camara fria guilherme impressao

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA: Refrigeração e Ar Condicionado PROFESSOR: Orosimbo Projeto de uma câmara fria para estocagem de mussarela Alunos: Guilherme Augusto de Oliveira Uberlândia, 09 de Dezembro de 2010

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Page 1: Camara Fria Guilherme Impressao

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DISCIPLINA: Refrigeração e Ar Condicionado

PROFESSOR: Orosimbo

Projeto de uma câmara fria para estocagem de mussarela

Alunos:

Guilherme Augusto de Oliveira

Uberlândia, 09 de Dezembro de 2010

Page 2: Camara Fria Guilherme Impressao

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Conteúdo 1. Dados de Projeto .................................................................................................................... 3

2.1. Revestimento do Teto, Paredes e Piso ............................................................................ 4

3. Cálculo da Carga Térmica ..................................................................................................... 5

3.1. Calor de Condução .......................................................................................................... 6

3.1.1. Calor nas Paredes ..................................................................................................... 6

3.1.2. Calor no Piso e Teto ................................................................................................. 6

3.2. Calor de Infiltração ......................................................................................................... 6

3.3. Calor de Produto ............................................................................................................. 8

3.4. Calor de Pessoas ............................................................................................................. 9

3.5. Calor de Iluminação ...................................................................................................... 10

3.6. Carga Térmica dos Motores .......................................................................................... 10

4. Carga Térmica Total ............................................................................................................ 11

5. Seleção dos Equipamentos ................................................................................................... 11

5.1. Evaporador .................................................................................................................... 11

5.2. Unidade Condensadora ................................................................................................. 15

6. Relação dos Equipamentos Selecionados ............................................................................ 16

7. Vistas e Plantas do Projeto ................................................................................................... 17

Page 3: Camara Fria Guilherme Impressao

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1. Dados de Projeto

Será projetada uma câmara fria, localizada em Goiânia, com capacidade de estocagem

de 25 toneladas, e movimentação diária de 1,5 toneladas, para armazenar mussarela.

Localização: Goiânia - GO

TBS = 33 ºC

TBU = 26 ºC

Tmáx = 37,3 ºC

UR = 58,7%

Patm= 92,971 kPa

h = 85,48 kJ/kg

w = 0,0204 kg/kg de ar seco

v = 0,9761 m³/kg

ρ = 1,024485 kg/m³

O produto a ser armazenado é mussarela, na quantidade de 25 toneladas, com 1,5

toneladas de movimentação/dia.

Tabela 1- Características de Armazenagem

Pela tabela acima, conclui-se que uma caixa de madeira pode armazenar 30 kg de

mussarela. Portanto, serão necessárias 834 caixas para armazenar as 25 toneladas de

mussarela. Cada caixa tem 0,0513 m³ de volume. Portanto, o volume que a carga ocupará

será de 43 m³. Considerando que cada pilha tem 8 caixas, cada pilha terá 3,04 m. Serão 105

pilhas, que poderão ser distribuídas em 15 pilhas ao longo do comprimento e 7 ao longo da

largura. Portanto, têm-se as seguintes dimensões para a câmara fria:

Comprimento: 10 m;

Largura: 5 m (para se ter espaço para movimentação da carga com pallets)

Altura: 4,5 m

Page 4: Camara Fria Guilherme Impressao

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Figura 1 – Ilustração da câmara fria projetada

2. Dimensionamento de Isolamento

cfinsextiso

iso

TTT

q

L

K

Para se ter um isolamento de boa qualidade, tem-se:

226,11

.10

m

W

mh

kcalq

Considerando um calor de insolação a oeste, parede clara, tem-se insT = 2ºC.

2.1. Revestimento do Teto, Paredes e Piso

Kiso

Liso=

10

(33 + 2 − 1,8)= 0,3012

Page 5: Camara Fria Guilherme Impressao

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Pela tabela abaixo, escolhe-se o seguinte revestimento:

Tabela 2 – Características dos revestimentos da TECTÉRMICA®:

Tabela 3 – Exigência para Armazenagem e propriedades do queijo

Serão necessários 235 m² de revestimento para a câmara fria, contemplando o

revestimento do teto e do chão e das paredes. Desta forma, efetuando a compra de 250 m²,

pode-se construir o revestimento da câmara fria com segurança.

3. Cálculo da Carga Térmica

A carga térmica de refrigeração é dada por:

degQQQQQQQQCT peilmotmppric

Onde:

CT = Carga térmica de refrigeração

Qc = Calor de condução

Page 6: Camara Fria Guilherme Impressao

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Qi = Calor de infiltração

Qpr = Calor de produto

Qmp = Calor de metabolismo da carga de produtos

Qmot = Calor de motores

Qil = Calor de iluminação

Qpe = Calor de pessoas

3.1. Calor de Condução

24... cfiec TTTAUQ

U = 0,25 Kcal/m².h.ºC

3.1.1. Calor nas Paredes

Qc = 0,25.24. 3.4,5 33 + 2 − 1,8 + 3.4,5 33 − 1,8 + 2.10.4,5. 33 − 1,8

= 20752,2 Kcal/dia

3.1.2. Calor no Piso e Teto

Qc = 0,25.24. 2.10.3. 33 − 1,8 = 11232 Kcal/dia

𝐐𝐜 = 𝟑𝟏𝟗𝟖𝟒, 𝟐𝐊𝐜𝐚𝐥

𝐝𝐢𝐚= 𝟎, 𝟒𝟒𝟎𝟕 𝐓𝐑

3.2. Calor de Infiltração

ieEEi hhVQ .. , onde: E

Ev

1 , e ZVnV cfE ..

VE= Volume de ar externo que penetra na câmara por dia (m3/dia)

E = Peso específico do ar externo (kg/m3)

vE = Volume específico do ar externo (m3/kg)

Page 7: Camara Fria Guilherme Impressao

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he= Entalpia do ar externo (kcal/kg)

hi = Entalpia do ar nas condições da câmara fria (kcal/kg)

Vcf = Volume da câmara fria (m3)

n = Numero diário de trocas de ar por dia (m3/dia)

Z = fator de movimentação na câmara

Vcf = 225 m³

A tabela abaixo mostra valores de n para valores de volume da câmara fria e temperatura de

operação das mesmas:

Tabela 4 - Número de trocas diárias do ar nas câmaras – n

Vcf (M³) T < 0°C T ≥ 0°C

170 5,6 6,5

225 5,05 5,6

230 5 5,5

Interpolando, tem-se que n = 5,6. Para uma circulação normal de pessoal na câmara, tem-se

que Z = 1. O volume de ar externo que penetra na câmara é dado por:

VE = 5,6.1.225 = 1260 m³

Exterior:

Tbs = 33 ºC

Tbu = 26 ºC

UR = 58,7%

Patm = 92,971 kPa

h = 85,48 kJ/kg

w = 0,0204 kg/kg de ar seco

v = 0,9761 m³/kg

ρ = 1,024485 kg/m³

Page 8: Camara Fria Guilherme Impressao

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Interior:

Ti = 1,8 ºC

UR = 68%

hi = 0,0003174 kg/kg ar seco

vi = 0,8528 m³/kg

hi = 9,733 kj/kg

ρi

= 1,17261 kg/m³

Qinf = 12601

0,9761. 85,48 − 9,733

𝐐𝐢𝐧𝐟 = 𝟗𝟕𝟕𝟕𝟖, 𝟏𝟐𝐊𝐜𝐚𝐥

𝐝𝐢𝐚= 𝟏, 𝟑𝟒𝟕 𝐓𝐑

3.3. Calor de Produto

fcgcgcgerpr TTCpLTTCpDQ ..

Qpr = calor devido a resfriamento e congelamento de produto (Kcal/dia)

D = fluxo diário de produto (Kg/dia): 1500 kg/dia

Cpr= calor específico do produto resfriado: 0,50 Kcal/KgC

Cpcg = calor específico do produto congelado: 0,31Kcal/KgC

L = calor latente de solidificação: 30 Kcal/Kg

Tcg = temperatura de congelamento: -2 C

Te, Tf = temperatura de entrada e final do produto (C)

Te = 22 º C

Tf = 1,8 º C

Qpr = 1500. 0,5. 22— 2 + 30 + 0,31. −2 − 1,8

𝐐𝐩𝐫 = 𝟕𝟑𝟏𝟑𝟕𝐊𝐜𝐚𝐥

𝐝𝐢𝐚= 𝟏, 𝟎𝟏 𝐓𝐑

Page 9: Camara Fria Guilherme Impressao

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3.4. Calor de Pessoas

Qpe = N. qmet . t

Onde:

Qpe = Calor devido a presença de pessoas (kcal/dia)

N = Número de pessoas

t = Tempo de permanência das pessoas nas câmaras (horas/dia)

qmet = Calor de metabolismo de pessoas

Pela tabela abaixo, tem-se o calor de metabolismo por pessoa, de acordo com a faixa

de temperatura:

Tabela 5 – Calor de metabolismo de pessoa por hora e para várias faixas de temperatura

Temperatura

(°C)

Calor de Metabolismo

(kcal/h. pessoa)

≥ 10 180

4 215

-1 240

-7 265

-12 300

-18 330

-24 360

Supondo uma média de três pessoas que permanecem na câmara fria por 3 horas por

dia, tem-se que:

Qpe = 240.3.3

𝐐𝐩𝐞 = 𝟐𝟏𝟔𝟎𝐊𝐜𝐚𝐥

𝐝𝐢𝐚= 𝟎, 𝟎𝟑 𝐓𝐑

Page 10: Camara Fria Guilherme Impressao

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3.5. Calor de Iluminação

Qil = 0,86. W. t

W = w . A

Qil = Calor devido a iluminação (kcal/dia)

W = Potência de iluminação instalada (Watts)

t = Número de horas de funcionamento das lâmpadas (horas/dia)

Supondo que a iluminação da câmara seja de 3 W/m² e que as lâmpadas fiquem

ligadas por 5 horas/dia, tem-se:

W = 3.3.10 = 90 w

Qil = 0,86.90.5

𝐐𝐢𝐥 = 𝟑𝟖𝟕 𝐊𝐜𝐚𝐥/𝐝𝐢𝐚 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 𝐓𝐑

3.6. Carga Térmica dos Motores

Qmot .vent = Pmot (CV)632t

ηmot

Pmot .vent .est = 0,4 a 0,6 CV

TR

CTaprox . = Qc + Qi + Qpr + Qpe + Qil

Calculando a carga térmica aproximada, tem-se:

CTaprox . = 0,4407 + 1,347 + 1,01 + 0,03 + 0,0055

𝐂𝐓𝐚𝐩𝐫𝐨𝐱. = 𝟐, 𝟖𝟑𝟑𝟐𝐓𝐑

Pmot .vent .est = 0,5 .2,8332

𝐏𝐦𝐨𝐭.𝐯𝐞𝐧𝐭.𝐞𝐬𝐭 = 𝟏, 𝟒𝟏𝟔𝟔 𝐂𝐕

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A tabela abaixo relaciona a eficiência do equipamento com a sua potência em CV:

Tabela 6 – Relação entre a potência e o rendimento do motor

Para uma carga de 1,45 TR, tem-se que o rendimento é de 78%. Supõe-se que os

motores fiquem ligados 21 horas por dia.

Portanto, tem-se:

Qmot .vent = 1,4166.632.21

0,78

𝐐𝐦𝐨𝐭.𝐯𝐞𝐧𝐭 = 𝟐𝟒𝟏𝟎𝟑, 𝟗𝟗𝟒𝐤𝐜𝐚𝐥

𝐝𝐢𝐚= 𝟎, 𝟑𝟑𝟐𝟏 𝐓𝐑

4. Carga Térmica Total

A tabela abaixo traz as cargas térmicas parciais, que somadas resultam na carga térmica total:

Tabela 7 – Valores das cargas térmicas do sistema

Condução

(Kcal/dia)

Infiltração

(kcal/dia)

Produto

(kcal/dia)

Pessoas

(kcal/dia)

Iluminação

(kcal/dia)

Motores

(kcal/dia)

CT Total

(kcal/dia)

CT Total

(TR)

31984,2 97778,12 73137 2160 387 24104 229550,32 3,2

5. Seleção dos Equipamentos

5.1. Evaporador

CT = 3,2 TR = 9676,8 kcal/h =10,086 Kw

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Tcf = 1,8ºC

ΔT = Tcf – Tev → 10°C a 15° C

ΔT mínimo 5°C

Tcf = Temperatura da Câmara Fria

Tev = Temperatura de Evaporação

ΔT = 10 = 1,8 - Tev

Tev = -8,2ºC

A tabela abaixo mostra alguns modelos da THERMOKEY:

Tabela 8 - Catálogo de Evaporadores – Fabricante Thermokey

Aproximando os dados de projeto com os que são fornecidos pelo fabricante, optou-

se por escolher 02 trocadores de calor FTC33R, -10/0ºC, com 6,28 kW de potência e vazão

de ar de 2520 m³/h.

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Tabela 9 – Outras informações do trocador de calor

Tabela 10 – Conexões, peso líquido e área de troca dos aparelhos escolhidos

Tabela 11 – Desenho esquemático do evaporador

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5.2. Unidade Condensadora

Abaixo, consta o catálogo da Danfoss, para unidades condensadoras:

Tabela 12 – Catálogo de Unidades Condensadoras DANFOSS

Foram escolhidas 02 unidades condensadoras DANFOSS HCM 040, Para uma

temperatura ambiente de 35ºC, com uma capacidade de refrigeração de 5533 kcal/h, e

potência consumida de 3,2 kW.

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Tabela 13 – Dados gerais das unidades condensadoras

6. Relação dos Equipamentos Selecionados

EQUIPAMENTO FABRICANTE MODELO QTDE

EVAPORADOR THERMOKEY FTC33R 2

UNIDADE CONDENSADORA DANFOSS HCM040 2

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7. Vistas e Plantas do Projeto

Figura 2 – Esboço da vista frontal da Câmara Fria proposta

Figura 2 – Esboço da vista superior da Câmara Fria proposta