PROJETO REFRIGERAÇÃO V2 (3)

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GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
IGOR CALZOLARI MÉRIDA
ISRAEL COELHO
LUIZ FELIPE ALVES BARBALHO
YVES WILLIAM SILVEIRA DAS CHAGAS
REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
ITAPERUNA - RJ
2021
IGOR CALZOLARI MÉRIDA – 1501582
ISRAEL COELHO – 1501933
LUIZ FELIPE ALVES BARBALHO –
YVES WILLIAM SILVEIRA DAS CHAGAS – 1200821
PROJETO DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
 
Trabalho apresentado à disciplina de Refrigeração Industrial, do curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário UniRedentor, como parte dos requisitos necessários para aprovação.
Professor: Daniel Passos Gallo
ITAPERUNA, RJ
2021
1.1 
INTRODUÇÃO
Em 1856, surgiu a primeira máquina refrigeradora que utiliza o princípio da compressão de vapor, construída pelo australiano James Harrison, contratado por uma fábrica de cerveja, tendo como objetivo de produzir uma máquina que fosse capaz de refrescar o produto durante o processo de fabricação, e para a indústria de carne processada para a exportação.
Atualmente, a refrigeração pode ser feita por câmaras frigoríficas, que possuem tecnologia suficiente para se adequarem às melhores condições de conservação. Estas contribuem também para a sustentabilidade, pois ajudam a combater o desperdício, conservando os alimentos por mais tempo. 
As câmaras frigoríficas são compartimentos refrigerados, fechados e isolados termicamente, aliado a um sistema que cria ambientes que armazenam produtos em condições controladas. Essas tais condições, dependem do produto nela armazenado e podem variar de um intervalo definido de temperatura a um controle das características do espaço refrigerado, minimizando o processo de degradação dos alimentos, garantindo suas características e mantendo o produto em seu estado mais próximo do frescor original, através do congelamento ou resfriamento dos produtos. 
Para ser realizada a conservação dos alimentos por resfriamento, deve ocorrer a redução de temperatura próxima de 0ºC e por meio do congelamento, sendo que a temperatura chega a ser menor que 0ºC, dependendo do controle de temperatura, umidade relativa, velocidade do ar, quantidade de ar circulado e da velocidade de redução de temperatura. A umidade relativa incorreta pode provocar desumidificação dos alimentos, que na verdade não seria um caso desejado.
2.1 OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
O trabalho apresentado tem como objetivo principal dimensionar uma câmara fria para armazenamento de carnes, e a realização da especificação dos componentes do sistema de refrigeração necessários, por meio da carga térmica requerida.
2.2. Objetivo Específico
Para dimensionamento da câmara fria para carnes, será necessário:
· Pesquisar as referências bibliográficas; 
· Buscar as normas técnicas sobre o assunto; 
· Idealizar o esboço do projeto; 
· Entender todas as adversidades e cálculos do projeto; 
· Dimensionar o projeto; 
· Enumerar as matérias primas e itens comerciais para execução do projeto; 
· Desenvolver o detalhamento para fabricação do projeto; 
· Levantar o custo final de execução.
 
 2.3. Justificativa
Em vista que nos dias de hoje é muito necessário algo que mantenha os alimentos, em conserva ou congelados, o dimensionamento de uma câmera fria é apropriado para mostrar o principal funcionamento de como manter carnes em uma boa temperatura, para consumo da própria dias depois, sem deixar o produto em um péssimo estado.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
	
Para realizar o dimensionamento e o cálculo de carga térmica da câmara frigorífica para o armazenamento de carnes, foram dadas as seguintes especificações:
· Dimensões externas:
 Comprimento 6,10 metros
 Largura 5,80 metros
 Altura 2,70 metros
· Dimensões internas :
 	 Comprimento 5,80 metros
 	 Largura 5,50 metros
 	 Altura 2,4 metros
· Faixa de temperatura: 0°C a -18°C;
· Porta: Giratória, injetado poliuretano, tamanho 0,80x1,80MT;
· Capacidade: 8280 kcal/h;
· Fluído refrigerante: R404;
· Potência: 5300w;
· Evaporador: Forçador de 4 motoventiladores 250 mm;
· Vazão de ar interno: 4572m³/h;
· Consumo médio: 13kW/h;
· Iluminação: Lâmpada LED.
3.1 Cálculo de Carga Térmica
Quando o produto é resfriado ou congelado retira-se uma carga térmica formada, basicamente, pela retirada de calor, de forma a reduzir sua temperatura até o nível desejado. Já na estocagem do produto, a carga térmica é função do isolamento térmico, abertura de porta, iluminação, pessoas e motores. No caso de frutas e hortaliças frescas deve-se também levar em consideração o calor de respiração. No entanto, a parcela de calor retirada durante o resfriamento ou congelamento é bem maior quando comparada com a de estocagem, exigindo um estudo mais cuidadoso da solução a adotar.
Q1 – TRANSMISSÃO DE CALOR PELAS PAREDES E TETO 
O calor atravessa as paredes, o teto e o piso dos ambientes refrigerados, ocasionando diferença entre a temperatura da câmara e o ar externo mais quente. A quantidade de calor depende da diferença de temperatura, do tipo de isolamento, da superfície externa das paredes e do efeito de irradiação solar. Assim o calor de transmissão pelas paredes e teto é dado por: 
𝑄1 = 𝑈 × 𝐴 × ∆T
Onde: 
Q = Calor de transmissão [kcal/24h]; 
 U = Coeficiente global de transmissão de calor [kcal/m²K];
 A = Área do isolamento [m²]; 
ΔT = Diferença de temperatura entre os dois lados do isolamento [K]
 
 𝑄1=0,029x 31,9x(35-(-18))
 𝑄1=49,03kcal/24h
 Q2 – TRANSMISSÃO DE CALOR PELO PISO
1– Se embaixo do piso existir outro ambiente, usar o cálculo normal e considerar a temperatura no ambiente debaixo do piso. 
2 – Se o piso for apoiado sob terreno (solo): Cálculo empírico perimetral, quando o piso não for isolado, conforme segue:
𝑄2 = 1,024 × 2 × (𝐿 + 𝐶) × ∆t
Onde: 
Q = Calor de transmissão [kcal/24h]; 
L = Largura da câmara [m]; 
C = Comprimento da câmara [m]; 
ΔT = Diferença de temperatura entre os dois lados do isolamento [K]. 
𝑄2=1,024 x 2 x(5,50 + 5,80) x (35-(-18))
𝑄2=1,24kcal/24h
 Q3 – TRANSMISSÃO DE CALOR PRODUTO
O calor do produto deve ser calculado de acordo com o estado que o mesmo chega na câmara frigorífica. Existem três etapas para o cálculo do calor do produto: Resfriamento, Congelamento e Sub-resfriamento. Para os vegetais é utilizado o cálculo da Respiração.
· 	Sub-Resfriamento
 𝑄3 = 𝑚 × 𝑐𝑝𝑎𝐵 × (𝑇𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑠𝑎𝑖)
onde
Q= calor de sub-resfriamento do produto (o produto já está congelado) (kcal/24h) 
m= massa de produto (kg).
cpab= calor específico do produto - abaixo do ponto de congelamento (kcal/kg.K).
Tent= temperatura de entrada do produto na câmara (se o produto já entrou congelado) ou, temperatura de congelamento (se o produto vai ser congelado na câmara).
Tsai= temperatura de saída do produto
 
𝑄3=25000 x 0,77x(35+18)
𝑄3=102,01kcal/24h
Q4 – CALOR DA EMBALAGEM DO PRODUTO
Pela experiência, esta carga é aplicada apenas quando a quantidade de material utilizado na embalagem representar um valor maior que 10% do peso bruto que entra na câmara
𝑄4 = 𝑚𝑒𝑚𝑏 × 𝑐𝑒𝑚𝑏 × (𝑇1 − 𝑇2)
Q4 = calor de resfriamento da embalagem (kcal/24h)
 m emb= massa de embalagem (kg) 
cpemb= calor específico do material da embalagem (kcal/kg.K) 
T1= temperatura de entrada da embalagem na câmara
 T2= temperatura de saída da embalagem
𝑄4=0,05 x 0,4 x (35+18)
𝑄4=1,06kcal/24h
 Q5 – CALOR DEVIDO A ILUMINAÇÃO
O tipo de lâmpada e o tipo de luz podem resultar em cargas térmicas apreciáveis. De acordo com o tipo a ser empregada, a carga térmica no interior da câmara será menor para as lâmpadas de sódio, pouco menor quando se trata de vapor de mercúrio ou fluorescente, sendo praticamente o dobro no caso de incandescente.
𝑄5 = 𝑃𝑖𝑙𝑢𝑚 × 0,86 × 𝑛ℎ × f
onde, 
Q5 = calor de vido à iluminação (kcal/24h) 
Pilum= potência de iluminação (Watts) 
nh= número de horas de uso da iluminação por dia 
f = fator de ajuste 
1,25 se tiver reator dentro da câmara 
1,00 se não tiver reator dentro da câmara
Q5=319 x 0,86 x 3 x 1
Q5=823,02kcal/24h
Q6 – CALORDE OCUPAÇÃO 
As pessoas, em especial os que trabalham nas câmaras, também dissipam calor para o ambiente, dependendo do tipo de movimentação, temperatura, roupa, etc. 
𝑄6 = 𝑛𝑝 × 0,86 × [272 − (6 × 𝑇𝑖𝑛𝑡)] × 𝑛ℎ 
onde, Q6 = calor devido às pessoas (kcal/24h) 
np= número de pessoas 
nh= número de horas de uso de trabalho dentro da câmara por dia por pessoa 
Tint = temperatura interna (°C)
𝑄6=1 x 0,86 x (272 - (6 x -18)) x3
𝑄6= 980,04kcal/24h
Q8 – INFILTRAÇÃO DE AR
Cada vez que a porta da câmara frigorífica é aberta, o ar externo mais quente se infiltra na câmara e deve ser resfriado nas condições internas, aumentando por consequência a carga térmica total. 
𝑄8 = 𝑉𝑜𝑙 × 𝑁 × 𝐺 × (1 − 𝐸)
onde, 
Q8= Quantidade de calor infiltrado (kcal/24h) 
V = Volume da câmara (m³) 
N = número de abertura de portas 
G = ganho de energia por m³ de câmara, em função de temperaturas e umidade relativa interna e externa (kcal/m³)
 E = Efetividade do dispositivo de proteção.
𝑄8=76,56 x 1 x 36,3x(1-0,6)
𝑄8=1,11kcal/24h
CARGA TÉRMICA TOTAL
 A carga térmica total é calculada pelo somatório de todas as cargas calculadas anteriormente, então: 
 𝑄𝑇 = 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3 + 𝑄4 + 𝑄5 + 𝑄6 + 𝑄7+ 𝑄8+ 𝑄9+ 𝑄10 
Deve-se acrescentar um fator de segurança de 10% ao valor total da carga térmica. Supondo vinte horas de funcionamento do sistema em função de paradas para degelo, entre outras coisas. Temos:
 𝑄𝑅 = 𝑄𝑇 20