Psicrometria – estudo da mistura do ar seco com vapor de água

O ar que respiramos nunca é só ar. É uma mistura de ar seco com vapor de água, e quase tudo o que um sistema de refrigeração faz depende da proporção entre os dois. O estudo dessa mistura é importante o bastante para constituir uma disciplina à parte, com vocabulário próprio: a psicrometria.

Uma observação de grafia, porque ela confunde muita gente e este portal já errou: o termo correto é psicrometria, com erre, do grego psychrós, frio, mais metron, medida. A forma “psicometria”, sem o erre, é tão comum que virou quase padrão na internet brasileira — mas psicometria, em rigor, é outra coisa: é o ramo da psicologia que mede aptidões e traços. São duas palavras diferentes para dois campos diferentes.

Por que isso importa na refrigeração

Porque o calor que um sistema precisa retirar do ar vem em duas formas, e elas se comportam de maneira distinta.

O calor sensível é o que muda a temperatura: é o que o termômetro mostra. O calor latente é o que muda o estado da água: é o que se gasta para condensar o vapor presente no ar, sem que a temperatura mude um grau. Num dia abafado, boa parte da carga do equipamento é latente — ele está trabalhando para tirar água do ar, não para esfriá-lo. É por isso que dois ambientes à mesma temperatura podem exigir máquinas muito diferentes.

E a conservação de produtos depende disso tanto quanto o conforto. Em câmara frigorífica, a umidade relativa do ambiente determina a perda de peso da mercadoria: com umidade baixa, fruta, hortaliça e carne desidratam e o prejuízo aparece na balança. Manter a umidade certa é parte do serviço, não detalhe.

As seis grandezas, e o que cada uma mede

• Temperatura de bulbo seco (TBS): a temperatura do ar medida com um termômetro comum. É a que todo mundo chama simplesmente de temperatura.
• Temperatura de bulbo úmido (TBU): a medida com o bulbo envolto numa gaze molhada e o conjunto movimentado no ar. A água da gaze evapora e, ao evaporar, rouba calor do bulbo — por isso a leitura é menor. Quanto mais seco o ar, mais ela evapora e mais baixa fica a leitura. Num ar saturado, nada evapora e as duas temperaturas se igualam.
• Umidade relativa (UR): a razão entre o vapor presente no ar e o máximo que ele poderia conter naquela temperatura. É uma proporção, não uma quantidade — e é aí que quase todo mundo se perde, porque o máximo cresce rápido com a temperatura.
• Razão de umidade: a massa de vapor por quilo de ar seco, em gramas por quilo. Esta, sim, mede quanta água o ar carrega. É a grandeza que não muda quando você apenas aquece ou esfria o ar sem condensar nada.
• Temperatura de ponto de orvalho (TPO): a temperatura em que esse ar começaria a condensar se fosse resfriado sem ganhar nem perder vapor.
• Entalpia: o conteúdo total de energia da mistura, somando o calor sensível e o latente, em quilojoules por quilo de ar seco. É a grandeza com que se calcula a capacidade que a máquina precisa ter.

Falta uma sétima, que não é propriedade do ar mas condiciona todas as outras: a pressão barométrica, que depende da altitude. Praticamente toda carta que circula é desenhada para o nível do mar, e o Brasil tem cidades grandes a centenas de metros de altitude, onde a mesma leitura de temperatura e umidade relativa corresponde a outro estado do ar.

A relação que mais serve em campo

De todas elas, a que resolve problema no dia a dia é o ponto de orvalho, por uma razão direta: toda superfície mais fria que o ponto de orvalho do ar ao redor vai condensar água.

É esse número que decide se a tubulação precisa de isolamento e de que espessura. É ele que explica a poça embaixo da evaporadora, a parede manchada atrás do aparelho e o gotejamento na linha de sucção. E é ele que diz se a serpentina vai desumidificar o ambiente ou apenas resfriá-lo: se a temperatura da serpentina está acima do ponto de orvalho, não sai água do dreno, e o ambiente continua abafado por mais frio que fique.

A carta psicrométrica

Todas essas grandezas se relacionam por equações, e resolver essas equações à mão a cada consulta seria impraticável. Daí a carta psicrométrica: um diagrama que reúne as seis num só desenho, de modo que, conhecidas duas, as outras quatro se leem diretamente.

Apesar da aparência intimidante, ela é simples de usar, porque cada grandeza tem uma direção própria no desenho. A carta recebe também os nomes de diagrama psicrométrico, ábaco psicrométrico ou carta de Mollier, conforme o país e a tradição.

Para leitura de verdade, este portal tem uma calculadora psicrométrica: você informa o bulbo seco e uma das três medidas de umidade, e ela devolve todas as outras propriedades e marca o ponto sobre a carta, desenhada na hora para a altitude do seu local. Ela também explica, ali mesmo, como se lê cada família de linhas do diagrama.

Quem inventou a carta

Circula a versão de que o diagrama teria sido criado pelo alemão Richard Mollier e que apenas nos Estados Unidos se atribuiria o crédito a Willis Carrier. A ordem real é a inversa, e vale corrigir.

Carrier publicou sua carta higrométrica em 1904, e foi ela que estabeleceu o instrumento como ferramenta de engenharia. Mollier publicou no mesmo ano de 1904 os seus Novos diagramas para a termodinâmica técnica — mas diagramas termodinâmicos em geral, não o de ar úmido. O nome de Mollier se fixou no diagrama de ar úmido por outra via: numa conferência de termodinâmica realizada em Los Angeles, em 1923, decidiu-se chamar de diagrama de Mollier qualquer diagrama que trouxesse a entalpia em um dos eixos, e o diagrama de ar úmido entrou nessa definição.

É essa coincidência de datas, duas publicações importantes em 1904, que alimenta a confusão. Os dois contribuíram; o que não procede é apresentar a autoria como disputa nacional.

Ar úmido não é vapor em suspensão

Uma confusão comum entre quem está começando: o vapor de água no ar não é névoa, não é fumaça, não é gotícula em suspensão. É água no estado gasoso, invisível, misturada molécula a molécula com o nitrogênio e o oxigênio.

O que se vê como neblina, como a fumaça que sai do congelador ou como a nuvem branca na frente da evaporadora já é água condensada — vapor que deixou de ser vapor. Ou seja: quando dá para enxergar, aquele ar já passou do ponto de saturação.