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UNIVERSIDADE FEEVALE
CLEITON ZARDINELLO PADILHA
ANÁLISE DA CAPACIDADE TÉRMICA DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO
PARA CONSERVAÇÃO DE EMBUTIDOS – ESTUDO DE CASO
Novo Hamburgo
2018
CLEITON ZARDINELLO PADILHA
ANÁLISE DA CAPACIDADE TÉRMICA DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO
PARA CONSERVAÇÃO DE EMBUTIDOS – ESTUDO DE CASO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como requisito parcial à
obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Mecânica pela Universidade
Feevale
Orientador: Prof. Me. José Eduardo Barbosa Moraes
Novo Hamburgo
2018
CLEITON ZARDINELLO PADILHA
Trabalho de conclusão de curso de Engenharia Mecânica, sob título, ANÁLISE
DA CAPACIDADE TÉRMICA DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO PARA
CONSERVAÇÃO DE EMBUTIDOS – ESTUDO DE CASO, submetido ao corpo
docente da Universidade Feevale, como requisito necessário para obtenção do Grau
de Bacharel em Engenharia Mecânica.
Aprovado por:
_______________________________________
Prof. Me. José Eduardo Barbosa Moraes
Professor Orientador
____________________________________
Profa. Dra. Ângela Beatrice Dewes Moura
____________________________________
Prof. Me. Josimar Souza Rosa
____________________________________
Profa. Me. Luciane Tais Führ
AGRADECIMENTOS
A Deus, por ter me dado perseverança para
chegar a esta etapa.
A minha namorada Andiara, que sempre me
incentivou e me deu força.
Ao meu professor e orientador Me. José
Eduardo Barbosa Moraes, pela dedicação em
construirmos este trabalho.
Aos meus amigos da empresa Frigorífico
Santo André, Ademir Teixeira e José Vitor, sempre
dispostos a tirar as dúvidas e fornecer dados.
E em especial a minha família, mãe Glória,
pai Derli, e irmãos Eloi, Eloir e Daniela, que sempre
acreditaram em mim e me apoiaram durante toda
graduação.
Muito Obrigado a todos!
RESUMO
A refrigeração industrial é um processo de controle de temperatura amplamente
utilizado na indústria alimentícia para conservação de produtos perecíveis. As
empresas são constantemente fiscalizadas para que esse controle de temperatura
seja seguido, e caso sejam encontrados produtos fora da faixa de temperatura
recomendada de armazenamento, elas são atuadas por multas e obrigadas a
descartar estes alimentos. Este trabalho é referente a avaliação de um sistema de
refrigeração já existente em uma empresa de produção de embutidos, para análise de
um possível aumento de produção, sabendo que a câmara frigorífica instalada deve
ser capaz de manter os alimentos produzidos refrigerados, sem que estes saiam da
faixa de temperatura indicada. O trabalho foi iniciado com o levantamento bibliográfico
sobre o tema e fórmulas utilizadas para cálculos de carga térmicas existentes, assim
como o que deve ser levado em consideração no momento de dimensionamento do
sistema. Após o levantamento bibliográfico foi feito a coleta de dados, como
dimensões da câmara, potência de equipamentos instalados e outros fatores que
foram levados em consideração para os cálculos. Alguns dados como temperaturas e
umidades foram obtidos por dados históricos da região fornecidos pela INMET. Os
objetivos foram atingidos após os cálculos de carga térmica e, além disso, foi possível
a indicação de algumas melhorias. Como resultados notou-se um excedente de
refrigeração na câmara frigorífica instalada, assim como a maior carga térmica do
sistema avaliado é de infiltração de ar, devido a abertura de portas.
Palavras chave: Refrigeração industrial. Carga térmica. Câmara fria. Capacidade de
refrigeração. Controle de temperatura e umidade.
ABSTRACT
Industrial refrigeration is a temperature control process widely used in the food
industry for the preservation of perishable products. Companies are constantly
monitored for this temperature control to be followed, and if products outside the
recommended storage temperature range are encountered, they are subject to fines
and forced to discard these foods. This work is related to the evaluation of an existing
refrigeration system in a sausage production company, in order to analyze a possible
increase in production, knowing that the installed cold room must be able to keep the
food produced refrigerated without leaving of the indicated temperature range. The
work was started with a bibliographical survey about the theme and formulas used for
existing thermal load calculations, as well as what should be taken into account when
designing the system. After the bibliographical survey, data were collected, such as
the dimensions of the chamber, installed equipment power and other factors that were
taken into account for the calculations. Some data such as temperatures and humidity
were obtained from historical data from the region supplied by INMET. The objectives
were reached after the thermal load calculations and, in addition, it was possible to
indicate some improvements. As a result, a refrigeration surplus was observed in the
installed refrigeration chamber, as well as the highest thermal load of the evaluated
system is air infiltration, due to the opening of the doors.
Keywords: Industrial refrigeration. Thermal load. Cold chamber. Refrigerating
capacity. Temperature and humidity control.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 − Ciclo térmico de refrigeração .................................................................. 14
Figura 2 – Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor .............................. 15
Figura 3 – Esquema dos componentes de um ciclo de refrigeração real ................. 16
Figura 4 − Estimativa do tempo de conservação dos produtos pela temperatura
exposta .................................................................................................................... 17
Figura 5 − Zonas de temperatura e proliferação de micróbios ................................ 19
Figura 6 − Fontes de calor em sistemas de refrigeração .......................................... 20
Figura 7 − Condução através de um sistema de três camadas em série ................. 23
Figura 8 − Layout da planta câmara frigorífica ......................................................... 30
Figura 9 − Unidades condensadoras instaladas na empresa X ................................ 31
Figura 10 − Temperaturas máximas, médias e mínimas - 12/2017 .......................... 33
Figura 11 − Temperaturas máximas, médias e mínimas - 01/2018 .......................... 33
Figura 12 − Temperaturas máximas, médias e mínimas - 02/2018 .......................... 34
Figura 13 − Heatcraft modelo FLA114B57A ............................................................. 35
Figura 14 − Fluxograma das etapas para cálculo de carga térmica ......................... 38
Figura 15 − Camadas de isolamento térmico da câmara frigorífica .......................... 39
Figura 16 − Temperatura de bulbo seco 02/2018 ..................................................... 41
Figura 17 − Umidade relativa do ar as 12:00h .......................................................... 42
Figura 18 − Câmara de conservados, ambiente interno ........................................... 45
Figura 19 − Câmara de conservados, ambiente externo .......................................... 45
Figura 20 – Temperaturas mais críticas dos ambientes internos e externos (12/17;
01/18; 02/18) ............................................................................................................ 46
Figura 21 − Produto estocado .................................................................................. 52
Figura 22 – Distribuição das cargas térmicas por fonte de calor na câmara frigorífica
................................................................................................................................. 56
Figura 23 – Distribuição das cargas térmicas, considerando a capacidade de
refrigeração instalada ............................................................................................... 57
Figura 24 – Novo layout proposto de prateleiras para a câmara frigorífica da
empresa X ............................................................................................................... 59
Figura 25 − Distribuição das cargas térmicas por fonte de calor na câmara frigorífica,
novo layout com aumento de capacidade de estocagem ......................................... 60
Figura 26 – Distribuição das cargas térmicas e capacidade de refrigeração (Novo
layout) ...................................................................................................................... 62
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Propriedades dos isolantes térmicos típicos ........................................... 21
Tabela 2 − Fator de troca de ar por abertura de porta .............................................. 25
Tabela 3 − Fator de calor necessário para resfriar o ar ............................................ 26
Tabela 4 − Fator de calor necessário para resfriar o ar ............................................ 26
Tabela 5 − Capacidade frigorifica segundo catálogo do fabricante .......................... 34
Tabela 6 − Capacidade Frigorífica dos evaporadores .............................................. 36
Tabela 7 – Propriedades dos materias comuns de contruções ................................ 48
Tabela 8− Calor específico de produtos conservados e suas propriedades ............. 53
Tabela 9 − Calor de ocupação ................................................................................. 54
Tabela 10 − Economia gerada para instalação com equipamentos menores ........... 61
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 11
1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 11
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 13
2.1 REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL ........................................................................ 13
2.2 NORMAS VIGENTES PARA CONSERVAÇÃO DE CARNES ............................ 18
2.3 CARGA TÉRMICA E SUA FONTES .................................................................. 19
2.3.1 Ganho de carga térmica pelas paredes, piso e teto ................................... 21
2.3.2 Ganho de carga pela renovação de ar ......................................................... 24
2.3.3 Ganho de carga de produtos ........................................................................ 26
2.3.4 Outros tipos de carga térmica ...................................................................... 28
3 METODOLOGIA ................................................................................................... 30
3.1 CAPACIDADE FRIGORÍFICA INSTALADA ....................................................... 31
3.2 CARGAS TÉRMICAS......................................................................................... 37
3.2.1 Troca térmica pelas paredes (𝒒𝒑𝒂𝒓𝒆𝒅𝒆) ...................................................... 38
3.2.2 Troca térmica pelo piso (𝒒𝒑𝒊𝒔𝒐) ................................................................... 39
3.2.3 Troca térmica pelo teto (𝒒𝒕𝒆𝒕𝒐) .................................................................... 40
3.2.4 Carga térmica devido a renovação de ar (𝒒𝒂𝒓) ........................................... 40
3.2.5 Carga térmica de produtos (𝒒𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒕𝒐) ....................................................... 42
3.3 OUTRAS CARGA TÉRMICAS (𝒒𝒐𝒖𝒕𝒓𝒐𝒔) .......................................................... 43
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................... 44
4.1 LEVANTAMENTO DE DADOS .......................................................................... 44
4.1.1 Cálculo da carga térmica pelas paredes (𝒒𝒑𝒂𝒓𝒆𝒅𝒆) ................................... 46
4.1.2 Calculo da carga térmica pelo piso (𝒒𝒑𝒊𝒔𝒐) ................................................ 49
4.1.3 Calculo da carga térmica pelo teto (𝒒𝒕𝒆𝒕𝒐).................................................. 50
4.1.4 Calculo carga térmica devido a renovação de ar (𝒒𝒂𝒓) .............................. 50
4.1.5 Calculo de carga térmica dos produtos (𝒒𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒕𝒐) .................................. 51
4.1.6 Calculo de outras cargas térmica (𝒒𝒐𝒖𝒕𝒓𝒐𝒔) ............................................... 53
4.1.7 Carga térmica total (24 horas) ...................................................................... 56
4.1.8 Custo agregado ao produto pela refrigeração ............................................ 57
4.1.9 Oportunidades de melhorias ........................................................................ 58
5 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 63
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 64
11
1 INTRODUÇÃO
A refrigeração é um processo de controle de temperatura amplamente utilizado,
presente nos mais variados tipos de segmentos principalmente para conservação ou
aumento de vida útil de produtos perecíveis. Pode ser facilmente notado o seu uso em
supermercados, padarias e até mesmo para uso residencial, como refrigeradores e
freezers. Nas indústrias os ambientes preparados para armazenamento de produtos
perecíveis, que devem ser refrigerados ou congelados, são chamados câmaras
frigorificas. Esses ambientes são fechados e isolados termicamente, nos quais seu
interior é mantido em condições termohigrométricas, isto é, temperatura e umidade
mais adequadas para conservação do tipo do produto exposto.
A conservação de substâncias perecíveis por refrigeração envolve o uso de
temperaturas baixas, como um meio de eliminar ou retardara atividade dos agentes
de putrefação. Embora a temperatura baixa não seja tão eficiente quanto as altas
temperaturas para destruição dos agentes de putrefação, ela reduz grandemente os
agentes. Sendo assim um modo prático de conservar substâncias no seu estado
fresco original (DOSSAT, 2004).
A empresa que será feito o estudo é fiscalizada em tempo integral pela DIPOA,
(Divisão de Inspeção de Produtos de Origem Animal), certificando que a empresa está
operando dentro das normas, tanto de fabricação quanto de armazenamento. Garantir
que o produto esteja dentro da temperatura aceitável é uma das principais
preocupações para as empresas do ramo alimentício, pois o descumprimento deste
item pode gerar custos, como descarte total do produto exposto ou até mesmo multas.
Para que o sistema de refrigeração seja eficaz e consiga suprir a demanda, é
importante que seja dimensionado corretamente, um bom dimensionamento leva em
consideração fatores internos da empresa, assim como condições climáticas regionais
onde o equipamento for instalado.
1.1 OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem como objetivo geral analisar uma câmara frigorífica local de
uma empresa que produz embutidos do vale do Paranhana, com a finalidade de obter
através de cálculos qual capacidade máxima de refrigeração.
12
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos deste trabalho são:
• Fazer um levantamento bibliográfico sobre o tema;
• Pesquisar normas para armazenamento de embutidos;
• Realizar os cálculos para determinar a capacidade máxima;
• Analisar possível aumento de produção;
• Levantar o custo de refrigeração agregado ao produto.
De acordo com estes objetivos, este trabalho será iniciado com o levantamento
bibliográfico sobre refrigeração e cargas térmicas, assim como normas para
conservação de produtos embutidos. Após essa conceitualização do tema, será feito
um estudo de caso na empresa X de embutidos, obtendo dados e características do
local para em seguida executar os cálculos e expor os resultados obtidos, assim como
as conclusões e comentários correlacionados.
13
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo apresenta a fundamentação teórica em que este estudo de caso
está embasado, abordando temas como refrigeração de alimentos, cargas térmicas e
normas pertinentes ao armazenamento de produtos embutidos.
2.1 REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
A refrigeração industrial pode ser definida como um processo de retirada de
calor de um meio ou produto com finalidade de atingir uma temperatura desejada,
sendo ela para conservar ou fazer parte de um processo de produção. Para Miller e
Miller (2008) a refrigeração é um processo de remoção de calor de onde ele não é
desejado para um ambiente onde não é prejudicial, ou seja, ambiente externo da
empresa. Segundo os mesmos autores na indústria alimentícia o calor é removido
com finalidade de preservar a qualidade e sabor dos produtos e garantir maior
durabilidade, pois alguns produtos como carnes estragam rapidamente quando
expostos a temperaturas ambientes.
A refrigeração industrial pode ser determinada pela faixa de temperatura de
operação, as temperaturas que definem este processo variam entre -70°C a 15°C,
abaixo deste limite inferior está presente apenas na indústria de criogenia. Outra forma
de definir a refrigeração industrial é quanto sua utilização, refrigeração pode ser
caracterizada pelo processo utilizado nas indústrias químicas, de alimentos e de
processos, para manter algum produto na temperatura desejada (STOECKER; SAIZ,
2002).
Um ciclo de refrigeração é um sistema térmico que transfere energia de calor
de uma região de baixo potencial energético para uma região de alto potencial
energético, isso é possível devido o sistema possuir uma fonte de energia externa. O
ciclo é composto por uma saída e uma entrada de calor, junto a uma entrada de
trabalho (FERZOLA, 2010).
Na figura 1 pode ser observado um esquema do ciclo térmico de refrigeração,
contendo os 4 principais elementos para funcionamento de um sistema de
refrigeração. Sendo 𝑄𝑒 calor de entrada e 𝑄𝑠 calor de saída. Cada elemento é
essencial para o funcionamento do ciclo de refrigeração. Ferzola (2010) descreve
estes elementos sendo:
14
Figura 1 − Ciclo térmico de refrigeração
Fonte: Ferzola (2010)
• Compressor: este componente é o responsável pelo fornecimento de
trabalho ao sistema através da compreensão do gás refrigerante, elevando
a pressão e a temperatura do fluído;
• Condensador: é o responsável pela retirada do calor do fluído, passando de
sua forma gasosa para líquida, fornecendo calor para o ambiente na forma
latente;
• Válvula de expansão: a função deste dispositivo como diz o nome é
provocar a expansão do fluido refrigerante causando uma queda de pressão
no fluido e consequentemente uma redução na temperatura. Após a válvula
de expansão o fluído está na forma de mistura líquido-vapor;
• Evaporador: onde ocorre a entrada de calor do ambiente, esta mistura de
líquido-vapor absorve calor na forma latente, evaporando e retirando calor
do ambiente;
Silva e Silva (2007) descrevem os processos termodinâmicos envolvidos em
cada componente, descritos anteriormente e demostrados na figura 2, sendo:
15
Figura 2 – Ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor
Fonte: Cengel e Boles (2013)
• Processo [1] para [2]: fluido refrigerante entra no compressor com pressão
inicial igual ao do evaporador, neste processo o compressor é responsável
por elevar a pressão do fluído, neste momento o fluido está superaquecido;
• Processo [2] para [3]: ocorre no condensador o processo de rejeição de
calor à pressão constante, podendo ser a ar ou água. O fluido é resfriado
até se tornar liquido saturado;
• Processo [3] para [4]: no dispositivo de expansão, é onde ocorre uma
expansão irreversível à entalpia constante (isoentálpico), desde a pressão
de condensação e liquido saturado, até a pressão de vaporização;
• Processo [4] para [1]: ocorre no evaporador, um processo de transferência
de calor a pressão e temperatura constante, o fluido passa de vapor úmido
até vapor saturado seco;
Pode-se comparar o diagrama apresentado na figura 2, com os componentes
que formam o ciclo de refrigeração real em um sistema de refrigeração. A figura 3
mostra o esquema dos componentes existente em um sistema de refrigeração real,
comparando com o diagrama do ciclo ideal de refrigeração por compressão a vapor.
16
Figura 3 – Esquema dos componentes de um ciclo de refrigeração real
Fonte: Cengel e Boles (2013)
O uso da refrigeração está presente nos mais variados setores, podendo ser
notado seu uso nas indústrias de alimentos, para aumento da durabilidade dos
produtos ou para fazer parte de um processo de fabricação, assim como em
metalúrgicas, químicas, condicionamento de ar, na medicina e muitas outras
aplicações (COSTA, 1982).
As temperaturas baixas são utilizadas para retardar as reações químicas e a
atividade enzimática, bem como para retardar ou inibir o crescimento e a atividade dos microrganismos nos alimentos. Quanto mais baixa for a temperatura tanto mais reduzida será a ação química, enzimática e o crescimento microbiano e uma temperatura suficientemente baixa inibirá o crescimento de todos os microrganismos. (GAVA, 1984).
Nota-se que o armazenamento de produtos em ambientes refrigerados tem seu
tempo de durabilidade aumentado. Muitos alimentos não exigem que sejam
congelados para seu armazenamento, apenas refrigerados a temperaturas acima de
seu congelamento. Cada tipo de alimento tem sua temperatura ideal de conservação,
que leva em conta também os aspectos econômicos de armazenamento
(STOECKER; SAIZ, 2002).
17
Inicialmente os produtos eram mantidos apenas refrigerados, isto é, manter
acima de sua temperatura de congelamento. A partir do ano de 1860 verificou-se que
a redução da temperatura abaixo de 0 °C dilatava o período de conservação dos
alimentos. Com esta descoberta nota-se que a temperatura de armazenamento
influencia diretamente no tempo de conservação dos produtos (COSTA, 1982).
Podemos observar na figura 4 este comportamento.
Figura 4 − Estimativa do tempo de conservação dos produtos pela temperatura exposta
Fonte: STOECKER, W. F.; SAIZ, J. M. (2002)
Pode-se notar na figura que a temperatura que os produtos são expostos
influência diretamente em seu tempo possível de armazenamento. Observando a linha
3 referente a carnes, notar-se que se exposta a uma temperatura de 20 ºC este
produto teria uma durabilidade de aproximadamente 9 dias. Caso baixar a até
temperatura e atingir -17 °C, o produto poderia ser mantido sem entrar em
decomposição por aproximadamente 400 dias, uma diferença crucial para a
comercialização do produto.
18
2.2 NORMAS VIGENTES PARA CONSERVAÇÃO DE CARNES
Para garantir a qualidade dos alimentos, existem normas e boas práticas que
as empresas devem seguir com finalidade de evitar contaminação do produto.
Segundo a ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) os alimentos devem
ser armazenados de forma a impedir a contaminação e/ou a proliferação de
microrganismos. Os alimentos devem ser mantidos em paletes ou prateleiras
distantes do piso, paredes e teto, com finalidade de permitir apropriada higienização
(ANVISA, 2018).
Todo o processo de manipulação de produtos alimentícios deve ser controlado
de forma a evitar a putrefação, proteger contra contaminação e minimizar os danos.
Para manter tais condições devem ser utilizados equipamentos especiais, tais como
sistemas de refrigeração, dependendo da natureza do produto até mesmo gelo, no
qual devem seguir normas caso este tiver contato direto com o alimento (BRASIL,
1997).
São considerados próprios para o consumo, alimentos que forem mantidos em
condições adequadas de conservação, seguindo todas as normas e indicações de
armazenamento. Tanto o ambiente quanto as temperaturas devem ser adequadas ao
produto. Os alimentos serão considerados congelados quando sua temperatura de
armazenamento for inferior a -8 °C, os alimentos com temperaturas entre -8 °C até 10
°C serão considerados alimentos resfriados (BRASIL, 1984).
Os micróbios se multiplicam nos alimentos quando encontram condições ideais
de nutrientes, umidade e temperatura. Como mostra a figura 5, os micróbios podem
se multiplicar em temperaturas entre 5 °C a 60 °C, chamada de zona de perigo, onde
uma bactéria pode se multiplicar em até 130.000 em apenas 6 horas. Sabendo disso
é aconselhável que os alimentos sejam armazenados em temperaturas abaixo de 5
ºC, até o momento de seu preparo para consumo (ANVISA, 2016).
19
Figura 5 − Zonas de temperatura e proliferação de micróbios
Fonte: ANVISA (2016, p. 11)
2.3 CARGA TÉRMICA E SUA FONTES
Carga térmica pode ser definida como a soma das fontes de calor existentes
em um ambiente ou produto. Determinar a carga térmica é um dos pontos cruciais
para o dimensionamento dos equipamentos de refrigeração. Em um ambiente
industrial são várias as fontes que fornecem calor para o sistema, a correta definição
destas fontes é primordial para que um sistema de refrigeração não seja
superdimensionado ou subdimensionado, evitando gastos desnecessários ou falta de
refrigeração (FIC FRIO, 2014).
Segundo Creder (2009), carga térmica é a quantidade de calor sensível e
latente que deve ser retirar do ambiente para atingir as condições de temperatura
desejada, geralmente essa grandeza é expressa em BTU/h ou kcal/h. Em sistemas
de ar condicionado a medida mais popular é BTU/h, já para sistema de refrigeração
kcal/h é a medida mais utilizada.
Para o cálculo de carga térmica deve se levar em considerações todas as fontes
de calor existentes, também o tempo de funcionamento do sistema de refrigeração,
pois a câmara frigorifica necessita degelo no evaporador, degelo é o momento onde
a refrigeração é desliga até o completo degelo do evaporador. Além de não fornecer
20
trabalho alguns degelos são realizados por resistências elétricas ou gás quente
fornecem calor ao sistema. Para o autor as cargas térmicas devem primeiramente ser
avaliada individualmente e após totalizadas. As quatro fontes de carga são: ganho de
carga pelas paredes, cargas de renovação de ar, carga de produtos e outros tipos de
cargas (MILLER; MILLER. 2008).
Para Silva (2016), deve levar em consideração se o produto vai ser refrigerado
ou congelado, ou apenas estocado. Quando refrigerado ou congelado deve-se levar
em consideração a quantidade de calor que será necessário retirar do produto para
atingir a temperatura desejada, acrescidos das fontes de calor que são adicionadas
no sistema, como mostra a figura 5. Já na estocagem apenas se leva em consideração
as fontes, pois o produto estará na temperatura desejada.
Figura 6 − Fontes de calor em sistemas de refrigeração
Fonte: Silva (2016)
Observando a figura, tem-se uma noção dos fatores e cargas térmicas que
podem influenciar no funcionamento de um sistema de refrigeração, através de fontes
de calor externos ou internos. Levar em consideração todos estes itens é primordial
para que a câmara fria seja dimensionada corretamente.
21
2.3.1 Ganho de carga térmica pelas paredes, piso e teto
O ganho de carga térmica pelas paredes se dá devido à diferença de
temperatura entre o interior e o exterior da câmara frigorífica, sendo que o calor
sempre se desloca para uma área de menor temperatura. Quando o ambiente externo
de uma câmara frigorífica estiver a temperaturas mais altas que seu interior, há uma
transferência de calor do ambiente mais aquecido que é o exterior da câmara, para o
menos aquecido ou refrigerado. Para diminuir essa transferência de calor pelas
paredes, piso e tetos são empregados materiais chamados isolantes térmicos
(MILLER; MILLER, 2008).
Isolantes térmicos são matérias com baixo coeficiente de condutividade térmica
“k”, geralmente materiais porosos com alta resistência térmica devido sua baixa
condutividade de ar contido em seus vazios. Um bom isolante deve apresentar baixa
condutividade térmica, ter uma boa resistência mecânica, não sofrer fisicamente
influência da temperatura a ser aplicada, não ser combustível, ser imputrescível e
inatacável por pragas, ter baixa permeabilidade e ser abundante e barato (COSTA,
1982). Na tabela 1 é apresentado os tipos mais usuais de materiais para isolamento
de câmaras frigorificas e suas propriedades.
Tabela 1 – Propriedades dos isolantes térmicos típicos
Fonte: AMBIENTE GELADO (2016)
Isolante Cortiça Fibra de VidroPoliestireno
Expandido
Poliuretano
Expandido
Densidade (Kg/m³) 100-150 20-80 10-30 40
Condutividade Térmica
(kcal/mh.°C0,032 0,03 0,032 0,02
Resistência a
passagem de águaRegular Nenhuma Boa Boa
Resistência a difusão
de vapor (em relação
ao ar parado)
20 1,5 70 100
Segurança ao Fogo Pobre Boa Pobre Pobre
Resistência a
compressão (Kgf/m²)5.000 Nenhuma 2000 3000
Custo Relativamente Alto Baixo Relativamente Alto Alta
22
Entre os materiais demostrados na tabela 1, o mais comum nas indústrias para
isolamento térmico é o poliuretano expandido. Encontrado no mercado geralmente
compactado entre duas chapas de aço galvanizado e pintado. As chapadas de aço da
resistência suficiente para ser utilizado como parede externa, caso desejado.
De acordo com Livi (2004, p. 133) “O mecanismo de transferência de calor por
condução se caracteriza pela transferência de energia térmica em um meio material
sólido ou fluido, causada pela existência de um gradiente de temperatura”.
“Apesar de a condução também ocorrer em líquidos e gases, raramente ela é
o mecanismo de transporte predominante nos fluidos – uma vez que neles o calor
começa a fluir, mesmo que nenhuma força externa seja aplicada, os gradientes de
densidade são estabelecidos e as correntes de convecção são postas em movimento”
Kreith; Bohn (2011, p.61).
Ao analisar a transferência de calor em um meio ou componente, em sua
maioria ocorre em regime transiente, mudando sua temperatura ao longo do tempo.
Para objeto de cálculos e avaliações é presumido condições de regime permanente,
onde não há variação de temperatura ao longo do tempo, tal condição torna o estudo
mais fácil de analisar e fornecem respostas aproximadas do real (ÇENGEL; GHAJAR,
2012).
A equação básica da condução de calor em regime estacionário, aquele que a
taxa de transferência de calor por condução (q’), não variam com o tempo, é conhecida
pela equação de Fourier, representada pela equação 1 (BENNETT; MYERS, 1978).
q′ = −kAdt
dx (1)
Onde:
q’: taxa de transferência de calor por condução
A: área da secção normal ao fluxo de calor
dt/dx: gradiente de temperatura na direção x
k: constante de proporcionalidade conhecida como condutividade térmica do meio
condutor
A constante (k) é relacionada ao tipo de material a ser calculado. Cada material
tem sua constante de condutividade térmica, pode ser observado na equação 1 que
quanto menor essa condutividade, menor será a transferência de calor por condução.
23
Para cálculos de engenharia, é utilizado um valor de condutividade térmica medida
experimentalmente (KREITH; BOHN, 2011).
Em alguns casos pode ter mais de um material unido formando uma parede,
para simplificar os cálculos destas paredes compostas é utilizado o conceito de
resistência térmica, definido pela analogia da Lei de Ohn, da corrente elétrica. Neste
caso o cálculo do fluxo ou da carga térmica é realizado dividindo a diferença de
temperatura (ROMA, 2006).
“Se o calor for conduzido através de várias paredes planas com bom contato
térmico, como uma parede de um edifício com várias camadas, a taxa de condução
de calor será a mesma através de todas as seções” (KREITH; BOHN, 2011, p. 21)
Na figura 7 podemos observar um esquema de condução em série entre
paredes de materiais diferentes comparando com um circuito elétrico em série,
podendo cada parede ter coeficiente de condutividade térmica distintas.
Figura 7 − Condução através de um sistema de três camadas em série
Fonte: Kreith e Bohn (2011, p. 22)
Sendo assim pode se obter a equação 2 simplificada, de fluxo de calor em
paredes em série.
qk =∆T
∑ Rk,nn=Nn=1
(2)
24
Sendo, R =L
k.A
2.3.2 Ganho de carga pela renovação de ar
Este tipo de carga que deve ser considerado no cálculo, origina-se em câmaras
frigoríficas no momento de abertura da porta. O operador abre o acesso ao ambiente
geralmente com finalidade de retirar ou colocar produtos, o ar quente e úmido entra
para o interior da câmara e este deve ser resfriado para a temperatura do interior. Este
fator deve ser analisado caso a caso, pois em algumas empresas o número de
abertura de portas é grande, podendo ter grande influência na carga térmica total.
Algumas medidas podem ser adotadas para minimizar esse ganho de carga térmica,
podendo ser instalada cortinas de ar, mantendo o ar frio aprisionado dentro da câmara,
cortinas plásticas e até mesmo conscientizar os operadores para manter a porta
aberta o menor tempo possível (MILLER; MILLER, 2008).
A abertura de portas deve ser minimizada e feita no menor tempo possível, pois
implica perdas de ar “frio” e a entrada de ar “mais quente” exterior. Esta situação
provoca uma perda de energia, levando a maiores períodos de funcionamento do
equipamento, assim como formação de gelo junto ao solo e oscilações de
temperatura. (MELO, 2014)
“O ganho de calor devido à infiltração de ar externo pode contribuir com uma
parcela significativa da carga térmica total de refrigeração. Este fator é função do ar
externo que se infiltra cada vez que as portas do ambiente refrigerado são abertas”.
FICFRIO (2014).
“Segundo alguns autores a carga de infiltração pode ultrapassar mais da
metade da carga de refrigeração total. ” Gonçalves (2010, pag. 1)
Pode-se chegar a carga de infiltração de calor pela equação 4 FICFRIO (2014)
Qinfiltração = V. Ft. Qn (3)
Onde:
V: volume total da câmara
Ft: fator de troca de ar por abertura de porta
Qn: fator de calor necessário para resfriar o ar
25
Na tabela 2 pode-se encontrar o fator de troca de ar por abertura de porta, este
fator leva em consideração o volume interno da câmara. Recomenda-se multiplicar
por 2 caso o fluxo de abertura da porta seja intenso.
Tabela 2 − Fator de troca de ar por abertura de porta
Fonte: Fic Frio (2014, p.17)
Nas tabelas 3 e 4, encontramos o fator necessário para resfriar o ar que entra
na câmara na abertura da porta. Esse fator leva em consideração a temperatura
interna da câmara, assim como a temperatura de bulbo seco e umidade relativa do
local, externamente a câmara.
Vol. (m³)
N° de
Troca de
Ar (24h)
Vol. (m³)
N° Troca
de AR
(24H)
Vol. (m³)
N° de
Troca de
Ar (24h)
Vol. (m³)
N° Troca
de AR
(24H)
5 47 200 6 5 36 200 4,5
7 39 300 5 7 30 300 3,7
10 32 400 4,1 10 24 400 3,2
15 26 500 3,6 15 20 500 2,8
20 22 700 3 20 17 700 2,3
25 19 1000 2,5 25 15 1000 1,9
30 17 1200 2,2 30 13 1200 1,7
40 15 1500 2 40 11 1500 1,5
50 13 2000 1,7 50 10 2000 1,3
60 12 3000 1,4 60 9 3000 1,1
80 10 4000 1,2 80 8 4000 1,1
100 9 5000 1,1 100 7 5000 1
125 8 10000 0,95 125 6 10000 0,8
150 7 15000 0,9 150 5,5 15000 0,8
P/ Câmara de conversão C/ Temp. > 0°C P/ Câmara de conversão C/ Temp. < 0°C
Troca de Ar/24h por abertura de Porta e Infiltração
Obs.: Para uso intenso, multiplicar por "2" os valores acima
26
Tabela 3 − Fator de calor necessário para resfriar o ar
Fonte: Fic Frio (2014, p.18)
Tabela 4 − Fator de calor necessário para resfriar o ar
Fonte: Fic Frio (2014, p.18)
Nas tabelas 3 e 4 pode ser encontrado o fator de calor necessário para resfriar
o ar que infiltra dentro do ambiente, no momento de abertura de porta.
2.3.3 Ganho de carga de produtos
Qualquer produto armazenado em local refrigerado deve ser levado à
temperatura do espaço interno caso ele ainda não esteja nesta temperatura. Para que
40% 50% 60% 40% 50% 60% 40% 50% 60%
10 0,2 1 1,8 2,9 4 5,1 6 7,4 8,9
5 2,7 3,5 4,3 5,5 6,6 7,7 8,6 10 11,7
0 5,4 6,2 7 8,1 9,3 10,5 11,4 13 14,5
-5 8 8,8 9,7 10,8 12 13,2 14,1 16 17,3
-10 10,2 11,1 12 13,1 14,3 15,5 16,5 18 19,7
-15 12,7 13,5 14,4 15,6 16,8 18,1 19 21 22,3
-20 14,8 15,7 16,6 17,9 19,1 20,4 21,3 23 24,7
-25 17 17,9 18,8 20,1 21,3 22,6 23,6 25 27
-30 19,2 20,2 21,1 22,4 23,7 25 27 28 29,5
-35 21,6 22,5 23,5 24,8 26,1 27,4 28,5 30 32
-40 23,8 24,8 25,8 27,1 28,5 29,8 30,9 33 34,5
Calor necessário para resfriar o ar externo até a temperatura de Câmara (kcal/m³)
15°C 20°C 25°C
Condições Externas (temperatura bulbo seco e umidade relativa)Temp.
Câmara
em °C
40% 50% 60% 40% 50% 60% 40% 50% 60%
10 9,5 11,5 13,6 13,6 16,5 19,2 18,7 22,3 26
5 12,3 14,4 16,5 16,5 19,4 22,2 21,7 25,4 29,2
0 15,1 17,2 19,4 19,4 25,2 24,7 28,7 28,4 32,3
-5 18 20,1 22,3 22,3 25,3 28,2 27,7 31,5 35,5
-10 20,4 22,5 24,8 24,8 27,9 30,8 30,3 34,2 38,2
-15 23 25,2 27,5 27,5 30,7 33,7 33,2 37,1 41,2
-20 25,4 27,6 30 30 33,2 36,3 35,7 39,8 43,9
-25 27,7 30 32,4 32,4 35,7 38,8 38,3 42,4 46,7
-30 30,2 32,5 35 35 38,4 41,6 41 45,2 49,5
-35 32,8 35,1 37,7 37,7 41,1 44,3 43,7 48 52,5
-40 35 33,7 40,3 40,3 43,8 47,1 46,5 50,9 55,4
Calor necessário para resfriar o ar externo até a temperatura de Câmara (kcal/m³)
Temp.
Câmara
em °C
Condições Externas (temperatura bulbo seco e umidade relativa)
30°C 35°C 40°C
27
o produto atinja a temperatura do ambiente, deve passar por um processo de retirada
de calor, o que influência na carga térmica total. Quando este produto chegar na
mesma temperatura do espaço refrigerado, este deixa de fazer parte da carga térmica,
exceto para frutas e vegetais, que liberam calor de transpiração durante todo tempo
que estiverem em estoque. Miller e Miller (2008).
Para atingir a temperatura desejada o produto cede calor para o ambiente até
atingir sua temperatura de conservação, deve levar em consideração nos cálculos o
tipo de produto que será armazenado, assim como se será congelado ou apenas
refrigerado, já que no ponto de congelamento deve ser calculado além do calor
sensível também o calor latente (SILVA, 2016).
No calor sensível temos variação de temperatura no produto sem mudanças de
fase, essa quantidade de calor está relacionada à massa do produto, à variação de
temperatura e seu calor específico, definido pela quantidade de energia necessária
para elevar em 1 ºC, 1 kg desta substância (SERWAY; JEWETT, 2011).
Este calor específico pode ser definido conforme a equação 5.
c ≡Q
m∆T (4)
Onde:
c: Calor específico
Q: Quantidade de energia
m: Massa
∆T: Diferença de temperatura
No momento de calcular a carga térmica dos produtos, pode obter através de
tabela o coeficiente do calor específico e conseguir chegar na quantidade de energia
Q que será necessário para provocar esta mudança de temperatura no produto
utilizando a equação 5.
Q = mc∆T (5)
No calor latente a energia transferida para o produto não causa variação de
temperatura, isso ocorre porque essa energia transferida é utilizada para mudança de
suas características físicas de uma forma para outra, o que também é chamado de
mudança de fase. Todas as mudanças de fase envolvem uma alteração na energia
28
interna, sem acréscimo ou decréscimo na temperatura (YOUNG; FREEDMAN, 2008).
A energia necessária para a mudança de fase de determinada massa pode ser dada
pela equação 6.
Q = mL (6)
Onde (Q) seria a quantidade de energia necessária para mudança de fase da
massa (m), multiplicado pelo (L) calor latente específico para cada substância,
dependendo da natureza da mudança de fase. Podendo ser calor de fusão (𝐿𝑓)
utilizado quando a mudança de fase ocorre durante fusão ou congelamento, ou calor
de vaporização (𝐿𝑣), quando a mudança de fase ocorre durante a vaporização ou
condensação (SERWAY; JEWETT, 2011).
Outra variável a se levar em consideração na carga térmica do produto é a
respiração dos produtos, esse fenômeno ocorre em alguns tipos de produtos, tais
como as frutas frescas e verduras, que permanecem vivas durante todo seu tempo de
armazenamento na câmara, e estão sujeitas a continuarem suas reações químicas
que produzem calor de respiração. Dimensionamentos de câmaras frigoríficas
contento produtos como frutas e verduras, devem ser pesquisadas tabelas de suas
propriedades, para acrescentar nos cálculos de carga térmica esse calor devido o
amadurecimento (SILVA, 2016).
2.3.4 Outros tipos de carga térmica
Podem ser consideradas como outros tipos de carga térmica, todas outras
fontes de calor que não foram mencionadas anteriormente. As mais comuns em se ter
em câmaras frigoríficas são fontes como de equipamentos elétricos, iluminação, e
pessoas trabalhando. Em algumas câmaras de estocagem são possíveis a entrada
de equipamentos como empilhadeira para transporte dos produtos, deve também ser
levado em consideração o calor produzido por esse tipo de equipamento (MILLER;
MILLER, 2008).
Outro fator que é relevante para os cálculos é o degelo do evaporador. Para o
bom funcionamento e para que este não fique bloqueado de gelo, a cada certo período
de tempo estipulado, a refrigeração é desligada e entra o período de degelo. Este
degelo pode ser a ar, onde fica a ventilação do evaporador ligada, ou pode ser elétrico,
29
sistema que são instaladas resistências elétricas com a finalidade de reduzir o tempo
necessário para desbloqueio. Geralmente degelos elétricos são mais vistos em
congelamento. Pode ser visto também degelo a gás quente, utilizando o próprio gás
da saída do compressor para este processo (COSTA, 1982).
30
3 METODOLOGIA
Neste capitulo será apresentada a metodologia aplicada neste trabalho,
utilizando o estudo bibliográfico como base, será avaliado um sistema de refrigeração
já existente de uma empresa de produtos embutidos do vale do Paranhana, situada
na cidade de Taquara-RS.
Este trabalho pode ser considerado de natureza aplicada, procura produzir
conhecimentos para aplicação prática na solução de problemas específicos, com uma
abordagem qualitativa pois não requer o uso de métodos e técnicas estatísticas. De
acordo com seus objetivos é considerado exploratória pois visa proporcionar maior
familiaridade com o problema. A técnica utilizada é estudo de caso, onde envolve um
estudo aprofundado de um ou poucos objetos, de maneira a permitir seu amplo
detalhamento (PRODANOV; FREITAS, 2013).
A partir destas classificações de natureza e objetivo que deu diretriz ao estudo,
foi visitada a empresa e feito a coleta de dados que seriam necessários para avaliação
do estudo proposto, pode ser visto na figura 8 o layout da planta baixa do ambiente
refrigerado da empresa, como as paredes de isolação e alvenaria.
Figura 8 − Layout da planta câmara frigorífica
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
31
3.1 CAPACIDADE FRIGORÍFICA INSTALADA
Para manter o ambiente refrigerado a empresa possui neste local 2 unidades
condensadoras, como pode ser visto na figura 9. Estas máquinas estão localizadas
em temperatura ambiente, em cima do telhado da empresa. Essas unidades são da
marca ELGIN, modelo ESM-2500-JCC, possuem compressores de 5 HP e trabalham
com fluido refrigerante R22.
Figura 9 − Unidades condensadoras instaladas na empresa X
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Essas unidades possuem rendimento variável de acordo com a temperatura do
ambiente onde estão instalados e a temperatura de evaporação desejada no
evaporador. Como visto anteriormente a condensadora é responsável pela retirada do
calor do fluído, passando de sua forma gasosa para líquida, fornecendo calor para o
ambiente na forma latente. Assim quanto mais alta a temperatura ambiente, menor o
fluxo de calor, diminuindo o rendimento do equipamento.
Pode ser observado no quadro 1 algumas medidas de Diferencial de
Temperatura (dt) que podem ser utilizadas nos sistemas de refrigeração, dt é a
diferença entre a temperatura interna da câmara e a temperatura de evaporação do
refrigerante. Além de influenciar o rendimento do evaporador e condensadora, está
relacionado também à umidade relativa do ar, o que também pode ser observado no
quadro 1 (HEARTMKT, 2016).
32
Quadro 1 − Diferença de temperatura relacionado ao tipo de produto
Fonte: HEARTMKT (2016)
No caso da câmara frigorifica avaliada, foi adotado para seu dimensionamento
o dt da classe 2, sendo a classe que mais se encaixa com o produto avaliado,
frigorificado em geral. Possui uma relação de rendimento e umidade compatível ao
produto estocado, então utilizaremos para cálculos um dt de 7 ºC.
Para determinar a capacidade da condensadora, precisamos ainda a
temperatura do ambiente externo. Sabendo que na região as temperaturas mais
severas se dão nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, pode ser observado nas
figuras 10, 11 e 12 os dados de temperaturas diárias destes meses, na região de Porto
Alegre, pois a INMET não possui dados de todas as cidades, apenas algumas por
região.
Observando as temperaturas máximas, nota-se que em todos os meses tem
um pico de temperatura em 36 ºC, como nosso sistema deve suprir a necessidade de
refrigeração independente da temperatura ou estação do ano, será adotado como
temperatura ambiente a mais crítica destes meses, ou seja, 36 ºC.
33
Figura 10 − Temperaturas máximas, médias e mínimas - 12/2017
Fonte: INMET (2018)
Figura 11 − Temperaturas máximas, médias e mínimas - 01/2018
Fonte: INMET (2018)
34
Figura 12 − Temperaturas máximas, médias e mínimas - 02/2018
Fonte: INMET (2018)
Depois de definida as condições de temperatura do ambiente externo e a
temperatura de evaporação dt, pode-se obter o rendimento das condensadoras
instaladas através da tabela 5. A tabela relaciona a temperatura de evaporação com
a temperatura de ambiente externo.
Tabela 5 − Capacidade frigorifica segundo catálogo do fabricante
Fonte: adaptado pelo autor de ELGIN (2018)
Para chegarmos à capacidade frigorífica foi adotado que o rendimento da nossa
condensadora tem variação linear. Sendo assim para os cálculos foi adotado
interpolação linear. Levando em consideração que a câmara estudada trabalha
em 3 ºC, com um dt de 7 °C, nossa temperatura de evaporação será de -4 °C
e temperatura ambiente 36 ºC.
A necessidade de interpolação surgiu devido a tabela não possuir a relação de
temperatura ambiente externo e de evaporação da câmara frigorífica estudada.
Após os cálculos de interpolações lineares, chegou-se na capacidade de
refrigeração da condensadora.
-15 -10 -5 0 5 10
32 6259 8510 10665 12487 14427 17974
35 5905 8028 10061 11780 13610 16957
43 4960 6744 8451 9895 11432 14244
ESM 2 500 2X1,5 2X335
TEMPERATURA DE EVAPORAÇÃO
5 2 2X1/4
REF. COM.
(HP)
CORR.
(A)
CONS.
(W)
TEMP.
AMB.
(°C)
REF.
COMP.
(HP)
MODELO
UNIDADEQTD
MOTOR VENTILADORCAPACIDADE FRIGORÍFICA (kcal/h)
35
Cfc =10196 kcal/h
Como temos duas condensadoras iguais, então temos:
Cfc =2* 10196 kcal/h
Cfc= 20392 kcal/h
Para novas instalações, o evaporador é dimensionado após a escolha da
condensadora, pois ela deve ser capaz de ter capacidade igual ou superior, caso isso
não ocorra a evaporadora limitará a potência de refrigeração.
No caso estudado foi avaliado as evaporadoras, para saber se sua capacidade
é compatível com as condensadoras. As evaporadoras são da marca Heatcraft
modelo FLA114B57A como pode ser visualizado na figura 13.
Figura 13 − Heatcraft modelo FLA114B57A
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
A Heatcraft disponibiliza tabelas para obter a capacidade frigorífica dos
evaporadores fabricados pela empresa. Como pode-se observar na tabela 6, a
capacidade depende da temperatura de evaporação, nesse caso -4 °C. Essa
temperatura não está disponível na tabela, necessitando novamente interpolação
linear para obter a capacidade de refrigeração.
36
Tabela 6 − Capacidade Frigorífica dos evaporadores
Fonte: Heatcraft (2018)
Após a interpolação linear, obteve-se a capacidade de refrigeração das
evaporadoras, sendo:
Cfev.= 10705 kcal/h
Multiplicando por 2 evaporadores
Cfev.= 21410 kcal/h
Pode ser observado neste caso, que está sendo analisando o sistema de
refrigeração a uma temperatura ambiente de 36 ºC, que a condensadora está
limitando a capacidade frigorífica, sendo assim a capacidade de refrigeração será
igual a capacidade da condensadora.
Cfc = Ct = 20392 kcal/h
O sistema de refrigeração possui degelos, onde a refrigeração e ventilação são
desligadas e o degelo por resistências elétricas são acionados. Os degelos são feitos
a cada 3,5 horas, tendo uma duração de 0,5 horas, para o processo de degelo e
drenagem da água.
Como no momento de degelo a máquina não pode fornecer trabalho, tem um
tempo durante o dia em que ela não retira calor do ambiente, como todo o cálculo é
feito em cima de 24 horas, tem-se um tempo de 21 horas de refrigeração e 3 horas de
degelo neste período.
Tem-se então o rendimento total máxima do sistema de refrigeração estudado,
durante as 24 horas do ciclo.
Ct = 20392 kcal/h . 21 horas
Ct = 428232 kcal
10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
Capacidade em kcal/h - Dt= 6°C
Modelos
11405 10530 9800 8109 FLA114
FLE11412755 12115
Temperatura de Evaporação
9560 9295 9005 8710 8414
37
3.2 CARGAS TÉRMICAS
Após avaliarmos o sistema de refrigeração existente, pode ser definido como
fórmula geral do problema a equação 7, levando em consideração todas as fontes de
calor que influenciam no sistema.
Qt = qparede + qpiso + qteto + qar + qproduto + qoutros (7)
Na equação 7, os termos representam:
qparede= carga térmica por todas as paredes
qpiso= carga térmica pelo piso
qteto= carga térmica pelo teto
qar= carga térmica na abertura de portas
qproduto= carga térmica dos produtos
qoutros= carga térmica de lâmpadas, pessoas, motores, etc.
Sendo assim a figura 14 apresenta um fluxograma que dará a diretriz das
etapas que será seguido para cálculo da carga térmica.
38
Figura 14 − Fluxograma das etapas para cálculo de carga térmica
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Tendo como diretriz o fluxograma da figura 14, serão mostradas a seguir as
equações que serão utilizadas para obter os valores de carga térmica total da câmara
frigorífica.
3.2.1 Troca térmica pelas paredes (𝒒𝒑𝒂𝒓𝒆𝒅𝒆)
A troca térmica pelas paredes será composta por duas resistências, a da
parede de alvenaria com coeficiente térmico 𝑘𝑎𝑙𝑣. e a chapa isolante de EPS
(poliestireno expandido) com baixo coeficiente térmico 𝑘𝑒𝑝𝑠. Somente a parede frontal
interna que terá apenas uma parede isolante, se observar na figura 8, pode ser visto
esse detalhe. Sendo assim a troca pelas paredes que combinam alvenaria mais chapa
isolante será utilizado a equação 2. Reformulando para a equação para as paredes
fica:
qparede =∆T
L
kalv. .A+
L
keps.A
Onde:
∆T = Diferencial de temperatura interna para externa
Outras cargas térmicas
Iluminação Pessoas Motores
Carga térmica de produtos
Levantamento de fluxo de produtos Cálculo de carga térmica de produtos
Carga térmica de renovação de ar
Levantamento da intensidade de abertura de portas Cálculo de carga térmica proveniente de abertura de porta
Carga térmica por condução
Carga térmica pelas paredes Carga térmica pelo piso Carga térmica pelo teto
39
L = Espessuras das paredes
kalv.e keps= Coeficientes de transferência de troca térmica
A = Área de troca térmica
Na parede frontal, que se tem a abertura da porta, será utilizada a troca térmica
somente na parede isolante, devido não possuir a camada de alvenaria antes da
parede de isolamento, sendo assim:
qparede =∆T
L
keps.A
3.2.2 Troca térmica pelo piso (𝒒𝒑𝒊𝒔𝒐)
O piso é composto por mais de uma camada de material, como pode ser visto
na figura 15, é primeiro construído uma camada de contra piso de 50mm de
espessura, no qual é serve como base para a montagem de uma camada de chapas
de EPS, após a montagem das chapas é construído mais uma camada de piso, neste
caso uma camada de concreto de 100mm de espessura, o que serve para dar
resistência mecânica.
Figura 15 − Camadas de isolamento térmico da câmara frigorífica
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Na figura, pode-se visualizar as camadas representadas na cor cinza, esse
material é concreto com um coeficiente de transferência térmica 𝑘𝑐. O material na cor
branca é o isolante térmico, como baixo coeficiente térmico (𝑘𝑒𝑝𝑠), o mesmo
coeficiente encontrado nas paredes. Este isolamento apenas deixa de ter as chapas
de aço para proteção, pois a proteção contra desgastes mecânico será o piso de
concreto.
Para cálculo do piso será utilizado a equação 2, sendo:
40
qpiso =∆T
L
kc.A+
L
keps.A+
L
kc.A
Esta equação leva em consideração as duas camadas de concreto, e o isolante
térmico.
3.2.3 Troca térmica pelo teto (𝒒𝒕𝒆𝒕𝒐)
O teto da câmara frigorífica é construído apenas com o material isolante, com
chapas de EPS. Será calculado a transferência de calor pelo teto pela equação 2,
demostrada abaixo.
qteto =∆TL
keps.A
O ambiente acima do isolamento do teto é apenas o telhado de zinco, este fica
a aproximadamente 2,70 m de distância, este local possui uma temperatura um pouco
mais elevada devido ao telhado de zinco.
3.2.4 Carga térmica devido a renovação de ar (𝒒𝒂𝒓)
Como visto anteriormente no referencial teórico, esta carga origina-se no
momento de abertura da porta para acesso ao seu interior, momento em que o
operador acessa o ambiente interno com finalidade de manejar os produtos, ou
carregar e descarregar a câmara frigorifica.
Para calcular essa carga térmica será utilizado a equação 3. Recomenda-se a
multiplicação do fator de troca de ar por abertura de porta por 2, quando for intenso.
Não é encontrado na literatura o que seria um fluxo intenso de abertura. Será
considerado fluxo intenso, devido a uma grande quantidade de abertura de portas
durante o dia.
Então:
qar = V. Ft. Qn
41
Para o cálculo da carga térmica devido a renovação de ar, serão utilizados os
fatores encontrados nas tabelas 2, 3 e 4. Onde os fatores levam em consideração o
volume da câmara e temperatura interna, assim como condições de temperatura de
bulbo seco e umidade do ambiente externo.
Após pesquisa no site da INMET, foi avaliado os mesmos três meses utilizado
para escolha da temperatura ambiente para obter a temperatura de bulbo seco e
umidade relativa do ar. Sendo os meses de dezembro/2017, janeiro/2018 e
fevereiro/2018. O mês que apresentou dias com maior umidade relativa e temperatura
de bulbo seco foi a do mês de fevereiro.
Nos gráficos das figuras 16 e 17, pode-se notar que a umidade nesta região
fica entre 60% a 80%, mas se observar alguns dias esse valor pode passar dos 90%,
e a temperatura de bulbo seco tem uma grande variação, até mesmo no horário do
dia. Como as tabelas usadas nos cálculos não possuem dados com umidade tão altas,
utiliza-se o valore mais crítico possível da nossa tabela, sendo 40°C de temperatura
de bulbo seco e 60% de umidade relativa do ar. A escolha da temperatura mais alta
para os dados é para compensar a umidade relativa de 80%, que como pode ser visto
não se tem nas tabelas 3 e 4 .
Figura 16 − Temperatura de bulbo seco 02/2018
Fonte: INMET (2018)
42
Figura 17 − Umidade relativa do ar as 12:00h
Fonte: INMET (2018)
3.2.5 Carga térmica de produtos (𝒒𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒕𝒐)
Como apresentado no referencial teórico, que o produto cede calor para o meio
até atingir a mesma temperatura do ambiente interno. Será feito um levantamento do
fluxo de produtos, pois o tempo de permanência e quantidade de massa de produto
inserido na câmara pode influenciar na carga térmica total. Como a câmara avaliada
será de produtos refrigerados, somente será utilizado a equação 5, pois o produto
apenas sofrerá influência de temperaturas sensível. Então:
qproduto= mc∆T
O produto somente fornecerá calor ao ambiente até atingir a temperatura
interna da câmara frigorífica, temperatura programada por controladores para ser a
desejada no produto. Após atingido esta temperatura, o produto em questão deixará
de influenciar na carga térmica, pois se trata de carne. Somente produtos como frutas
e legumes devido seu amadurecimento continuam fornecendo calor ao ambiente,
durante todo tempo de conservação.
43
3.3 OUTRAS CARGA TÉRMICAS (𝒒𝒐𝒖𝒕𝒓𝒐𝒔)
Essas cargas térmicas são provenientes de várias fontes de calor que pode ser
encontrada em uma câmara frigorifica. No caso avaliado, essas cargas serão de
pessoas que ocuparam o ambiente no momento do manejo dos produtos, iluminação,
motores dos evaporadores e degelo do sistema.
Cada pessoa fornece calor ao ambiente, assim como os equipamentos elétricos
existentes, será levantado o tempo de permanência dentro do ambiente, assim como
a potência dos motores e lâmpadas no local para obter o calor gerado, sendo o nosso
qoutros da equação 7 da fórmula geral.
44
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capitulo serão apresentados todos os dados coletados na empresa X,
assim como as condições e resultados obtidos. Será apresentado também se a
empresa possui refrigeração sobrando para um possível aumento de produção e
custos agregado ao produto referente a refrigeração.
4.1 LEVANTAMENTO DE DADOS
A empresa X é uma empresa de embutidos, sendo seus principais produtos a
linguiça, salsichão e calabresa, estes dois últimos devem ser mantidos segundo o
rótulo aprovado pela CISPOA. A temperatura de conservação do produto deve ser de
0 °C a 7 °C. Sendo assim a empresa optou por manter o produto a uma média de 3
ºC, com objetivo deste produto não exceder a temperatura no momento de
transferência da câmara para o carro de transporte, pois necessita de um tempo fora
para pesagem e separação do produto.
A empresa possui em sua estrutura algumas câmaras frigoríficas para garantir
que esta temperatura seja possível, seu objetivo maior é manter a qualidade do
produto e em consequência manter-se dentro das exigências das normas dos órgãos
de fiscalização.
Será avaliada uma em questão, a construída mais recentemente, que pode ser
visto nas fotos da figura 18 e 19. Pelo fato de ser possível conseguir todos os dados
dos equipamentos e matérias utilizados, facilitando a avaliação do equipamento para
possível incremento de produção e qual fator de segurança.
Na figura 18 pode-se visualizar o ambiente interno da câmara de conservados,
ela é composta de prateleiras para facilitar a retirada de produtos, assim como garantir
a ventilação entre os pacotes e manter uma temperatura mais homogênea.
Observa-se na figura 19 as paredes externas: duas paredes são expostas a
temperatura ambiente. A parede que está posicionada a porta está na mesma
temperatura do ambiente interno da empresa. A outra parede lateral está montada
parede com parede com outra câmara a mesma temperatura, nesta parede a troca
será considerado nula, pois não haverá um diferencial de temperatura, condição
básica para ter um fluxo de calor.
45
Figura 18 − Câmara de conservados, ambiente interno
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Figura 19 − Câmara de conservados, ambiente externo
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Outro detalhe que pode ser observado na foto da figura 19 é o telhado
mencionado anteriormente na metodologia, pode ser visto o vão de 2,70 m que possui
entre a câmara e o telhado. Este espaço possui ventilação com o ambiente externo,
mas a temperatura deste ambiente foi medida, encontrada uma diferença de
aproximadamente 5 °C da temperatura ambiente. Isso ocorre devido ao telhado de
46
zinco existente deixar o calor do sol passar facilmente, mas dificulta a troca de ar com
o ambiente, como uma espécie de barreira.
4.1.1 Cálculo da carga térmica pelas paredes (𝒒𝒑𝒂𝒓𝒆𝒅𝒆)
Para calcular a carga térmica das paredes, primeiramente devemos saber as
temperaturas interna e externa, assim como espessura das paredes e os coeficientes
de condutividade térmica. Na figura 20 pode ser visto o esquema das temperaturas
envolvidas.
Figura 20 – Temperaturas mais críticas dos ambientes internos e externos (12/17; 01/18; 02/18)
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Para melhor compreensão de qual parede se está calculando, foi separado na
figura 18 as paredes por lado, pois possuem diferentes temperaturas envolvidas. Para
o cálculo das paredes são necessários outros dados como os coeficientes de
transferência térmica das matérias. Será utilizado o coeficiente de transferência
térmica da tabela da figura 6 para o EPS, material utilizado para revestimento térmico.
47
Todos os cálculos devem ser feitos com base em um tempo estipulado, na
maioria dos projetos é determinado um ciclo de um dia, 24 horas, então também será
adotado esse valor como referência.
• LADO 1:
Este lado é o que possui a abertura da porta, para este caso calcularemos como
não tivesse a abertura de acesso, pois ela é fabricada no mesmo material, então
quando fechada pode ser considerada uma parede inteiriça. Abaixo podemos ver os
dados obtidos para o cálculo desta parede.
ti = 3 °C
te = 16 °C
Leps = 150 mm = 0,15 m
A1 = (6,00 m. 3,00 m) = 18 m²
keps = 0,034 W/m°C
qparede 1 =(16°C − 3°C)
0,15m
0,034W
m°C. 18m°
qparede 1 = 53,05 W
• LADO 2:
Neste lado não terá fluxo de calor, devido as temperaturas serem iguais nos
dois lados não possuindo gradiente de temperatura, requisito básico para uma troca
térmica.
• LADO 3:
Este lado é composto por duas camadas de parede, uma sendo de alvenaria,
construída por tijolos furados, e a outra o isolante térmico EPS, não será considerado
a transferência térmica entre as paredes, desconsiderando o tipo de união, material e
sua folga, pois como já está construída ser torna impossível a sua medição.
Será utilizado o coeficiente de condutividade térmica da tabela 7 para a parede
de alvenaria, sendo tijolo seco. Como não se sabe a massa especifica será utilizado
o coeficiente mais crítico. Sendo assim, do tijolo seco 0,7 W/m°C.
48
Tabela 7 – Propriedades dos materias comuns de contruções
Fonte: adaptado pelo autor de PROTOLAB (2018)
ti = 3 °C
te = 36 °C
Lalv. = 200 mm = 0.2 m
Leps= 150 mm 0,15 m
A1 = A3 = (6,00 m. 3,00 m) = 18 m²
kalv. = 0.7 W/m°C
keps= 0,034 W/m°C
qparede 3 =(36 °C − 3 °C)
0.20 m0.7 W
m°C.18 m²
+0,15 m
0,034 W
m°C. 18 m°
qparede 3 = 126,45 W
Seco Molhado
Tijolo 1600-1900 0,6-0,7 0,9-1,2
Tijolo de Areia-cal 1900 0,9 1,4
Tijolo de Areia-cal 1000-1400 0,5-0,7
Concreto de cascalho 2300-2500 2 2
1600-1900 0,7-0,9 1,2-1,4
1000-1300 0,35-0,5 0,5-0,8
300-700 0,12-0,23
1000-1400 0,35-0,5 0,5-0,95
700-1000 0,23-0,35
Concreto de Isolação 300-700 0,12-0,23
1000-1300 0,35-0,5 0,7-1,2
400-700 0,17-0,23
1600-1900 0,45-0,70 0,7-1,0
1000-1300 0,23-0,30 0,35-0,5
Concreto
Concreto Leve
Concreto de pó de
polimento
Concreto Celular
Concreto de escória
Massa Específica
(kg/m³)
Condutividade térmica (W/m°C)MaterialGrupo
Alvenaria
49
• LADO 4:
Este lado também é composto por paredes duplas, ficando:
ti = 3 °C
te = 36 ºC
Lalv. = 200 mm= 0,2 m
Leps= 150 mm = 0,15 m
A2 = A4 = (8,00 m. 3,00 m) = 24 m²
kalv = 0.7 W/m°C
keps= 0,034 W/m°C
qparede 4 =(36 °C − 3 °C)
0.20 m0.7 W
m°C.24 m²
+0,15 m
0,034W
m°C. 24 m°
qparede 4 = 168,60 W
Somando as trocas térmicas nas paredes, temos:
qparede =53,05 W + 126,45W + 168,60W
qparede = 348,1 W = 299,30 kcal/h
qparede = 7.183,2 kcal (8.354,5 W), em 24 horas.
4.1.2 Calculo da carga térmica pelo piso (𝒒𝒑𝒊𝒔𝒐)
O piso é composto por duas camadas de concreto, entre essas camadas possui
uma chapa de EPS, como visto anteriormente. O coeficiente de condutividade térmica
do concreto leve será utilizado o da tabela 7, de 0,9 W/m°C.
Neste caso:
ti = 3 °C
te = 20 °C (Medido experimentalmente o solo ao lado da câmara fria com um
termômetro penta, a uma profundidade de 30 cm, com temperatura ambiente de 33
°C).
L1 = 50 mm= 0,05 m
L2= 100 mm= 0,10 m
50
L3 = 100 mm= 0,10 m
A = (8,00 m .6,00 m) = 48 m²
keps= 0,034 W/m°C
kc= 0,9 W/m°C
qpiso =(20 °C − 3 °C)
0,05 m0,9 W
m°C.48 m²
+0,10 m
0,034 W
m°C.48 m²
+0,10 m
0,9 W
m°C.48 m²
qpiso =262,56 W = 225,75 kcal/h
qpiso =5.418 kcal (6.301,47 W), em 24 horas.
4.1.3 Calculo da carga térmica pelo teto (𝒒𝒕𝒆𝒕𝒐)
O teto da câmara frigorífica é construído apenas com EPS, mas a única
observação é que como o ambiente acima da câmara é com pouca ventilação,
consideramos a temperatura 5 °C acima do ambiente, então tem-se:
ti = 3 °C
te = 41 °C
L= 0,15 m
k2 = 0,034 W/m°C
A= (8,00 m . 6,00 m) = 48 m²
qteto =(41 − 3)
0,15 m0,034 W
m°C.48 m2
qteto = 413,44 W =355,48 kcal
h
qteto= 8.531,52kcal (9.922,66 W), em 24 horas.
4.1.4 Calculo carga térmica devido a renovação de ar (𝒒𝒂𝒓)
Para calcular a carga térmica devido a abertura de portas, definiu-se que a
câmara tem aberturas de porta intensa. A porta é aberta um fluxo intenso no momento
de carregamento, quando o produto sai da produção para armazenamento, e no
horário do produto ser transferido para os carros de transporte, onde são distribuídos
51
nos pontos de venda. Para obter essa carga térmica utiliza-se a equação 3, assim
como dados das tabelas 2, 3 e 4.
Pela tabela 2 definimos então nossas variáveis, a partir do volume da nossa
câmara frigorifica, temperatura interna, temperatura de bulbo seco e umidade relativa
do ar.
A câmara possui um volume de 144 m³, utilizaremos 150 m3 da tabela 4 com
temperaturas >0 °C, então:
Ft= 7
Multiplicando o fator por 2, recomendação da própria tabela quando o fluxo de
abertura de porta for intenso.
Ft= 7*2= 14
Pela tabela 4, tem-se o fator 𝑄𝑛, como mencionado anteriormente na
metodologia, utiliza-se a temperatura de bulbo seco de 40 °C e umidade relativa do ar
de 60 %, dado mais crítico da tabela. Também se utiliza temperatura interna de 5 °C,
pois a câmara trabalha com variação de 3 °C a 5 °C.
Qn= 29.2 kcal/m³
Sendo assim, aplicamos na equação 4;
Qinfiltração =144 m³ . 14 n° de troca em 24 horas . 29,2 kcal/m³
Qinfiltração = 58.867,2 kcal/24 horas (68.466,15 W/24 horas)
4.1.5 Calculo de carga térmica dos produtos (𝒒𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒕𝒐)
A câmara avaliada, é utilizada para estocagem de linguiça de carne suína,
popularmente chamada de salsichão. O produto deve ser estocado a temperatura
entre 0 °C a 7 °C, por escolha da empresa é mantido a 3 °C. Os produtos são
embalados e estocados em pacotes com peso de aproximadamente 700 g, como
podemos ver na figura 21.
52
Figura 21 − Produto estocado
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
A câmara tem capacidade para 5400 kg, para cálculo da carga térmica de
produtos, avalia-se com base da capacidade máxima, pela equação 5.
Então:
m = 5400kg
tentrada = 7°C
testocagem = 3°C
53
Obtêm-se o calor específico do produto através da tabela 8, utiliza-se o
coeficiente da carne de suíno fresca, já que o produto possui aproximadamente 80 %
de carne suína.
c = 0,68kcal/kg
Aplicando na equação 6.
qproduto= 5.400 kg.0,68 kcal
kg. °C. (7 − 3) °C
qproduto = 14.688 kcal (17.083,04 W)
Tabela 8− Calor específico de produtos conservados e suas propriedades
Fonte: Fic Frio (2014, p.19)
4.1.6 Calculo de outras cargas térmica (𝒒𝒐𝒖𝒕𝒓𝒐𝒔)
Essa carga térmica é composta por parcelas de vários tipos de fontes de calor,
na câmara avaliada tem-se essa carga térmica sendo:
• Carga térmica pela ocupação de pessoas;
Cordeiro Congelado -18 90 - 0,3 46 -1,7 - 6-8 meses 58
Cordeiro Fresco 0-1 85-90 0,67 - - - - 5-12 dias 58
Figado 0-1 85-90 0,72 0,4 52 -1,7 - 14 dias 65
Toucinho 7 90-95 0,52 - - - - 4-8 meses -
Lombo 0-1 85-90 0,68 0,38 48 -2,8 - 7-12 dias 60
Suíno Defumado - - 0,6 0,32 - - - - 57
Suíno Congelado -18 90-95 - 0,38 48 -2,2 - 4-6 meses 60
Suíno Fresco 0-1 85-90 0,68 - - - - 3-7 meses 60
Carne Bov. Gorda Cong. -18 90-95 - 0,35 44 -2,2 - 6-9 meses -
Carne Bov. Gorda Fresca -1 88-92 0,6 - - - - 1-6 semanas -
Carne Bov. Magra Cong. -18 90-95 - 0,4 56 -1,7 - 6-9 meses 68
Carne Bov. Magra Fresca -1 88-92 0,77 - - - - 1-6 semanas 68
Bucho 1-4 85 0,5 0,3 14 - - 2-6 semanas 20
Aves Congeladas -18 90-95 - 0,37 59 -2,8 - 9-10 meses 74
Aves Frescas -1 85-90 0,79 - - - - 1 semana 74
Presunto 0-1 85-90 0,68 0,38 48 -2,8 - 7-12 dias 60
Salame Defumado 4-7 85-90 0,86 0,56 48 -3,9 - 6 meses 60
Salame Seco - - 0,39 0,56 52 -3,3 - - 65
Salame - - 0,89 0,56 52 -3,3 - - 65
Ponto
Cong.
(°C)
Cal. Resp. (Kcal/Kg24h)
Tempo
Cons.
(aproximado)
Água
(%)Produtos
Temper.
Cons.
(°C)
UR
(%)
Calor Esp.
(antes
cong.)
Calor Esp.
(pós
Cong.)
Calor
Lat.
(kcal/kg)
54
Na tabela 9 pode-se obter o calor emitido por uma pessoa dentro de um
ambiente refrigerado, tendo como parâmetro a temperatura interna da câmara. Utiliza-
se para os cálculos o calor equivalente de uma pessoa a 0 °C, embora a temperatura
de trabalho seja de 3 °C utiliza-se o valor mais crítico.
Tabela 9 − Calor de ocupação
Calor de Ocupação
Temperatura da Câmara (°C) Calor equivalente por pessoas (kcal/h)
10 181
5 208
0 233
-5 258
-10 279
-15 313
-20 338
-25 358
Fonte: Fic Frio (2014 p.18)
Foi calculada uma média de 60 entradas de uma pessoa, com permanência de
aproximadamente 6 minutos dentro do ambiente.
qocupação = 60 . 0,1horas . 233kcal/h
qocupação = 1.398 kcal (1.625,96 W), em 24 horas.
• Carga térmica ventilador evaporadores;
Tem-se 2 evaporadores, cada um com 7 ventiladores instalados. Esses
ventiladores possuem potência de 1/20 HP, sabendo que um HP equivale a
aproximadamente 641,19 kcal e os ventiladores ficam ligados durante o tempo de
refrigeração, que é de 21 horas diária, temos.
qventiladores = 14.1
20 HP.641,19 kcal
h. 21 horas
qventiladores = 9.425,493 kcal (10.962,43 W), em 24 horas.
• Carga térmica iluminação
55
A iluminação fica ligada somente enquanto permanecer pessoas dentro do
local, então utilizando o mesmo dado da permanência de pessoas dentro do ambiente
tem-se um tempo de 6 horas de iluminação. A câmara possui 4 lâmpadas fluorescente
de 110w cada.
Transformando as lâmpadas para kcal, temos que cada uma possui 94,578kcal.
Calculando a carga das 4 lâmpadas durante as 6 horas.
qiluminação =4 . 94,578kcal . 6 horas
qiluminação = 2.269,872 kcal (2.640 W), em 24 horas
• Carga térmica de degelos
Como sabe-se, durante o ciclo de 24 horas, tem-se 6 degelos com duração de
30 minutos. O degelo é composto por 25 min de resistência elétrica ligada, e 5 min
desligada, para drenagem da água. Totalizando 150 minutos de resistência elétrica
ligada durante o ciclo de 24 horas.
A potência do conjunto de resistência elétricas são de 2000 W ou 1719,6 kcal.
Pode-se calcular assim a carga térmica fornecido ao ambiente.
qdegelo = 2 . 1719,6 kcal . 2,5 horas
qdegelo = 8.598 kcal (10.000 W), em 24 horas.
Podemos assim chegar ao total da nossa carga térmica 𝑞𝑜𝑢𝑡𝑟𝑜𝑠, somando todas
as parcelas calculadas anteriormente.
qoutros = qocupação + qventiladores + qiluminação + qdegelo
qoutros = 1398 kcal + 9425,493 kcal + 2269,872 kcal + 8598 kcal
qoutros = 21.691,365 kcal (25.228,384 W), em 24 horas.
56
4.1.7 Carga térmica total (24 horas)
Somando todas as partes de cargas térmicas pela equação 7, chegamos ao
valor total da nossa carga.
Qt = 7.183,2 kcal + 5.418 kcal + 8.531,52 kcal + 58.867,2 kcal + 14.688 kcal
+ 21.691,365 kcal
Qt = 116.379,29kcal (135.356,234 W)
Na figura 22, pode-se ser observado o gráfico de qual o impacto de cada carga
térmica comparando com a carga térmica total.
Figura 22 – Distribuição das cargas térmicas por fonte de calor na câmara frigorífica
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Ao observar o gráfico, pode ser notado que o maior impacto de carga térmica
vem de abertura de portas e que o produto é a menor carga térmica existente.
Na figura 23 o gráfico nos mostra o quanto essas cargas térmicas influenciam
quando comparada com a capacidade de refrigeração instalada. Observa-se também
que para o cálculo em 24 horas, utiliza-se apenas 27 % da capacidade total de
refrigeração.
57
Figura 23 – Distribuição das cargas térmicas, considerando a capacidade de refrigeração
instalada
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Pode-se notar um excedente de 73 % de refrigeração, esse sobressalente pode
elevar o valor inicial de instalação, assim como o custo de manutenção. O custo de
manutenção é maior, devido as peças de reposição para modelos mais potentes têm
valor maior.
4.1.8 Custo agregado ao produto pela refrigeração
Para conseguir baixar a temperatura do produto e manter o ambiente
refrigerado tem-se um custo agregado ao produto. Será calculado então qual o valor
por kg, para fazer esse trabalho.
A condensadora tem consumo de aproximadamente 4,1 kW e como pode ser
visto na figura 21, nosso sistema precisa de apenas 27 % do tempo em funcionamento
para suprir a necessidade de refrigeração. Como o tempo máximo de refrigeração
possível do equipamento é de 21 horas, pois tem-se 3 horas que são referentes ao
degelo, momento em que o equipamento não fornece refrigeração. Tem-se então 5,67
horas em trabalho, com esse consumo:
58
Consumo = 4,1 kW . 5,67 horas
Consumo = 23,247 kW.h (27,038 W)
A evaporadora fica em funcionamento o tempo todo, apenas se desliga no
momento de degelo, tem-se assim 21 horas de funcionamento com consumo de 0,26
kW.
Consumo = 0,26 kW . 21 horas
Consumo = 5,46 kW. h (6,35 W)
Tem-se assim um total de 28,707 kW para manter baixar a temperatura de
nosso produto e mantê-lo por 24 horas, com custo médio de energia elétrica a 0,70
centavos/kw.
Custokg = 28,707 kWh. 0,70 centavos/ kW
5400 kg
Custokg = 0,0037 centavos/Kg
Como podemos notar, o custo de refrigeração agregado ao produto por kg,
sendo avaliado o consumo de energia elétrica é muito baixo.
4.1.9 Oportunidades de melhorias
Como mencionado nos objetivos específicos de avaliar um possível aumento
de produção. Atualmente a câmara frigorifica possui apenas prateleiras nas laterais,
e no centro são colocadas algumas caixas que se quer deixar separadas das demais.
Para aumento da capacidade de armazenamento pode ser construído mais uma
prateleira dupla, como no layout da figura 24.
59
Figura 24 – Novo layout proposto de prateleiras para a câmara frigorífica da empresa X
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Construindo prateleiras da mesma capacidade da menor, dando espaço para a
circulação em frente a porta, consegue-se um aumento de 4.800 kg, ficando com um
total de 10.200 kg de produtos.
Com essa nova carga de produtos, tem-se uma nova carga térmica, aplicando
novamente então na equação 5.
qproduto= 10.200 kg.0,68 kcal
kg. °C. (7 − 3) °C
qproduto = 27.744 kcal (32.267,97 W)
Com a nova quantidade de produtos armazenados, tem-se um novo cenário de
carga térmica e uso de capacidade de refrigeração. Como pode ser visto no gráfico
da figura 25.
60
Figura 25 − Distribuição das cargas térmicas por fonte de calor na câmara frigorífica, novo
layout com aumento de capacidade de estocagem
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Como pode-se observar, a carga térmica referente ao produto tem um
acréscimo, mas isso não é significativo. Anteriormente esta era a menor parcela,
agora tem uma porcentagem um pouco maior, de 21 % da carga térmica total.
Outra mudança que poderia ser adotada no momento de instalação, seria uma
unidade menor de refrigeração. Diminuindo o valor de investimento, podemos ver o
valor aproximando dos equipamentos já instalados na tabela 10, assim como o valor
de um equipamento que também supriria a necessidade.
61
Tabela 10 − Economia gerada para instalação com equipamentos menores
EVAPORADORA (2 unidades)
Modelo Capacidade (kcal) RS
FLA 114 (Instalado) 449610 9.294,00
FLA 053 (Sugerida) 226800 3.870,00
Economia 5.424,00
CONDENSADORA (2 unidades)
Modelo Capacidade (kcal) RS
ESM 2500 (Instalado) 470706 9.620,00
ESM 2 300 (Sugerida) 301938 7.650,00
Economia 1.970,00
Economia Total 7.394,00
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Como pode ser visto na tabela 10, consegue-se uma economia de 7.394,00
reais. A instalação não teria uma diferença significativa pois a mão-de-obra seria a
mesma, uma pequena alteração no valor de material, mas nada que seria significante
para cálculos.
Como pode-se ver, teria uma diferença na carga térmica e capacidade de
refrigeração. Como sabe-se que sempre a menor capacidade de refrigeração limita o
sistema. Neste caso de um novo projeto, com equipamentos menores, mencionados
na tabela, a evaporadora limita nosso sistema de refrigeração. Com capacidade de
226.800 kcal (24 horas). Assim pode-se ver como ficaria no gráfico da figura 26.
62
Figura 26 – Distribuição das cargas térmicas e capacidade de refrigeração (Novo layout) wwwwwwwwdddfv
Fonte: elaborado pelo autor (2018)
Mesmo com a redução dos equipamentos, continua-se com um fator de
segurança de aproximadamente 43%, isso é importante pelo motivo de que em alguns
dias pode ter um fluxo de abertura de portas maior, ou não conseguir esperar 24 horas
para entregar o produto. Mesmo assim o sistema continuaria sendo eficiente. De
acordo com a revista FIC FRIO (2014), é utilizado um fator de segurança de 20 % do
valor final de carga térmica.
63
5 CONCLUSÕES
Neste trabalho foi feito avaliação de um sistema de refrigeração já existente,
com a finalidade de um possivel aumento de produção, visto que não se sabia qual
era a capacidade de refrigeração possivel pelas unidades e nem qual a capacidade
minima de refrigeração que o sistema necessitava para atender a demanda.
Com base nisso foi calculado a carga térmica necessária para anteder essa
demanda, e com isso chega-se a conclusão que hoje é utilizado apenas 27 % da
capacidade total que as unidades de refrigeração instaladas são capazes de produzir.
Pode-se então facilmente aumentar a quantidade de produto estocado, pois outro fator
importante é que a carga térmica referente aos produtos é a menor parcela das fontes
de calor.
Sendo assim foi proposto um novo cenário com um incremento de duas
prateleiras no centro da câmara com capacidade para armazenar 4800 kg, refeitos os
cálculos notou-se que esse aumento de produtos não impactou de forma notória a
carga térmica do sistema, já que a quantidade máxima devido ao espaço físico
existente limitou o incremento de produtos a esse valor.
Assim ainda foi possível avaliar se caso no momento de projeto fossem
utilizados equipamentos menores, podería ter uma redução no custo de
implementação, assim como uma redução no momento de manutenção. Pois as
peças para equipamento de maior potência são relativamente mais caras. Mesmo com
o aumento de aproximadamente 90 % de produto estocado e uma redução de
equipamentos. Com economia inicial de 7.394,00 reais, o que significa
aproximadamente 40 % de economia no investimento inicial, continua-se com um fator
de segurança de 40 %, um fator que pode se considerar bom, já que algumas
bibliografias sugerem 20%.
Outro número que pode ser considerado importante para um futuro estudo é a
carga térmica devido a abertura de portas. Se comparada com as outras fontes, ela
sozinha é responsavel pela metade da carga térmica existente em na câmara
frigorífica. Uma possivel implementação seria a de cortinas plásticas ou cortinas de
ar, podendo tambem ser avaliado a junção das duas possibilidades juntas. Como
pode ser visto nos resultados, sendo ela a maior fonte de calor, pode impactar em
uma grande economia de energia elétrica, caso consiga ser reduzida.
64
REFERÊNCIAS
AMBIENTE GELADO. Artigos Técnicos, Câmaras Frigoríficas. 3.4 Isolante Térmico para a construção da câmara. 2016. Disponível em: <http://www.ambientegelado.com.br/v51/index.php/artigos-tecnicos/camaras-frigorificas/291-camaras-frigorificas-aplicacao-tipos-calculo-da-carga-termica-e-boas-praticas-de-utilizacao-visando-a-racionalizacao-da-energia-eletrica>. Acesso em: 13 abr. 2018.
ANVISA. Cartilha sobre Boas Práticas para Serviços de Alimentação. 3. ed. Brasília, 2016.
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