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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
2
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
3
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
4
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
5
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
6
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)
7
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
8
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
9
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
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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
12
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
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