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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
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
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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
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Figura 1 – Ilustração da câmara fria projetada
2. Dimensionamento de Isolamento
K iso q Liso Text Tins Tcf
Para se ter um isolamento de boa qualidade, tem-se:
q 10
kcal W 11,6 2 2 h.m m
Considerando um calor de insolação a oeste, parede clara, tem-se Tins = 2ºC.
2.1. Revestimento do Teto, Paredes e Piso
K iso 10 = = 0,3012 Liso (33 + 2 − 1,8)
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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: CT Qc Qi Qpr Qmp Qmot Qil Qpe Qdeg
Onde:
CT = Carga térmica de refrigeração Qc = Calor de condução 5
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
Qc U . A. Te Ti Tcf .24
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
𝐐𝐜 = 𝟑𝟏𝟗𝟖𝟒, 𝟐
= 11232 Kcal/dia
𝐊𝐜𝐚𝐥 = 𝟎, 𝟒𝟒𝟎𝟕 𝐓𝐑 𝐝𝐢𝐚
3.2. Calor de Infiltração
Qi V E . E .he hi , onde: vE
1
E
, e VE n.Vcf .Z
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) 6
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
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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 = 1260
1 . 85,48 − 9,733 0,9761
𝐐𝐢𝐧𝐟 = 𝟗𝟕𝟕𝟕𝟖, 𝟏𝟐
𝐊𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟑𝟒𝟕 𝐓𝐑 𝐝𝐢𝐚
3.3. Calor de Produto
Qpr D Cpr .Te Tcg L Cpcg .Tcg T f
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 𝐐𝐩𝐫 = 𝟕𝟑𝟏𝟑𝟕
+ 30 + 0,31. −2 − 1,8
𝐊𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟎𝟏 𝐓𝐑 𝐝𝐢𝐚
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3.4. Calor de Pessoas Qpe = N. q met . 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) q met = 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
Calor de Metabolismo
(°C)
(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 = 𝟐𝟏𝟔𝟎
𝐊𝐜𝐚𝐥 = 𝟎, 𝟎𝟑 𝐓𝐑 𝐝𝐢𝐚 9
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, 𝟗𝟗𝟒
𝐤𝐜𝐚𝐥 = 𝟎, 𝟑𝟑𝟐𝟏 𝐓𝐑 𝐝𝐢𝐚
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 Infiltração Produto Pessoas Iluminação Motores (Kcal/dia) (kcal/dia) (kcal/dia) (kcal/dia) (kcal/dia) (kcal/dia)
31984,2 97778,12
73137
2160
387
24104
CT Total (kcal/dia)
CT Total (TR)
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, optouse 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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