Aula03a_Carga Termica

Carga trmica

1

Compreendendo o que vem a ser a

Carga Trmica

Carga Trmica

Soma de calor que usualmente se desprende de vrias fontes.

A Carga Trmica define a Capacidade do Sistema Frigorfico.

Dividida em quatro cargas separadas:

1. Carga cedida pelas paredes, pisos e teto ;

2. Carga de mudana/infiltrao de ar;

3. Carga do produto (resfriamento ou respirao);

4. Mistura de carga suplementar (pessoas, iluminao, empilhadeira, etc.)

O Projeto Frigorfico fundamenta-se na Carga Trmica calculada.

% Carga Trmica por Fonte de Calor

15,39

5,23

47,13

12,23

0,52 0,47 1,67

8,26 9,09

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Trasmisso Paredes

Infiltrao Resfriamento do Produto

Respirao do Produto

Iluminao Pessoas Empilhadeira Ventiladores Fator de Segurana

Carga Trmica do Produto, ao longo dos dias, devido:

Calor de Resfriamento e Calor de Respirao

0 5 10 15 20 25 30

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

kca

l /

24

h

Calor para Resfriamento do Produto

Calor devido Respirao do Produto

Calor Total (Resfriamento + Respirao)

Consideraes essenciais para projeto do

Sistema Frigorfico 1. Clima

Temperaturas mdia e mxima do ms mais quente; Umidade relativa mdia; INPE Dados estatsticos do clima regional.

2. Disponibilidade de gua e Energia

3. Produto Tipo e quantidade; Embalagem; Fluxo diria na cmara (em movimentao).

4. Descrio da Instalao Localizao; Dimenses.

5. Condies do Local Liberdade de planejamento.

Carga trmica

2

Carga Trmica de Diferentes

Sistemas

Evaporador

Q7 q1

Q2 Q4

Q3

q1

Q5

Q6

q1

q1

q1 = Fluxo de Calor por Conduo (6 faces);

Q2 = Taxa de Dissipao de Calor por Equipamentos

Q3 = Taxa de Dissipao de Calor por Pessoas

Q4 = Taxa de Calor por Troca de Ar Frio por Quente

Q5 = Tx de Dissipao de Calor pelo Produto/embalagem

Q6 = Taxa de Dissipao de Calor de Respirao de Frutas

Q7 = Taxa de Dissipao de Calor pela Iluminao

I. Carga Trmica de Cmaras Frigorficas

FATOR DE SEGURANA :

DEPENDE DA CONFIABILIDADE DOS DADOS :

5 A 10 % QTOTAL

BASE DE 24 HORAS :

TOTALQQ .10,10

CMARA ( TNEL ) DE CONGELAMENTO / RESFRIAMENTO :

Predomina o calor removido para reduzir a temperatura e/ou

Mudana de Fase do produto de t1 t2

CMARA DE ESTOCAGEM :

Predomina o calor removido para iluminao, pessoas, motores (empilhadeira, ventiladores), aberturas de porta, conduo de calor pelas paredes.

Carga TrmicaTnel Congelados/Resfriados>>> Carga TrmicaCmara de Estocagem

Aplicaes de Resfriamento e Congelamento

Estocagem de 20 toneladas do produto a 25 C

Congelamento de 1 tonelada do produto por hora a 25 C

4 HP

2.500 kcal/h

100 HP

100.000 kcal/h

Diferena entre Estocagem e Congelamento

Cmaras Frigorficas So ambientes acondicionados para Estocagem,

Resfriamento ou Congelamento Frigorificado

Nveis de Estocagem: Baixssima Temperatura: T < -18 C (Super-gelados)

Baixa Temperatura: T -18 C A 0 C (Congelados)

Mdia Temperatura: T > 0 C (Resfriados)

Fatores que influenciam as dimenses das cmaras:

Tipo de recepo e embarque;

Tipo de produto;

Quantidade de produto;

Perodo de estocagem;

Necessidade de paletizao

P direito:

H = 7 a 9 m Uso de Empilhadeira;

H = 3 a 4 m Movimentao Manual;

Consideraes quanto Embalagem:

Normas de Empilhamento;

Padronizao Economia na Movimentao e Transporte.

Espao interno nas Cmaras Frigorficas

300mm

50mm

300mm

2,4 a 3,0 m

Demarcao

PALETIZAO :

Reduo no tempo de carga e descarga;

Maior controle nos lotes;

Maior proteo ao produto.

ESPAAMENTO ( CIRCULAO DO AR ) :

Entre Paletes 50 mm ;

Entre Paredes e Paletes 300 mm;

Entre Caixas no Palete.

CORREDORES :

Largura para movimentao e manobras de empilhadeira

Construo de Cmaras Frigorficas

PAINEIS ( PR-FABRICADO ) :

Isolante entre chapas;

Facilidade de montagem / relocao;

Menor tempo e mo-de-obra para montagem.

TIPOS :

ALVENARIA :

Sem vigas voltadas para o interior;

Paredes, teto e piso: desempenados;

Aplicao do isolamento.

Interior de Cmaras Frigorficas

PISO :

Preveno de lenois freticos;

Lajes de concreto para resistncia mecnica;

Cmara a baixas temperaturas :

circulao de ar externo (manilhas no piso)

Aquecimento do piso ( fluido trmico )

TETO :

Ventilao externa;

Proteo da incidncia solar direta.


FIAO E TUBULAO :

Evitar mais rompimentos da barreira de vapor;

Exemplo: condutes com recheio plstico

ILUMINAO :

Necessria para identificao;

Lmpadas protegidas com globos.


PORTAS :

Depende das condies de operao e trfego;

Aquecimento em torno dos batentes (cmaras de baixa temperatura);

Tipos :

Manual / eltrica ;

Giratria / de correr;

Uma folha / duas folhas

ANTE-CMARA :

Depende das condies de operao:

Tempo de expedio;

Temperatura do produto;

Condies ambientais

Reduzir entrada de ar quente e mido;

Evitar formao de gelo no evaporador :

TCMARA E TPRODUTO

Degelo;

Troca Trmica

Cmaras Frigorficas -

Ante-Cmara

CORTINAS DE AR:

Reduzir entrada de ar quente externo;

Tipos de cortinas :

* insuflao de ar;

* lminas plsticas.

-2 / -20 C

25 / 5 C

Cmaras Frigorficas -

SUB-DIMENSIONAMENTO :

Carga trmica adicional por transmisso;

Maior capacidade do sistema de refrigerao;

Maior evaporador;

Oscilao da temperatura da cmara;

Maior circulao de ar;

Maior potncia do ventilador;

Maior dissipao de calor pelo ventilador.

Condensao no lado externo da parede :

TPAREDE_EXTERNA TPONTO_ORVALHO

TP_INT

q TEXT

TINT

Espessura do Isolante trmico

TP_EXT

Perfil de Temperatura

Cmaras Frigorficas Isolamento trmico

ISOLAMENTO TRMICO

CLCULO DA ESPESSURA : OBSERVAO :

1) Transmisso de calor por conduo: 25 a 30 % calor de resfriamento do produto; 2) Estocagem : Capacidade do Sistema de aproximadamente igual ao calor de transmisso por conduo

TP_INT

q TEXT

TINT

Espessura do Isolante trmico

TP_EXT

PERFL DE TEMPERATURA:

INTEXT TTAUq

..

INTPEXTi RRRRU

11

INTISOLANTE

ISOLANTE

ALVENARIA

ALVENARIA

EXT hKKhU

111

.._ ORVPtoEXTP TT

ISOLAMENTO TRMICO BARREIRA DE VAPOR: FORA MOTRIZ : PROBLEMAS: Incremento no Fluxo de Calor:

KAPARENTE ( gua + Isolante ) KISOLANTE KAPARENTE ( Gelo + Isolante ) KISOLANTE

Evita expanso do isolante : gua gelo Localizao da barreira de vapor: (lado quente/lado externo do isolamento/Lado de pv maior.

VPAkj ..

ISOLAMENTO DE TUBULAES

ISOLAMENTO TRMICO PERFIS DE TEMPERATURA E

PRESSO DE VAPOR

TP_INT

Q e gua

TEXT

TINT

TP_EXT

PSAT

PVAPOR REAL

T< 0C

FORMAO DE GELO

SEM BARREIRA DE VAPOR :

COM BARREIRA DE VAPOR :

TP_INT

Q e gua

TEXT

TINT

TP_EXT

PSAT

PVAPOR REAL

T< 0C

SEM FORMAO DE

GELO

BARREIRA DE VAPOR

II. Carga Trmica de Resfriamento de Lquido

III. Carga Trmica de Outros Sistemas Completos

IV. Carga Trmica de Transporte Frigorificado

Outras aplicaes:

Clculo de Carga Trmica (horria):

Acondicionamento de Ambientes

Termoacumulao:

Racionalizao de energia

Acondicionamento de Ambiente;

Laticnios e outros.

Carga trmica

3

Clculos de Carga Trmica

Finalidades do isolamento (rea fria): Diminuir o fluxo de calor;

Prevenir condensao nas paredes externas da cmara (barreira de vapor).

Isolamento no adequado: Calor extra dever ser contabilizado para remover esta carga trmica;

Maiores devero ser o evaporador e o compressor.

Escolha do isolante depende:

Propriedades (Condutividade trmica, Densidade, Resistncia ao fogo,

decomposio, a passagem de gua, a insetos e microrganismos, etc.)

Economia e convenincia de instalao.

Espessura do isolamento:

Tmdia e Tmxima do local;

Resfriamento: aumento ou diminuio do isolante no ocasionar mudana

substancial na capacidade frigorifica;

Congelamento: a principal carga trmica provm da conduo atravs do

isolamento.

I. Carga Trmica de Transmisso

I.1. Isolamento


I.2. Clculos

Onde:

q: carga trmica de transmisso [kW/24h] ou [kcal/24h] ou [BTU/24h];

A: rea externa da parede piso e teto;

Te e Ti: temperaturas externas e internas da cmara;

U: coeficiente global de transferncia de calor.

Sendo:

ii

i

e fk

e

k

e

fU

111

Onde:

fe: coeficiente de conveco do ar externo;

e: espessura do tijolo, ou bloco, etc;

k: condutividade trmica do tijolo;

ei: espessura do isolante;

ki: condutividade trmica do isolante;

fi: coeficiente de conveco do ar interno.

24... ie TTAUq

h

hCm

Cmh

kcal

h

kcal

24...

.24

2

2

TParede_Externa

TParede_Interna

q

Espessura (ei)

TExterna

TInterna


I.3. Mtodo Prtico de determinao da Espessura tima

Fluxo de Calor:

Onde :

6 kcal / h.m2 Temperatura Baixas

8 kcal / h.m2 Temperatura Altas

2......8........6 mhkcalAAq

Custo de Refrigerao

Custo de Isolamento

Custo de Investimento

de Operao

Cu

stos

tima Espessura do Isolante


I.3. Consideraes para os clculos

A carga trmica por transmisso calculada atravs de cada uma das paredes;

Paredes com materiais diferentes tem U diferentes;

Paredes com materiais iguais, U so iguais, entretanto deve-se atentar ao T que nem sempre ser o mesmo;

Quando as reas das paredes so pequenas; a diferena entre U pode ser ignorada e as cargas destas paredes agrupadas.

I. Carga Trmica de Transmisso I.4. Ex. de Clculo de Carga de Calor atravs das paredes

Um refrigerador de 16 ps x 20 ps x 10 ps de altura est localizado no lado sudoeste de uma construo. As paredes sul e leste do frigorfico so adjacentes a uma parte da parede sul e leste da construo. O armazm tem 14 ps de teto, de modo que h 4 ps de folga entre o topo do frigorfico e o teto do armazm. A temperatura interna do armazm 80F. Determine a carga de calor atravs da parede do frigorfico, se as paredes forem da seguinte construo: Sul e Leste: Tijolo de barro = 6 pol

Placa de cortia = 6 pol

Acabamento interno de reboco = 0,5 pol

Norte e Oeste: Placas de 1pol de cortia granulada de 3 5/8 pol

Teto: mesmo das paredes Norte e Oeste

Piso: Placa de cortia armada de 4 pol

Acabamento de 3 pol de concreto

II. Carga Trmica por Infiltrao

II.1. Consideraes

Carga trmica que entra quando a cmara aberta.

Nota: O nmero de vezes que a porta de uma cmara aberta em 24h difcil de se conhecer, mas estima-se em funo do volume da cmara.

A carga trmica por transmisso calculada atravs de cada uma das paredes;

Paredes com materiais diferentes tem U diferentes;

Paredes com materiais iguais, U so iguais, entretanto deve-se atentar ao T que nem sempre ser o mesmo;

Quando as reas das paredes so pequenas; a diferena entre U pode ser ignorada e as cargas destas paredes agrupadas.


II.2. Clculo

QI = V * n * (he - hi)

Onde:

QT: carga trmica por infiltrao em 24h;

n: nmero de trocas de ar em 24h;

he e hi ;

: volume especfico do ar externo.

Sendo:

Volume interno

(m3)

Troca de ar em

24h (n)

Volume interno

(m3)

Troca de ar em

24h (n)

10 31 200 6

20 21 250 5

30 17 500 4

40 14 750 1

50 13 1000 2,5

100 9 1250 2,0

150 7 1800 1,7

2400 1,4


II.3. Troca de ar em uma cmara em funo do volume (n)


II.4. Diagrama Psicromtrico

5 t(C) 10 15 20 25 30 35 40 45 50

W(kg/kg)0.01

0.02

0.03100 rh(%) 75 50

h(kJ/kg) 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0.8 v (m 3^/kg) 0.85 0.9

D:\DOWNLOAD\PSY DEMO\Def ault .psyPressure 101.3 kPa

EXTARh _

INTARh _

QUENTEAR _

I. Carga Trmica por Infiltrao I.4. Ex. de Clculo de Carga de Calor por Infiltrao

Um frigorfico mvel de 2,5m x 4,5m x 3,0m de altura construdo com 10cm de espessura de parede + isolante. A temperatura exterior de 35C e a umidade de 50%. O frigorfico mantido a 2C. Determine o calor de infiltrao em kJ/24h.

A carga trmica do produto composta por:

a) Calor removido no resfriamento:

b) Calor removido no resfriamento at incio do congelamento:

c) Calor removido no congelamento:

d) Calor removido na reduo de T entre o incio do congelamento at o valor final desejado:

III. Carga Trmica do Produto

III.1. Clculo

Qa = m * cp (T1 T2)

Qb = m * cp (T1 T)

Qc = m * L

Qd = m * cp* (T Tf)

Produto T

(incio cong.oC)

gua

(%)

Cp

(kcal/kgoC)

Cp*

(kcal/kgoC)

L

(kcal/kg)

Abacaxi -1,4 85,3 0,88 0,45 68

Pra -2,0 83,5 0,86 0,45 65

Carne -1,7 60-77 0,7-0,8 0,39-0,43 50-62

Frango -2,8 74 0,80 0,42 60

Salmo -2,2 64 0,72 0,39 52

Camaro -2,2 76 0,84 0,44 66

Sorvete -6 63 0,70 0,39 49

Gema lq. -2,2 55 0,65 0,36 45


III.2. Propriedades Trmicas dos Alimentos

Para frutas e hortalias considera-se o calor produzido pelo metabolismo (vivos), calor de respirao:

R = calor de respirao (kcal/ton 24h)

m = massa (ton)

R mQr


III.3. Calor de Respirao

Frutas e hortalias

Calor de Respirao R (kcal/ton 24h)

0oC 2oC 5oC 10oC 15oC 20oC

Abacaxi - - 826-937 1361-1461 1562-1663 1713-1841

Pssego 262-393 363-453 524-847 1310-1915 1814-2721 2923-1613

Banana - - 826-1209 1361-2419 1814-3427 2016-5040

Ma 201-358 292-433 322-655 857-1260 1109-1915 1209-2520

Alface 655-806 706-907 857-1058 1462-2117 2268-3931 5242-7056

Couve 958-1310 1209-1411 1532-1813 3226-3780 5393-6098 8064-9072

Cenoura 202-585 454-706 535-806 655-907 1512-2016 1865-2822


III.4. Calor de Embalagem

Cp = 0,67 kcal/kgoC madeira

Cp = 0,45 kcal/kgoC papelo

Q = m * cp (T1 T2)

I. Carga Trmica do Produto I.4. Ex. de Clculo de Carga de Refrigerao do Produto

3000kg de carne bovina fresca entra em uma cmara de refrigerao a 35C e so resfriadas a 5C a cada dia. Determine a carga do produto por 24 horas.

ATENO: Outra forma de se conhecer o calor a ser retirado do produto atravs do Diagrama de Entalpia!

Carga mista so provenientes de outras fontes:

Luzes;

Motores dos ventiladores;

Motores das empilhadeiras;

Pessoas;

IV. Carga Trmica Mista

IV.1. Consideraes

Carga proveniente da iluminao:

Quanto maior a intensidade da lmpada maior a carga trmica;

Normalmente se considera: 260 kcal/h p/ cada 100 m2 de cmara.

Calor dissipado (kcal/h) para diferentes tipos de lmpadas e intensidade luminosa (-20C)

Intensidade (lux) Vapor de

mercrio

Fluorescente Sdio Incandescente

75 5,0 6,7 2,3 15,3

125 8,3 11,1 3,8 25,4

250 17,0 22,2 7,6 50,7


IV.2. Proveniente da Iluminao

Carga proveniente de motores:

A carga proveniente de empilhadeiras, ir depender do motor, hoje em dia as empilhadeiras combusto esto sendo substitudas pelas eltricas.

Carga proveniente de motores eltrico (ventiladores e empilhadeiras) (kW/kW)

Motor (kW) Motor no espao

refrigerado

Motor fora do espao

refrigerado

0,1 a 0,4 1,8 1,0

0,4 a 2,2 1,5 1,0

2,2 a 15,0 1,3 1,0


IV.3. Proveniente dos Motores

Carga proveniente de pessoas:

O calor proveniente de pessoas depende do nmero, da movimentao, da roupa e da temperatura.

Calor equivalente de uma pessoa no espao refrigerado

Temperatura (oC) kcal/h

0,1 a 0,4 1,8

0,4 a 2,2 1,5

2,2 a 15,0 1,3


IV.4. Proveniente das Pessoas

A carga trmica total corresponde:

Ao calor calculado em cada item anterior;

Referir estes valores para 24h;

O equipamento frigorfico nunca opera durante 24h

consecutivas, perodos para paradas devem ser previstos (de

16 22h).

tempo h24

QQT

V. Carga Trmica Total

Fonte de Carga Trmica Q (BTU ou kcal ou kJ)/24h

Transmisso

Infiltrao

Produto

Resfriamento

Respirao

Embalagem

Iluminao

Pessoas

Empilhadeiras

Sub-Total (1)

Ventiladores (10%)

Sub-Total (2)

Segurana (10%)

Capacidade frigorfica (24h, h, tempo de operao)

Sistematizando

Um navio pesqueiro resolveu investir em uma instalao frigorfica que possa sustentar os peixes abatidos em alto mar. Voc foi contratado para executar a engenharia (fornecer a base de clculos) da instalao frigorfica. Os investidores lhes passaram os seguintes dados:

A cmara ir estocar 100 ton de peixe, a carga diria ser de 50 ton. Os peixes entraro a aproximadamente 20oC e ao final de 24h estaro a -5oC.

A temperatura externa cmara (no poro do navio) ser de 18oC (UR 60%) e a interna de -5oC (UR 85%).

A cmara dever ter 20m de comprimento x 10m de largura e 3m de altura.

As paredes, teto e piso sero de folhas de PVC com ncleo isolante em PUR (Poliuretano) injetado, com condutncia trmica de 0,025 kcal/hm2oC. O coeficiente de pelcula do ar interno e externo ser de 7 kcal/hm2oC.

Determine:

a) Carga trmica de transmisso: neste caso considere que a cmara, de paredes claras, se encontra no centro do poro com 4m de p direito.

b) Infiltrao;

c) Iluminao: considere que em cada 30m2 de teto h 100W (86kcal/h)e que o perodo de iluminao seja de 8 horas por dia;

d) Produto: utilizando o Diagrama de Mollier para peixe magro com 83% de contedo de gua determine a carga trmica total proveniente do produto e indique a carga trmica diria durante trs dias e acrescente ao valor da carga trmica 10% referente embalagem;

e) Carga mista: pessoas considerar 2 pessoas trabalhando durante 8h/dia e suponha que cada uma representa 250kcal/h;

f) Monte o quadro geral considerando ainda 10% de carga proveniente dos ventiladores dos evaporadores e mais 10% de segurana.

Exerccio para Fixao dos Conceitos de Carga Trmica

Fonte de Carga Trmica Q (kcal)/24h

Transmisso 7.368,24

Infiltrao 16.157,38

Produto 3.740.000,00

Mista

Iluminao 4.586,67

Pessoas 4.000,00

Sub-Total (1) 3.772.122,29

Ventiladores (10%) 377.212,23

Sub-Total (2) 4.149.334,52

Segurana (10%) 414.933,45

Total 4.564.267,97

Capacidade frigorfica / h 190.177,83

Capacidade frigorfica em 18h de operao 3.423.200,98/24h

Resoluo do Exerc. Fixao dos Conceitos Carga Trmica

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