refrigeração dimensionamento- projeto

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA 
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS 
 
 
 
 
 
 
Amanda Fernandes Dantas de Abrantes 
Renan Douglas Lopes da Silva Cavalcante 
Synara Bezerra Pereira 
 
 
 
2ª AVALIAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
JOÃO PESSOA 
2021 
 
 
Objetivo 
Este presente trabalho tem como principal objetivo calcular a Carga 
Térmica de uma instalação da câmara frigorifica de verduras para Alface, por 
meio dos dados de dimensionamento que estão envolvidos para a sua 
construção. 
• Clima; 
• Água; 
• Energia; 
• Produto a ser refrigerado; 
• Descrição da instalação; 
• Condições do local; 
• Tipos de Câmara; 
 
Dados da Câmara (GRUPO 5) 
a. Situação: João Pessoa-PB; 
b. Vias de acesso: Ferroviária, rodoviária e marítima; 
c. Condições externas: TBS = 34°C, TBU = 28°C, φ = 55%; 
d. Condições internas: Ti = 0°C, φ = 85%; 
e. Finalidade: Resfriamento de 50 toneladas/24h, de alfaces em caixas de 
madeira de 3 kg de 55 × 33 ×33 cm, contendo 18 kg de Alfaces dentro. 
Armazenagem de 300 toneladas de alfaces em caixas. 
Altura máxima de empilhamento: 4m; 
f. Construção (Figura a seguir): 
 
 
 
- Piso: sobre terra; 
- Teto: sob telhado. 
- Face Leste: Há uma câmara de aves congeladas a – 25°C. 
- Paredes de cor média. 
g. Coeficientes totais de transmissão de calor: 
- Uparede interna = 0,450 W/m2 °C 
- Uparede externa = 0,365 W/m2 °C 
- Uteto = 0,255 W/m2 °C 
- Upiso = 0,320 W/m2 °C 
h. Casa de máquinas: 2 m2/TR 
i. Iluminação: Fluorescente especial p/ baixas temperaturas 10 W/m2 
(8h/24h) 
j. Tempo de funcionamento diário dos equipamentos: 20h/24h. Potência 
dos ventiladores 12500 W. 
k. Pessoas: 3 pessoas trabalhando 8h/dia. 
l. Motor da empilhadeira: 8 CV (5883,99 W), funcionamento de 3h/24h. 
 
 
 
1. Carga Térmica 
Sabendo que o cálculo dessa carga térmica é dado pelo somatório de 
diversas cargas térmicas que estão contidos na instalação, temos: 
• Condução e irradiação através das paredes, teto e piso; 
• Transferência de calor condutiva e radiativa em materiais vítreos; 
• Infiltração e circulação de ar através das portas quando abertas ou mesmo 
frestas; 
• Calor cedido pelo produto armazenado quando sua temperatura é 
reduzida ao nível desejado; 
• Calor cedido pelas pessoas que circulam no espaço refrigerado; 
• Calor cedido por equipamentos e iluminação que gerem calor dentro do 
espaço refrigerado; 
 
1.1. Calor transmitido através das paredes 
Por existir uma diferença de temperatura entre o interior da câmara com 
o meio externo, devido ao fluxo de calor que ocorre através das paredes 
(paredes, teto e piso) e da irradiação solar incidente nas paredes em questão, 
tem-se a necessidade de compensar isso através da equação (1): 
 
(1) 
 
Os valores de U(W/m²°C) estão contidos nos dados da câmara. Os 
valores das áreas, é dado pela multiplicação do comprimento das paredes. Os 
valores de ∆𝑇𝑖𝑛𝑠 (irradiação solar) são obtidos na tabela 3, para paredes de cor 
média. As temperaturas 𝑇𝑒 e 𝑇𝑖 são dadas pela temperatura do bulbo seco e a 
temperatura interna, respectivamente. 
 
 
 
Resultados: 
Parede A(m²) A U(w/m²°C) te-ti+∆ins T Q 
N 12*4 48 0,365 34-0+3 37 648,24 
S 12*4 48 0,365 34-0+0 34 595,68 
L 25*4 100 0,450 (-25)-0+0 -25 -1125 
O 25*4 100 0,365 34-0+4 38 1387 
PISO 25*12 300 0,320 28-0+0 28 2688 
TETO 25*12 300 0,255 34-0+8 42 3213 
TOTAL 7406,92 
 
Assim, calculamos: 
𝑄1 = 7406,92 ∗ 24 ∗ 3,6 = 639957,888
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
1.2. Calor devido à Infiltração 
Este ocorre pelo abrir e fechar da porta da câmara, devido ao ar externo 
que entra, com isso tem-se uma carga térmica adicional. Portanto se torna um 
cálculo bastante difícil devido a esse volume não ser muito exato. Uma 
aproximação pode ser dada pela equação (2): 
 
 (2) 
 
Onde, 𝑉𝑖 = 25 ∗ 12 ∗ 4 = 1200 𝑚² e 𝑛 é dado pelo número de trocas obtido 
pela tabela 4, por meio do cálculo do volume da câmara 
 
 
 
Os valores das entalpias interna e externa são obtidos através de 
interpolações utilizando os valores da tabela 5. São utilizados 𝑇𝑒=34°C e φ = 55% 
para calcular a entalpia externa e 𝑇𝑖=0°C e φ = 85% para a entalpia interna. 
 
 
 
 
 
 
 
Com as interpolações, 
ℎ𝑒 = 94,372
𝑘𝐽
𝑚3
 , ℎ𝑖 = 10,675
𝑘𝐽
𝑚3
 
Assim substituindo na equação (2), tem-se: 
𝑄2 = 1200 ∗ 2,2 ∗ (94,372 − 10,675) = 220960,08
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
1.3. Calor devido a embalagem e produto 
Para a carga térmica do produto (Alface) na câmara, seu calor e o calor 
gerado na sua estocagem são retirados a fim de reduzir a temperatura até o nível 
desejado. Para o nosso caso, o calor é removido antes do congelamento. Assim 
é dado pela equação (3). 
 
 (3) 
 
 Onde 𝑚𝑝 será dado pela quantidade diária do produto. Nos dados temos 
50 ton, que nos dá 50000 kg/24h. 𝑇𝑝 é a temperatura do produto, ou seja, 34°C. 
Usando da tabela 6, para obter 𝑐1: 
 
 
 
 
 Assim, calculamos: 
𝑄3𝑎 = 50000 ∗ 4,02 ∗ (34 − 0) = 6834000
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
1.3.1. Respiração do Produto 
Por se tratar de produtos orgânicos e frescos, existe o calor provocado 
pelo metabolismo dos mesmos, também chamados de respiração do produto. 
Assim quanto mais abaixa a temperatura do produto menos será a carga térmica. 
O calor referente a respiração do produto pode ser obtido pela equação (4). 
 
 (4) 
 
Onde 𝑚𝑎 é a massa de produto armazenado, nesse caso são 300 
toneladas, em quilograma tem-se 300000 kg, e R= 2,721 kJ/kg.24h foi obtido 
pela tabela 6. Dessa forma, obtemos: 
𝑄3𝑟 = 300000 ∗ 2,721 = 816300
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
1.3.2. Calor devido a embalagem 
A embalagem também libera uma certa quantidade de calor. Este calor 
pode ser obtido pela equação (5). 
 
 (5) 
 
Como nossa embalagem é de madeira, temos 𝑐𝑒 = 2,8
𝑘𝐽
𝑘𝑔𝐾
 . A massa 
diária na embalagem 𝑚𝑒, é dada por 50000 kg de alface diário, dividido por 18 
kg (quantidade de alface que tem em uma caixa) e multiplica por 3 kg (peso de 
cada caixa). Assim. 
 
 
𝑚𝑒 =
50000
18
∗ 3 = 8333,333
𝑘𝑔
24ℎ
 
Substituindo os dados na equação 5, temos: 
𝑄3𝑒 = 8333,333 ∗ 2,8 ∗ (34 − 0) = 793333,333
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
1.4. Calor cedido por pessoas 
Sabemos que, com entrada e saída de pessoas na câmara frigorifica, 
também é fornecida uma carga térmica que precisa ser retirada pelo sistema de 
refrigeração. Pela equação (6) temos: 
 (6) 
 
 Onde 𝑛 é o número de pessoas que circulam na câmara, para esse caso 
é igual a 3. O calor gerado por pessoa 𝑞, será obtido pela tabela (7) em kJ/h e o 
número médio de horas que cada pessoa passa na câmara por h/24h (𝑛𝑝) será 
de 8 (8h/24h). Dessa forma, 
Q4 = 3 ∗ 976,92 ∗ 8 = 23446,08
kJ
24h
 
 
 
 
1.5. Calor cedido pela iluminação 
 
 
As lâmpadas também possuem carga térmica que precisa ser retirada do 
sistema de refrigeração. Assim o calor cedido pela iluminação é dadp pela 
equação (7). 
 (7) 
A potência das lâmpadas dadas em W, será: 
𝑃 = 𝐴 ∗ 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎ç𝑎𝑜 = 300 ∗ 10 = 3000 𝑊 
 
Onde A é dado em m², que vem da multiplicação das paredes, a 
iluminação é dada por lâmpadas fluorescente de 10 W/m², especial para baixas 
temperaturas, e 𝑛𝑖 = 8 são 8h/24h. Assim, 
𝑄5 = 3000 ∗ 8 ∗ 3,6 = 86400
𝐾𝐽
24ℎ
 
 
1.6. Calores liberados pelos motores 
 Os motores dos ventiladores e das empilhadeiras dissipam o calor. Para 
o motor que estiver trabalhando dentro da câmara frigorifica essa carga térmica 
pode ser dada pela equação (8). 
 
 (8) 
 
Para a empilhadeira, a Potência é de 5883,99 W, com 𝑛𝑚 = 3 (3h/24h). O 
rendimento pode ser obtido na tabela 8 através da potência do motor. 
 
 
 
 
Dessa forma, 
𝑄6 𝑒𝑚𝑝𝑖𝑙ℎ𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎 =
5883,99 ∗ 3
0,85
∗ 3,6 = 74761,28471
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
Para os ventiladores, a Potência de 12500 W, com 𝑛𝑚 = 20 (20h/24h). O 
rendimento também pode ser obtido da tabela 8. Portanto,𝑄6 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 =
12500 ∗ 20
0,85
∗ 3,6 = 1058823.529
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
1.7. Carga térmica total 
Essa carga é obtida através do somatório de todas as cargas térmicas 
realizadas anteriormente. Normalmente o cálculo é feito para um funcionamento 
de 24 horas, mas não ocorre dessa forma. Como forma de prevenção, levando 
em consideração a realização de preventivos, manutenções e o 
descongelamento diário do evaporador, o funcionamento é feito em uma 
quantidade menor de horas, sendo assim, esse calor tem que ser retirado em 20 
horas. Assim dimensionamos o equipamento para retirada de calor. O somatório 
da carga térmica é dado por: 
 
 
 
 
Com os valores calculados anteriormente, obtemos: 
∑ 𝑄 = 10547982,2
𝑘𝐽
24ℎ
 
 
Convertendo para kJ/h, temos: 
∑ 𝑄 = 527399,11
𝑘𝐽
ℎ
 
 
 
Convertendo para kJ/s: 
∑ 𝑄 = 527399,11
𝑘𝐽
ℎ
 
 
Transformando para TR, temos: 
∑ 𝑄 = 41,65 𝑇𝑅 
 
Para uma margem de segurança diante dos valores calculados, somamos 
ao valor encontrado de Q, mais 10%. Assim, 
∑ 𝑄 = 41,65 𝑇𝑅 + 10% = 45,815 𝑇𝑅 ≅ 46 𝑇𝑅 
 
 O dimensionamento foi testado no software Danfoss. 
 
 
 
 
O resultado dado por ele (128,0 kW) foi diferente do obtido no presente 
trabalho (146,5 kW) devido a alguns cálculos de carga térmica que não são 
incluídos no software. No entanto, sabendo dos cálculos adicionais que foram 
realizados, observa-se que os resultados se assemelham.