Calculadora de humidade relativa e humidificação
Estime como varia a humidade relativa quando o ar exterior é aquecido ou arrefecido e a quantidade de água a adicionar ou remover para atingir uma humidade-alvo no interior.
Este é um cálculo preliminar de AVAC baseado no modelo de gás ideal, a pressão constante, não um modelo de compartimento rígido e hermeticamente fechado nem um projeto completo de humidificador/desumidificador. Abrange temperaturas de −20 a 50 °C e pressões absolutas de 60 a 110 kPa. A humidade relativa (HR) é referida à água líquida, incluindo água sobrearrefecida abaixo de 0 °C. Os resultados abaixo de zero não garantem a ausência de formação de geada.
Resultados calculados
| Razão de humidade do ar exterior, g de água/kg de ar seco | |
|---|---|
| Humidade absoluta do ar exterior, g de água/m³ de ar exterior | |
| HR interior após apenas a alteração de temperatura, % | |
| Humidade absoluta interior antes do ajuste da humidade, g de água/m³ | |
| Razão de humidade-alvo, g de água/kg de ar seco | |
| Tratamento de humidade necessário | |
| Variação necessária da razão de humidade, g de água/kg de ar seco | |
| Volume do compartimento utilizado, m³ | |
| Massa volúmica do ar húmido interior antes do ajuste da humidade, kg/m³ | |
| Massa inicial de ar seco no compartimento, kg | |
| Adição ou remoção única de água, kg (aproximadamente L) | |
| Fração de ar exterior no caudal total de ar, % | |
| Caudal de ar exterior nas condições-alvo interiores, m³/h | |
| Adição ou remoção de água devida à ventilação, kg/h (aproximadamente L/h) |
Compreender a humidade relativa e a necessidade de água
A humidade relativa compara a pressão parcial do vapor de água com a pressão de vapor de saturação à mesma temperatura. Não representa a quantidade de água por quilograma de ar. A razão de humidade é a massa de água por quilograma de ar seco; a humidade absoluta é a massa de água por metro cúbico de ar húmido. Estas unidades não devem ser confundidas.
Durante o aquecimento sensível a pressão constante, sem troca de humidade, a razão de humidade mantém-se constante e a humidade relativa diminui. A humidade absoluta em g/m³ também varia porque o volume do ar varia. O arrefecimento aumenta a humidade relativa até se atingir a saturação. O arrefecimento abaixo do ponto de orvalho provoca condensação; esta calculadora interrompe o cálculo em vez de apresentar uma HR impossível, superior a 100%. Nesse caso, é necessário um modelo de bateria de arrefecimento ou de condensação. Pode formar-se geada abaixo de 0 °C mesmo quando a HR referida à água líquida é inferior a 100%.
Base de cálculo
Com a pressão em Pa e a temperatura em °C: pw = RH/100 × pws(T), e W = 0,621945 pw/(p − pw). A equação atualizada de Buck para água líquida é pws = 611,21 exp[(18,678 − T/234,5) T/(257,14 + T)]. Não é aplicado qualquer fator de correção para o aumento da pressão de vapor de saturação no ar húmido.
A humidade relativa (RH) no interior antes do ajuste de humidade é 100 pw,out/pws(Tin). A massa inicial de ar seco é V(p − pw,out)/[287,042(Tin + 273,15)]. Multiplicar esta massa pela diferença entre a razão de humidade alvo e a inicial dá a variação pontual da quantidade de água presente, para uma massa fixa de ar seco. O sinal distingue a humidificação da desumidificação; as quantidades apresentadas são valores absolutos.
Para a ventilação, o caudal mássico de ar seco é calculado com base no caudal volumétrico introduzido e na pressão de vapor correspondente às condições-alvo no interior. O caudal de água é o caudal mássico de ar seco × a fração de ar exterior × |Wtarget − Woutside|. Pressupõe-se que o ar recirculado regressa nas condições-alvo. Não é possível determinar um caudal apenas a partir do volume da sala e da percentagem de recirculação.
Exemplo e limitações
A 101,325 kPa, o ar exterior a −10 °C e 30% de humidade relativa contém aproximadamente 0,53 g de água/kg de ar seco. Aquecê-lo até 20 °C sem adicionar água resulta numa humidade relativa de aproximadamente 3,68%. Para atingir 40% de humidade relativa, são necessários aproximadamente 5,27 g de água/kg de ar seco. No exemplo de 1 000 m³, o ajuste pontual da quantidade de água presente é de cerca de 6,34 kg; com uma renovação total de ar por hora e 60% de recirculação, a carga de humidade devida à ventilação é de cerca de 2,51 kg/h.
Estes são balanços ideais de humidade. Não são considerados os ocupantes, os produtos, as infiltrações para além do caudal de ar indicado, as portas abertas, as trocas de humidade com os materiais de construção, as perdas do humidificador nem as cargas térmicas. Nestes resultados de avaliação preliminar, os quilogramas de água são aproximadamente equivalentes a litros de água líquida; a energia de evaporação e a capacidade dos equipamentos não são calculadas. Uma sala verdadeiramente estanque e de volume fixo exige um balanço de pressão e de massa diferente.
Os m³/h em condições reais e os m³/h em condições normais correspondem a bases de caudal diferentes. Não utilize este cálculo de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC) para gases de exaustão quentes e saturados nem para um cálculo de emissão de água em Nm³/h sem definir a temperatura normal, a pressão normal e se o caudal é expresso em base de gás seco ou húmido.
Seleção de um valor-alvo de humidade
A humidade relativa pode ser medida no exterior com instrumentos adequados e calibrados; a incerteza da medição depende do sensor, da instalação e das condições. O ar frio pode ter uma humidade relativa elevada e conter pouco vapor de água. A temperatura, por si só, não determina a humidade relativa.
Os valores-alvo de humidade no interior dependem das condições e da utilização do edifício. Para habitações, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) recomenda manter a humidade relativa abaixo de 60%, idealmente entre 30–50%, para ajudar a controlar o bolor. Esta é uma orientação para o controlo da humidade em habitações, não uma especificação industrial ou clínica universal. A condensação persistente nas superfícies requer atenção, mesmo que a humidade relativa da sala pareça aceitável.
| Aplicação | O que deve determinar o valor-alvo? |
|---|---|
| Edifícios ocupados em geral | Conforto, risco de condensação, condições exteriores e requisitos de ventilação aplicáveis. |
| Materiais, alimentos e produção industrial | Estabilidade do teor de humidade do produto, requisitos do processo, condições de armazenamento e especificações do fornecedor. |
| Museus, arquivos e bibliotecas | Requisitos de conservação específicos de cada coleção e controlo de flutuações prejudiciais. |
| Cuidados de saúde e ambientes controlados | Requisitos aplicáveis às instalações, classificação das salas e critérios de projeto especializados. |
| Processos sensíveis à eletricidade estática | O programa completo de controlo de descargas eletrostáticas; a humidade, por si só, não garante proteção. |
Esta calculadora não determina o risco de doença nem prescreve intervalos de humidade para asma, alergias, hospitais ou produtos específicos.
Referências e ferramentas relacionadas
NCAR Earth Observing Laboratory: equações da pressão de vapor de água; PsychroLib: relações psicrométricas da ASHRAE; EPA dos Estados Unidos: orientações sobre humidade e bolor em habitações.
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