity, absolute humidity, vapor pressure, specific volume, specific enthalpy, sensible heat and the dew point temperature. It is essential the knowledge of these variables in the simulation and control of these processes. This work proposes the implementation of a program with a visual language for the Windows environment that simulates the existing psychometrics charts with minimum error. Keywords: psychometric properties, psychometric chart, visual language ___________________________________ 1 Aluno de Engenharia Química/UFS, Bolsista PIBIQ/CNPq, [email protected] 1 Professor do DEQ/CCET/UFS, DEQ/CCET/UFS, Cidade Universitária, Jd. Rosa Elze, São Cristóvão-SE, CEP: 49.100.000, Fax: (79)212.6684, Email: [email protected] Isto. 2 89. quaisquer duas das variáveis independentes. 2002 .0998405 10 Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. T 11654551 .64 0. 8963121 . bulbo úmido e ponto de orvalho.150799 ln(TBU ) 3 1. 10 8 T3 2.1. Estas cartas. Em ar condicionado. possibilita ao usuário executar várias leituras consecutivas. o que restringe a alguns sua utilização. denominadas diagramas ou cartas psicrométricas. Portanto. entalpia e volume específico. temperatura de bulbo úmido ou umidade relativa obtidas em psicrômetro colocado dentro do sistema de condicionamento de ar.16 T 393. significativamente. na maioria dos casos.4. resultando daí a importância da psicrometria. A carta psicrométrica é elaborada referida à pressão do nível do mar. em duas a duas variáveis conhecidas. mas sim uma mistura de ar e de vapor d’água. cuja localização. foram as propostas por Wilhelm (1976) que apresentam uma ótima precisão e exatidão.0998405 10 11 T4 12. já que é um trabalho muito minucioso e portanto. Assim. além de propiciar uma maior chance de erros. Campina Grande.16 TBU 273. pressão parcial e pressão de vapor. que são denominadas propriedades psicrométricas. enquanto em outros é adicionada (umidificação). simplificam. somente com a entrada de duas propriedades psicrométricas disponíveis. 10 5 TBU TBU 11 4 TBU 12. Na elaboração de projetos. 002399897 .64 T T 273.02399897TBU 11654551 . pela Trane company e por outras empresas fabricantes de equipamentos de ar condicionado.344438 ln(TBU ) TBU p/ ln(PVU ) 233. publicadas pela Carrier corporation. O uso das cartas psicrométricas requer habilidade por parte do usuário. Qualquer ponto na carta é denominado de ponto de estado. A psicrometria se acha sempre presente na elaboração de projetos e na execução e manutenção das instalações de conforto ambiental e de ar condicionado. além das vantagens supracitadas. p. ao chamado diagrama de Mollier para o ar úmido. serpentinas de desumidificação e resfriamento. umidade absoluta e relativa. são necessários dois procedimentos. é fixada por duas propriedades psicrométricas.64 INTRODUÇÃO Psicrometria é o estudo das misturas de ar e vapor d’água. São representadas em unidades inglesas e no sistema internacional. de 760 mmHg.2779 233.16 (2a) 751152 .O modelo matemático inclui as equações de temperatura de bulbo seco. a aplicação da modelagem matemática das equações e conseqüente simulação computacional das cartas psicrométricas. 10 5T2 T 12810336 .2810336 10 8 TBU 2. nas de ar condicionado. principalmente de condicionamento de ar. Em alguns processos. Como são seis variáveis.16 6238. são necessárias quinze procedimentos de cálculos. relacionam várias grandezas que se consideram em instalações de ventilação e. torres de resfriamento e condensadores evaporativos. nunca combinação. lento.63121 0. é possível calcular as demais. necessita-se de determinadas propriedades. MATERIAIS E MÉTODOS Metodologia de Cálculo . v. As propriedades psicrométricas. ou seja.344438 ln(T) (1a) 751152 . para uma dada pressão atmosférica. principalmente. sistemas de ar condicionado. extinguindo os erros de leitura. A simulação computacional das cartas psicrométricas. Segundo o modelo proposto por Wilhelm (1976). quando comparados aos valores experimentais. em princípio. o ar não é seco.16 0. é praticamente inviável com a leitura manual das cartas. Da mesma forma que as cartas.150799 ln(T) p/ 273. neste trabalho.63-70. são obtidas através de cartas.2779 6238. As equações utilizadas para simular as cartas psicrométricas. as equações empregadas no Sistema Internacional são: Pressão de Vapor na Saturação ln( PVS ) p/ ln(PVS) 24. e pode ser usada com suficiente exatidão para pressões compreendidas entre 736 e 787 mmHg. seu uso. Existem diversas cartas psicrométricas. a água é removida do ar (desumidificação). Correspondem. n. Os princípios da psicrometria são aplicados diretamente em assuntos relacionados com o cálculo da carga térmica. No processamento de ar condicionado geralmente as variáveis conhecidas são temperatura de bulbo seco.16 (1b) Pressão de Vapor na Temperatura do Bulbo Úmido ln( PVU ) 24. Os Procedimentos mais utilizados são mostrados a seguir (PTBSBU. UA. n.1.65 p/ 273. 04) Calcular: PVS pelas Equações 01a e 01b.63-70. RA = 0.478 ln(PV ) 19910 . 6 2 1 9 8[ P V S / ( P 0. t 4. 11) Calcular. 03) Converter t em oC em T em K. Será implementado um programa computacional. usando o valor de UA.994 12. 06b e 06c. p. temperatura. em simulação de processos. 07) Calcular: UA pela Equação 03a. em linguagem visual. temperatura de bulbo úmido.983 14. 03) Converter: t em oC para T em k.62198[PV / (P PV )] (3a) (2501 2. usando o valor de UA. 02) Parâmetros: P e RA. v. não são variáveis mensuráveis. tPO pelas Equações 06a.0790(ln(PV ))2 p/ 0 t 50oC (6b) t PO 1380 . usando o valor de PVS. As demais variáveis são variáveis independentes.Nos processos psicrométricos as variáveis mais comuns são a temperatura de bulbo seco.16 TBU 393.41 ln( PV ) 0. em alguns processos são variáveis de cálculos.186 t BU p/ -50 t 110oC UA Umidade Absoluta na Saturação (3b) U AS U AU 0 . Portanto. entalpia. onde entram em balanço de massa e de energia.775 t ) p/ -50 t 110oC (8a) Unidades . geralmente. 02) Parâmetros: P e RA. O volume específico e a entalpia.K.16 Umidade Absoluta (2b) Procedimentos . usando o valor de UA. UR. (ln(PV ))2 p/ 50 t 110oC (6c) Volume Específico v RAT (1 1. usando PV. (t t BU ) 2501 1775 .38 ln(PV ) 1. volume específico. 05) Calcular: UAS pela Equação 04a. 08) Calcular: UA pela Equação 03b. usando o valor de PVS. 06) Calcular: PV pela Equação 05a. 04) Calcular: PVU pelas Equações 02a e 02b. v e h. v em m3/kg.006. 2002 . Pressão total. 10) Calcular: UR pela Equação 05a. 09) Calcular: PV pela Equação 03a. serão necessários quinze procedimentos de cálculos. 06) Calcular: PVS pelas Equações 01a e 01b. PTBSUR): a) PTBSBU (Entrada: temperatura de bulbo seco e bulbo úmido) 01) Entrada: t e tBU. é importante que estas propriedades sejam conhecidas. 9.t U A (2501 1.62198[ PVU / ( P P V S )] (4a) (4b) PVU )] Umidade Relativa UR PV / PVS (5a) Temperatura do Ponto de Orvalho t PO 5.6078 U A ) P (7a) Entalpia Específica h 1. com todos estes procedimentos. b) PTBSUR (Entrada: temperatura de bulbo seco e umidade relativa) 01) Entrada: t e UR. tPO. Campina Grande. h em kJ/kg.28705 kJ/kg. 12) Calcular: v pela Equação 07a. UA 0. 13) Calcular: h pela Equação 08a. PTBSUA. usando o valor de PVS. usando o valor de PVU. usando o valor de UAU. para um sistema de seis variáveis independentes com combinação dois a dois. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. tBU. Constante dos gases.4. 07) Calcular: UAS pela Equação 04a. P = 101.325 kPa. 05) Calcular: UAU pela Equação 04b. usando os valores de PV e PVS.4273(ln( PV )) 2 p/ -50 t 0o C (6a) t PO 6. usando o valor de PV. T em K e t em oC.411 t BU )UAU 1006 .As equações estão no Sistema Internacional. No entanto. 14) Saída: t. umidade relativa e umidade absoluta. 00 2.00 90. v e h. 14) Saída: t. 10) Calcular: h pela Equação 08a.4. UR. Compara-se os dois valores de UAU obtidos pelas Equações 03b e 04b.00 2.00 70.39879 1. 11) Calcular: tBU.01475 1.33730 0. como previstos. usando o valor de PVS. tBU.42 --1. bem como os valores experimentais e os respectivos erros entre eles.068 0.22804 0. 11) Calcular: tBU. 10) Calcular: h pela Equação 08a.032 Experimentais 20.81186 E (%) 0.81160 PTBSBU * * 10. requer a entrada da temperatura de bulbo úmido e da umidade absoluta.43 --2.1140 1. A Tabela 1 mostra os resultados encontrados através da sub-rotina PTBSBU e PTBUUA.00 0.052 PTBUUA 9.00766 1.218 --0.00 10.34722 * 1.00 10.01 0. As sub-rotinas apresentam resultados.63-70. requer a entrada da temperatura de bulbo seco e da umidade relativa. tBU.042 PTBUUA 78. calcula-se UAU usando a Equação 03b e PVU pela Equações 02a e 02b. usando PV. Tbs Tbu Tpo Ua Ur V H Propriedades (ºC) (ºC) (ºC) (kg/kg) (dec.40 0. 02) Parâmetros: P e RA.004 Experimentais 90. 09) Calcular: v pela Equação 07a. usando os valores de PV e PVS. Campina Grande. PTBSUA. RESULTADOS E DISCUSSÃO As sub-rotinas implementadas para o programa PSIC são: PTBSBU.34261 E (%) ------0.84983 E (%) 0.4018 * 1. supondo um valor inicial. usando o valor de UA.3412 PTBSBU * * 90.23269 * 1.33871 0.81202 E (%) ------0.00 1.22720 0.00 0.00 90.20 0. 2002 . calcula-se UAU usando a Equação 03b e PVU pela Equações 02a e 02b. 07) Calcular: UR pela Equação 05a. p.00 0. n. PTBUUA. 06b e 06c. 04) Calcular: PVS pelas Equações 01a e 01b.65 --0.2672 E (%) 12.66 08) Calcular. 14) Saída: t. 08) Calcular.21 Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. PTBSUR.69 70. usando o valor de UA.84980 PTBSBU * * 20. UA. 06) Calcular: PV pela Equação 03a.00 3. Compara-se os dois valores de UAU obtidos pelas Equações 03b e 04b. tPO pelas Equações 06a.00 2. 09) Calcular: v pela Equação 07a. usando o valor de UA. usando PV.034 1.41 --56.87 * 20.01 0. tPO. A tabela 2 nos mostra os resultados obtidos a partir da carta psicrométrica da Carrier no sistema internacional de unidades confrontados com os resultados obtidos através das subrotinas PTBSBU e PTBSUA.060 0. quando comparados com resultados obtidos experimentalmente. UA. UR. v e h.85013 E (%) ------0. PVH.039 PTBUUA 19.00 3.45 --1. calcula-se o valor de UAU pela Equação 04b usando o valor PVU.) (m3/kg) (KJ/kg) Experimentais 10.13784 1. 06b e 06c. 05) Calcular: UAS pela Equação 04a.1.00 70. v. calcula-se o valor de UAU pela Equação 04b usando o valor PVU. supondo um valor inicial.00 20.392 --0. usando o valor de UA.04 2.04 1. Tabela 2 – Comparação dos dados experimentais e os obtidos pelas subrotinas PTBSBU e PTBSUA. requer a entrada do volume específico e da entalpia específica.57 0.00 0. tPO pelas Equações 06a.00 1. c) PTBSUA (Entrada: temperatura de bulbo seco e umidade absoluta) 01) Entrada: t e UA.00 0.41604 1.01470 1. tPO. 03) Converter: t em oC para T em k.71 --0. com uma boa exatidão e precisão.00763 1.00 20.339 --0.929 * 10.81 * 87.56 3. requer a entrada da temperatura de bulbo seco e da umidade absoluta. requer a entrada das temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido.00 0. 73 Carta Psicrométrica 55. que possibilita acesso à todas as operações do programa.954 96.) (m3/kg) (KJ/kg) Carta Psicrométrica 20.12 0. A Figura 3 nos mostra os dados psicrométricos determinados pelo programa Psic 5. que são no número de quinze (15). que possui finalidade idêntica ao menu superior.47 ---------7. O usuário terá acesso não só a carta psicrométrica recém determinada.42 0. um menu na parte superior. a todas as outras.750 0.4 E (%) --------1.0 Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais.25 PTBSUA * 22.954 96.1.99 0.0159 0.7 24. n.0160 0.3 * 0.62 A Figura 1 mostra a tela principal do programa Psic 5.0 20.0 0.9 E (%) ------0.37 * 0.2 0.63 2.0159 0. Figura 1 – Tela principal do programa PISIC 5.32 0.0 22.0 29. e um botão semelhante ao botão “INICIAR” do Windows.7 21. v. Para ver as outras dados. pode-se observar. Para fazer a determinação da carta psicrométrica basta escolher a sub-rotina desejada.6 E (%) ---------0.34 --0.869 66. p.161 0.87 PTBSUA * 20.72 PTBSUA * 29. Nesta tela.0147 1.0.79 1.851 57.951 97.8 E (%) ------14. uma barra de status.01 0.0” localizado no canto inferior esquerdo da tela principal.2 * 1. Para ter acesso a esta tela.756 0. Estes dados podem ser impressas individualmente ou todas na forma de tabela.9 E (%) ------15.63 0. A figura 4 mostra a tabela que contém todas os dados psicrométricos já determinadas.0.0 ---2.0160 0.9 E (%) ---0.869 66.42 0.9 PTBSBU * * 20.6 21.44 0.0 0.165 0. mas também.161 0. além do nome do programa e do órgão financiador do projeto. A Figura 2 mostra as sub-rotinas disponíveis no programa Psic 5. use a opção “Nova determinação”.2 0. já determinados.854 62. digitar as variáveis.00 0.0149 1.0. com base nas variáveis psicrométricas de entrada. Para isso basta escolher a opção “Carta Psicrométrica”.1 PTBSBU * * 21. basta clicar em “Ativar Sub-rotinas” no menu superior ou no menu do botão “Psic 5. Tbs Tbu Tpo Ua Ur V H Propriedades (ºC) (ºC) (ºC) (kg/kg) (dec. 2002 .12 ---Carta Psicrométrica 26.99 ---0.63-70.76 7.2 0. seguindo de “Enter” e por fim em “Executar”.7 21.32 0.0 20.00 0. Campina Grande.756 0.5 PTBSBU * * 24.850 57.850 57.3 0. basta apertar numa das setas do navegador.67 Tabela 2 – Comparação dos dados obtidos pela carta psicrométrica e as subrotinas PTBSBU e PTBSUA.6 0. que fornece informações como: nome do usuário e horas.0 20.4. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. n. Campina Grande. p.4.63-70. v. 2002 .0 Figura 3 – Carta Psicrométrica Obtida Através do Programa Psic 5.0.68 Figura 2 – Subrotinas disponíveis no programa PSIC 5.1. . E. que a seqüência de cálculo proporciona uma variação no erro. Cown. Dantas. Campina Grande. D.4. também. n.63-70. A comparações feitas pelas tabelas 1 e 2. etc. em forma de tabela. Ratti. sistemas de ar condicionado. n. G. Segunda Edição.. Ventilação industrial e controle de poluição. M. Campina Grande. G. E. 1991. 1990. M. Observou-se. F. J. Drying Technological. processos de secagem. 243p. Crapiste. v. e Wall. quando se utiliza uma umidade relativa de 100%. n.1. 1974.3. W.575-580. v. serpentinas de desumidificação e resfriamento.69 Figura 4 – Modo de impressão das cartas psicrométricas. p. PSYCHR: Um programa de computadora para cálculo de propiedades psicrométricas. H. v. UFPB.. mostram que o programa PSIC é viável no que diz respeito principalmente a precisão dos resultados e a praticidade em obtê-los. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. Baker-Arkeman. Avi. L. A. p. 1989. e Braga. p. CONCLUSÕES Verificou-se que as subrotinas apresentam um erro relativamente maior em relação aos dados experimentais. Assim..1. 2002 . C. condensadores evaporativos... com base nos dados obtidos e discutidos.7. 98p. C. E. W. e Rotstein.0.1. 265p. podemos afirmar que o programa PSIC é perfeitamente utilizável na determinação das propriedades psicrométricas para elaboração de projetos e cálculos de carga térmica. D. (Dissertação de Mestrado). Processamento de urucum em leito de jorro. o erro é praticamente insignificante. Drying cereal grains. evidenciando a necessidade de um estudo mais detalhado sobre a sua propagação nas equações propostas pela metodologia utilizada neste trabalho. R. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS Brooker. Rio de Janeiro. Westport.33-50. A. obtidas pelo programa PSIC 5. Programa computacional para simulação de secagem de grãos. Silva. Editora Guanabara. Engenharia Química. M. F. B. Macintyre. Cavalcanti Mata. 1999. Mas em valores de umidade relativa diferentes de 100%. 1976. Campina Grande. São Paulo.. R. 318-325. 1985. F e Jones. of the ASAE.4. v.63-70. Graw-Hill. Trans. W.70 Stoecker. W.. Numerical calculation of psychrometrical properties in SI units. L.1. n. J. 2002 . Refrigeração e ar condicionado. Wilhelm. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. Mc. (19). p. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.daneprairie.This document was created with Win2PDF available at http://www.com. .