Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica
Eliminao de condensados formados
no evaporador de refrigerao
Relatrio Final
Docente Coordenador: Jos Joaquim C. Barbosa
Tutor: Pedro Lobarinhas
Grupo 2 Discentes:
Miguel Machado
Carlos Dias
Jos Carvalho
Rui Costa
Marco Nogueira
Joo Paulino
Fabiano Silva
Srgio Costa
Rui Fernandes
Guilherme Simes
A52760
A63237
A65226
A68556
A68599
A68609
A68627
A68639
A68640
A68661
Integradora VI
Universidade do Minho
Guimares, julho de 2015
Universidade do Minho
Escola de Engenharia
Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica Integradora VI Grupo 2
2
Resumo
A formao de condensados ao nvel do evaporador uma das principais causas de
avaria e constrangimentos dos dispositivos de refrigerao, pois o ar, caracterizado pela sua
temperatura e humidade relativa, ao entrar em contacto com o evaporador do mural frigorfico
atinge o ponto de orvalho condensando, e devido s temperaturas negativas existentes, conduz
formao de gelo nas alhetas. Sendo o gelo um bom isolante trmico, no permite a correta
permuta de calor entre o ar e o evaporador, sendo o trabalho realizado pelo mural frigorfico
ineficiente. Desta forma, com o estudo do funcionamento do mural frigorfico PRIMUS da
marca Jordo Cooling Systems pretende-se alcanar uma soluo para a eliminao dos
condensados que se armazenam na tina, atravs da aplicao de princpios de transferncia de
calor e de massa, e tendo como base conhecimentos tericos dos ciclos termodinmicos.
Palavras-chave: Formao de condensados; Ponto de orvalho; Mural frigorfico;
Eliminao de condensados; Transferncia de calor e de massa.
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3
Abstract
The condensates formation at the evaporator level is one of the main causes of
breakdown and constraints of refrigeration systems, because the air, characterized by its
temperature and relative humidity, contacting with the evaporator will reach the dew point, and
due to negative temperatures on the evaporator surface, ice will be formed on the fins. Since
the ice has low thermal conductivity, the exchange of heat between air and evaporator wont be
as good as it would be without ice, and so the work realized by the refrigerator wall will be
inefficient. By studying the way that the PRIMUS refrigerator wall from Jordo Cooling
Systems company works, the group intends to reach a solution which eliminates the condensates
formed and stocked in the vat, through the application of heat and mass transfer principles, and
having as base theoretical knowledge of thermodynamic systems.
Key-words: Condensates formation; Dew point; Refrigerator wall; Condensates elimination;
Heat and mass transfer.
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Agradecimentos
O grupo gostaria de expressar os mais sinceros agradecimentos a todos aqueles que
contriburam e apoiaram na realizao deste trabalho.
Em primeiro lugar, ao tutor, Professor Doutor Pedro Lobarinhas pela orientao, apoio
e tempo disponibilizado.
Aos Engenheiros Pedro Ribeiro e Pedro Cunha pela disponibilidade, dedicao e tempo
disponibilizado assim como, a cedncia de alguma bibliografia de apoio bastante til, e pedimos
desculpa pelo fato do grupo os ter incomodado diversas vezes.
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ndice
Resumo ........................................................................................................................... 2
Abstract ........................................................................................................................... 3
Agradecimentos .............................................................................................................. 4
1. Introduo ................................................................................................................. 11
2. Estado da arte ............................................................................................................ 12
3. Introduo ao Ciclo Terico de Carnot Invertido ..................................................... 13
4. Mural Refrigerado PRIMUS 90 da Jordo Cooling Systems .................................... 16
4.1. Componentes principais do equipamento .......................................................... 17
4.2. Funcionamento do mural Circuito do ar ......................................................... 18
4.3. Consumo energtico do equipamento ................................................................ 18
4.4. Ganhos trmicos do equipamento ...................................................................... 21
4.5. Ciclo Real de Carnot do mural refrigerado ........................................................ 28
4.5.1. Propriedades Termodinmicas do ciclo de compresso de vapor .............. 29
5. Sistema de eliminao de condensados proposto ..................................................... 33
5.1. Aplicao de tcnicas de Teoria do Projeto Mecnico ...................................... 33
5.2. Parmetros determinantes .................................................................................. 37
5.3. Ensaios experimentais ........................................................................................ 37
5.3.1. Efeito da temperatura do ar ......................................................................... 38
5.3.2. Efeito do estrangulamento, velocidade e disposio da tina (Longitudinal)
.......................................................................................................................................... 39
5.3.3. Efeito do estrangulamento, velocidade e disposio da tina (Transversal) 40
5.3.4. Efeito da conveco natural ........................................................................ 40
5.4. Modelao 3D do sistema proposto ................................................................... 41
5.5. Clculos Tericos ............................................................................................... 43
5.5.1. Perdas de Carga da instalao ..................................................................... 43
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6
5.5.2. Calor aproveitado do fluido frigorigneo e determinao do comprimento de
tubo ideal .......................................................................................................................... 45
5.5.3. Taxa de evaporao ..................................................................................... 48
5.5.4. Resultados obtidos ...................................................................................... 51
5.5.5. Reduo dos consumos energticos ............................................................ 55
6. Construo da conduta .............................................................................................. 57
6.1. Simulao numrica de uma prateleira do mural ............................................... 57
6.2. Simulao numrica da conduta de ar proposta ................................................. 58
Concluses .................................................................................................................... 61
Referncias Bibliogrficas ............................................................................................ 62
ANEXO A Componentes ........................................................................................... 65
ANEXO B Diagrama de Mollier do fluido R404a .................................................... 67
ANEXO C Complemento terico sobre Transf. Calor por conveco forada ......... 68
ANEXO D Resultados do clculo das perdas de carga da instalao ........................ 72
ANEXO E Desenhos tcnicos ................................................................................... 73
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ndice de Figuras
Figura 1 Exemplo de evaporador congelado ............................................................. 12
Figura 2 Tina de condensados de dois andares. Note-se que no andar inferior atua uma
resistncia e no superior utilizado o circuito do fluido frigorigneo que sai do compressor. 12
Figura 3 Funcionamento de uma mquina frigorfica ................................................ 13
Figura 4 Ciclo de refrigerao por compresso de vapor .......................................... 13
Figura 5 Diagramas de um ciclo ideal P-h ( esquerda) e T-s ( direita) [1] ............. 14
Figura 6 PRIMUS 90 da Jordo Cooling Systems ..................................................... 16
Figura 7 Principais componentes do mural PRIMUS 90: A Compressores; B e C
Condensador e ventiladores do condensador, respetivamente (est representado apenas 1/3 do
completo); D Capilar de expanso; E Evaporador; F Ventiladores do evaporador; G
Sistema de eliminao de condensados. ................................................................................... 17
Figura 8 Circuito do ar no mural ................................................................................ 18
Figura 9 - Consumo energtico dirio, em percentagem, de cada componente. .......... 20
Figura 10 Ciclo Real de Carnot do mural refrigerado PRIMUS 90 ........................... 28
Figura 11 - Multmetro Kaise VA40B .......................................................................... 30
Figura 12 Diagrama P-h (adaptado de [3]) ................................................................ 30
Figura 13 - Diagrama T-s do fluido R404a ................................................................... 31
Figura 14 Temperaturas impostas sobre um ciclo de refrigerao (adaptado de [3]) 32
Figura 15 Modelo 3D da tina de condensados original, presente no mural PRIMUS 90
.................................................................................................................................................. 33
Figura 16 rvore de objetivos do sistema proposto .................................................. 34
Figura 17 Casa da qualidade ...................................................................................... 35
Figura 18 Balana A&D EK-1200G, com uma capacidade mxima de 1200g e uma
gama de resoluo de 0.1g ....................................................................................................... 38
Figura 19 Anemmetro PACER Instruments HTA4200, com uma gama de resoluo
de 0,01 m.s-1 e uma preciso de 1,0% por cada 1 dgito ...................................................... 38
Figura 20 Termoventilador a incidir ar quente, conduzido por uma simples conduta,
sobre uma tina de gua. ............................................................................................................ 38
Figura 21 - esquerda da imagem, disposio longitudinal da tina sem estrangulamento
e direita, disposio longitudinal com estrangulamento ........................................................ 39
Figura 22 Ensaio com a disposio da tina transversal tendo dois ventiladores a debitar
ar sobre a superfcie da tina ...................................................................................................... 40
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Figura 23 Vista da direita geral do sistema proposto ................................................. 41
Figura 24 Detalhe da forma geomtrica da conduta, realando o ngulo de incidncia
implementado no novo sistema ................................................................................................ 41
Figura 25 Vista da esquerda geral do sistema proposto ............................................. 42
Figura 26 Detalhe da chapa que divide o caudal que vai para a tina superior (cerca de
90%) do caudal que vai para a tina inferior ............................................................................. 42
Figura 27 Vista explodida do sistema proposto ......................................................... 42
Figura 28 Vista da esquerda em corte da conduta dividida em subseces para o clculo
das perdas de carga da instalao ............................................................................................. 43
Figura 29 Ventilador axial MM2260H48B-FSR da marca MECHATRONICS FAN
GROUP, de corrente continua e dimetro 222mm. Tem uma presso esttica mxima de 40.64
mmH2O debitando um caudal mximo de 1140 m3.h-1. .......................................................... 44
Figura 30 - Interseo da curva da instalao com a curva do ventilador selecionado
ponto de funcionamento ........................................................................................................... 45
Figura 31 Representao da variao logartmica da temperatura ............................ 46
Figura 32 - Consumo energtico dirio, em percentagem, de cada componente para o
sistema proposto ....................................................................................................................... 55
Figura 33 Representao das tenses induzidas na prateleira (setas e violeta) e os
constrangimentos aplicados (pontos a verde) ........................................................................... 57
Figura 34 Grfico com a convergncia de resultados para uma malha sem refinamento
e para malhas com refinamento de 1,0mm e 0,5mm ................................................................ 58
Figura 35 Representao de foras e constrangimentos aplicados na conduta de ar . 59
Figura 36 Grfico de convergncia de resultados para malhas com e sem refinamento
.................................................................................................................................................. 60
Figura 37 Variao de hx no escoamento sobre uma placa ....................................... 68
Figura 38 Esquema dum grfico psicromtrico, mostrando as setes propriedades[5]
.................................................................................................................................................. 70
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ndice de Tabelas
Tabela 1 - Consumos para os diferentes componentes ................................................. 19
Tabela 2 - Consumo/custo mensal mdio ..................................................................... 20
Tabela 3 - Consumo energtico real ............................................................................. 21
Tabela 4 - Obteno do nmero de Nusselt para diferentes escoamentos .................... 22
Tabela 5 - Coeficientes de conveco natural (Tamb=20C; na zona inferior do mural
Tinf=32C; temperatura interna Tint=4C) .............................................................................. 23
Tabela 6 - Dados condutivos [11] ................................................................................. 24
Tabela 7 - Dados radiao (Coeficiente de radiao retirado atravs da expresso
h=A(Ts2+Te2)(Ts+Te)) ....................................................................................................... 25
Tabela 8 - Medies de temperatura ............................................................................. 29
Tabela 9 - Especificaes do multmetro ...................................................................... 30
Tabela 10 - Propriedades termodinmicas nos pontos de medio .............................. 30
Tabela 11 Mapa morfolgico ..................................................................................... 34
Tabela 12 Comparao de pares de objetivos ............................................................ 36
Tabela 13 Peso relativo dos objetivos ........................................................................ 36
Tabela 14 Comparao dos valores relativos de utilidade para as solues
alternativas. .............................................................................................................................. 36
Tabela 15 - Resultados obtidos em funo do aumento da temperatura do ar. Uma nota
para o facto de no ser possvel manter a velocidade com o aumento da temperatura no
termoventilador. ....................................................................................................................... 38
Tabela 16 Resultados obtidos em quatro ensaios fazendo variar a velocidade do
ventilador entre mnima e mxima possvel e a ao do estrangulamento. ............................. 39
Tabela 17 Resultados obtidos em trs ensaios fazendo variar igualmente a velocidade
(desta vez com o dobro por serem dois ventiladores) e o ngulo de incidncia do ar
(estrangulamento) ..................................................................................................................... 40
Tabela 18 Dados de entrada para clculo de transferncia de calor .......................... 46
Tabela 19 - Propriedades fsicas e qumicas em cada estado do processo .................... 51
Tabela 20 - Relao entre quantidade de condensados que entram e que so evaporados
para o sistema original e proposto, em regime de cortina aberta ............................................. 52
Tabela 21 - Relao entre condensados que entram e que so evaporados para o sistema
original e proposto, em regime de cortina fechada .................................................................. 53
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Tabela 22 - Relao entre ciclo de trabalho da resistncia eltrica e custos inerentes aos
gastos energticos por ms ....................................................................................................... 54
Tabela 23 Consumos energticos para os diferentes componentes do sistema original
vs sistema proposto .................................................................................................................. 55
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1. Introduo
Desde os primrdios da civilizao que o ser humano tem a preocupao de conservar
os seus prprios alimentos de forma a ter reservas para a sua sobrevivncia. No incio, e no
existindo fontes de energia convencionais, os alimentos, como por exemplo, a carne, eram
preservados em sal. Com a evoluo da civilizao humana e com o aparecimento das fontes
de energia e consequentemente com a evoluo de mquinas trmicas, apareceram
eletrodomsticos com capacidade de conservar os alimentos eficientemente, como os
frigorficos e os murais frigorficos, utilizados em grande escala em hipermercados.
No que diz respeito aos murais frigorficos estes encontram-se bastantes desenvolvidos
nos dias de hoje, contudo, existe um problema inerente a este tipo de dispositivo para o qual
ainda no existe soluo. A formao de condensados a nvel do evaporador uma das
principais causas de avaria e constrangimentos dos dispositivos de refrigerao, pois o ar
caracterizado pela sua temperatura e humidade ao entrar em contacto com o evaporador do
mural frigorfico atinge o ponto de orvalho condensando, e devido s temperaturas negativas
existentes, conduz formao de gelo nas alhetas. Sendo o gelo um bom isolante trmico no
permite a correta permuta de calor entre o ar e o evaporador, sendo o trabalho realizado pelo
mural frigorfico ineficiente.
Para a realizao do presente trabalho, o grupo com auxlio prtico do mural frigorfico
existente no laboratrio de mecnica de fluidos da Universidade do Minho, da marca Jordo
Cooling Systems, tentar encontrar uma soluo para esta problemtica, aplicando princpios
transferncia de calor e de massa. Numa primeira fase, haver um estudo pormenorizado do
equipamento, atravs da identificao dos componentes existentes, da anlise da sua estrutura
rgida e do estudo dos princpios tericos de funcionamento, dos quais se destacam o estudo
dos ciclos termodinmicos inerentes ao fludo refrigerante. Por conseguinte, o grupo tentar
obter uma soluo prtica para a eliminao total dos condensados que chegam tina,
provenientes do evaporador que, como referido anteriormente, o principal objetivo do projeto.
Paralelamente, incorporar-se- no trabalho estudos inerentes a unidades curriculares presentes
no ciclo de estudos, tais como, dimensionamento de um dos componentes do aparelho e efetuar
modelao numrica e simulao computacional de um componente.
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2. Estado da arte
A formao de condensados no evaporador de refrigerao depende da configurao dos
seus tubos alhetados e da velocidade do ar que circula atravs destes. O ar, mistura de vapor de
gua e ar seco, que passa pelas alhetas atinge o ponto de orvalho, temperatura abaixo da qual
atingida uma condio de saturao e o vapor de gua condensa. Uma vez que o evaporador
possui temperaturas de superfcie negativas o condensado ir solidificar formando uma pelcula
de gelo em torno dos tubos que prejudica a sua capacidade de transferncia de calor e oferece
maior resistncia circulao de ar (Figura 1).
Dito isto torna-se evidente a
necessidade de eliminar estes
condensados recorrendo a mtodos de
descongelao. Estes mtodos
possibilitam atravs de espargimento de
gua, uso de resistncia eltrica, gs
quente ou espargimento de
anticongelante, a fuso da pelicula de
gelo, sendo os condensados lquidos
resultantes da operao encaminhados atravs de tubagem para o saneamento ou, em casos que
o impossibilitem, para um recipiente denominado tina de condensados (Figura 2).
No caso hipottico mencionado em supra, a maior parte dos sistemas que fazem a
eliminao de condensados utilizam uma resistncia submersa na tina que evapora a gua
atravs de efeito joule. Contudo a utilizao da resistncia implica maiores consumos eltricos
por parte da instalao, assim sendo,
existem no mercado sistemas que
procuraram reduzir o nmero de
utilizaes da resistncia utilizando
para o efeito o calor dissipado pelo
circuito de fluido frigorigneo
proveniente do compressor para ajudar
a evaporar a gua, assim como, o
aproveitamento de parte do fluxo de ar
dos ventiladores do condensador.
Figura 1 Exemplo de evaporador congelado
Figura 2 Tina de condensados de dois andares. Note-se que no andar inferior atua uma resistncia e
no superior utilizado o circuito do fluido
frigorigneo que sai do compressor.
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3. Introduo ao Ciclo Terico de Carnot Invertido
Em sistemas de refrigerao, o ciclo de transformao realizado em sentido contrrio
ao de uma mquina trmica, sendo necessrio fornecer energia ao sistema visto que, o calor no
se transfere da zona fria para a zona quente de forma natural (Figura 3).
Para este efeito existem vrios ciclos de refrigerao, sendo os principais, o ciclo por
compresso, por absoro e ciclo por magnetismo. Sendo o principal o ciclo por compresso e,
devido a este ser usado em mquinas frigorficas como o mural em estudo, deste que se vai
falar.
O ciclo por compresso de vapor (Figura 4) possui, para alm do fluido frigorigneo
(neste caso, o R404a), cinco componentes bsicos: evaporador, compressor, condensador e
dispositivo de expanso.
Figura 3 Funcionamento de uma mquina frigorfica
Figura 4 Ciclo de refrigerao por compresso de vapor
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14
Descrevendo o seu percurso, o fluido frigorigneo, no estado de lquido saturado, passa
pelo dispositivo de expanso, tornando-o numa mistura lquido + vapor saturada (3-4), de
seguida passa pelo evaporador (4-1) onde, atravs da serpentina, remove o calor da cmara fria.
Completando esta fase, o fluido no estado de vapor saturado comprimido (1-2), elevando a
sua presso e a temperatura, para que no condensador (2-3) rejeite calor para o ambiente.
O ciclo de Carnot ocorre entre duas temperaturas, TH e TL, que so as temperaturas do
condensador e do evaporador respetivamente, sendo idealmente todos processos reversveis isto
, no existe atrito, no h trocas de calor, com diferena finita de temperatura, e as trocas de
calor so somente as indicadas no ciclo. O ciclo apresenta os seguintes processos:
Processo 1-2: Compresso isentrpica do vapor, no qual este processo adiabtico
(Q=0);
Processo 2-3: Transferncia de calor para o ar ambiente atravs do condensador a
presso constante - processo isobrico;
Processo 3-4: Expanso do vapor atravs de um capilar de expanso, processo
adiabtico e isentrpico (fig.4- 3-4) em que a presso e temperatura baixam
tornando o fluido numa mistura de lquido + vapor saturada;
Processo 4-1: Remoo de calor da cmara fria para o fluido frigorigneo, por meio
do evaporador, a presso constante.
Estes processos podem ser representados, atravs de diagramas P-h (presso-entalpia) e
T-s (temperatura-entropia), na Figura 5.
Segundo o Teorema de Carnot[2]: Nenhuma mquina trmica que opere entre uma dada
fonte quente e uma dada fonte fria pode ter rendimento superior ao de uma mquina de Carnot.
Todas as mquinas de Carnot que operem entre essas duas fontes tero o mesmo rendimento.
Figura 5 Diagramas de um ciclo ideal P-h ( esquerda) e T-s ( direita) [1]
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Assim sendo, o mximo rendimento (Coeficiente de performance, COP) para uma mquina
frigorfica o rendimento para uma mquina de Carnot, dado pela expresso 1:
=
=
=
1
31> 1 (1)
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4. Mural Refrigerado PRIMUS 90 da Jordo Cooling Systems
O mural refrigerado PRIMUS (Figura 6) um expositor vertical plug-in com sistema de
refrigerao ventilado proposto em duas classes de temperaturas (para lacticnios e charcutaria)
e em seis dimenses standard 700/900/1300/1500/1900/2500 mm de comprimento. Esto
particularmente vocacionados para a exposio de produtos alimentares embalados, bebidas e
restaurao ligeira. Para melhorar a performance energtica no perodo noturno ou para
proteger os alimentos expostos, est disponvel como opo de fecho um estore, em folha de
alumnio retorcido manual com fechadura.
Com maior relevncia para o estudo, seguem-se as principais caractersticas do
equipamento:
Temperatura de funcionamento a 25C 60% HR: 3-6C
Superfcie de exposio: 3,43 2
Potncia frigorfica: 2 x 1497W
Potncia de iluminao mxima: 130W
Comprimento sem laterais: 1800mm
Espessura da lateral: 50mm
Potencia nominal mxima: 2738/154W
Figura 6 PRIMUS 90 da Jordo Cooling Systems
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4.1. Componentes principais do equipamento
Na Figura 7, apresentam-se os componentes principais do equipamento, cuja descrio
mais detalha e especificaes tcnicas individuais, encontram-se devidamente identificadas no
Anexo A.
Figura 7 Principais componentes do mural PRIMUS 90: A Compressores; B e C Condensador e ventiladores do condensador, respetivamente (est representado apenas
1/3 do completo); D Capilar de expanso; E Evaporador; F Ventiladores do evaporador; G Sistema de eliminao de condensados.
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18
4.2. Funcionamento do mural Circuito do ar
O circuito de ar (Figura 8) utilizado para que ocorra refrigerao de mercadoria
deteriorvel (alimentos, bebidas, etc.), visando a sua conservao temporria, descreve-se pela
entrada forada do ar ambiente (seta vermelha a cheio), atravs dos ventiladores do evaporador,
sobre a rea de transferncia de calor do evaporador (toda a superfcie exterior do evaporador),
fazendo com que o ar a ser refrigerado atravesse, de forma perpendicular, os tubos alhetados
do evaporador. Este ar aps refrigerao guiado pela parede de fundo do mural, sendo
libertado ao longo do circuito (setas azuis), atravs das
perfuraes existentes no mesmo, contribuindo assim para o
arrefecimento da mercadoria existente no mural. Este
arrefecimento pode ser influenciado negativamente, tanto
por uma cortina de confronto entre o ar frio dentro do mural
(setas a azul) e o ar ambiente quente (setas a vermelho),
como atravs da transferncia de calor por radiao entre o
meio exterior, o que reduz o rendimento desta operao,
exigindo assim maior trabalho/energia por parte de todo o
sistema, de forma a compensar estes tipos de perdas. Para
que a primeira situao seja contornada, existe uma persiana
em tela que inibe o confronto entre os dois tipos de ar,
fazendo com que a temperatura intra-mural se mantenha
mais estvel dentro dos padres pretendidos, poupando
assim esforos por parte do sistema, resultando numa maior
eficincia de todo o processo. Partindo de medies
experimentais sobre os consumos energticos do
equipamento, foi possvel comparar o consumo terico com
o real e os ganhos trmicos.
4.3. Consumo energtico do equipamento
Num equipamento em que a fonte de energia necessria para a realizao do trabalho,
a energia eltrica importante verificar o gasto energtico global inerente ao equipamento, bem
como, o contributo de cada componente para este mesmo consumo.
Por conseguinte, possvel fazer uma estimativa terica do consumo energtico global do
equipamento com a consulta dos dados tcnicos de cada componente. Contudo, torna-se
Figura 8 Circuito do ar no mural
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tambm necessrio fazer medies experimentais do consumo de energia do mural frigorfico
de forma a poder comparar a veracidade dos valores apresentados.
Desta forma, pode-se agrupar os diferentes componentes e respetivas potncias e assim
conseguir fazer uma estimativa do consumo dirio do equipamento, como se mostra na Tabela
1.
Tabela 1 - Consumos para os diferentes componentes
Componente Quantidade Potncia (W)
Tempo
funcionamento
dirio (horas)
Consumo (kWh)
Kit Elimin.
Cond. 1 750 12 9
Iluminao 1 130 13 1,69
Ventiladores dos
Evaporadores 3 10 24 0,72
Ventiladores dos
Condensadores 3 36 24 2,59
Compressores 2 930 12 22,32
Total 36,32
Para a conceo e formulao da Tabela 1 foi necessrio proceder a alguns resultados
experimentais e consideraes, dos quais se destacam:
A iluminao apenas funciona durante o perodo diurno uma vez que, so equipamentos
utilizados em grande escala ao nvel das cadeias de supermercados e, por norma, apenas
se encontram abertos ao pblico durante o perodo diurno do dia, da a necessidade de
considerar um perodo de iluminao de 13 horas (para um horrio de funcionamento
das 10h s 23h);
O grupo compressor no se encontra em funcionamento constante, pelo que foi
necessrio registar experimentalmente o ciclo de funcionamento do grupo compressor,
do qual se verificou que para uma carga nula e para uma temperatura aproximada de
20C os compressores esto em funcionamento durante 3 minutos e em repouso durante
3 minutos, ao qual corresponde um ciclo de 6 minutos. Durante uma hora, o grupo
compressor completa 10 ciclos o que perfaz 240 ciclos por dia, e corresponde a 12h de
funcionamento dirio.
Com os resultados obtidos foi possvel elaborar o grfico da Figura 9, onde possvel
verificar a percentagem de energia que cada grupo de componentes consome.
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20
Atravs dos resultados obtidos, pode-se fazer uma estimativa para o consumo mensal de
energia e verificar o custo correspondente. Consultando a pgina da empresa Energias de
Portugal (EDP) e verificando o preo da energia eltrica para um consumo mdio, obtm-se os
resultados da Tabela 2.
Tabela 2 - Consumo/custo mensal mdio
Consumo mensal de energia
(kWh)
Preo da energia eltrica
(euros por kWh)
Custo Mensal de Energia
eltrica ()
1089,66 0,1853 251,94
Resultados experimentais
Foi colocada uma tomada de consumo em srie entre o cabo do aparelho e a ligao
rede eltrica de 230V. Este aparelho permite medir o consumo em kWh do mural frigorfico
durante um determinado intervalo de tempo. Por conseguinte, o mural constitudo por duas
fichas eltricas, para o qual se apresentam os consumos energticos correspondentes na Tabela
3:
1. Uma responsvel por alimentar o grupo compressor e os ventiladores do condensador
e evaporador;
2. Outra para o kit de evaporao e para a iluminao do mural.
Figura 9 - Consumo energtico dirio, em percentagem, de cada
componente.
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Tabela 3 - Consumo energtico real
Resultados
Cabo Tempo (horas) Consumo (kWh)
Consumo
correspondente a um
dia (kWh)
1 52 49,53 22,86
2 9 7,26 19,37
Total 42,23
Verifica-se assim que, o consumo energtico estimado teoricamente se encontra
prximo dos valores registados experimentalmente, pelo que tambm de realar que nos
valores obtidos experimentalmente, o mural se encontrava sem carga trmica e com o sistema
de iluminao desligado. Estes fatores podero contribuir para alguma disparidade de
resultados.
4.4. Ganhos trmicos do equipamento
A carga trmica de refrigerao ou potncia frigorfica o calor, por unidade de tempo,
que deve ser extrado do ambiente refrigerado de forma a mant-lo temperatura desejada, de
acordo com as condies estabelecidas no projeto.
Esta carga trmica depende, em geral, de muitos fatores como, por exemplo, os externos
(ganho de calor pelas paredes e pelo ar de infiltrao) e internos (calor que gerado no interior
do espao refrigerado). Neste caso apenas se estudou os ganhos externos.
A carga trmica exterior dar-se- atravs dos vidros laterais, das paredes de cima, baixo
e traseira, e tambm pela frente, havendo duas situaes distintas, quando temos a presena da
cortina fsica e quando temos apenas a cortina de ar. Os processos de transferncia de calor
considerados sero a conveco natural, a conduo e a radiao.
Conveco natural
Na transmisso de calor, a conveco natural designa a transferncia de calor entre uma
superfcie e um fluido circundante, em que o movimento do fluido resultado apenas de
variaes da sua massa volmica causadas por diferenas de temperatura. No caso de uma
superfcie quente, em contacto com o ar atmosfrico, essa superfcie ter uma poro definida
do ar em contacto, aquecendo-o inicialmente por conduo. A temperatura dessa poro de ar
ser ento superior do ambiente, diminuindo assim a sua massa volmica, levando esse
pequeno volume de ar a subir, gerando-se movimento do ar. Ou seja uma corrente de conveco
natural ascendente. Pelo princpio da conservao da massa o ar longe da parede ir descer,
fechando o circuito.
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22
De forma a calcular os ganhos trmicos pelas paredes do equipamento, temos de calcular
o coeficiente de conveco do ar. Primeiramente, atravs do nmero de Grashof, que o
quociente entre as foras de impulso e as foras viscosas presentes na conveco.
=3
2 (2)
g - acelerao da gravidade; = 9,81 /2
- Coeficiente de expanso trmica =1
, em que T a temperatura em Kelvin do ar
- Diferena de temperatura entre a superfcie e o ar
L - Dimenso caracterstica
- Viscosidade do ar
De seguida calcula-se o nmero de Rayleigh que o produto entre o nmero de Grashof
e o nmero de Prandlt, sendo este um nmero adimensional que aproxima a viscosidade
cinemtica e a difusividade trmica de um fluido, sendo uma constante para um dado fludo a
uma dada temperatura.
= (3)
A partir do nmero de Rayleigh possvel retirar o nmero de Nusselt, na Tabela 4
apresentam-se as equaes para a obteno deste para os diferentes escoamentos.
Tabela 4 - Obteno do nmero de Nusselt para diferentes escoamentos
Tipo de conveco Gama Ra Regime Nusselt
Placa Vertical 104 109 Laminar = 0,591/4
109 1013 Turbulento = 0,101/3
Placa Horizontal 104 107 Laminar = 0,541/4
107 1011 Turbulento = 0,151/3
Obtendo o nmero de Nusselt retiramos o coeficiente de conveco (hconv), atravs da
expresso abaixo:
=
=
(4)
Conduo
A conduo o processo de transferncia de energia atravs de um meio material, sem
transporte de matria. A energia trmica propaga-se de partcula para partcula do meio. um
fenmeno que ocorre principalmente nos materiais slidos, porm pode ocorrer em fluidos, em
espaos fechados com espessura reduzida.
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23
medida que recebem calor, os tomos ou molculas do corpo vibram mais
intensamente e a energia cintica dessas partculas transferida sucessivamente de umas para
as outras, sendo essa transferncia de energia cintica a propagao do calor.
Corpos mais densos, com maior nmero de partcula por unidade de volume,
especialmente partculas livres, so bons condutores. Quanto melhor condutor for o material,
mais capacidade de transferncia de calor ter.
Radiao
Designa-se por radiao trmica, toda a energia radiante emitida na gama de
comprimentos de onda 0,1 a 100 m do espectro eletromagntico. Resulta da emisso e
propagao de ondas eletromagnticas (ou fotes) por alterao na configurao eletrnica de
tomos e molculas. Qualquer corpo com uma temperatura superior a 0K emite energia
radiante.
A transferncia de calor por radiao trmica ocorre atravs de slidos, lquidos e gases
e no vcuo, exceto nos slidos e lquidos opacos radiao trmica. Como, em geral, os gases
so pouco absorventes, a contribuio da radiao trmica para o calor total transferido no
deve ser descurado nos clculos de Engenharia quando se tm superfcies separadas por gases,
como por exemplo o ar. A energia radiante que um corpo emite dada pela Lei de Stefan-
Boltzmann, dada pela seguinte equao:
Q = A(T)4 (5)
Q Potncia irradiada por segundo Emissividade A rea da superfcie
Constante de Stefan-Boltzmann ( = 5,67 108)
Clculos
Coeficientes de conveco
Tabela 5 - Coeficientes de conveco natural (Tamb=20C; na zona inferior do mural
Tinf=32C; temperatura interna Tint=4C)
Superficie Area
() T (C) Gr Pr Ra Nu
(W/m2.K)
Vidro
externo 0,66 17.8 5,45 108 0,709 3,86 108 82,7 1,79
Vidro
interno 0,66 11,2 1,97 109 0,713 1,41 109 112.1 2.43
Parede
superior
externa
1,035 19,9 8,36 107 0,709 5,93 107 58,5 0,845
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24
Parede
superior
interna
1,035 6,0 2,15 109 0,713 1,53 109 172,8 2,50
Parede
traseira
externa
2,81 18,7 1,06 109 0,709 7,53 108 97,7 1.41
Parede
traseira
interna
2,81 6,0 1,07 109 0,713 7,66 108 98.2 1,42
Parede
inferior
externa
1,035 30,5 1,05 109 0,706 7,38 108 135.6 1,96
Parede
inferior
interna
1,035 11,5 8,06 109 0,713 5,75 109 268,7 3,88
Cortina
fsica
externa
2,16 19,5 4,18 108 0,709 2,96 108 77.4 1,12
Cortina
fsica
interna
2,16 19,5 1,67 1010 0,713 1,19 1010 228.2 3,30
Tabela 6 - Dados condutivos [11]
Superfcies
condutivas Material K(W/m.K) Localizao
Espessura
(mm)
Vidro Vidro 0,78 ------------------ 3
Chapa ASTM A591 Zinc
Coated Steel 52 ------------------ 1
Fluido Ar 0,026 ------------------ 9
Isolante Poliuretano 0,023
Topo 25
Inferior 35
Traseira 25
Cortina Folha de alumnio
retorcido furado 0,05 ------------------ 1
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25
Tabela 7 - Dados radiao (Coeficiente de radiao retirado atravs da expresso
h=A(T s2+T e2)(T s+T e))
Superfcie Localizao T (C)
Coeficiente
de radiao
hrad
(W/m2.K
Vidro Interior 11,2 3,73
Exterior 17,8 3,30
Chapa
Topo 19,9 5,91
Inferior 30,5 6,62
Traseira 18,7 15,95
Cortina Exterior 0,05 12,31
Clculos dos ganhos nas diferentes partes do mural
Vidros
Sendo vidro duplo, a transferncia de calor dar-se- pelos seguintes processos: radiao
e conveco no exterior, conduo atravs de vidro, conduo atravs do ar presente na camara
entre os vidros, conduo atravs de vidro e por fim conveco e radiao no interior. Ento a
potencia transmitida dada por:
=
111
+11
+
+
+
+
111
+11
(6)
Assim, analisando os valores das tabelas vem que a potncia que ganho atravs de um
vidro de = 14,86, sendo de = 29,72 para os dois vidros.
Cima
Em cima a transferncia d-se por conveco e radiao no exterior, conduo na chapa,
conduo no isolamento, conduo na chapa e conveco no interior. Assim vem que:
=
111
+11
+
+
+
+
1
(7)
Pelos dados recolhidos anteriormente, = 10,13 pela parte superior do aparelho.
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26
Trs
Na parte traseira a transferncia de calor d-se por conveco e radiao no exterior,
conduo na chapa, conduo no isolamento, conduo na chapa e conveco no interior.
Ento:
=
111
+11
+
+
+
+
1
(8)
Assim, o valor foi de = 24,23
Baixo
Na parte inferior a transferncia de calor d-se por conveco e radiao no exterior,
conduo na chapa, conduo no isolamento, conduo na chapa e conveco no interior. Vem
que:
=
111
+11
+
+
+
+
1
(9)
O resultado foi de = 15,14
Atravs da cortina fsica
Os ganhos atravs da cortina fsica do-se atravs de conduo e radiao no exterior,
conduo atravs da cortina e conveco interior. Assim:
=
111
+11
+
+
1
(10)
= 86,95
Cortina de ar
Ser calculado o calor trocado no mural quando a cortina fsica no est a ser utilizada,
para este clculo a humidade relativa no ar 60%, a temperatura ambiente 20C e temperatura
do ar no interior do mural 4C.
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27
O calor trocado pela cortina de ar dado pela seguinte equao,
= (1 ) (11)
em que: q, carga trmica sensvel e latente para um fluxo totalmente desenvolvido
, frao de tempo de abertura de portas (Inexistentes, logo = 1)
, fator de fluxo da porta (Inexistente, logo = 1)
, efetividade do sistema (Para cortina de ar vertical, E=0,79)
Calcula-se ento a carga trmica sensvel e latente pela seguinte equao,
= 0.221 ( ) (1
)0.5 ()0.5 (12)
em que: , entalpia do ar exterior;
, entalpia do ar refrigerado;
, rea da cortina de ar, = 1.2 1.8 = 2.16 ;
, massa especfica do ar exterior;
, massa especfica do ar refrigerado;
= 9.81 /2;
, altura da cortina, = 1.2 ;
, fator de densidade.
A massa especfica depende da temperatura, para T=20C, = 1.2041/3 e para
T=4C, = 1.274/3.
Os valores de entalpia so retirados atravs do uso da carta psicomtrica de temperatura
de bolbo seco, = 43 / e = 11 /.
Para o clculo do fator de densidade usa-se a equao abaixo:
=
[
2
1 + ()
13
] 1.5
=
[
2
1 + (1.2741.2041)
13
] 1.5
= 0,986 (13)
Ento o valor da carga trmica :
= 0.221 2.16(43 11) 1.274(1 1.2041
1.274)0.5 (9.81 1.2)0.5 0.986
= 15.4
Assim, vem que:
= 15,4 1 1 (1 0,79)
= 3,23
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28
Percebe-se que um valor absurdo. Este valor pode dever-se inexistncia da referncia
da espessura da cortina de ar, assim como a sua velocidade
Total
Os ganhos totais so ento a soma dos ganhos por todas as superfcies passiveis de
realizar transferncia de calor para o interior do frigorfico.
Temos que = 86,59 + 15,14 + 24,23 + 10,13 + 2 14,86 = 165,81
Uma vez que os valores obtidos para a troca de calor atravs da cortina de ar, so
absurdos, estes foram ignorados, considerando assim que a cortina fsica estar sempre fechada.
4.5. Ciclo Real de Carnot do mural refrigerado
O mural refrigerado PRIMUS 90 apresenta o mesmo funcionamento de um ciclo
simples, contudo funciona com dois circuitos em paralelo. Desta forma, possui dois
compressores a fornecer trabalho com a mesma potncia, assim como os restantes componentes
do ciclo tm as mesmas caractersticas. O desempenho global do equipamento resulta da soma
dos desempenhos dos dois circuitos individuais, tendo ambos um desempenho
aproximadamente igual. Na Figura 10, encontra-se esquematizado o circuito termodinmico do
mural refrigerado.
Figura 10 Ciclo Real de Carnot do mural refrigerado PRIMUS 90
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29
4.5.1. Propriedades Termodinmicas do ciclo de compresso de vapor
Diagrama de Mollier
Para alm de tabelas termodinmicas, existem outras formas de apresentar as
propriedades termodinmicas de uma substncia, sendo uma delas atravs do diagrama
de Mollier que tem por ordenada e abcissa, presso e entalpia, respetivamente. Sendo,
no caso em questo a substncia em estudo o fludo refrigerante R404a, obteve-se o
seu diagrama P-h e atravs de medies de temperatura (Tabela 8) efetuadas no mural
em vrios pontos ao longo do sistema conseguiu-se traar o ciclo termodinmico
pretendido, representado no Anexo B.
Tabela 8 - Medies de temperatura
Pontos de medio Temperatura (C)
Ponto 1
Entrada do compressor 9
Ponto 2
Sada do compressor 54
Ponto 3
Sada do condensador 25
Ponto 4
Entrada do evaporador -5
Ponto 5
Meio do condensador 31.3
O instrumento de medio que permitiu ao grupo obter os valores acima
apresentados foi o multmetro da marca Kaise de modelo VA40B, ilustrado na Figura
11, cujas especificaes esto apresentadas na Tabela 9. O ponto 5 quase como que
um ponto extra mas de extrema importncia, uma vez que atravs da medio de
temperatura neste local possvel obter o valor de presso alta atravs de tabelas
termodinmicas do fluido, assim como o valor de presso baixa obtido atravs do
valor medido no ponto 4, no qual j garantida a expanso provocada pelo capilar de
expanso.
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30
Tabela 9 - Especificaes do multmetro
Na Figura 12 est representado um diagrama P-h de um determinado fludo que
permite evidenciar o aspeto que o ciclo termodinmico tomar tambm para o caso do
fludo em estudo (R404a).
Depois de obtido o ciclo termodinmico (Anexo B) foi possvel obter-se as
propriedades termodinmicas nos vrios pontos da medio, sendo que estas
propriedades esto representadas na Tabela 10.
Tabela 10 - Propriedades termodinmicas nos pontos de medio
Ponto Presso
(bar)
Temperatura
(C)
Entalpia
kJ/kg
Entropia
J/kg.K
Vol.especfico
dm3 /kg
1 5.1 9 378 1665 43
2 14.8 54 404.7 1674 14.8
3 14.8 25 238.5 1157 1.08
4 5.1 -5 239.3 1162 19
Caractersticas Gama Sensibilidade
Voltagem DC
600mV
6V/60V/600V
1000V
0.5%
0.8%
1.0%
Voltagem AC 600mV/6V/60V/600V
1000V
1.0%
1.5%
Frequncia
Linear 6Hz~10kHz (0.05%+8)
Temperatura -55C~0C
1C~1000C
5.0%
2.0%
Figura 11 - Multmetro
Kaise VA40B
Figura 12 Diagrama P-h (adaptado de [3])
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31
Posteriormente, neste relatrio, na seco Diagrama Temperatura-Entropia (T-
s), as propriedades apresentadas na Tabela 10 sero tambm tidas em conta para a
construo do diagrama Temperatura-Entropia do mesmo fludo refrigerante.
Diagrama Temperatura-Entropia (T-s)
Na Figura 13, esto as
propriedades do fluido
frigorgeneo em funo da
Temperatura-Entropia, onde se
podem destacar as temperaturas
de condensao (31.3C),
ambiente (25C), da cmara fria
(9C) e de evaporao (-5C).
Fatores que afetam o
desempenho do sistema (COP)
1. Sub-arrefecimento do lquido
O facto de existir um sub-arrefecimento do lquido, representado pela diferena
3-3 (Figura 12), alm de aumentar o COP do ciclo pois, sem ser necessrio o
aumento do trabalho fornecido, (h1 - h4) > (h1-h3), ir tambm garantir que
existe apenas lquido entrada do capilar de expanso sendo este o objetivo
principal.
2. Sobreaquecimento do vapor
A existncia de um sobreaquecimento do vapor (1-1) prende-se com razes de
segurana, mais concretamente, para permitir que apenas chegue vapor entrada
do compressor, de modo a evitar problemas de cavitao. No entanto, um
sobreaquecimento acima dos 5 C provoca uma diminuio do COP, uma vez
que obriga a um maior trabalho de compresso, pelo facto do vapor estar a maior
temperatura.
3. Temperatura de evaporao e condensao
As temperaturas de evaporao e condensao vo ser cruciais para o COP do
ciclo como se pode aferir pela expresso:
Figura 13 - Diagrama T-s do fluido R404a
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32
=
=
=
=
(14)
Pela equao percetvel que quanto maior a temperatura de evaporao (Te) e
menor a temperatura de condensao (Tc), isto , quanto menor for a diferena
entre elas, maior vai ser o COP. Porm, pela Figura 14 verifica-se que o
diferencial de temperatura T quer entre Tc e TH, quer entre Te e TL, no pode
ser muito prximo de 0 uma vez que tornaria o sistema eficiente mas muito
pouco eficaz por no existir troca de calor entre o sistema e a vizinhana a uma
taxa dita razovel.
Figura 14 Temperaturas impostas sobre um ciclo de refrigerao (adaptado de [3])
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33
5. Sistema de eliminao de condensados proposto
Aps os condensados serem encaminhados para a tina de condensados (reservatrio), o
sistema original de eliminao de condensados (Figura 15), presente no mural frigorifico
PRIMUS 90 da Jordo Cooling System, ainda composto por uma espira que provm de um
dos compressores e que fornece calor no andar superior da tina e ainda, uma resistncia no
andar inferior que, por efeito de joule, fornece grande parte do calor que evapora a gua.
Partindo deste sistema inicial, existe a necessidade de eliminar os condensados de forma
autnoma, o mais eficientemente possvel, isto , reduzindo o tempo de funcionamento da
resistncia, sem aumentar demasiado o custo de produo. Para se chegar a um sistema proposto
como soluo, o grupo recorrer a tcnicas de projeto da UC de Teoria do Projeto Mecnico e
uma srie de ensaios experimentais, por forma a chegar a uma soluo.
5.1. Aplicao de tcnicas de Teoria do Projeto Mecnico
Sendo o foco do grupo o projeto de um sistema que permita, como referido
anteriormente, a eliminao eficiente dos condensados, a planificao, estruturao e a
clarificao desse projeto tornou-se importante, sendo que foram portanto aplicadas tcnicas
abordadas na UC Teoria de Projeto Mecnico, mais precisamente:
rvore de objetivos;
Casa da qualidade;
Mapa morfolgico;
Mtodo dos objetivos ponderados.
Tendo esta base de trabalho bem definida, comeou-se por construir uma rvore de
objetivos (Figura 16) que permitiu ao grupo clarificar os objetivos principais do projeto para
que este possa seguir o rumo correto.
Figura 15 Modelo 3D da tina de condensados original, presente no mural PRIMUS 90
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34
Como visvel na Figura 16, os objetivos a alcanar pelo sistema aos quais o grupo deu
mais relevncia foram a sua eficincia energtica, baixo consumo energtico, baixo custo de
produo, compactidade, a utilizao de meios de Transferncia de Calor adequados.
A Tabela 11 representa outra das tcnicas utilizadas para a escolha do sistema designada
por mapa morfolgico que permitiu, de entre as vrias solues para o alcance dos objetivos
pretendidos, fazer a escolha da sequncia ideal para o sistema final.
Tabela 11 Mapa morfolgico
Soluo 1 Soluo 2 Soluo 3
Baixo custo de
produo Geometria simples Materiais baratos
Baixo n de
componentes
Relao
custo/eficcia Conveco normal Conveco forada Conduo
Pouca manuteno Materiais resistentes
Rapidez na
eliminao de
condensados
Resistncia eltrica
Material mais
econmico Ao inox 201 Ao zincado Alumnio 5052
Disposio dos
andares da tina
(Vista da esquerda)
Figura 16 rvore de objetivos do sistema proposto
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35
A sequncia sinalizada na Tabela 11 permite constatar as escolhas efetuadas pelo
grupo para o sistema a adotar. Na fase posterior, e com o intuito de comparar o sistema
escolhido com os restantes existentes no mercado foram utilizadas tcnicas como a casa da
qualidade e o mtodo dos objetivos ponderados.
A casa da qualidade, representada na Figura 17, permitiu tirar concluses acerca da
melhor soluo para as condies iniciais do problema pois ao relacionar os requisitos tcnicos
do sistema e os requisitos do cliente (neste caso, do grupo), ao mesmo tempo que feita a
comparao entre os vrios sistemas existentes no mercado, vai ser possvel prever se a soluo
a projetar pelo grupo ir ser a mais favorvel.
Conclui-se pela anlise da Figura 17 que a pontuao obtida pela soluo do grupo
superior restante (resistncia + espira), uma vez que a soluo do esgoto seria evidentemente,
a melhor soluo, porm a restrio no que diz respeito utilizao da mesma pela inexistncia
Figura 17 Casa da qualidade
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36
de instalaes, despreza a possibilidade de esta ser usada. Por ltimo, foi aplicado o mtodo
dos objetivos ponderados que segue uma sequncia de aplicao at chegar ao resultado final.
As Tabela 12 e Tabela 13 fazem referncia fase de aplicao do mtodo e a Tabela 14
apresenta os resultados finais do mesmo.
Tabela 12 Comparao de pares de objetivos
Baixo
custo de
produo
Relao
custo/eficcia
Pouca
manuteno
Rapidez na
eliminao
de
condensados
Total
Baixo custo de
produo - 0 0 0 0
Relao
custo/eficcia 1 - 1 1 3
Pouca
manuteno 1 0 - 0 1
Rapidez na
eliminao de
condensados
1 0 1 - 2
Tabela 13 Peso relativo dos objetivos
Relao custo/eficcia 45%
Rapidez na eliminao de condensados 30%
Pouca manuteno 15%
Baixo custo de produo 10%
Aps a fase de aplicao, possvel comparar as vrias solues possveis em termos de
utilidade das mesmas para cada um dos objetivos definidos.
Tabela 14 Comparao dos valores relativos de utilidade para as solues alternativas.
Peso
relativo Soluo do grupo Resistncia eltrica
Conveco
natural
Relao
custo/eficcia 0.45 8 3.6 4 1.8 9 4.05
Rapidez na
eliminao de
condensados
0.30 6 1.8 8
2.4
1 0.3
Pouca
manuteno 0.15 10 1.5 10 1.5 10 1.5
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Baixo custo de
produo 0.10 5 0.5 6 0.6 8 0.8
Total 7.4 6.3 6,65
Em sntese, possvel constatar que a soluo do grupo prevista como sendo a melhor,
sendo tambm importante referir que o material escolhido (ao zincado) quer para a tina, quer
para a conduta representada posteriormente na seco 5.4 do presente relatrio, foi escolhido
de entre os demais (Ao Inox 201 e Alumnio 5052) com baixa condutividade trmica,
resistncia corroso, baixo custo de transformao, baixo custo da matria-prima devido a um
melhor rcio custo-benefcio.
5.2. Parmetros determinantes
Para iniciar o trabalho de desenvolvimento de um novo sistema, torna-se necessrio
clarificar os parmetros que influenciam direta ou indiretamente a taxa de eliminao de
condensados, tais como:
Taxa de condensados que chegam tina Impossibilidade de alterao;
Temperatura do ar Impossibilidade de alterao;
Temperatura da gua Baixa possibilidade de alterao;
Tamanho da tina, ou seja, rea superficial e comprimento (L) Possibilidade de
alterao;
Velocidade do ar Possibilidade de alterao;
Como tal, ser necessrio perceber como os parmetros que podem ser alterados, tais
como o tamanho da tina, a velocidade do ar, e talvez a temperatura da gua, influenciam a
evaporao da gua sendo que, para tal, recorreu-se a ensaios experimentais.
5.3. Ensaios experimentais
Os ensaios experimentais foram divididos em funo do efeito provocado pela
temperatura do ar, estrangulamento, velocidade e disposio da tina (longitudinal ou
transversal). De realar que, no Anexo C, encontra-se um pequeno complemento terico de
introduo transferncia de calor por conveco forada.
No que a medies experimentais diz respeito, a forma mais simples de estimar a massa
de gua evaporada atravs de uma balana, sendo pesada a massa inicial e a massa final, aps
o ensaio, recorrendo ao modelo da balana que est representada na Figura 18. Para a medio
da velocidade do ar, recorreu-se a um anemmetro, cujo modelo e aspetos tcnicos mais
importantes encontra-se na Figura 19.
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38
5.3.1. Efeito da temperatura do ar
Para a realizao de dois ensaios, utilizou-se um termoventilador para incidir ar quente,
conduzido por uma espcie de conduta bastante rudimentar, sobre uma tina de gua (Figura 20).
Tal como se definiu para todos os ensaios, aps um tempo de durao de uma hora, obtiveram-
se os resultados da Tabela 15.
Apesar de ser inevitvel diminuir a velocidade do ar, verifica-se que, com o aumento
da temperatura do ar, a massa de gua evaporada aumenta em cerca de 42%. Apesar de ser um
efeito bastante til na evaporao, no possvel alterar a temperatura do ar do sistema original
para o sistema proposto.
Figura 20 Termoventilador a incidir ar quente, conduzido por uma simples
conduta, sobre uma tina de gua.
Tabela 15 - Resultados obtidos em funo do
aumento da temperatura do ar. Uma nota para o
facto de no ser possvel manter a ve locidade com
o aumento da temperatura no termoventilador.
Figura 18 Balana A&D EK-1200G, com uma capacidade mxima de 1200g e
uma gama de resoluo de 0.1g
Figura 19 Anemmetro PACER Instruments HTA4200, com uma gama
de resoluo de 0,01 m.s - 1 e uma
preciso de 1,0% por cada 1 dgito
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5.3.2. Efeito do estrangulamento, velocidade e disposio da tina (Longitudinal)
Para alm da velocidade do ar e da disposio da tina - variao do comprimento (L),
outro parmetro de extrema importncia o efeito do ngulo de incidncia do ar sobre a
superfcie da gua. Para tal, construiu-se uma caixa em placas de madeira e colocou-se um
ventilador de computador a incidir ar, fazendo variar a sua velocidade nos vrios ensaios
(Figura 21). Mantendo a temperatura do ar constante, obtiveram-se os resultados presentes na
Tabela 16.
Tabela 16 Resultados obtidos em quatro ensaios fazendo variar a velocidade do ventilador entre mnima e mxima possvel e a ao do estrangulamento.
dt=1h Sem estrangulamento Com estrangulamento
Temperatura=20C Velocidade
min.
Velocidade
mx.
Velocidade
min.
Velocidade
mx.
Vel. saida vent.
[m.s -1] 1,15 3,8 1,15 3,8
Massa H2O evap.
[g] 10,4 13,3 10,4 13,2
% Massa H2O
evap./h 1,1 1,3 1,0 1,3
Conclui-se que na disposio longitudinal, o efeito do estrangulamento no se evidencia
importante, ao contrrio do efeito da velocidade.
Figura 21 - esquerda da imagem, disposio longitudinal da tina sem
estrangulamento e direita, disposio longitudinal com estrangulamento
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40
5.3.3. Efeito do estrangulamento, velocidade e disposio da tina (Transversal)
Mantendo as mesmas condies dos ensaios do subtpico anterior, alterando apenas a
disposio da tina para transversal (menor L) e a incluso de outro ventilador a funcionar em
paralelo com o anterior (Figura 22), obtiveram-se os resultados da Tabela 17.
Tabela 17 Resultados obtidos em trs ensaios fazendo variar igualmente a velocidade (desta vez com o dobro por serem dois ventiladores) e o ngulo de incidncia do ar (estrangulamento)
dt=1h Sem estrangulamento Com estrangulamento
Temp.=20C Velocidade
min.
Velocidade
mx. Velocidade mx.
Vel. saida vent.
[m.s -1] 2,3 7,6 7,6
Massa H2O evap.
[g] 6,3 12,5 14,1
% Massa H2O
evap./h 0,6 1,2 1,4
Desta forma, conclui-se que, na disposio transversal, o efeito do estrangulamento tem
uma influncia maior na taxa de evaporao que na disposio longitudinal, assim como a
velocidade.
5.3.4. Efeito da conveco natural
Para as mesmas condies de durao dos ensaios anteriores e temperatura ambiente,
no havendo ao de foras exteriores, ou seja, velocidade nula sobre a superfcie, houve uma
Figura 22 Ensaio com a disposio da tina transversal tendo dois ventiladores a debitar ar sobre
a superfcie da tina
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41
evaporao de 2,2 gramas de gua, equivalendo a 0,2% de massa de gua evaporada numa hora.
Conclui-se assim, que por conveco natural a taxa de evaporao muito reduzida.
5.4. Modelao 3D do sistema proposto
Tendo em considerao os resultados obtidos na parte experimental e na metodologia da
Teoria do Projeto Mecnico, chegou-se soluo do sistema proposto pelo grupo representado
nas Figura 23, Figura 24, Figura 25, Figura 26 e Figura 27.
Figura 23 Vista da direita geral do sistema proposto
Figura 24 Detalhe da forma geomtrica da conduta, realando o ngulo de incidncia implementado no novo sistema
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42
Figura 25 Vista da esquerda geral do sistema proposto
Figura 26 Detalhe da chapa que divide o caudal que vai para a tina superior (cerca de 90%) do caudal que vai para
a tina inferior
Figura 27 Vista explodida do sistema proposto
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43
5.5. Clculos Tericos
Aplicando uma conduta para permitir um melhor encaminhamento do ar e fazendo-o
incidir com maior ngulo de ataque, necessrio garantir o caudal desse mesmo ar que passa
pelo condensador no sistema original, de modo a que sejam garantidas as trocas de calor por
conveco entre o ar e as serpentinas do condensador, do sistema original. Como consequncia
dessa implementao, necessrio proceder ao clculo das perdas de carga da instalao e
seleo de um novo ventilador.
De seguida, e como grande objetivo do projeto, necessrio quantificar a taxa de
evaporao do sistema original vs sistema proposto, tendo como base mtodos de transferncia
de calor e de massa por conveco forada e conveco natural, para a velocidade medida vs
estipulada.
5.5.1. Perdas de Carga da instalao
Na Figura 28, apresenta-se uma vista da esquerda em corte da conduta, de modo a
perceber como se divide o caudal pelos dois andares da tina.
Tendo o ventilador ELCO do mural original uma perda de carga de, aproximadamente
1 mmH2O, que equivale na sua curva, a um caudal de 765 m3.h-1 (0.2125 m3.s-1), procedeu-se
ao clculo das perdas de carga. Para o andar superior passa 90% do caudal de entrada e para o
andar inferior, o restante 10%.
As perdas de carga so exclusivamente perdas de carga localizadas devido a acidentes
geomtricos na conduta, pelo que as perdas de carga distribudas foram desprezadas devido ao
pequeno comprimento da conduta (360 mm). Desta forma, e tendo em conta esses acidentes
geomtricos, dividiu-se o andar superior em quatro seces e o inferior em apenas uma.
Figura 28 Vista da esquerda em corte da conduta dividida em subseces para o clculo das perdas de carga da instalao
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44
Havendo preferencialmente contraes e expanses sbitas de seco na conduta, ento
a perda de carga do ponto 1 para o ponto 2, ser:
12 = + + + (15)
E do ponto 1 para o ponto 3:
13 = (16)
A expresso (17) contempla contraes sbitas (cs) enquanto a expresso (18)
contempla expanses sbitas (es) [15].
= .
2
2 , = 0.42. (1
12
22 ) (17)
= .
2
2 , = (1
12
22 )
2
(18)
Pelo facto da conduta em anlise apresentar uma forma quadrangular, os dimetros das
expresses (17) e (18) sero referentes ao dimetro molhado ou hidrulico, calculados pelo
expresso (19):
= 4
(19)
Os clculos da perda de carga no andar superior e inferior esto presentes do Anexo D.
O valor total das perdas de carga na instalao ser de 8,9 mmH2O para um caudal de
765 m3.h-1.
Desta forma, entrando na curva do ventilador ELCO com uma presso esttica de 8,9
mmH2O verifica-se que o mesmo no tem presso suficiente, debitando um caudal muito baixo,
muito inferior ao caudal mnimo requerido. Sendo assim, necessrio selecionar um ventilador
que cumpra os requisitos, e aps a anlise de entre vrios ventiladores, selecionou-se o
ventilador MM2260 da marca MECHATRONICS FAN GROUP, representado na Figura 29.
Figura 29 Ventilador axial MM2260H48B -FSR da marca MECHATRONICS FAN GROUP, de
corrente continua e dimetro 222mm. Tem uma
presso esttica mxima de 40.64 mmH2O
debitando um caudal mximo de 1140 m 3.h - 1.
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45
Na Figura 30, encontra-se a interseo das curvas da instalao e do ventilador
selecionado, determinando o ponto de funcionamento.
Segundo o ponto de funcionamento, entrar na conduta um caudal de aproximadamente
803,9 m3.h-1 a uma presso esttica de 9.7 mmH2O. Utilizando a equao da continuidade,
possvel estimar a velocidade mxima que passar sobre na tina superior. Assim:
= . =
=
0.9 0.2125
0.01326= 16 . 1 (20)
Considerando que existe uma diminuio de velocidade com o comprimento, pode-se
dizer de grosso modo que o ar passar sobre a tina a, aproximadamente, 15 m.s-1.
5.5.2. Calor aproveitado do fluido frigorigneo e determinao do comprimento de tubo ideal
Para determinar o comprimento ideal de tubo que deve entrar em contacto com a gua,
no andar superior da tina, necessrio primeiramente determinar o calor trocado pelo mesmo
com a gua no sistema original e posteriormente fazer com que, sem que exista mudana de
fase, se aproveite quase na totalidade ou na totalidade a energia que o fluido consegue fornecer
na fase de vapor sobreaquecido. Tendo em conta os dados de entrada representados na Tabela
18 determinou-se a quantidade de calor trocada entre o tubo e a gua atravs de equaes
posteriormente apresentadas. As entalpias utilizadas nos clculos foram obtidas atravs do
diagrama de Mollier representado no Anexo B.
y = 2E-05x2 - 0,0003x + 0,0519R = 0,9993
y = 7E-06x2 - 0,0418x + 38,594R = 0,9932
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Pre
sso
Est
tic
a [m
mH
2O
]
Caudal [m^3/h]
Determinao do ponto de funcionamento da instalao
Instalao Ventilador MM2260
Figura 30 - Interseo da curva da instalao com a curva do ventilador selecionado ponto de funcionamento
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46
Tabela 18 Dados de entrada para clculo de transferncia de calor
t ciclo de compresso [s] 200
Volume de gua [l] 1.45
Aseco de tubo [m2]
(*contacto tubo-gua) 0.031
hentrada da tina [kJ.kg-1] 398
hsada da tina [kJ.kg-1] 388
hsaturao[kJ.kg-1] 384
hsada do compressor [kJ.kg-1] 405
Temp. tubo ent. tina [C] 48
Temp. tubo sada tina [C] 38
Temp. inicial gua [C] 28
Temp. final gua [C] 38
importante desde j referir que foram desprezadas perdas de calor da gua para as
paredes da tina e ainda a troca de calor por conduo nas paredes do tubo. Sabendo que,
desprezando estas perdas, o calor perdido pelo tubo ser igual ao calor recebido pela gua,
possvel obter o caudal de fludo frigorigneo atravs da igualdade presente na equao (21):
= ( ) = (398 388)
=1.45
200 4.18 (38 28) = 0.03 /
(21)
O calor que dissipado pelo tubo desde o compressor at tina pode, por sua vez, ser
calculado pela equao (22).
= . . ( ) = ( ). 0.03 (405 398)
= 0.21/ (22)
Para o clculo do calor transferido por conveco necessrio calcular previamente a
variao logartmica da temperatura (Figura 31) atravs da expresso (23).
Figura 31 Representao da variao logartmica da temperatura
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47
=
ln ()
=20 10
(2010)
= 14.43 (23)
Torna-se agora necessrio calcular, atravs da equao (24), o coeficiente de conveco,
h, que vai ser usado em clculos posteriores.
= =
0.03 (398 388) 103 = 0.031 14.43
= 670.65 /2
(24)
O comprimento de tubo, para que o fludo frigorigneo saia muito perto do ponto de
saturao, possvel de ser calculado aps o clculo prvio da variao logartmica da
temperatura do frigorigneo (equao 25), atravs das equaes (26) e (27).
=20 5
ln (205 )
= 10.82
= 420 = 420 = 670.65 A 10.82
= 0.058 2
=
=
0.058
0.007= 2.64
(25)
(26)
(27)
No que diz respeito ao sistema original (L=1.4 m) possvel calcular o calor que
possvel transferir do tubo para a gua e ainda a temperatura mxima que a gua atinge pelas
expresses (28) e (29), respetivamente.
= ( ) = 0.03 (398 388) 103 = 300
= 300 = 1.45
200. 4186 ( 28) = 38
(28)
(29)
Por sua vez, para o sistema proposto pelo grupo, estes mesmos parmetros podem ser
calculados atravs das expresses (30) e (31), nas quais apenas difere o valor de entalpia do
fludo sada da tina que, neste caso corresponderia ao ponto de temperatura de saturao.
= ( ) = 0.03 (398 384) 103 = 420
= 420 = 1.45
200. 4186 ( 28) = 42
(30)
(31)
calculado em cima a diferena de temperatura da gua da tina superior do mural
exposto no laboratrio relativamente ao proposto, dando-se conta que se poder ter mais gua
dissipada devido a um maior comprimento de tubo dentro da tina submerso, aproveitando o
calor do fluido at quase ao ponto de condensao, neste caso 2.64 m relativamente a cerca de
1.4 m de tubo do mural exposto.
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48
Com esta diferena de temperatura o grupo concluiu que no ser financeiramente
justificvel devido ao aumento de gastos com o comprimento de tubo, aumentando muito pouco
a taxa de evaporao. Estes clculos foram feitos para o caso limite de condensao do fluido
assumindo que o condensador fosse mesmo sada da tina, ou seja, por muito curto fosse o
comprimento deste para o condensador, a temperatura final da gua seria menor e teria sempre
uma diferena na taxa de evaporao baixa.
5.5.3. Taxa de evaporao
O sistema existente no mural em estudo consegue eliminar os condensados gerados pelo
sistema refrigerante. Contudo, esta eliminao d-se, fundamentalmente devido a resistncia
incorporada na tina inferior, pelo que se traduz uma grande percentagem de consumo energtico
no sistema. O sistema proposto consiste em aumentar a quantidade de condensados evaporados
por mtodos de transferncia de massa e de calor, diminuindo assim o tempo de trabalho da
resistncia e, consequentemente, o gastos em consumos energticos inerentes.
Aps quantificar experimentalmente os condensados que caem na tina superior durante
uma hora procede-se aos seguintes clculos:
1. Para a velocidade e temperaturas registadas, calcula-se a taxa de evaporao de
condensados numa hora por processos de transferncia de massa e de calcular, e
subtrair ao caudal de gua que entra. O resultado obtido ser o caudal de
condensados que passam para a tina inferior;
2. Na tina inferior, considera-se que se encontra com o seu volume mximo (boia
de controlo ativada) pelo que nesse instante inicia-se o trabalho de evaporao
da resistncia. A somar massa de gua evaporada pela resistncia, continua a
existir evaporao por transferncia de calor e de massa (igual a tina superior)
para a velocidade do ar e temperaturas registadas nesse local. Obtm-se nesta
fase a massa de gua evaporada durante uma hora na tina de baixo;
3. Com a relao de caudal que entra na tina inferior durante uma hora e o caudal
que evaporado nesse intervalo de tempo, determina-se o ciclo de
funcionamento da resistncia.
5.5.3.1. Evaporao por transferncia de massa
Define-se primeiro a temperatura do filme, Tf:
= +
2 (32)
Temperatura da gua []
Temperatura do ar [C]
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49
De seguida, obtm-se atravs de tabelas termodinmicas as presses de vapor de gua
correspondentes s temperaturas em estudo:
() []
() []
A presso de vapor de gua na interface ar-gua
= ()[] (33)
Frao molar de vapor de gua no local:
Presso parcial de vapor de gua no ar, para uma humidade relativa de 40%
= 0,40 () [] (34)
Frao molar de vapor de gua no local:
Efetua-se em seguida o clculo do nmero de Reynolds do escoamento
=
(35)
- velocidade do ar [/]
- comprimento do escoamento []
viscosidade cinemtica do ar [2/]
Visto que as velocidades registadas no sero muito elevadas, calcula-se o nmero de
Sherwood para um escoamento laminar para uma placa plana:
= 0,66412
13 (36)
Em consequncia, obtm-se o coeficiente de transferncia de massa ,
=
(37)
O fluxo molar () dado pela expresso:
= ( 0) [/2] (38)
em que
=
[/3] (39)
0 =
[/3] (40)
- constante gases ideias [.3
. ]
Por fim, a taxa de transferncia de massa dada por:
= [/] (41)
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50
5.5.3.2. Evaporao por transferncia de calor
Define-se primeiro a temperatura do filme, Tf:
= +
2
Temperatura da gua []
Temperatura do ar [C]
Efetua-se em seguida o clculo do nmero de Reynolds do escoamento
=
- velocidade do ar [/]
- comprimento do escoamento []
viscosidade cinemtica do ar [2/]
Visto que as velocidades registadas no sero muito elevadas, calcula-se o nmero de
Nussel para um regime laminar numa placa plana:
= 0,66412
13 (42)
- nmero de
Em consequncia, obtm-se o coeficiente de transferncia de calor ,
=
(43)
- condutividade trmica [/]
Calcula-se a perda de calor do processo:
= ( ) [] (44)
- rea superficial [2]
Por fim, a taxa de transferncia de calor dada por:
=
[/] (45)
- entalpia de vaporizao [/]
5.5.3.3. Evaporao pela resistncia eltrica
A gua encontra-se a uma determinada temperatura num instante inicial. Quando se
inicia o trabalho da resistncia, existe um intervalo de tempo em que a resistncia eleva a
temperatura da gua at a sua temperatura de vaporizao (calor sensvel) da gua -100C. Este
intervalo de tempo determina-se da seguinte frmula:
=
[] (46)
calor especifico da gua a presso constante [ 11]
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51
Potncia nominal da resistncia []
Em seguida prossegue-se ao clculo da entalpia de vaporizao para o intervalo de
tempo em que a gua atinge a temperatura de vaporizao at ao instante de tempo final do
trabalho da resistncia,
=
[/] (47)
em que = 419,17 kJ/kg, e = 2256,4 kJ/kg, logo,
2 = + [/] (48)
pelo que com a clculo do ttulo de vapor, obtm-se a percentagem de gua vaporizada
para o volume de gua existente na tina inferior:
=2
(49)
Determina-se assim a massa de gua evaporada pela resistncia:
= [] (50)
5.5.4. Resultados obtidos
Para efetuar os clculos acima apresentados necessrio estabelecer as propriedades
fsicas e qumicas para cada estado apresentado. Do seguinte modo, a Tabela 19 apresenta todos
os dados utilizados nos clculos.
Tabela 19 - Propriedades fsicas e qumicas em cada estado do processo
Sistema original Sistema Proposto
Tina
superior Tina inferior
Tina
superior Tina inferior
[] 3600
1800
(resistncia
ligada)
1800 3600
1800
(resistncia
ligada)
1800
Tra
nsf
ern
cia
de
Mas
sa
[] 42 100 61,61 42 100 61,61
[] 33,7 33,7 33,7 33,7
() [] 0,082 0,845 0,2195 0,082 0,845 0,2195
() [] 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052
[/] 2 2 15 5
[2] 0,06 0,06 0,06 0,083
[] 0,16 0,16 0,16 0,22
[2/] 2,32x10-5 2,72x10-5 2,46x10-5 2,32x10-5 2,72x10-5 2,46x10-5
[/] 0,026 0,028 0,027 0,026 0,028 0,027
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[/] 2570 2570
Tra
nsf
ern
cia
de
calo
r [] 42 100 61,61 42 100 61,61
[] 33,7 33,7
[/] 2 2 15 5
[2] 0,06 0,06 0,06 0,083
[] 0,16 0,16 0,16 0,22
[2/] 2,32x10-5 2,72x10-5 2,46x10-5 2,32x10-5 2,72x10-5 2,46x10-5
[/] 0,026 0,028 0,026 0,026 0,028 0,026
[/] 2570 2570
0,726 0,728 0,723 0,726 0,728 0,723
Res
ist
nci
a
[ 11]
4184
4184
[] 750 750
419,17 419,17
2256,4 2256,4
O caudal de condensados que entra na tina superior diferente quando a cortina do mural
est aberta ou fechada. Desta forma, efetuou-se o calculo da massa de gua evaporada para os
dois regimes diferentes. Na Tabela 20 apresentam-se os resultados de massa evaporada para o
regime de cortina aberta do mural.
Tabela 20 - Relao entre quantidade de condensados que entram e que so evaporados para o
sistema original e proposto, em regime de cortina aberta
Sistema original Sistema Proposto
Tina superior
[] 3600 3600
Condensados que entram [/] 0,49 0,49
Transferncia de Massa [/] 6,86x10-3 3,58x10-2
Transferncia de calor [/] 9,50x10-3 2,62x10-2
Condensados que caem
para tina inferior [/] 0,48 0,43
Tina Inferior
[] 1800 (resistncia
ligada)
1800 1800 1800
Volume tina inferior [] 2,65 2,65
Transferncia de Massa [/] 1,30x10-4 6,15x10-4 3,79x10-4 1,80x10-3
Transferncia de calor [/] 4,41x10-3 4,62x10-3 8,60x10-4 9,01x10-3
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Evaporao Resistncia [/] 0,38 0,38
Condensados evaporados [/] 0,39 0,40
Na apresenta-se na Tabela 21 os resultados de massa evaporada para o regime de cortina
fechada do mural.
Tabela 21 - Relao entre condensados que entram e que so evaporados para o sistema
original e proposto, em regime de cortina fechada
Sistema original Sistema Proposto
Tina superior
[] 3600 3600
Condensados que entram [/] 0,22 0,22
Transferncia de Massa [/] 6,86x10-3 3,58x10-2
Transferncia de calor [/] 9,50x10-3 2,62x10-2
Condensados que caem
para tina inferior [/] 0,20 0,16
Tina Inferior
[] 1800 (resistncia
ligada) 1800 1800 1800
Volume tina inferior [] 2,65 2,65
Transferncia de Massa [/] 1,30x10-4 6,15x10-4 3,79x10-4 1,80x10-3
Transferncia de calor [/] 4,41x10-3 4,62x10-3 8,60x10-4 9,01x10-3
Evaporao Resistncia [/] 0,38 0,38
Condensados evaporados [/] 0,39 0,40
Sabe-se atravs do resultados experimentais que a resistncia, aps ativada pela boia de
controlo de volume na tina inferior, fica a trabalhar durante, aproximadamente, 30 minutos. A
partir do instante 0 (volume cheio) at ao instante final (considerado nos clculos para 1
hora), h uma determinada massa de gua evaporada. Para voltar a atingir o volume limite, ser
custa do caudal de condensados que entram proveniente da tina superior.
O tempo necessrio para voltar a atingir o volume mximo em horas dado por:
=
[] (51)
O ciclo da resistncia obtido por:
= 30 + 60 [] (52)
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54
Desta forma, quanto menor for o caudal de condensados que caem na tina inferior, maior
o tempo necessrio para encher a tina inferior no seu volume mximo e, consequentemente,
maior o ciclo de funcionamento da resistncia eltrica, a que se ir traduzir numa poupana
energtica significativa na fatura da eletricidade do estabelecimento no final do ms. Na Tabela
22 apresentam-se os ciclos de funcionamento da resistncia e consequentemente, a poupana
energtica ao final de um ms, considerando que um estabelecimento tem um perodo de 13
horas dirias de funcionamento do mural com a cortina aberta e 11 horas de funcionamento
com a cortina fechada.
Tabela 22 - Relao entre ciclo de trabalho da resistncia eltrica e custos inerentes aos gastos
energticos por ms
Sistema original Sistema proposto
Tempo
func.
resist. 13h
por dia [h]
Consumo
energtico
[kWh]
Custo
p/dia
(1kWh
0,18) []
Tempo
func.
resist. 13h
por dia [h]
Consumo
energtico
[kWh]
Custo
p/dia
(1kWh
0,18) []
Cortina
aberta 4,91 3,678
0,68
4,53 3,39 0,63
Tempo
func.
resist. 11h
por dia [h]
Consumo
energtico
[kWh]
Custo
p/dia
(1kWh
0,18) []
Tempo
func.
resist. 13h
por dia [h]
Consumo
energtico
[kWh]
Custo
p/dia
(1kWh
0,18) []
Cortina
fechada 2,25 1,69 0,31 1,79 1,34 0,25
Custo total
por dia 0,99 0,88
Custo total
por ms 30,69 26,4
Poupana
por ms
[]
4,29
Verifica-se assim, que o sistema projetado pelo grupo, elimina uma maior quantidade d