refrigeração - armazenamento gelo

8/17/2019 Refrigeração - Armazenamento Gelo

1/23

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA - REFRIGERAÇÃO

Diego Borges – 201202140023

Fábio Barros – 201202140026

Felipe Ferry - 201202140017

Filipe Renan – 201202140012

PROJETO DE UMA CÂMARA FRIGORÍFICA:

ARMAZENAMENTO DE GELO

Belém - 2016


2/23

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA - REFRIGERAÇÃO

Diego Borges – 201202140023

Fábio Barros – 201202140026

Filipe Renan – 201202140012

Felipe Ferry - 201202140017

PROJETO DE UMA CÂMARA FRIGORÍFICA:

ARMAZENAMENTO DE GELO

Belém – 2016

Trabalho para obtenção da notareferente a terceira avaliação dacadeira de refrigeração


3/23

ROTEIRO DO PROJETO.

1 – Com base na quantidade do produto, calcular o Volume da câmara;

2 – Estipular as condições internas e externas de projeto (Tcam,Text,etc);

3 – Escolher e calcular a Espessura do isolamento;

4 – Calcular a Carga Térmica;

5 – Calcular as temperaturas de Condensação e Evaporação;

6 – Lançar o Diagrama P – h, calcular as Entalpias, a vazão de refrigerante, Qo, Qc e Wc;

7 – Com base em Qo, Qc, Wc, mr e ΔP: Especificar os seguintes equipamentos: Evaporador,

Condensador, Compressor e Dispositivo de Expansão.

- Para isso devem ser usados os catálogos de fabricante indicados.

- Os catálogos utilizados e a forma de seleção deverão ser descritos no texto do

trabalho. Uma cópia do catálogo deve ser colocada no ANEXO do trabalho.

8 – Elaborar uma Planta Baixa da Instalação (Localizar os equipamentos para obter os

comprimentos das tubulações);

9 – Calcular os Diâmetros das tubulações de Sucção, Descarga e Líquido,

10 – Conclusão;

11 – Bibliografia;12 – ANEXOS (Plantas, Catálogos, Tabelas, etc.).

1. INTRODUÇÃO

Câmaras frigorificas são utilizadas atualmente para armazenagem de produtos, tendosuas condições internas controladas através de um sistema de refrigeração. São refrigeradas,

isoladas termicamente, e a manutenção dessas condições é realizada por uma unidade de

refrigeração. O projeto das câmaras frigoríficas é especifico para as condições impostas, em

que fatores como a carga térmica a ser retirada e o tempo necessário para esse processo são

calculados.

As câmaras frigoríficas devem manter em seu interior temperaturas inferiores à

temperatura ambiente, essa variação influencia a seleção de equipamentos e demais itens de projeto, sendo necessária uma análise bem detalhada das condições de projeto.


4/23

Neste trabalho, é proposta a adaptação de um container em uma câmara frigorífica,

onde será feito o armazenamento de gelo já embalado como produto final, até seu transporte,

adequando assim os críterios para seleção de componentes, construção dos equipamentos, e

quanto sua operação.

2. VOLUME DA CÂMARA DE ACORDO COM O PRODUTO (10 TON/Dia)

Para o cálculo do volume da câmara, foram utilizadas duas abordagens: através da

quantidade total do produto que se deseja armazenar (gelo) e sua massa especcífica, e através

do volume do produto final. Massa específica da água dada por ρ=1000kg/m³. Assim:

Para o produto final foi considerado um saco de 5 Kg, com dimensões de 0,35 m *

0,2m * 0,05 m. Assim:

1 saco de 5kg = 35cm x 20cm x 5cm ; 2000 sacos = 10 TON

Figura 1. Saco de 5kg; Fonte: Bon Gelo.

Um saco de cinco quilos possui um volume de 0,0035 m³, e o volume correspondente

a quantidade de dez toneladas ocupa 7 m³ (volume total ocupado). Para um postura mais

consevadora de projeto, optou-se por adotar 10 m³ como o volume ocupado pelo produto. A

câmara frigorifica será desenvolvida tendo como estrutura rígida um container e será projetado para estar em locais livres de intempéries, dentro do container será projetado a


5/23

câmara frigorifica, a qual possibilitará um diferencial em relação as demais câmaras

frigoríficas, pois a mesma pode ser instada em diversos ambientes sem ter uma área fixa

destinada a mesma, viabilizando o transporte e a locomoção da câmara para outros lugares,

tanto na fábrica quanto fora da mesma. As portas a serem utilizadas serão as mesmas do

container, porém com uma camada de isolante na parte interna da mesma, além da utilização

de borrachas de vedação.

O produto ocupa 10 m³, e considerando o espaço para circulação de pessoas e

instalação dos equipamentos, foi selecionado um container de 20 pés, com volume interno

total de 33 m³, e dentro do mesmo os sacos de gelo serão alocados em palletes para evitar

contato direto com o solo. Os palletes são fabricados em aço galvanizado, Fig 2,

aprensentando vantagens como: fácil assepsia; imunes à insetos e fungos, resistente a baixastemperaturas, e com grande durabilidade.

Figura 2. Pallete de aço galvanizado com perfil de chapa de aço dobrado. Modelo PM-4 [3]

O modelo padrão selecionado foi o PM-4 da fabricante “Longa”, com capacidade

máxima de carga recomendada pelo fabricante de 1.500 Kg para carregamento estático, e

dimensões padrão de 1m * 1,2m * 0,15m (compativel ao PBR), com acabamento por

galvanização à fogo.

Tabela 1. Dimensões Container 20 Pés. [1]

Dimensões (m)

Externa

Comprimento 6,05

Largura 2,43

Altura 2,59

Interna

Comprimento 5,90

Largura 2,35

Altura 2,38

PortaAltuta 2,34

Largura 2,28

Capacidade Cúbica m³

Fonte: Delta Containers


6/23

3. CONDIÇÕES EXTERNAS E INTERNAS DE PROJETO

Considerando a norma NBR 16401-1/2008, que estabelece parâmetros básicos e requisitos

mínimos para a climatização de ambientes construídos, as condições externas de projeto que

serão adotadas são: temperatura de bulbo seco de 33°C, temperatura de bulbo úmido de 28°C

e temperatura máxima de bulbo seco de 35,2°C. A Tabela 2 mostra as condições climáticas da

cidade de Belém. A temperatura da câmara será mantida a uma temperatura de -8°C [4].

Tabela 2. Condições climáticas para a cidade de Belém.

PA Belém Latitude Longit. Altitude Pr.atm Período Extrem.anuais

TBU TBSmx S TBSmn S31,2 35,2 1,6 20,9 1,3

Mês>Qt Freq.

anual

Refriamento e desumidificação Baixa umidade Mês>FrFreq.

anualAquec. Umidificação

TBS TBUc TBU TBSc TPO w TBSc

Fev

TBS TPO w TBSc

0,4% 33,1 26,1 28,0 30,3 27,2 23,0 29,5 99,6% 22,8 20,9 15,6 28,7

∆Tmd 1% 32,8 25,9 27,6 30,2 27,0 22,8 29,4 99% 22,8 21,8 16,4 27,7

8,2 2% 32,1 25,8 27,2 30,1 26,6 22,2 29,0

Fonte: NBR 16401-1/2008

4.

CALCULO DA ESPESSURA DO ISOLAMENTO

Foi realizado um cálculo aproximado para a espessura de isolamento, onde foi

considerada apenas a resistência imposta pelo isolamento, desprezando as demais resistências

térmicas (paredes de alvenaria, passagens para o ar, etc.), a equação 1 apresenta o cálculo da

espessura do isolante.

⁄ (Eq 1)

A tabela 3 mostra a classificação do isolamento em função do fluxo de calor por

unidade de área que penetra na câmara. Para a câmara frigorífica em questão, adotou-se o

máximo fluxo de calor interno – externo ̇ igual a 8,5 W/m², que caracteriza câmaras

frigoríficas de boa qualidade.


7/23

Tabela 3. Classificação dos isolamentos térmicos de câmaras frigorificas.

Classificação do isolamento Fluxo de calor (Kcal/h.m²)

Excelente 8

Bom 10

Aceitável 12

Regular 15

Ruim >15

Fonte: Costa, 1982

A superfície da câmara não sofre com os efeitos da radiação solar direta, considerando

apenas a temperatura externa e interna da câmaram para o cálculo da espessura. Deste modo,

foi calculado o coeficiente global de transferência de calor através da equação 2.

̇

(Eq 2)

Utilizando a equação 1, foi calculada a espessura para três tipo de isolante:

Poliestireno Expandido (EPS), Poliuretano (PU), e lã de rocha.

̇

(EPS)

̇

(PU)

̇

(Lã de Rocha)

O material para isolamento selecionado foi o FrigoPainel de poliuretano-PURfornecido no mercado pela Danica Corporation™. A partir do coeficiente global de

transferência de calor, tem-se a espessura do isolamento a partir da Tabela 4 fornecida pelo

fabricante. Adotou-se o isolamento de 150mm de espessura, que supre as necessidades

mínimas do fluxo de calor interno-externo requerido com um coeficiente global de

transmissão de calor imediatamente abaixo do estipulado.


8/23

Tabela 4. Informações Técnicas – FrigoPainel – PUR/PIR

Fonte: Danica Co.™

5. CARGA TÉRMICA

Para o cálculo da carga térmica na câmara, foi necessário estabelecer as condições

climáticas do local e das condições internas da câmara, assim como sua utilização

(armazenamento de produtos). A carga térmica foi dividida nas seguintes parcelas:

5.1. Transmissão de calor pelas paredes, teto e piso:

Para determinação da carga térmica, a fim de simplificação dos cálculos, foi considerado

apenas o isolante térmico (único componente da parede da câmara) como resistência à troca

de calor. Dessa forma, temos apenas troca de calor por condução. Utilizando a lei de Fourier

para calcularmos o calor trocado, temos:

̇ =

*24h (Eq. 3)

= + = [4(5.9*2.386)] + [2*(5.9*2.352)] =

84,0632

̇ =

*24, = 16219,25 Kcal/dia

5.2. Infiltração de ar externo

A carga térmica pela infiltração de ar externo se deve à entrada de ar quente e

consequentemente à saída de ar frio da câmara fria. Tal entrada de ar aumenta a carga

térmica, pois ele deverá ser resfriado. Para a determinação da carga térmica pela

infiltração de ar externo na câmara, foi utilizada a equação 4. ̇ (Eq 4)


9/23

A tabela 4 indica o fator de troca de ar (FTA) para uma câmara de congelados e do

volume da câmara frigorífica. Com esses dois dados, obtém-se o fator de troca de ar.

Tabela 5. Fator de troca de ar de câmaras frigoríficas para conservação

Câmaras para produtos congelados

Volume

[m³]

FTA

[trocas/dia]

40 11,00

50 10,00

60 9,00

Fonte: Pirani, 2006.

Além do fator de trocar de ar e do volume da câmara, é necessária outra variável para

o cálculo de carga térmica devido a infiltração de ar externo, o ∆H’ , que é o calor cedido por

cada metro cúbico de ar externo ao entrar na câmara, dado pela tabela 6.

Tabela 6. Calor cedido pelo ar externo ao entrar na câmara (∆H’, em kcal/m³).

Cond. Externas Temperatura na Câmara [°C]UR [%] -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5

70 35 53,6 51,6 49,5 47,5 45,4 43,1 40,7 38,0 39,4 31,5

Fonte: Pirani, 2006.

Assim:

̇= *FTA*H’ (FTA para 40 e

̇ = 33*15*40,7 = 20146,5 Kcal/dia

5.3. Produtos

A carga térmica devido aos produtos, comumente, corresponde a maior porcentagem da

carga térmica, e se divide entre pré e pós-congelamento, e respiração (Frutas frescas e

vegetais). Como não ocorre mudança no estado do produto, a parcela de calor latente pode ser

desconsiderada, assim como a parcela de calor sensível antes do congelamento. Como o

produto em questão é o gelo, a parcela da respiração por materiais orgânicos pode serdesconsiderada. A equação para a determinação da carga térmica devido ao produto é:


10/23

̇ = [ ]

] (Eq 5)

Assim:

̇ = *[*(-)]

̇ = 10000*[(0.550*(0 – (-8)]

̇ = 44000 Kcal/dia

5.4. CARGAS DIVERSAS

No cálculo da carga térmica, equipamentos elétricos instalados no interior das câmaras

frigorificas dissipam calor. Esses equipamentos podem ser: lâmpadas, motores (motor daempilhadeira e dos ventiladores do evaporador), entre outros. Além dos equipamentos, a

presença de pessoas no interior da câmara também afeta a carga térmica, e essa alteração

depende das atividades exercidas pelas pessoas, vestimenta e a temperatura da câmara. Para a

iluminação, foram selecionadas lâmpadas industriais de LED (KLED-CF-60), que operam

entre -35 e 70°C, e não geram calor, fazendo com que tal parcela possa ser desconsiderada.

Para a movimentação de pessoas, a carga térmica foi estimada através da equação 6.

̇

(Eq 6)

Assim:

̇ = (272+6*)**n*0.86

̇ = (272+6*[-8])*8*2*0.86

̇ = 3082.24 Kcal/dia

No interior das câmaras, foi considerado apenas o mortor dos ventiladores dos

evaporadores que trabalharam de acordo com a necessidade da câmara. A estocagem dos

produtos é realizada de forma manual, sem o uso de empilhadeiras. O cálculo da carga

térmica devido aos motores elétricos das empilhadeiras é dado pela equação

̇

(Eq 7)

Para a câmara, foi estipulado que a potência do ventilador seria de 2.3 cv, com

eficiência de 78%. O tempo de funcionamento será de 24 h/dia, já que a câmara irá armazenar


11/23

diariamente o produto parando apenas em manutenções. Substituindo os dados na equação 8,

a carga térmica devido aos motores dos ventiladores da câmara de congelados é de:

̇ =

*632*24(

) (Eq 8)

̇ = 44726.15 Kcal/dia

A carga térmica total é o somatório de todas as outras cargas térmicas calculadas

anteriormente e corresponde a quantidade de calor que deve se remover do ambiente

diariamente, para que a temperatura interna seja adequada para o projeto. A capacidade

frigorifica ou carga térmica total das câmaras será dada pela equação 8.

̇

= ̇

̇

̇

̇

̇

̇

(Eq 9)

Assim:

̇ = 128174.14 Kcal/dia

Para a capacidade térmica em kcal/h divide-se o resultado pelo tempo de

funcionamento que no caso será 24 h/dia. Logo:

̇ = (128174.14 Kcal/dia)/24 (h) = 5340,6 Kcal/h ou 6,21 KW

6. CÁLCULO DAS TEMPERATURAS DE CONDENSAÇÃO E EVAPORAÇÃO

A temperatura de condensação deve ser fixada entre os valores de 11°C e 15°C maior que

a temperatura de bulbo seco (PIRANI,2006), que entra no condensador. Sabendo que a

temperatura de bulbo seco é de 33°C, foi adotado que a diferença entre a temperatura

ambiente e a temperatura de condensação será 12°C maior que a temperatura ambiente.

Portanto a temperatura de condensação estimada é de 45°C. A determinação da temperatura

de vaporização, foi de acordo com recomendação dos fabricantes, que indicam uma

temperatura 6°C menor que a temperatura de entrada de ar no evaporador para todos os tipos

de evaporadores. A temperatura de entrada do ar no evaporador é considerada como a própria

temperatura da câmara, sendo ela -8°C. Devido a isso, a temperatura de vaporização é de -

14°C.

6.1. Parâmetros do ciclo teórico de compressão de vapor

Neste tópico serão calculados alguns parâmetros do ciclo teórico de compressão de

vapor, sendo eles: a apresentação do Diagrama P-h, as entalpias, a capacidade frigorífica, a

vazão de refrigerante, a potência teórica de compressão, o calor rejeitado no condensador e o


12/23

coeficiente de performance do ciclo (COP). Para a determinação da entalpia, é necessário

saber as temperaturas de vaporização e de condensação. Com essas temperaturas, pode-se

fazer o Diagrama P-h para o fluído refrigerante R404A, de acordo com o ciclo teórico de

compressão de vapor. O Diagrama do Anexo E, apresenta o Diagrama P-h requerido pelo

projeto. Analisando o diagrama do Anexo E, tem-se as seguintes entalpias (h) para os pontos

1, 2, 3 e 4, aproximadamente:

Tabela 7. Entalpias para o ciclo de compressão de vapor.

R-404A Entalpia (KJ/Kg) Pressão (Mpa)

h1 360 2,004

h2 395 0,3789

h3 272 2,004

h4 272 0,3789

Fonte: autoria própria.

A capacidade frigorífica ̇ que será adotada é a de projeto, ou seja, 6.21 KW. Com as

capacidades térmicas de projeto, as entalpias do ciclo teórico de compressão de vapor e a

equação 9, pode-se determinar a vazão mássica de refrigerante na câmara.

̇ ̇ (Eq 10)

Assim a massa de refrigerante:

Massa de refrigerante:

̇ ̇ ̇

Trabalho do compressor:

̇ ̇ ̇ (Eq 11)

Carga no condensador:

̇ ̇ ̇ (Eq 12)

Coeficiente de Performace (COP)

O COP dependerá apenas das temperaturas de condensação e vaporização. Calculado

utilizado a equação 2.12.


13/23

̇

̇

(Eq 13)

COP = (360-272)/(395-360) = 2,51

7. ESPECIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS - SISTEMA PLUG-IN

Atualmente a utilização dos sistemas tipo plug-in, que funcionam de forma similar de um

condicionado de janela, onde faz-se uma abertura na parede da câmara para comportar o

sistema, com o evaporador interna à câmara, e o condensador na parte externa. Este tipo de

equipamento, na maioria das vezes já vem automatizado, assim para sua especificação correta

é muito importante a estimativa da carga térmica. Esse tipo de sistema combina evaporador e

unidade condensadora em uma única unidade, dispensando o uso de casa de máquinas,

proporcionando um menor tempo de instalação. Algumas vantagens do sistema são menor uso

de refrigerante, fácil instalação, trabalham em temperaturas ambientes de até 45°C,

compressores isolados acusticamente, manutenção reduzida.

Figura 3. Sistema PLUG-IN .

Pela especificidade de projeto, com a utilização de containers para câmaras frigorificas,

esse sistema foi escolhido. O equipamento selecionado foi o modelo PI080l6 da fabricante

BOHN com capacidade térmica de 6,7 KW à temperatura ambiente de 35°C. O dado técnico

do evaporador em questão estará no Anexo F, Tabela F.A..


14/23

8. CALCULAR OS DIÂMETROS DAS TUBULAÇÕES DE SUCÇÃO,

DESCARGA E LÍQUIDO

Nesse tópico, ocorre uma particularidade de projeto, com a utilização do sistema Plug-In

todas os componentes com exceção do evaporador, que se encontra imediatamente interno a

câmara, são combinandos em um único bloco, dai a nomeclatura “monobloco”. A figura 4,

mostra o aspecto final da instalação do sistema.

Figura 4. Sistema Plug-In instalado em container, Fonte: Klingecorp.

Assim, o conjunto todo é selecionado de acordo com a exigência frigorifica do projeto,

diferentemente de um sistema estácionário onde componentes como: compressor,condensador, evaporador, e válvulas de expansão possuem linhas de distribuição, e podem ser

selecionados separadamente. Nesses casos é de grande importância a especificação correta

das linhas de sucção, descarga e líquido.

9. CONCLUSÃO

Para um correto dimensionamento de uma câmara frigorifica os parâmetros utilizados paraa execução do projeto devem ser estipulados de maneira que correspondam a realidade do

projeto, parâmetros como: conhecimento das condições climáticas da região, isolantes

térmicos disponiveis, e das caracteristicas do produto. A determinação de fatores construtivos

como: espessura do isolamento, carga térmica total, volume da câmara adequado para a

quantidade de produto, permitem a seleção adequada e precisa dos componentes do sistema

de refrigeração. A utilização de containers para fabricação de câmaras se mostrou possivel e

viavél, conseguindo atender parâmetros de condutibulidade térmica de forma excelente, além

da possibilidade de mobilidade da câmara, sendo esse um importante fator operacional. Com

o uso dos sistemas Plug-In, é possivel ter um maior ganho no tempo de instalação e uma


15/23

redução da manutenção requerida do mesmo, por condensar todos os sistemas em uma

estrutura única “monobloco”. Caso haja uma mudança do produto utilizado, ou das condições

climáticas devido mudança de região, o sistema pode ser facilmente adaptado para suprir as

novas necessidades de projeto.

10. REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Instalações de arcondicionado – Sistemas centrais e unitários: projeto das instalações: NBR 16401 -1. Rio de Janeiro:[s.n], 2008.

STOCKER, W. F.; JABARDO, J. M. Refrigeração Industrial. 2. ed. São Paulo: Edgar

Blücher, 2002.

TAKETA, R. S.R.; Dimensionamento De Um Entreposto Frigorífico Para Carne Bovina.,2016.

VENTURINI, Osvaldo José ; PIRANI, M. J. . Eficiência Energética em Sistemas deRefrigeração Industrial e Comercial. 01. ed. Rio de janeiro: CENTRAIS ELÉTRICASBRASILEIRAS, FUPAI/EFFICIENTIA, 2005.

http://lattes.cnpq.br/7690272078105697http://lattes.cnpq.br/7690272078105697


16/23

ANEXOS


17/23

ANEXO A: ESPECIFICAÇÔES TÉCNICAS MODELO PI080L6


18/23


19/23


20/23

ANEXO B: DIAGRAMA P-H DO FLUÍDO REFRIGERANTE 404A.


21/23

ANEXO C: LUMINÁRIA KLED-CF60


22/23


23/23

ANEXO D: TABELA DE TEMPERATURA PARA CONSERVAÇÃO DEALIMENTOS

ANEXO E: PLANTA BAIXA E DISPOSIÇÃO DOS PRODUTOS NA CÂMARA DEARMAZENAMENTO.

refrigeração - armazenamento gelo

Documents