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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

Angelica Pulga

Trabalho de Refrigeração na Indústria de Alimentos:

Parte I

Passo Fundo

2013

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Angelica Pulga

Trabalho de Refrigeração na Indústria de Alimentos: Parte I

Projeto apresentado à disciplina de Refrigeraçãocomo um dos requisitos para aprovação nadisciplina.

Orientador: Prof. Adriano Barella

Passo Fundo

2013

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SUMARIO

INTRODUÇÃO 4

REFERANCIA BIBLIOGRAFICA 5

2.1Maçãs 5

2.2Camaras frias 6

2.3Tipos de camaras frias................................................................................................ .6

2.3.1 Câmaras em alvenaria 6

2.3.2Câmaras pré-moldadas 7

2.4Fluidos Refrigerantes 8

2.5Carga térmica 9

2.6 Sistema de Refrigeração 11

3 Informações sobre o sistema 11

4 Especificação do processo e dimensionamento fisico do sistema 13

5 Isolamento Térmico 14

6 Carga térmica 18

7 Ciclo de refrigeração 22

8 Paramentros termodinamico na escolha de refrigerantes 24

9 Refrigerantes 26

CONCLUÇÃO 27

REFERNCIA BIBLIOGRAFICA 28

1 INTRODUÇÃO

O armazenamento deve manter a qualidade interna e externa da fruta, devendo-se

assegurar o funcionamento regular das câmaras de conservação, por meio da observação

periódica dos equipamentos de refrigeração e controle da atmosfera controlada).

Para a construção de uma câmara frigorífica, o primeiro aspecto a ser considerado é o

planejamento operacional desejado para a instalação, e em seguida, a definição das soluções

técnicas baseadas nas condições locais e fatores econômicos.

Principalmente nas duas últimas décadas as questões ambientais ganharam grande

espaço nas discussões e prospecções da sociedade global. Inseridos neste contexto, processos

de refrigeração industrial e domésticos que utilizam fluidos refrigerantes tipo CFC’s, HFC’s e

HCFC’s foram alvo de gradativas restrições e regulações, pelo fato de possuírem elevado

potencial de ação sobre a camada de ozônio e/ou efeito estufa.

A busca pela redução dos custos de energia elétrica em câmaras frigoríficas, envolve

necessariamente vários aspectos. Através do balanço entre a escolha dos materiais

construtivos mais adequados, da elaboração de um projeto correto, do cuidado na montagem,

e principalmente da supervisão da operação, é que se pode alcançar este objetivo.

Desta forma, o objetivo deste trabalho foi projetar uma camara fria para o

resfriamento de 50000 kg de maça, com 2000kg de movimentação diaria, calculando carga

termica, redimensionar espaço fisico da camara, e realização da escolha do fluido refrigerante.

2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA

2.1 Maça

É um fruto pomáceo da macieira, da família Rosaceae. É um dos frutos de árvore mais

cultivados, e o mais conhecido dos muitos membros do gênero Malus que são usado pelos

seres humanos. As maçãs têm sido cultivadas há milhares de anos na Ásia e Europa, tendo

sido trazidas para a América do Norte pelos colonizadores europeus. Existem mais de 7.500

plantações conhecidas de maçãs, resultando numa gama de características desejadas.

A maçã possui um excelente valor nutritivo, pois em sua casca encontramos a pectina

que ajuda a reduzir o colesterol do sangue. Além disso, é um fruto rico em vitaminas B1, B2,

niacina, ferro e fósforo. É um fruto com propriedade adstringente, sendo excelente para a

garganta e cordas vocais. É ótimo também para evitar a constipação intestinal. As variedades

mais consumidas no Brasil são: fuji, gala, red, verde, melrose e Brasil. Cada 100 gramas de

maça possui, em média, 55 calorias e 1,5 gramas de fibras.(Maureen, L. )

É muito utilizada para a fabricação de sucos, doces e também da sidra (bebida alcoólica). A

polpa da maçã é branca, possuindo internamente sementes. Cada maça pesa, em média, de

100 a 200 gramas. É um fruto que a necessita de clima frio para se desenvolver

adequadamente.

A medida do tamanho da maçã (unidade) é o seu peso médio em gramas (peso líquido

total dividido pelo número total de frutos na embalagem). A diferença de tamanho entre os

frutos de maior e menor tamanho na embalagem e o peso médio da caixa não deve ser

superior a 5%. O tamanho da maçã pode ser também caracterizado pelo número de frutos

contidos na sua embalagem mais comum de 18 quilos, obedecidos os limites de variação de

peso na caixa: Graúdo, Médio, Miúdo e Solto. O tamanho Graúdo abrange lotes de peso

médio superior a 200 gramas por fruto e de número de frutos por caixa de 18 kg entre 72 e

100. O tamanho Médio abrange lotes de peso médio entre 133 gramas e 164 gramas e de

número de frutos por caixa de 18 kg entre 110 e 135. O tamanho Miúdo abrange lotes de peso

médio superior entre 91 gramas e 120 gramas e de número de frutos por caixa de 18 kg entre

150 e 198. O tamanho Solto abrange lotes de peso médio entre 72 e 83 gramas e de número de

frutos por caixa de 18 kg entre 68 e 79.

2.2 Câmaras frigoríficas

São compartimentos refrigerados, fechados, isolados termicamente, no interior dos

quais são mantidas as condições termo higrométricas, isto é, de temperatura e de umidade,

mais adequados para a conservação dos gêneros alimentícios. A manutenção das condições

termo higrométricas requeridas é provida por uma unidade de refrigeração, eventualmente

integrada por sistemas de aquecimento e umidificação. Cada câmara frigorífica deve ser

projetada para um determinado fim, cuja carga térmica a ser retirada pelo equipamento

frigorífico e o período de tempo necessário do processo são calculados criteriosamente.As

câmaras frigoríficas de temperatura ao redor de 0°C e umidade relativa elevada, são utilizadas

para a conservação de gêneros alimentícios frescos por breves períodos de tempo. As câmaras

de baixa temperatura, caracterizadas por um elevado isolamento térmico, mantêm no seu

interior as baixas temperaturas necessárias para a conservação a longo prazo dos produtos

congelados. As câmaras de atmosfera controlada, a temperatura média - alta, são

caracterizadas pela absoluta estanqueidade e têm equipamentos aptos a produzir no seu

interior atmosferas artificiais tais para prolongar a duração da conservação de alguns produtos

hortifrutigranjeiros. As câmaras para o controle do amadurecimento dos produtos

hortifrutigranjeiros são câmaras de refrigeração a temperatura alta – média, de estrutura

parecida àquela das câmaras de atmosfera controlada, no interior das quais tenham as

condições termohigrométricas que variam na atmosfera em função de ciclos preestabelecidos.

2.3 Tipos de câmaras frias

2.3.1 Câmaras em alvenaria

As câmaras em alvenaria apóiam-se em fundações perimetrais convencionais, no interior das

quais se realiza uma camada de pedras com sucessivo lançamento de concreto para a

formação de um primeiro lastro. Nas câmaras de média e alta temperatura, as paredes

perimetrais são construídas diretamente sobre a fundação e o material isolante é colocado

entre a primeira e a segunda laje em concreto feita para evitar as solicitações localizadas

produzidas por empilhadeiras. Nas câmaras de baixa temperatura, paredes perimetrais e

camada isolante que estão por baixo do piso apóiam sobre um lastro suspenso, construídos

sobre uma camada de pedras que tem a função de uma câmara de ar. Este lastro minimiza o

risco de resfriamento do solo que está por baixo da câmara, que pode provocar deformações e

rupturas do piso. As paredes em alvenaria tradicional, após reboco, é aplicada a barreira de

vapor, que consiste numa camada impermeabilizadora realizada por espalhamento de material

betuminoso, eventualmente armado com um véu de fibrade vidro. Na barreira de vapor, que

se estende no teto, são colocadas duas ou três camadas de material isolante de forma que a

espessura total seja adequada à temperatura interna da câmara e à temperatura externa. Para

melhorar a qualidade de isolamento é bom que as junções da camada inferior sejam recobertas

com placas decamada sucessiva (construção de placas defasadas).

Em geral, os isolantes certos são aqueles que garantem impermeabilidade ao vapor,

baixo coeficiente de dilatação térmica, ausência de odores desagradáveis, apodrecimento,

autoextinguibilidade, resistente a compressão, baixo peso específico.

2.3.2 Câmaras pré-moldadas

As câmaras pré-moldadas, feitas em qualquer dimensão com o uso de painéis isolante

modulares, permitem tempo breves de construções economia nas fundações, na ampliação e

na remoção. Os longos tempos de construção e o alto custo das obras em alvenaria

contribuíram para a difusão das câmaras pré-moldadas, construídas por painéis isolantes pré-

moldados, com característica de rigidez estrutural obtida com acoplamento do isolante

propriamente dito e camadas de revestimentos. Estes painéis são conectados entre eles por

meio de junções metálicas. As vantagens desta solução construtiva são a rapidez da colocação

e a possibilidade de sucessivas ampliações. Com estes tipos de painéis é possível também

construir câmaras frigoríficas de grande porte. As características auto-portante dos painéis

isolantes mudam segundo o tipo da construção. Ultrapassando determinadas dimensões de

painéis nascem problemas de envergadura do teto que são solucionados com estruturas

metálicas externas ou internas. A ampla disponibilidade de materiais de revestimento do

painel (existem painéis revestidos nos dois lados com chapa de aço inox), permite a

construção de câmaras frigoríficas que resistem às intempéries com ótimas características de

isolamento e impermeabilidade.

2.4 FLUIDOS REFRIGERANTES

São substâncias empregadas como veículos térmicos na realização dos ciclos de

refrigeração. Em ciclos de compressão a vapor, o refrigerante é o fluido de trabalho que

alternadamente vaporiza e condensa quando absorve e libera energia térmica. Um refrigerante

satisfatório deveria possuir certas propriedades químicas, físicas e termodinâmicas que faz o

seu uso seguro e econômico, no entanto, não existe um refrigerante ideal. As largas diferenças

entre as condições operacionais e as exigências das várias aplicações fazem com que o

refrigerante ideal seja uma meta impossível de se alcançar. Então, um refrigerante só se

aproxima das condições ideais somente quando suas propriedades satisfazem as condições e

exigências de uma determinada aplicação. São características desejáveis dos refrigerantes:

• O refrigerante deve ser não inflamável, não explosivo, não tóxico em seu estado puro

ou quando misturado com o ar e também, não deve contaminar alimentos ou outros

produtos armazenados no espaço refrigerado se ocorrer um vazamento no sistema.

• As pressões correspondentes às temperaturas disponíveis com os meios de

condensação normais não devem ser excessivas, para assim eliminar a necessidade de

construção extremamente pesada.

• As pressões correspondentes às temperaturas necessárias para maior parte dos

processos de condicionamento de ar e refrigeração devem ser acima da pressão

atmosférica para assim evitar penetração de ar e vapor d' água.

• Um calor de vaporização relativamente grande é desejável para que as capacidades

necessárias possam ser obtidas com o menor peso do fluxo de refrigerante.

• O vapor deve ter um volume específico relativamente baixo, porque é este volume que

estabelece a dimensão necessária ou deslocamento do compressor. Esta propriedade é

mais importante para o compressor alternativo do que para a máquina centrífuga a

qual é uma bomba de baixa pressão e grande volume.

• É desejável que o refrigerante tenha um baixo calor específico no estado líquido para

que menos calor seja necessário para esfriar o líquido partindo da temperatura de

condensação até a temperatura a qual o resfriamento deve ser realizado. O calor

necessário para este resfriamento resulta em "Flash Gás", e diminui o efeito de

refrigeração ou capacidade de resfriamento do refrigerante circulado.

• Os coeficientes de transferência de calor e a viscosidade devem contribuir para boas

proporções de transferência de calor.

• O refrigerante deve ser facilmente detectado por indicadores adequados para localizar

vazamentos no sistema.

• O refrigerante deve ser compatível com os óleos lubrificantes usuais, e não devem

alterar sua efetividade com lubrificantes.

• O refrigerante não deve ser corrosivo para os metais usualmente empregados em um

sistema de refrigeração e devem ser quimicamente estáveis.

• O refrigerante deve ser facilmente disponível, de custo baixo, ambientalmente seguro,

não contribuir para a destruição da camada de ozônio ou para aumentar o efeito estufa

e ser de fácil manuseio.

A American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers,

(ASHRAE) lista mais de 100 refrigerantes.

2.5 Carga Térmica

Carga térmica de refrigeração é a quantidade de calor sensível e latente que deve ser

retirada de um ambiente, de modo a serem mantidas as condições de temperatura e umidade

estabelecidas para ele. Geralmente, esta carga térmica está expressa em kcal/h.Esta carga

térmica pode ser introduzida no ambiente das seguintes formas:

• Transmissão de calor por paredes, tetos e piso: Corresponde a quantidade de calor

transmitida por condução através de paredes, tetos e pisos. Esta carga depende da área

de troca, ou seja, a superfície total submetida à troca de calor. É importante um

cuidado especial na escolha da espessura do isolamento térmico, de forma que a

superfície do lado quente, não atinja um valor baixo, onde poderá ocorrer uma

condensação de vapor de água. Conforma já dito, é importante a adoção de uma

espessura de isolamento para um fluxo de calor de 8 kcal/h . m2.

• Infiltração de ar: É a parcela correspondente ao calor do ar que atinge a câmara

através de suas aberturas. Toda vez que a porta é aberta, o ar externo penetra no

interior da câmara, representando uma carga térmica adicional. Evidentemente, a

determinação exata deste volume é muito difícil, sendo valores aproximados para o

número de trocas por dia, em função do tipo e volume da câmara. Em câmaras

frigoríficas com movimentação intensa e com baixa temperatura, este valor aumenta

tremendamente. Neste caso é fundamental a utilização de um meio redutor desta

infiltração, tais como uma cortina de ar ou de PVC (em alguns casos, é recomendável

a utilização das duas soluções em conjunto).A infiltração de ar em demasia acarreta

um bloqueio dos evaporadores, devido a formação de gelo em seu redor, o que reduz a

capacidade do sistema de refrigeração, e consequentemente, aumenta o consumo de

energia elétrica.

• Produto É a parcela correspondente ao calor devido ao produto que entra na câmara,

sendo composto das seguintes parcelas: calor sensível antes do congelamento

(resfriamento), calor latente de congelamento, calor sensível após o congelamento

(congelamento), calor de respiração (só para frutas). A determinação exata desta

parcela de carga térmica é determinante para o funcionamento adequado ou não da

câmara, especialmente em locais de distribuição, nos quais a movimentação dos

produtos é intensa. Nas câmaras utilizadas para o resfriamento ou congelamento dos

produtos, tem-se um aumento substancial da carga térmica, quando comparado com as

câmaras de projetadas para estocagem de produtos resfriados ou congelados. O

recebimento de produtos com temperaturas acima das especificadas no Plano

Operacional, e que serviram de base para o projeto do sistema, irá ocasionar uma

carga térmica adicional que poderá inclusive comprometer a operação do sistema,

aumentando também substancialmente o consumo de energia. Deve-se sempre ter em

mente, a necessidade de utilização das câmaras de acordo com os parâmetros

considerados no projeto. Outra questão relevante, é a correta determinação da carga

térmica ocasionada pela respiração de frutas e vegetais, provocada pelo metabolismo

dos mesmos.

• Cargas diversas: É a parcela de carga térmica devido ao calor gerado por iluminação,

pessoas motores e outros equipamentos. Os motores dos ventiladores dos forçadores

de ar são uma fonte de calor e também, de consumo de energia elétrica. Dentro do

possível, deverão ser previstos meios de variar a vazão de ar em função da necessidade

de carga térmica do sistema. Isto pode ser feito com a utilização de variadores de

frequência ou de motores de dupla velocidade.

2.6 Sistemas de Refrigeração

Um dos fatores principais para a eficiência energética da instalação frigorífica é a

definição adequada das temperaturas de evaporação e condensação, bem como, o tipo de

refrigerante a ser adotado. Quando a pressão de condensação e a pressão de evaporação são

muito diferentes, a eficiência do sistema é muito pequena, ou seja, o consumo de energia é

alto para uma potência frigorífica pequena. Uma solução técnica adotada para minimizar esta

situação, é a adoção de um ciclo de duplo estágio. O ciclo duplo estágio caracteriza-se pela

compressão em duas etapas, sendo que os compressores que operam no estágio de baixa

pressão, são denominados de compressores "booster". Como regra básica, pode ser tido que

do ponto de vista da eficiência energética, é sempre melhor operar com o maior número

possível de níveis de temperaturas de evaporação, definidas em função das temperaturas dos

ambientes. Em caso de instalações que operem com diferentes valores de temperatura, como

por exemplo, túneis de congelamento a -35 ºC, câmaras para estocagem de congelados a

-20ºC, câmaras de resfriados e tuneis de resfriamento a 0ºC e câmaras climatizadas a 10 ºC,

deverá ser efetuada uma análise técnica e econômica da adoção de quatro níveis de

temperatura de evaporação, ou seja por exemplo, -42ºC , -30ºC, -10ºC e 0ºC.

3 INFORMAÇÕES SOBRE O SISTEMA

O Sistema tem com finalidade o resfriamento de maçã, seu armazenamento, mantendo

ao máximo suas propriedades físicas e químicas. A câmara terá capacidade para 50000 kg de

maçã, com fluxo diário de 2000 kg. O produto ficará armazenado a temperatura de -2°C com

umidade aproximada de 90%, com atmosfera controlada, por seI tratar de um produto

frutífero metabólico. O produto fica armazenado avulso, em caixas de plástico (figura 1 )

revestidas com superfície de papelão a cada base de maça. O produto deverá estar

acondicionado em embalagem de medidas submúltiplas de 1m x 1,20 m (paletizável), de fácil

empilhamento. A embalagem terá a inscrição do nome e do CNPJ do fabricante e a

informação da capacidade máxima de empilhamento e do conteúdo máximo em quilos da

embalagem. Externamente a umidade será aproximadamente 70% com temperaturas maximas

em torno de 35°C. Terá localidade na cidade de Londrina (PR). Informação meteriologicas na

tabela (1). A estocagem setá realizada por uma empilhadeira, conduzida por um funcionário

capacitado ada empresa, e levá em torno de 2h.

Tabela 1 – Dados meterologicos da cidade de Londrina(PR)

Fonte: ABNT, fevereiro:2008

Figrura 1 – Caixa de plastico

A câmara fria é um ambiente com baixa temperatura, sendo assim, não é qualquer

lâmpada que trabalha nessas condições. A opção pela fluorescente pode ser descartada, ela

queima rapidamente devido a alguns fatores como queima de reatores e congelamento dos

gases que ionizam a lâmpada. A incandescente era muito utilizada, mas ela esquenta muito o

ambiente, exigindo da máquina resfriadora maior potência e maior gasto energético;Existem

também as lâmpadas eletrônicas PL, são muito utilizadas mas não mantém o tempo de vida

útil indicado. Agora, a melhor opção são as lâmpadas LED, além de ter baixa emissão de

calor, são fabricadas para trabalhar em ambientes extremos como a câmara fria. A vantagem

de instalar essa lâmpada dentro de um ambiente com baixa temperatura, é que o esfriamento

máximo pode ser antecipado em até 48/72 horas. Com isso, exigirá menos do motor,

favorecendo a vida útil e diminuindo o consumo de energia elétrica. A LED proporciona

conforto visual e são muito econômicas. Antes era usada uma lâmpada de 60watts e hoje, se

consome apenas 18watts. Para este sistema, foi escolhido o número de 9 lampadas LED.

4 ESPECIFICAÇÃO DO PROCESSO E DIMENSIONAMENTO FISICO DO

SISTEMA.

O total do estoque de maçãs é de 50000 kg, cada caixa terá 18 kg (72 a 100 unidades) de

maçãs, dividindo o total de estoque pelo peso de cada caixa se obtêm o número de caixas

necessárias para armazenar as maças, que é de 2777.8 caixas. As caixas ficarão sob

estrados( figrua2 ) de 1m de largura e 1,20 de comprimento, a caixa mede 0,36m de altura,

0,55m comprimento e 0,3m de largura, cada estrado terá 16 caixas, dois cada pilha terá altura

de 2,88 m de altura. Serão formados 4 blocos com 5 fileiras 5 colunas de estrados, e um dos

bloco com 26 caixas a menos, com espaço de 5m entre cada bloco para a passagem da

empilhadeira. Os blocos terão espaçamento de um metro das paredes, e 0,5m da porta.

Somando todos os espaçamentos o total de área da câmara é de 342 m2. A altura da camara

será de 3,5m (3m da coluna, 0,10m da lampada).O Volume da camara será de 1197m3. A

seguir uma representação gráfica do espaçamento do sistema (figura 3).

Figura 2 – estrado

Figura 3 – Representação gráfica do sistema

5 ISOLAMENTO TÉRMICO

Na escolha do material empregado como isolante térmico para a construção da câmara

frigorífica, devem-se considerar vários fatores, além do econômico, tais como sua resistência

a insetos e microrganismos, riscos de propagar fogo, poeira ou vapores indesejáveis,

partículas que possam irritar a pele, retenção de odores, resistência à decomposição e

resistência à absorção de água. Os isolamentos mais empregados são os de fixação de placas

de isolamento em alvenaria com posterior acabamento da superfície, ou a utilização de painéis

construídos de uma placa interna do isolante na espessura desejada e prensada entre placas

metálicas tratadas contra corrosão, como descrito em Neves Filho (1994). A propriedade de

um material em diminuir o fluxo de calor é indicada por sua condutividade térmica ou, de

forma inversa, sua resistência térmica. A tabela 2 relaciona algumas dessas propriedades, entre

as quais está a densidade, que quanto maior, maior será a resistência mecânica à compressão e

maior resistência térmica.

Isolante CortiçaFibra de Vidro

Poliestureno expandido

Poliuretano expandido

Densidade (Kg /m3) 100-150 20-80 10-30 40

Condutibilidade térmica (Kcal /mh°C)

0,032 0,030 0,030 0,020

Resistência à passagem de água

Regular Nenhuma Boa Boa

Resistência à difusão de vapor, em relação ao ar parado

20 1,5 70 100

Segurança ao fogo Pobre Boa Pobre Pobre

Resistência à compressão(Kgf /m2)

5.000 Nenhuma 2.000 3.000

CustoRelativamente alto

BaixoRelativamente alto

Alto

Fonte: Neves Filho (1994)

A cortiça e a fibra de vidro constam apenas como referência histórica, visto que a

aplicação destes isolantes está praticamente abandonada na refrigeração. A tecnologia

moderna oferece uma ampla escolha de materiais isolantes, o mais conhecido dos quais para

isolamento em obras de alvenaria, é o poliuretano. Sua condutividade térmica está entre as

mais baixas, enquanto sua resistência à compressão é elevada, mesmo com um peso

específico reduzido. Sua impermeabilidade é ótima e a resistência à propagação de chama é

boa, além de ser inodor e inalterável. Levando em conta essas características do poliuretano

expandido, foi feita a escolha desse material para o revestimento da câmara fria.

A tabela 3 apresenta espessuras de poliuretano expandido com densidade de 25 à 30

Kg/m3 aconselhado para isolamento de câmaras frigoríficas.

Temperatura da Câmara (o) Espessura do poliuretano expandido (mm)

8 a 20 60

3 a 8 80

-5 a 3 100 - 120

-15 a -5 150

-20 a -15 180

-30 a -20 200

-40 a -30 240

Atualmente existem tecnologias avançadas nessa área, há empresas especializadas

neste segmento, tal com a DANICA TECNOLOGIAS EM SISTEMAS

TERMOISOLANTES, que constrói câmaras frigoríficas com painéis termo isolantes pré

fabricados, leves de fácil e rápida montagem. O painel Frigoloc (figura 2), com núcleo

isolante em, material poliuretano ( PUR) ou poliisocianurato (PIR) retardante a chamas , com

massa especifica aparente de 37 a 42 kg/m3, face metálica em aço galvalume pré pintado na

cor branca de aço inox ou alumínio, sistema de junção com 'loc' , garantindo perfeita união

dos painéis, a largura padrão do e de 1149mm e comprimento conforme o projeto, levando- se

em conta os limites de trasporte. A tabela 4 mostra as características fisicas do painel de

PUR/PIR.

Tabela 4 - características fisicas do painel de PUR/PIR.

Figura 3 – Painel de PUR/PIR

O calculo da espessura do isolamento se pola equação

L1=ki*ΔT/(Q/S)

Adota-se valore Q/S de acordo com a qualidade do isolamento.No quadro abaixo,

valores a serem adotados:

O valor adotado é para isolamentos excelentes, 8 Kcal/m2h. O valor do coeficientes de

condutibilidade termica k utilizado é de 0,030 Kcal./h.m.°C, para poliuretano. A temperatura

externa é 35°C e a interna é de -2°C, sendo assim é possível se obter o valor da espessura do

isolamento.

L= 0,020*(35-(-2))/8 = 0,0925m =92,5mm

Excelente 8Bom 10

Aceitável 12Regular 15

Mau >15

Classificação do isolamento

Valores de Q/S (Kcal/m2h)

Entre o valor calculado (92,5 mm) e o tabelado (100 -120 mm), o valor adotado para

esse projeto é de 100mm de espessura. Considerando o comprimento padrão do painel de

poliuretano, 1149 mm, e area de 342 m2 camara, serão utilizados 297,65013m de painel

Frigoloc com espessura de 100mm, para temperatura de -5 a 3 °C.

6 CARGA TÉRMICA

Os cálculos da carga térmica do sistema se dá por um somatório de fatores, cada qual

calculado individualmente.

• Por penetração (Qfo):

Qfo= qfo*A*t

qfo: fluxo de calor pela superfície ( kcal/m2)

A: area total da superficie externa (m2)

t: tempo de ciclo

• Devido as pessoas ( Qo):

Qo=qo*n*t

n= n° de ocupantes do ambiente

qo= calor liberado por pessoas/por hora

t= tempo de permanencia

• Devido a iluminação

Ql=ql*t*0,86

ql=potencia das lampadas

t= tempo de uso

• Devido aos equipamentos:

Qe=(q1*t1+q2*t2...qn*tn)*0,86

- para motor eletrico: Qm=636Pm*t/η

• Devido ao ar exterior:

Qia=V*γ*Δh

v=volume de ar ( m3/h)

γ*Δh=tabelado em função de temperatura e umidade do ar externo e interno.

• Devido ao produto

Qp1=G[c (ti-To)+r+c'*(To-Tf)]

G= peso do produto em transito por unidade de tempo

ti= tempo inicial do produto

To= temperatura de congelamento do produto

Tf= temperatura final do produto

r= calor latente de congelamento

c= calor específico antes do congelamento

c'= calor específico depois do congelamento

A carga térmica total do ambiente será o somatorio de todas as parcelas calculadas.

Qtotal = QFO+Qo+Qi+Qe+Qia+Qp1

O embasamento teórico serviço de base para elaboração de uma tabela dinâmica,

formulada no programa Excel- microsoft, que facilito está etapa dos cálculos, gerando todos

os valores acima citados.

CALCULO T'ÉRMICO DA CAMERA - EXCEL

7 CICLO DE REFRIGERAÇÃO

O ciclo frigorífico ou de compressão a vapor é o principio termodinâmico utilizado na

grande maioria dos sistemas de climatização. Trata-se de um ciclo termodinâmico que possui

dois reservatórios, um de baixa temperatura e outro de alta, e necessita de trabalho para obter

a transferência de calor entre os mesmos. O circuito de refrigeração é composto dos

componentes básicos e do fluido de refrigerante ou veículo condutor de calor.Os componentes

básicos de um circuito de refrigeração por compressão de vapor são os seguintes: Compressor,

condensador, dispositivo de expansão e evaporador. O circuito é ilustrado na figura 4 exibe o

ciclo de refrigeração pra temperatura externa de 35 e interna de -2, o objetivo é especificar

cada processo ocorrido durante a passagem do fluido refrigerante por cada trecho do circuito.

Cada trecho compreende um componente básico exibindo o processo ocorrido no

mesmo.Os trechos são os seguintes:

• Trecho 1 a 2 (Wc) – Processo de compressão: Este processo é executado pelo

compressor, o qual succiona o fluido refrigerante no estado de vapor a baixa

temperatura e baixa pressão, comprime-o e descarrega-o para o condensador a alta

pressão e alta temperatura causando uma consequente circulação do flúido

refrigerante. Durante este processo é adicionado calor ao fluido refrigerante devido ao

trabalho de compressão.

• Trecho 2 a 3 (Qc) – Processo de condensação: Este processo é executado

no condensador, o qual recebe o fluido refrigerante a alta pressão e alta temperatura no

estado de vapor. Devido à temperatura do fluido refrigerante estar mais alta que a do

meio externo, o fluxo de calor se dará do condensador para o meio externo (o ar

ambiente, por exemplo). Sabemos que todo o fluido no estado de vapor que cede calor

se condensa, é nesse princípio que está baseada a função do condensador.

• Trecho 3 a 4 – Processo de expansão: Este processo se baseia na relação de

proporcionalidade, de forma direta, entre a pressão e a temperatura.

Como o resfriamento proporcionado por um sistema de refrigeração consiste no calor

demandado pela evaporação do fluido refrigerante a uma baixa temperatura, cabe ao

dispositivo de expansão promover a redução de pressão do flúido refrigerante líquido ao nível

de temperatura proporcional ao desejado para o sistema.

A expansão se processa da seguinte forma:

• O flúido refrigerante entra no dispositivo de expansão no estado líquido a alta pressão

e alta temperatura.

• No interior do dispositivo ele encontra um ponto de diâmetro reduzido, causando uma

restrição, isto faz com que a massa de flúido refrigerante seja reduzida.

• Em seguida esta massa de refrigerante, em quantidade reduzida, encontra um trecho de

diâmetro ampliado em relação ao do interior do dispositivo.

• As moléculas de refrigerante, ao atingirem o trecho de diâmetro ampliado, afastam-se

reduzindo o atrito entre elas diminuindo a pressão e consequentemente a temperatura.

• A pressão é reduzida ao nível proporcional à temperatura de evaporação desejada.

• Trecho 4 a 1 (Qo) – Processo de evaporação: Este processo é executado no

evaporador, o qual recebe do dispositivo de expansão o flúido refrigerante a baixa

pressão e baixa temperatura no estado líquido e promove a absorção de calor pelo

mesmo e sua consequente evaporação. A quantidade de calor a ser absorvida está

ligada a dois fatores: A diferença de temperatura existente entre o flúido refrigerante e

o corpo ou meio a ser refrigerado, a quantidade de massa de flúido refrigerante a ser

evaporada.

Esses dois fatores influenciarão de forma direta na capacidade frigorífica do sistema, é

fundamental que o evaporador tenha capacidade de evaporação do flúido refrigerante em sua

totalidade, a fim de evitar danos ao compressor.

8 PARAMETROS NA ESCOLHA DE REFRIGERENTES.

Alguns parâmetros são importantes na escolha do refrigerante para o ciclo de

refrigeração, com: Trabalho de compressão, que é a variação de entalpia no processo 1-2;

Taxa de rejeição do calor (RC), que é o calor trasferido do refrigerante no processo 2-3; Efeito

do refrigerante(E), que é a capacidade que cada 1kg de refrigerante absorve ao passar pelo

evaporador (processo 4-1); Coeficiente de performance(COP), razão entre o efeito de

refrigeração e o trabalho de compressão; Vazão de refrigerante (m), capacidade de refrigerante

pelo efeito de refrigeração; Vazão volumétrica (V), produto entre a vazão massica e o volume

específico; Capacidade de refrigração (c), produto entre a vazão o de refrigerante e o efeito de

refrigerante; Potencia do compressor (P), é o produto do trabalho de compressão pela vazão

de refrigerante. Esse valores foram calculados pelo programa Coolpack , resultando em telas

elucidativas das propriedades de cada refrigerante escolhido: R134 a, R22, Amonia e Agua.

Na tabela 5, valores do efeito de refrigeração (Qe), trabalho de compreção (W), calor rejeitado

no condensador, COP e relação de pressão , gerados pelo programa apartir das temperatura

externa e interna do sistema.. Na tabela 6 os valores gerados a partir do valor da caraga total

do sistema, gerando valores de vazão volumétrica e mássica e potência do compressor. Nas

tabelas 7,8,9 e 10 estão representandos valores de temperatura, pressão, volume, entalpia e

entropia de cada refrigerante em cada ponto do ciclo. As propriedades fisico-quimica do

refrigerante é importante para analisar o comportamento do fluido refrigerante em diferentes

temperaturas e pressões.

Taebela 5 – Propriedade do sistema: COOLPACK

Tabela 6 – Propriedade do sistema: Dados gerados a partir da carga termica.

Tabela 7 – Propriedades fisco- químicas do refrigerante R22

Tabela 8 – Propriedades fisco- químicas do refrigerante R134 a

Tabela 9– Propriedades fisco- químicas do refrigerante Amonia

R134 a T P v h s

[°C] [bar] [m̂ 3/kg] [kJ/kg] [kJ/(kg K)

1 3 2,722 0,075854 400,581 1,7397

2 43,674 8,868 0,024248 425,634 1,7397

3 43,674 8,868 0,024248 425,634 1,7397

4 30 8,868 N/A 241,463 N/A

5 N/A 2,722 N/A 241,463 N/A

6 3 2,722 0,07585 400,581 1,7397

amonia T P v h s

[°C] [bar] [m^3/kg] [kJ/kg] [kJ/(kg K)

1 3 3,982 0,31791 1471,57 5,6894

2 91,274 13,504 0,122942 1649,424 5,6894

3 91,274 13,504 0,122942 1649,424 5,6894

4 30 13,504 N/A 339,037 N/A

5 -2 0,31 N/A 339,037 N/A

6 3 3,982 0,317902 1471,57 5,6894

H20 Amonia R22

Qe [kJ/kg] 159,118 2381,396 1132,532 171,553

Qc [kW] 184,172 2794,726 1310,387 198,787

W [kJ/kg] 25,053 413,331 177,855 27,234

COP [-] 6,35 5,76 6,37 6,3

Pressure ratio [-] 3,258 10,871 3,39 2,908

R134 a

H20 Amonia R22

Qe [kJ/kg] 20,012 20,012 20,012 20,012

Qc [kW] 23,163 23,483 23,157 23,189

m [kg/s] 0,12576793 0,00840248 0,01767172 0,11665188

V [m̂ 3/h] 34,3438 7443,8009 20,2248 21,6523

W [kW] 3,151 3,473 3,143 3,177

R134 a

R22 T P v h s

[°C] [bar] [m̂ 3/kg] [kJ/kg] [kJ/(kg K)

1 2,999 4,659 0,05156 408,204 1,7679

2 57,585 13,548 0,019831 435,438 1,7679

3 57,585 13,548 0,019831 435,438 1,7679

4 30 13,548 N/A 236,651 N/A

5 N/A 4,659 N/A 236,651 N/A

6 3 4,659 0,051557 408,204 1,7679

Tabela 10– Propriedades fisco- químicas do refrigerante Água

9 REFRIGERENTES

O R-22 é empregado principalmente em condicionamento de ar residencial e comercial, mas é

também amplamente usado em fábricas de produtos alimentícios congelados, armazenagem

de gêneros alimentícios congelados e em outras aplicações de média e baixas temperaturas. O

refrigerante R-22 é um HCFC que deve ser substituído. A água tem diversas propriedades

desejáveis de um refrigerante, mas ela é limitada pela temperatura a um mínimo de 0oC, pois

abaixo disto ela congela. O R-134a é não inflamável e não explosivo, é HFC que tem

potencial zero de destruição da camada de ozônio e um baixo efeito estufa. A Amônia é um

dos primeiros refrigerantes é usado no campo industrial, em cervejarias, possui alta eficiência

do ciclo. Ele tem um baixo volume específico, um calor latente de vaporização relativamente

alto e baixo custo. A amônia mostrou mais eficiência, pouca vazão (custo baixo), maior

adequação ao sistema. Por esses fatores, pra esse projeto foi escolhido o refrigerante amonia

H2O T P v h s

[°C] [bar] [m̂ 3/kg] [kJ/kg] [kJ/(kg K)

1 3 0,005 246,084892 2506,612 9,2529

2 220,827 0,056 40,496562 2919,942 9,2529

3 220,827 0,056 40,496562 2919,942 9,2529

4 30 0,056 N/A 125,216 N/A

5 -2 0,005 N/A 125,216 N/A

6 3 0,005 246,104964 2506,612 9,2529

CONCLUÇÃO

O planejamento de uma camara consiste no estudo de inumeros fatores fisicos,

quimicos, estruturais. E uma etapa industrial que requer muito planejamneor, visto que

comportara produtos que requerem temperatura controladas, alguns com atmosfera

controlada. É importante conhecer os preceitos basicos do funcionamento do ciclo de

refrigeração que fará parte da camara para controle do processo, para que alterações

sejam feitas com coerencia. O fluido refrigernte que dará funcionamento ao sestema de

refrigeração , dece ser escolhido sob a avaliação do seu comportamento termodinamico e

fisico- quimico, para melhor funcionamento do sistema .O material da camara dever

escolhido a partir do conheciimento e da finalidade do produto a ser resfriado. Cada

produto requer um estudo particular, tanto para o material da camara, quanto para a

estrutura fisica da camara. Questões ambientais e financeiras devem ser levadas em

consideração em cada etapa do planejamento.

REFERENCIAS

Neves Filho, Lincoln de Camargo; CONSERVAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE ENERGIA EMSISTEMAS FRIGORÍFICOS, Setembro de 1997.

Silva,A. Câmaras Frigoríficas - aplicação, tipos, cálculo da carga térmica e boas práticas de utilização visando a racionalização da energia elétrica

Danica, Tacnologia em sistemas termoisolantes.

ENERGIA EM SISTEMAS FRIGORÍFICOS, Setembro de 1997.

Castro, JA. PROJETO E CONSTRUÇÃO DE CÂMARAS FRIGORÍFICAS

ABNT NBR – 9050/2004

Regulamento Técnico para planejamento, programação, elaboração e avaliação de

projetos físicos de estabelecimentos assistenciais de saúde.

Almeida, AL. PROJETO: CÂMARA FRIA PARA ESTOCAGEM DE BANANAS. Faculdade de Urbelandia.