Psicometria aplicada à refrigeração

A Psicrometria é o estudo relacionado às propriedades termodinâmicas do ar úmido (mistura de ar seco com vapor d’água), tais como temperatura, umidade, entalpia e volume específico. Todas estas propriedades podem ser visualizadas e relacionadas na Carta Psicrométrica:

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PROPRIEDADES:

 

Volume Específico

O volume específico representa o volume ocupado por um quilograma de ar seco (m³/kg) em uma condição específica. O inverso deste valor representa a densidade do ar (kg/m³), ou seja, quanto menor o volume específico, maior a densidade do ar.

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Entalpia

A entalpia indica o total de energia térmica que o ar úmido possui em uma determinada condição (kJ/kg). Representa uma parcela de energia do ar seco e uma parcela de energia do vapor d’água.

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Temperatura de Bulbo Seco:

É a temperatura indicada por um termômetro comum, exposto ao ar atmosférico e sem influencia da radiação solar. Esta temperatura não é afetada pela umidade do ar.

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Temperatura de Bulbo Úmido:

É a temperatura medida por um termômetro que tem seu bulbo coberto por um algodão molhado.

A evaporação desta água absorve calor do algodão, o que faz com que a temperatura medida por este termômetro seja menor que a medida pelo termômetro de bulbo seco.

Quanto mais seco estiver o ar, maior será a capacidade de evaporação da água no algodão, e consequentemente, menor será a temperatura indicada neste termômetro.

Quando o ar estiver muito úmido, a capacidade de evaporação da água no algodão diminui, fazendo com que a temperatura de bulbo úmido seja muito próxima da temperatura de bulbo seco.

 

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Ponto de Orvalho:

É a temperatura de saturação do vapor presente no ar.

Quando este ponto é alcançado (100% de umidade relativa), as temperaturas de Bulbo Seco, Bulbo Úmido e de Orvalho são iguais. É quando se inicia a condensação do vapor presente no ar.

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Umidade Específica (ou Absoluta):

É a proporção em massa de vapor d’água para cada unidade de massa de ar seco (kg de vapor d’água/kg de ar seco).

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Umidade Relativa:

É a fração de vapor d’água presente no ar. Seu valor indica se o ar está seco ou úmido para uma determinada condição. Valores altos indicam um ar úmido, com pouca capacidade de absorção de água. E valores baixos indicam um ar seco, com maior capacidade de absorver a umidade do ambiente.

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Enquanto a umidade específica indica a quantidade real de água presente no ar, a umidade relativa indica se o ambiente está seco ou úmido para uma determinada condição.

 

De maneira geral, uma grande diferença entre a temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido indica um ambiente seco, com baixa umidade relativa, adequado para armazenagem de bebidas, produtos embalados e frutas de casca dura. Esta condição não é recomendada para a armazenagem de carnes sem embalagem, pois pode ressecar o produto.

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Uma pequena diferença entre a temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido indica um ambiente úmido, com alta umidade relativa. Adequado para a armazenagem de carnes sem embalagem, vegetais e frutas de casca fina.

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Uma condição em que a temperatura de bulbo seco e bulbo úmido são iguais indica que o ar está saturado e que foi atingido o ponto de orvalho (100% de umidade relativa). Esta situação não é recomendada em câmaras frigoríficas, pois a umidade do ar poderá se condensar nos produtos armazenados e contribuir com a proliferação de microrganismos.

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PROCESSO DE RESFRIAMENTO DO AR

As condições de umidade dentro de uma câmara frigorífica podem ser controladas através do DT de evaporação (diferença entre a temperatura da câmara e a temperatura de evaporação do sistema).

A umidade presente no ar tente a se condensar na serpentina do evaporador. Ou seja, o ar entra no evaporador com uma parcela de umidade e perde parte dela ao passar pela serpentina.

 

Apesar de perder umidade específica, a umidade relativa do ar tende a aumentar durante o processo de resfriamento. Isso ocorre porque a densidade do ar aumenta quando o mesmo é resfriado e o teor de umidade passa a ser mais significativo na mistura ar-vapor.

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Quanto maior for o DT de evaporação, mais fria a serpentina vai estar em relação ao ar e mais intensa será a condensação do vapor que passa por ela. Desta maneira, haverá um aumento menos expressivo na umidade relativa, porém, uma maior redução na umidade específica:

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O DT de evaporação deve ter seu valor definido durante o projeto de uma câmara frigorífica, de acordo com o tipo de produto que será armazenado. A tabela abaixo indica uma relação entre DT de evaporação e umidade relativa da câmara recomendados para cada tipo de produto:

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PROCESSO DE DESUMIDIFICAÇÃO

Um processo de desumidificação consiste em duas etapas, uma de resfriamento e outra de aquecimento.

A etapa de resfriamento é a mesma de um evaporador tradicional. O ar passa pela serpentina, é resfriado, perde umidade específica, aumenta sua densidade e aumenta sua umidade relativa (processo A-B).

Depois de ser resfriado, o ar passa por um processo de aquecimento, que pode ser elétrico ou por uma serpentina aquecida (semelhante a um sistema de degelo a gás quente). Durante o aquecimento, o ar mantém sua umidade específica constante, alterando somente sua temperatura de bulbo seco. Neste processo, a densidade e a umidade relativa do ar diminuem (processo B-C).

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CONDENSAÇÃO ADIABÁTICA

O termo adiabático se refere a um processo em que não há troca de calor. No caso de uma “condensação adiabática” há uma etapa antes da condensação que é adiabática, onde se reduz a temperatura do ar ao adicionar umidade a ele.

 

O resfriamento do ar é obtido ao se aumentar sua humidade específica. Isso ocorre através de borrifadores de água ou por um sistema de calhas por onde o ar é obrigado a passar e onde recebe parte desta umidade. Nesta situação, como não há troca de calor, não há variação de entalpia, portanto, esse aumento na umidade reflete em uma redução na temperatura de bolbo seco (processo A-B). Com isso, o ar chega à serpentina com uma temperatura mais baixa, favorecendo a condensação, que irá ocorrer com um DT maior (processo B-C).

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