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AR CONDICIONADO E REFRIGERA��O/ar cond..pdf 1 2 ✔ Acústico; ✔ antropométrico; ✔ olfativo; ✔ tátil; ✔ térmico; ✔ visual. Conforto HumanoConforto HumanoConforto Humano 3 Calor gerado Radiação Convecção Perda de Calor Sensível pela pele Corpo Pele Suor Vestimenta Superfície exposta Ar ambiente Perda de calor por evaporação Respiração Interação Térmica entre o Corpo Humano e o Ambiente Conforto TérmicoConforto TérmicoConforto Térmico 4 Conforto humano M = E ± R ± C + B ± S M: metabolismo, W; E: perda por evaporação, W; R: transferência de calor por radiação, W; C: transferência de calor por convecção, W; B: perda de calor por respiração, W; S: taxa de variação de energia armazenada no corpo, W. Conforto TérmicoConforto TérmicoConforto Térmico � hospitais; � escritórios; � indústria de alimentos; � armazenamento de flores, bananas... � indústria do fumo; � plantação de cogumelos. Principais aplicações do Ar Condicionado 5 Psicrometria é o estudo das propriedades do ar, tais como temperatura, umidade e ponto de orvalho. PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria DefiniçõesDefinições Carta Psicrométrica: é um diagrama que simplifica o estudo das propriedades do ar. Temperatura de bulbo seco ( TBS): temperatura do ar medida com um termômetro comum. Temperatura de bulbo úmido (TBU): temperatura do ar medida com um termômetro comum, cujo bulbo de vidro foi coberto com uma gaze úmida (resfriamente evaporativo). A redução da Temperatura de Bulbo Úmido depende do teor de umidade do ar; quanto menor esta última, maior o abaixamento. A diferença entre a TBS e a TBU fornece a Umidade Relativa, através da Carta Psicrométrica. Umidade relativa (%): razão entre a quantidade de umidade do ar e a quantidade máxima que ele pode conter na mesma temperatura. Umidade absoluta: é a massa de água contida em 1 kg de ar seco. Temperatura de ponto de orvalho: é a menor temperatura a que o ar pode ser resfriado, sem que ocorra alguma condensação de vapor de água ou umidade. Entalpia: quantidade de energia interna em relação a um ponto de referência. A entalpia de uma mistura de ar seco e vapor de água é a soma das entalpias dos componentes. Calor latente: aplicado ao ar, refere-se às modificações do conteúdo de umidade do mesmo, sem alteração da temperatura. 6 Na Carta Psicrométrica: Evaporação: consiste em percorrer uma linha de TBS igual ao acréscimo de umidade do ar. Condensação: é o contrário. Calor Sensível: é o calor que aumenta a temperatura do ar, sem alterar o conteúdo de umidade do mesmo. Na Carta Psicrométrica: uma alteração do Calor Sensível é representada por uma linha de Umidade Absoluta constante (horizontal). Ocorrem variações de entalpia e de TBU. PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Carta Psicrométrica Forma Temperatura de bulbo seco -20 44 Temperatura de ponto de orvalho Temperatura de bulbo úmido 7 Volume específico 0,750 0,900 (m3/kg) Umidade relativa PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Umidade absoluta (g/kg) Tipos de problemas para resolver com a carta: 1) Dados TBS e TBU � UR 2) Dados TBS e UR � TBU 3) Dados TBU e UR � TBS 4) Dados TBS e TBU � TPO 5) Dados TBU e UR � TPO 6) Dados TBS e UR � TPO 7) Dados TBS e TBU � UA (g/kg ar seco ou g/m3) 8 Dados: TBS = 25,6ºC e TBU = 18,3º ���� UA = 10,3 g/kg Traçar uma paralela às linhas de volume específico pelo cruzamento (TBS, TBU) ➜ v = 0,860 m3/kg Fazendo 33 /9,11/860,0 /3,10 mg kgm kggUA == PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Aquecimento no inverno 1) Exterior: TBS = -1,1ºC e UR = 20% 2) Interior (projeto): TBS = 22 a 24ºC e UR = 30 a 35% Aquecimento: caldeira ou serpentina. Umidificação: vasilha ou chuveiro. Resfriamento para verão 1) Exterior: TBS = 29,4ºC e UR = 70% 2) Interior: TBS = 23 a 26ºC e UR = 45 a 50% A serpentina extrai calor e umidade ao mesmo tempo. 9 PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Condensação no inverno: ✔ temperatura da superfície do vidro da janela = -2,0ºC. ✔ temperatura interna = 23ºC. Achar a UR sem que ocorra condensação: Solução: TPO = -2,0ºC; cruzamento (TPO, TBS) ���� UR = 19% Nestas condições, não haverá condensação. Se UR > 19% ���� haverá condensação. Condensação em duto de AC: TBS = 23ºC. TBU = 17,5ºC ���� TPO = 15,8ºC. Se TPO < 15,8ºC ���� condensação. 10 Processos de resfriamento e de aquecimento fusão Calor latente vaporização 1TR = 55,6 kcal / min @ 3.333 kcal / h kcal. 80.000 24h x h kcal 3.333 = PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Aquecimento e resfriamento sensível: alteração da temperatura do ar com umidade absoluta constante Calor necessário para fundir 1 tonelada de gelo em 24 horas. Calor latente aplicado ao ar: mudanças relativas ao seu conteúdo de umidade. 11 Adição: Resfriamento sensível: TBS: aumenta TPO: não altera TBS: diminui TPO: não altera TBU: aumenta UR: diminui TBU: diminui UR: aumenta PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria ❒ Aquecimento e umidificação ❒ Resfriamento e desumidificação Fator de calor sensível Exemplo: Carga térmica de resfriamento = 10 TR � Ar externo (1): TBS = 26,7ºC e TBU = 19,4ºC � Ar condicionado (2): TBS = 15,6ºC e TBU = 14,4ºC Qual é o fator de calor sensível? Extrair: 6,3 TRs calor sensível - 3,7 TRs calor latente 12 Resfriamento Evaporativo Extrai-se calores sensível e latente. Adiciona-se umidade. (1) - TBS = 35ºC UR = 30% (2) - TBS = 24ºC UR = 80% TBU constante 15 g/kg 10,5 g/kg PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria 13 q12 Refrigerante 1 2 ma h1 w1 ma h2 w2 mah1=mah2+q12+mwhw2 � 1ª Lei da Termodinâmica maw1=maw2+mw � Conservação de massa ∴ mw=ma(w1-w2) q12=ma[(h1-h2)-(w1-w2)hW2] PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria 14 Exercício Ar úmido a TBS de 30ºC e UR = 50% entra em uma serpentina de resfriamento a 5m3/s e é processado até a condição de saturação final a 10ºC. Qual é a capacidade de refrigeração requerida para hw2 = 42,01 kJ / kg? (utilizar diagrama psicrométrico). PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria s kg kgm smmar 7,53878,0 35 = sendo: hw2=42,01 kJ/kg e 1kcal=4,1855kJ hw2=10,04 kcal/kg sendo: q12=ma[(h1-h2)-(w1-w2)hw2] Vem: q12=5,7[(15,4-7,0)-(0,0135-0,0078)10,04] q12=47,55 kcal/s = 171.180 kcal/h Resolução: 15 ma1 h1 ωφωφωφωφ1 ma2 h2 ωφωφωφωφ2 ma3 h3 ωφωφωφωφ3 Mistura de ar PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Exemplo: Quantidade de ar necessário = 18000 m3/h Quantidade de ar de retorno = 16200 m3/h Ar de retorno: (1) TBS = 26,7ºC TBU = 16,7ºC Ar externo (2) (Q = 1800 m3/h): TBS = 32,2 ºC TBU = 23,9ºC Pede-se: (3) TBS da mistura TBU da mistura 16 Solução: 1) Localização das condições (1) e (2) 2) % de Ar de retorno: 16.200 / 18.000 = 0,9 = 90% 3) ∆ TBS = 32,2 - 26,7 = 5,5ºC Método de resolução: PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria 4) a) TBS da mistura P * ∆ TBS = 0,9 * 5,5 = 4,95 = K ( a temperatura da mistura estará mais próxima da do ar de retorno (90%) ) b) TBSext - K = 32,2 - 4,95 = 27,2ºC = TBS mistura c) Com uma linha de bulbo úmido, a partir de TBSmist : TBUmist = 17,4ºC 17 Exemplo: resfriamento e desumidificação TBS inicial = 25,6ºC TBS final = 12,8ºC TBU inicial = 18,3ºC TBU final = 10,0ºC Pede-se: a) calor total extraído b) calor latente e umidade extraída c) calor sensível extraído (1) (2) Entalpia (conteúdo total de calor em kcal/kg) PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria Solução: a) calor total extraído Q = 12,4 - 7 = 5,4 kcal / kg 18 b) calor latente e umidade extraídos: Calor latente = 12,4 - 10,0 = 2,4 kcal /kg ar ∆∆∆∆ umidade = 10,5 - 6,5 = 4 g /kg ar c) calor sensível = 10,0 - 7,0 = 3,0 kcal /kg ar Fator de calor sensível = 3,0 = 0,56 5,4 PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria 19 � A região à direita da linha de saturação representa vapor superaquecido; � Se vapor superaquecido for resfriado a pressão constante (que é o caso na carta, pois p é a pressão atmosférica), a linha de saturação será atingida tendo início a condensação. Se ocorrer uma queda de temperatura, haverá condensação Linha de Saturação Vapor superaquecido PsicrometriaPsicrometriaPsicrometria AR CONDICIONADO E REFRIGERA��O/CamarasFrigorif1.pdf Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato CÂMARAS FRIGORÍFICAS Prof. Dr. Paulo Renato Perez dos Santos - Porto Alegre / RS - - 2005 - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato CÂMARAS FRIGORÍFICAS 1.0 - INTRODUÇÃO Para a armazenagem e conservação de gêneros perecíveis, se faz necessário a construção de ambientes especiais denominados câmaras. Como essas câmaras sempre trabalham a uma temperatura inferior a do ambiente externo, devem ser isoladas termicamente. Esses ambientes dependendo de seu tamanho e uso, recebem nomes diferentes, tais como: - câmara frigorífica; - túnel de congelamento. As câmaras frigoríficas podem ser classificadas em: - câmara de espera; - câmara de resfriamento; - câmara de congelamento; - câmara de estocagem. A câmara de espera é destinada a armazenagem provisória de produtos que aguardam industrialização. A câmara de resfriamento é destinada ao resfriamento de produtos até uma temperatura próxima a de congelamento. A câmara de congelamento destina-se ao congelamento direto de alguns produtos ou de outros previamente resfriados. A câmara de estocagem tem por função a armazenagem de produto resfriado ou congelado, mantendo uma temperatura relacionada com o produto e o tempo de armazenamento. Em alguns casos especiais, como as frutas, a câmara de estocagem é responsável pelo rebaixamento de temperatura do produto e por seu armazenamento. Essas câmaras tem uma área de piso entre 400 e 1000 m2 e altura entre 4 e 6 m. O túnel de congelamento é uma câmara de congelamento, com características técnicas próprias, com o objetivo de obter o processo de congelamento em um tempo muito menor do que em câmaras de congelamento convencionais. O túnel tem forma de um paralepípedo, prevalecendo o comprimento sobre as outras dimensões. Os tempos dos processos de resfriamento, congelamento e armazenagem serão função das temperaturas utilizadas e das características de cada um dos produtos processados. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato 2.0 - MOVIMENTAÇÃO DE CARGA A movimentação dos produtos dentro das câmaras, poderá ser feita por carros manuais, empilhadeiras elétricas ou trilhos aéreos com roldanas, dependendo de fatores como a concepção do projeto, o interesse ou estratégia do processo. 3.0 - CONSIDERAÇÕES PARA O DIMENSIONAMENTO Para o dimensionamento e construção de câmaras frigoríficas, algumas normas e informações devem ser conhecidas, como: - temperaturas de trabalho; - tipo de construção; - produto; - movimentação diária; - tempo de armazenagem; - capacidade de armazenagem; - movimentação do produto; - localização geográfica; - tipo de transporte. 4.0 - EMBALAGEM DE PRODUTOS Dependendo do produto a ser processado, teremos um tipo de câmara, temperatura e embalagem. Frutas estariam acondicionadas em caixas de madeira ou papelão e receberiam tratamento frigorífico em câmaras de resfriamento. Peixes e camarões estariam acondicionados em caixas de madeira ou papelão e sofreriam processo de congelamento em câmaras, túneis ou armários de congelamento, conforme solicitação do mercado. Carnes, aves, sucos de frutas e outros perecíveis, sofreriam processos de resfriamento e congelamento em câmaras apropriadas. 4.1 - Paletes Na acomodação de produtos embalados em caixas ou tonéis com dimensões definidas, é cada vez maior o uso de paletes. Paletes são estrados de madeira ou metal com dimensões estabelecidas e de uso internacional, que permitem armazenagem com formação de lotes de altura superior ao empilhamento convencional. Os paletes mais usados são os ISO II com dimensões de 1,00 x 1,20 x 0,15 m, ou 1,10 x 1,20 x 0,15 m, com altura média de produto de 1,5 metros. Alguns aspectos devem ser considerados na utilização destas plataformas empilháveis juntamente com as embalagens padronizadas. A redução de custo na manipulação, mais segurança, preservação da qualidade e maior velocidade na manipulação. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Na estocagem com paletes, o número máximo na altura deverá ser de três, compondo lotes de 4,5 m, evitando pressões excessivas sobre o produto. Em alguns casos encontraremos câmaras com prateleiras metálicas fixas, onde esse número poderá ser alterado, visto a possibilidade da distribuição da carga. Figura 1 - Detalhe de paletes utilizados internacionalmente. A utilização de paletes tipo gaiola, estrutura metálica com base convencional e altura de 1,5 m, permite o armazenamento de qualquer tipo de produto, independentemente da embalagem. Elas podem ser em até quatro peças, totalizando uma altura de 6 m, sem que haja pressão excessiva sobre o produto, visto que os paletes apóiam sua base nas colunas da sua estrutura. 4.2 - Caixas A vantagem de produtos de origem animal, entrarem em câmaras, quer de resfriamento ou congelamento é que sem a rigidez do congelamento, o produto se acomodará no seu interior, formando conjuntos homogêneos. Em relação a outros tipos de produtos, como as frutas, deveremos ter elementos para a proteção contra choques mecânicos. 5.0 - CÂMARAS DE ESTOCAGEM Na estocagem de peças grandes, como carcaças, meias carcaças, quartos de bovinos, suínos, eqüinos e caprinos, as peças deverão ser entrelaçadas, conforme sua anatomia para amarração do lote. A temperatura destas peças também é de vital importância visto que se não estiverem totalmente congeladas, poderá haver deformação e possível desabamento do lote. A altura destes lotes não deve ultrapassar a 4 m, pois acima disso a estabilidade e a manipulação das peças torna-se difícil. Os produtos armazenados dessa maneira devem ser colocados sobre estrados de madeira para impedir o contato direto com o piso. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Nenhum produto deve ocupar totalmente os espaços. Há a necessidade de espaçamento entre as peças, possibilitando a circulação de ar entre elas. Câmaras de estocagem possuem plataformas de recepção e expedição. Elas devem ser amplas, adotando-se para acesso rodoviário larguras de 6 a 10 m com altura de 1,0 metro e nas rampas ferroviárias de 4 a 5 m de largura e altura de 1,3 m. Figura 2 - Empilhamento de lotes com peças grandes. No caso de caixas, além da distância lateral, muitas vezes se usam ripas de madeira para promover afastamentos entre elas no empilhamento. 0 , 5 m 1 9 m 3 m0 , 5 m 0 , 5 m7 , 5 m 7 , 5 m 2 m Figura 3 - Planta de uma câmara de estocagem. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Nas câmaras se estocagem, para maior eficiência de circulação do ar, os lotes não devem ser muito grandes. Devem distar das paredes 0,30 m, do teto ou acessório suspenso 0,50 m e do piso 0,10 m. Os corredores de movimentação deverão ter largura proporcional ao tipo de equipamento utilizado para a movimentação da carga, que poderão ser carros manuais ou mecanizados. 6.0 - DENSIDADE DE CARGA Entende-se por densidade de carga o peso de produto por unidade de volume ocupado. Em função destes valores podemos calcular a o volume e a área útil do ambiente. Acrescendo-se corredores e afastamento necessários, teremos o volume e a área total da câmara. 7.0 - APRESENTAÇÃO DE PRODUTOS DE ORIGEM ANIMAL A seguir transcrevemos algumas formas de apresentação e pesos de produtos de origem animal. Eles são: - reses são apresentadas em corte de meias carcaças, quartos dianteiros, quartos traseiros e desossadas em caixas ou sacos; - suínos são apresentados em cortes de carcaças inteiras, meias carcaças e caixas de cortes; - carneiros são apresentados em cortes de carcaças inteiras e caixa de cortes; - carne de aves são apresentadas em caixas de dez peças e sacos de dez peças. O peso dos frangos resfriados ou congelados varia de 0,900 kg a 2,00 kg. Peixes inteiros, limpos e sem espinhas, são apresentados em caixas de madeira ou papelão. Produto Peso (kg) Touros 350 a 530 Vacas 250 a 370 Bois 270 a 290 Porcos 80 a 120 Cordeiros 30 a 35 Tabela 1 - Peso médio de animais de grande porte. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Produto Acondicionamento Embalagem (mm) Peso Bruto (Kg) Dens Carga (Kg/m3) Rês ¼ de bovino Peça 54 a 65 330 Suíno ½ carcaça Peça 80 a 120 300 Ovino carcaça Peça 20 a 30 180 Rês Sem osso 640 x360 x190 27.3 500 Pêssego Caixa 570 x 340 x 80 06 210 Laranja Caixa 660 x 310 x 310 37 380 Maçã Caixa 570 x 380 x 290 28 350 Coelho Peça 4.5 270 Tabela 2 - Valores de densidade de carga. 8.0 - CÂMARAS DE RESFRIAMENTO E CONGELAMENTO Neste tipo de câmara as trocas de calor entre produto e ambiente são muito intensas. O rebaixamento de temperatura é violento. Para isto se faz necessário um forte contato entre o produto e o agente de refrigeração, o ar. Peças de pequeno peso poderão sofrer este rebaixamento de temperatura em bandejas ou em caixas. Para isto são usadas prateleiras fixas, prateleiras móveis ou carros com prateleiras. Figura 4 - Carro para processamento de produto em túnel de congelamento. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Peças de grande peso são dependuradas em trilhos aéreos com roldanas. Estas peças devem ser dependuradas para facilitar seu resfriamento ou congelamento, pois assim estarão em contato mais direto com o ar do ambiente refrigerado. Esta situação permitirá manter-se a forma do produto até que atinja rigidez pelo congelamento. 0,4m Figura 5 - Trilho aéreo com roldana. 1 1 1 1 0,75/1 0,75 1 1 1,5 2/2,5 A B 3,7 3, 9 1 Figura 6 - Planta de uma câmara de resfriamento e congelamento. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato As câmaras de resfriamento e congelamento possuem sempre formato retangular, o que possibilita uma melhor distribuição de ar. A sua altura será função do produto a ser processado. A altura das câmaras de resfriamento e congelamento que possuam trilhos aéreos, será dada em função das normas de fixação e do tamanho das peças a serem dependuradas. Abaixo são apresentadas as alturas e ocupações de alguns produtos. Altura das carcaças: - bovinos e eqüinos 2.5 m; - suínos 1,0 a 2.0 m; - ovinos e caprinos 1.5 a 1.8 m. Ocupação linear de carcaças: - bovinos e eqüinos 2.5 meias carcaças/m; - suínos 4.0 a 5.0 meias carcaças/m; - ovinos e caprinos 4.0 a 5.0 meias carcaças/m. Carcaça de rês 2,5 m Distância da rês ao chão........0,5 m Distância da rês ao trilho.......0,4 m Distância do trilho ao teto..... 0,4 m 0,4m 0,4m 2,5m 0,5m 3,8m Figura 7 - Disposição de produto em câmara de resfriamento ou congelamento. Os trilhos aéreos, quando utilizados em câmaras, deverão ter distanciamento entre eles de 0,7 a 1,0 m e de 0,5 m eles e a lateral. O distanciamento nas cabeceiras será função dos equipamentos de refrigeração a serem instalados. As portas são normalmente com corrediças, tendo largura entre 1,5 a 1,8 m, com altura entre 2,2 a 3,5 m para a movimentação por carrinho ou empilhadeira e 3,1 m para movimentação por meio de trilho aéreo. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato 9.0 - ALGUNS DETALHES ESPECIAIS 0,9 / 1 0,4 0,8 1, 2 2 4 Figura 8 - Detalhes de um túnel de congelamento com trilho. Figura 9 - Detalhes de um túnel de congelamento com carro. AR CONDICIONADO E REFRIGERA��O/CargaTermicaCamarasFrigorificas1.pdf Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato CARGA TÉRMICA PARA CÂMARAS FRIGORÍFICAS Prof. Dr. Paulo Renato Perez dos Santos - Porto Alegre / RS - - 2005 - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato CARGA TÉRMICA 1.0 - INTRODUÇÃO A carga térmica de refrigeração de uma câmara frigorífica pode ser dividida nos seguintes itens: - produto; - penetração pelo isolamento; - diversos (iluminação, motores, pessoas, renovação, desidratação e outras). O cálculo da carga térmica é feito normalmente considerando o dia com 24 horas. No entanto, os equipamentos devem funcionar um tempo menor, afim de permitir a sua manutenção, operações de degelo e permitir uma reserva de capacidade para sobrecargas momentâneas. Nestas condições a potência frigorifica instantânea será dada por: Pf = Carga térmica de refrigeração (01) T onde, T é o tempo de funcionamento do sistema ou instalação, que varia de 08 a 20 horas por dia, dependendo do tipo e tamanho da instalação. 2.0 - PRODUTO A parcela de carga térmica devido ao produto, pode ser constituída pelas seguintes parcelas: - calor de resfriamento; - calor de congelamento; - calor de sub-resfriamento; - calor vital. Os três primeiros podem ser englobados na expressão geral: Qproduto = m [ C (ti - t0) + CL + C’ (t0 - tf) + C” ] (02) onde, - m é a massa de produto processada; - ti é a temperatura inicial do produto; - t0 é a temperatura de congelamento do produto; - tf é a temperatura final do produto; - CL é calor latente de congelamento do produto; - C é o calor específico do produto antes do congelamento; - C’ é o calor específico do produto após o congelamento; - C” é o calor vital do produto. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Os valores de C, C’, C”, t0 e CL para os principais produtos são apresentados nas tabelas abaixo. Calor específico (kcal/kgf ºC) Calor latente de Congelamento Temperatura de Congelamento Produto Resfriado Congelado (kcal/kg) (ºC) Abacaxi 0,90 0,50 71,0 -2,0 Aspargo 0,95 0,44 74,5 -1,22 Banana 0,90 0,36 60,0 -1,0 Batata 0,80 0,42 58,0 -1,71 Couve 0,93 0,47 73,0 0 Carne congelada 0,75 0,40 54,0 -3,0 Carne de porco 0,68 0,38 48,0 -2,0 Chocolate 0,76 -x- 30,0 -x- Ervilha verde 0,80 0,42 60,0 -x- Feijão verde 0,92 0,47 71,0 -1,25 Fígado fresco 0,72 0,40 52,25 -x- Laranja 0,92 0,47 68,0 -2,23 Leite fresco 0,94 0,49 70,0 0 Limão 0,92 -x- 66,0 a 71,0 -2,16 Maçã 0,90 0,49 68,0 -2,0 Manga 0,90 0,46 74,0 0 Manteiga 0,64 0,34 8,0 -18 a –1,0 Melão 0,92 -x- 71,0 -1,6 a –1,9 Ovos em caixa 0,76 0,40 55,0 -3,0 Peixe 0,80 0,41 56,0 -2,0 Pêra 0,92 0,19 67,0 -2,2 a –2,8 Pêssego 0,92 0,48 70,0 -1,45 Queijo 0,64 0,36 43,0 -13 Sorvete 0,78 0,45 26,0 -18 a -3,0 Tomate 0,93 0,46 75,0 -0,90 Uva 0,85 0,45 62,0 -2,0 Tabela 1 - Características e propriedades de alguns produtos. O calor vital por sua vez resulta do metabolismo dos vegetais, os quais mesmo após a sua colheita continuam com suas reações vitais consumindo O2 e produzindo CO2 e vapor d’água (calor sensível e calor latente). Os calores vitais liberados pelos principais alimentos vegetais estão registrados na tabela abaixo, em função da temperatura de armazenamento. Parte do calor retirado dos produtos é trocado na forma de calor latente, seja pela evaporação de parte da sua umidade (desidratação), seja pela respiração dos produtos vegetais. A umidade resultante da respiração é englobada no calor vital. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Quanto à evaporação, esta se faz a custa do calor do próprio produto, não alterando a carga térmica de refrigeração da câmara. Temperatura Calor vital Produto (ºC) (kcal/kg 24 h) Aipo 0 0,740 Alface 0 2,947 Bananas 12 0,859 Batatas 5 0,275 a 0,440 Beterraba 0 0,690 Cebola 0 0,171 a 0,286 Cenoura 0 0,554 Cereja 0 0,330 a 0,440 Feijão 5 0,676 Framboesa 2 1,145 a 1,718 Laranja 0 0,179 a 0,234 Limão 4 0,210 Maçã 0 0,171 a 0,260 Melão 2 0,126 Morango 0 0,710 a 0,989 Pêssegos 0 0,221 a 0,359 Pêras 0 0,171 a 0,229 Pimenta 4 1,224 Tomates 4 0,278 Tomates 16 1,622 Tomates 0 0,265 Uva 2 0,171 a 0,286 Tabela 2 - Calor vital de alguns produtos. 3.0 - EMBALAGEM A parcela de carga térmica devido a embalagem do produto, pode ser calculada pela seguinte expressão: Qembalagem = memb Cemb (ti - tf) (03) onde, - memb é a massa da embalagem; - ti é a temperatura inicial da embalagem; - tf é a temperatura final da embalagem; - Cemb é o calor específico da embalagem. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Os valores de Cemb para os principais produtos são apresentados na tabela abaixo. Produto Cemb (kcal/kg °°C) Madeira 0,648 Papelão 0,336 Plástico 0,432 Vidro 0,202 Tabela 3 - Calor específico das embalagens. Para a massa das embalagens deverá ser considerado, em relação a massa do produto a ser processado, o seguinte percentual: Embalagem Proporção massa (%) Madeira 15 Papelão 5 Plástico 10 Vidro 50 Tabela 4 - Massa da embalagem em relação a massa de produto. 4 - ISOLAMENTO É a parcela da carga térmica que corresponde ao calor transmitido através das paredes, piso e teto das câmaras, definida no cálculo do isolamento, é a seguinte: Qisolamento = CT S 24 (04) onde, - CT e S, são valores conhecidos e adotados no cálculo do isolamento. 5 - DIVERSOS A parcela de carga térmica sob o título de diversos engloba equipamentos mecânicos, iluminação, pessoas e outros elementos considerados como fontes geradoras de calor. 5.1 - Motores Os equipamentos mecânicos são normalmente, os ventiladores com potência média entre 0,5 a 1 CV por cada TR e empilhadeiras com potência média entre 7,5 e 10 CV. O calor dissipado pelos mesmos pode ser calculado como segue, dependendo da situação: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato - motor e carga no interior da câmara; (05) - carga no interior e motor fora da câmara; (06) - motor no interior e carga fora da câmara; (07) onde, - τ é o tempo de funcionamento do equipamento; - 1 CV equivale 632 kcal/h; - ηmotor é o rendimento do motor elétrico de acionamento, o qual vale: P ( CV) ηηmotor < 0,5 0,6 0,5 a 3 0,68 3 a 20 0,85 Tabela 5 - Rendimento dos motores elétricos. 5.2 - Pessoas As pessoas por sua vez liberam pelo seu metabolismo, uma quantidade de calor que nos é dada por: (08) onde: - NP é o número de pessoas; - τ é o tempo de permanência das pessoas; - q é o calor liberado por pessoa, o qual varia de acordo com a tabela abaixo. tcâmara (°°C) q (kcal/h) 10 180 0 230 -10 280 -20 335 Tabela 6 - Calor gerado por pessoa. Qcarga = PCV 632τ Qmotor + carga = PCV 632τ ηmotor Qmotor = 1 - ηmotor PCV 632τ ηmotor Qpessoas = NP q τ Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato 5.3 - Iluminação A dissipação provocada pela iluminação nos é dada por: (09) onde, - τ é o tempo de funcionamento da iluminação; - Pref é a potência de referência de iluminação; - Spiso é área do piso da câmara. 5.4 - Renovação É a parcela da carga térmica correspondente ao calor do ar de renovação que atinge a câmara através de suas aberturas. Qrenovação = NR Vcâmara ∆h (10) onde, - NR é o número de novações de ar; - Vcâmara é o volume da câmara; - ∆h é a diferença de entalpia entre o ar exterior e o da câmara. O número de renovações, as entalpias e alguns dados meteorológicos são apresentados nas tabelas a seguir. Tabela 7 - Características climáticas das capitais brasileiras. Cidade TTS (°°C) TTU (°°C) ϕϕ (%) Curitiba 31 24,0 56 Belo Horizonte 31 24,0 56 Brasília 31 24,0 56 Goiânia 31 24,0 56 Florianópolis 32 25,0 56 Fortaleza 32 25,0 56 São Paulo 31 24,5 58 Manaus 34 26,5 58 Natal 32 25,5 60 João Pessoa 32 25,5 60 Maceió 32 25,5 60 Aracaju 32 25,5 60 Vitória 32 25,5 60 Rio de Janeiro 32 25,5 60 Porto Alegre 32 25,5 60 Cuiabá 33 26,0 60 Salvador 31 25,0 62 São Luis 32 26,0 64 Belém 33 26,5 64 Recife 32 26,5 66 Qiluiminação = Pref Spiso 0,86 τ Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Tabela 8 - Diferença de entalpia entre o ar exterior (65%) e o da câmara (85 %). ∆∆h (kcal/m3) Text (°°C) 15 20 25 30 35 40 Tcâm (°°C) - - - - - - 15 0 7 23 43 66 97 10 14 21 38 57 81 112 5 26 34 51 71 95 127 0 38 45 63 84 109 141 -5 48 56 74 94 120 153 -10 58 66 84 106 132 165 -15 68 76 95 116 143 177 -20 77 85 104 127 154 189 -25 87 95 114 137 165 201 -30 97 105 125 148 177 215 -35 106 115 135 159 188 225 -40 117 126 147 171 201 231 Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Tabela 9 - Renovação de ar diária em função do volume das câmaras. Volume (m3) Tcâm << 0 °°C Tcâm >> 0 °°C 2,5 52 70 3,0 47 63 4,0 40 53 5,0 35 47 7,5 28 38 10,0 24 32 15,0 19 26 20,0 17 22 25,0 15 20 30,0 13 18 40,0 12 15 50,0 10 13 60,0 9 12 80,0 8 10 100,0 7 9 150,0 6 7 200,0 5 6 250,0 4 5 300,0 4 5 400,0 3 4 500,0 3 4 600,0 3 3 800,0 2 3 1000,0 2 2 1500,0 2 2 2000,0 1 2 2500,0 1 2 3000,0 1 1 AR CONDICIONADO E REFRIGERA��O/ConservacaodeAlimentos1.pdf Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS Prof. Dr. Paulo Renato Perez dos Santos - Porto Alegre / RS - - 2005 - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 1.0 - INTRODUÇÃO Pelo simples fato de um produto ser comestível, já se pressupõe (devido a sua composição orgânica) que o mesmo seja deteriorável com o tempo. Vários são os processos adotados para preservação dos alimentos, alguns dos quais datam de muitos séculos. A utilização destes processos em escala industrial, entretanto, começou no fim do século XVIII, com a descoberta da esterilização pelo calor ao abrigo do ar ambiente. Logo a seguir se desenvolveram vários outros processos como a secagem artificial, a defumação, a conservação pelo sol, pelo vinagre e pelo açúcar. Além disso, há muito tempo era conhecida a possibilidade de prolongar a duração dos alimentos perecíveis pelo frio, utilizando adegas subterrâneas, gelo natural e neve misturada com sais. Entretanto, foi com a invenção da máquina frigorífica na metade do século XIX que a conservação dos alimentos pelo frio tomou um grande impulso. Inicialmente os alimentos eram apenas resfriados, mas logo a seguir (1860) verificou-se que o período de conservação dos mesmos poderia ser bastante dilatado pela redução de sua temperatura abaixo de 0 °C e passou-se à técnica do congelamento. Ao contrário de outros processos de conservação de alimentos, o frio é o único capaz de manter inalterado o sabor, o odor e o aspecto natural do produto fresco. A conservação pelo frio não consiste apenas num tratamento inicial, do produto a conservar, ela exige a manutenção permanente das condições ótimas de conservação como sejam a temperatura, a umidade relativa e o deslocamento do ar, o que pressupõe a existência de uma completa cadeia de frio que inclui, a preparação, o transporte, a armazenagem, a venda, isto é a proteção do produto desde a sua produção até o consumo. Modernamente a técnica do frio, é suplementada por outras técnicas de conservação como, o uso de atmosfera controlada, agentes químicos, proteções superficiais com óleos, sais, açucares e envoltórios de papel tratado quimicamente. Por outro lado, a técnica da refrigeração pode constituir-se tratamento para outros processos de conservação como a secagem, tecnologia considerada como a das mais avançadas no setor da conservação de produtos perecíveis. 2.0 - ALIMENTOS Para preencher as suas necessidades estruturais, funcionais e energéticas, os organismos vivos necessitam de alimentos. Estes de uma maneira geral são constituídos de minerais e compostos orgânicos mais ou menos complexos, cuja carência varia com as diversas formas de vida. As substâncias alimentícias são classificadas quanto a composição química em: - substâncias formadoras (substâncias albuminoides ou proteínas); Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato - substâncias energéticas, como sejam os glicídios (açucares e hidratados de carbono) e os Lipídios (gorduras); - substâncias protetoras, como sejam os sais minerais e as vitaminas. Seu principal valor dietético é fornecer os aminoácidos imprescindíveis à vida (um homem adulto necessita por dia cerca de 1,5 g de proteínas por kgf de peso). Além disto as proteínas têm um valor energético igual ao dos hidratos de carbono, isto é 4 kcal/g. Os glicídeos e os lipídeos são as principais fontes de calorias do organismo, representando a sua reserva energética que se concentra no sangue, no fígado e nos músculos. Vitaminas são compostos orgânicos essenciais ao equilíbrio da vida. Elas intervem no crescimento na fixação dos minerais nos tecidos, nos processos de cicatrização, no combate as infecções, na fisiologia do sistema circulatório, nervoso e digestivo. Por outro lado os alimentos geralmente contem água, a qual faz parte do protoplasma celular dos materiais orgânicos, na proporção de 60 a 80 %. A água quando atua como solvente se designa de água livre (80 a 95 %). Água de constituição é aquela que entra na composição química (5 a 20 %). 3.0 - ALTERAÇÕES DOS ALIMENTOS As alterações sofridas pelos alimentos, com o tempo, podem ser classificadas como físicas, químicas e biológicas. As alterações físicas são devidas principalmente a evaporação da água que entra na sua constituição, provocando o seu ressecamento e, a volatilização de elementos aromáticos que alteram o odor e mesmo o sabor dos mesmos. As alterações de natureza química são devidas essencialmente a intervenção das Enzimas, que provocam tanto nos alimentos de origem animal como vegetal, complexos processos químicos. As enzimas ou heteroproteinas são catalizadores orgânicos (fermentos biológicos) elaborados pelos organismos vivos, com a finalidade de controlar as reações físico – químicas que caracterizam a vida. Nos alimentos de origem animal, estes processos químicos provocam inicialmente, pela ação do glicogênio (ácido lático), a coagulação das proteínas, com o conseqüente endurecimento da carne (rigidez cadavérica ou rigor mortis), o qual se verifica cerca de 8 a 20 horas após a morte. Passado este período inicial de enrigecimento, segue – se o período de Maturação, no qual a carne adquire sua maciez e sabor. O mesmo acontece com os frutos colhidos antes de seu completo amadurecimento. Inicialmente completam a formação de açúcares, ácidos e componentes aromáticos, numa autopreservação temporária que nos é propiciada pela própria natureza. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Entretanto ao ser prolongada a armazenagem, sob a influência das enzimas, começa a decomposição das proteínas (autolises), em compostos de nitrogênio, os quais se caracterizam pelo seu mau odor. Por outro lado o oxigênio do ar provoca a oxidação dos alimentos que contém graxas, o que da origem a descoloração e ao aparecimento do ranço. Os frutos por sua vez perdem seus componentes aromáticos e começam a apresentar fenômenos patológicos, com a destruição dos materiais orgânicos por uma série simultânea de fermentações, é a putrefação que se caracteriza pela grande produção de gases malcheirosos. Realmente, os principais componentes de nossos alimentos como sejam os hidratados de carbono, graxas e substâncias albuminóides, são também alimentos para os microorganismos, cujo metabolismo provoca a formação de enzimas e modificações químicas prejudiciais. Os microorganismos são organismos vivos microscópicos de dimensões da ordem do mícron. De acordo com a classificação adotada em botânica os microorganismos podem ser divididos em três grupos: - mofos; - leveduras; - bactérias. Os dois primeiros grupos formam a classe dos fungos, enquanto que o terceiro pertence a classe das algas. As bactérias de acordo com a sua forma podem ainda ser classificadas em cocus (esféricas) e bacteriáceas (grãos elíptico), as quais podem ser bactérias propriamente ditas (não esporuladas) e bacilos (esporuladas). Os frutos são atacados pelos mofos (podridão), enquanto que, as carnes, peixes e ovos, são atacados preferencialmente pelas bactérias. 4.0 - INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA Tanto o aumento como a redução da temperatura pode modificar a intensidade das alterações estudadas no item anterior. Com efeito, todos os seres vivos têm uma temperatura ótima para o seu desenvolvimento. Até mesmo as enzimas são destruídas pela elevação da temperatura (70 °C). Os microorganismos são os mais sensíveis às variações de temperatura, podendo mesmo ser classificado de acordo com os limites de temperatura em que se desenvolvem. Sendo assim, podemos considerar: - as termófilas proliferam acima de 45 °C; - as mesófilas vivem acima de 10 °C (exceção do bacilo botulínico que vive a 3,3 °C), embora tenham o seu maior desenvolvimento entre 30 e 37 °C (microorganismo patogênicos); Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato - as criófilas têm o seu habitat preferido entre 15 e 20 °C, embora agüentem temperaturas de até –7 °C. As elevações de temperatura provocam inicialmente uma diminuição da vitalidade dos microorganismos, a seguir a impossibilidade de sua reprodução e, por último a sua morte definitiva. A esterilização absoluta é obtida, para os líquidos pelo aquecimento a cerca de 115 °C e 120 °C durante 15 a 20 minutos e para os sólidos pelo aquecimento a 170 °C durante 30 a 45 minutos. A tindalização consiste na esterilização pelo aquecimento até uma temperatura de apenas 80 °C por 3 a 4 vezes sucessivas, com intervalos de 12 a 24 horas. No primeiro aquecimento são destruídas a maior parte das formas vegetativas. Nos aquecimentos posteriores, são destruídos os elementos jovens procedentes da germinação dos esporos, que não são destruídos a 80 °C. A esterilização relativa é obtida pelo aquecimento a baixas temperaturas e adotando- se técnicas especiais, mas os esporos não são destruídos. Assim a pasteurização, consiste no aquecimento a cerca de 65 °C a 70 °C, durante 10 minutos, seguindo em um rápido resfriamento. Quanto à redução da temperatura, verifica-se praticamente que a velocidade das reações (tanto enzimáticas como microbianas) sofridas pelos alimentos, diminuem rapidamente com o abaixamento da temperatura ambiente. O contrário acontece com alguns frutos que à baixas temperaturas sofrem reações que podem acarretar as chamadas enfermidades do frio. É importante ressaltar que, embora os microorganismos deixem de multiplicar-se a baixas temperaturas, a maior parte das vezes, eles não morrem, voltando a multiplicar-se com a elevação da mesma. Alguns autores consideram que a maior parte dos germes são eliminados em temperaturas de ordem de -50 ºC. Tem-se verificado, entretanto, a sobrevivência de certos microorganismos, mesmo no nitrogênio líquido (-195 ºC). Portanto a preservação pelo frio exige uma manutenção da temperatura durante todo período da armazenagem, a luz das bases da moderna técnica frigorífica para conservação de alimentos. 5.0 – INFLUÊNCIA DA UMIDADE RELATIVA E DA MOVIMENTAÇÃO DO AR A umidade relativa do ar nas câmaras de conservação de alimentos, influi na perda do peso dos produtos desidratáveis. A perda de peso diminui grandemente com o aumento da umidade relativa do ar. Entretanto, umidades relativas elevadas favorecem a multiplicação dos microorganismos. Assim para ϕ igual a 75%, a reprodução das bactérias é lenta mas as perdas de peso são grandes, enquanto que para ϕ variando entre 90 a 95%, as perdas de peso são pequenas Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato mas em compensação a multiplicação das bactérias só podem ser dentro de limites toleráveis, com temperaturas inferiores a 0 °C. A circulação do ar, por outro lado, aumenta o coeficiente de transmissão de calor por convecção do ar em repouso de até 10 vezes, uniformiza a temperatura da câmara e, intensifica a evaporação da água do produto, impedindo a elevação da umidade na superfície dos gêneros (que criam condições favoráveis a multiplicação das bactérias). Entretanto a circulação do ar aumenta a perda de peso, aceitável para carnes tendal somente quando a sua armazenagem é de pequena duração. Os valores registrados nos permitem concluir que as perdas em peso são: - elevadas durante o resfriamento, variando do início ao fim da operação de 0,05 % a 0,0003 % por hora, em câmaras estáticas e de 0,125 % por hora em câmaras com circulação forçada; Como a duração da operação se reduz com a circulação forçada, esta solução é aceitável, como se pode notar pelos dados abaixo. Operação Duração Perda de peso Resfriamento com ar em repouso 60 horas 1,32 % Resfriamento com ar a 2 m/s 40 horas 1,35 % Resfriamento com ar a 4 m/s 36 horas 1,40 % Tabela 1 - Desidratação em processo de resfriamento. - baixos durante o congelamento em túneis, onde varia do início ao fim da operação de 1 % a 0,0 5% ao dia, perfazendo uma perda total da ordem de 0,5 %; - baixas na armazenagem como nos mostra a tabela abaixo. Produto Câmara Perda de peso por dia Carne resfriada Circulação forçada 0,35 % Carne resfriada Circulação natural 0,18 % Carne congelada Circulação forçada 0,013 % Carne congelada Circulação natural 0,0075 % Tabela 2 - Desidratação em processo de estocagem. Assim mesmo, nas armazenagens prolongadas de carne resfriada em tendal, é preferível a solução de câmaras com ar em repouso e baixo ∆t, adotando-se uma grande superfície de transmissão de calor, constituída por trocadores de calor distribuídos pelas Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato paredes e forro (câmaras estáticas), ou mesmo câmaras com paredes duplas, entre as quais existe a circulação forçada de ar (câmara tipo jaqueta). 6.0 - VANTAGENS DO CONGELAMENTO A parte líquida dos gêneros alimentícios é formada por soluções aquosas de substâncias minerais ou orgânicas. Quando o esfriamento de um produto é suficiente para fazer passar os líquidos dos tecidos para o estado sólido, diz-se que há congelamento. A água congela, quando submetida a pressão atmosférica, a 0 °C. Quando a água contém em dissolução um corpo qualquer, a sua temperatura de congelamento torna-se inferior a 0 °C, sendo que este rebaixamento de temperatura será tanto maior, quanto menor for a concentração de soluto. Em igualdade de concentração, as reduções da temperatura de congelamento, ocasionadas pela adição na água de substâncias diversas, são inversamente proporcionais aos seus respectivos pesos moleculares. Quando uma solução contém vários solutos, cada um altera o ponto de congelamento da solução como se estivesse sozinho, sendo a alteração total, a soma das alterações correspondentes a cada um. Quando uma solução é submetida a um processo de refrigeração progressiva, a temperatura inicialmente baixa até certo valor, para a seguir manter-se constante por alguns instantes, é o início do congelamento. A temperatura de início de congelamento coincide com a separação de uma pequena quantidade de gelo puro, o qual está em equilíbrio com a solução primitiva. A proporção que o gelo puro se separa da solução é evidente que a concentração da mesma aumenta, ocasionando o abaixamento de seu ponto de congelamento. Esta redução de temperatura ocorrerá até que a solução atinja o ponto eutético. A partir deste momento, verifica-se congelamento integral da solução, isto é da mistura eutética que se solidifica como se fosse um corpo químico único. Portanto a proporção de água congelada de uma solução depende da temperatura, variando de 0 à 100 % do ponto de congelamento ao ponto eutético. Assim uma solução de NaCl a 2 %, que corresponde aproximadamente ao suco de carne, tem seu ponto de congelamento a -1,27 °C e seu ponto eutético a –21 °C. Assim para a carne de bovina, considera-se um ponto de congelamento de -2,7 °C e um ponto eutético de –56 °C. Como geralmente os pontos eutéticos não são atingidos nos congelamentos industriais, restando sempre uma pequena quantidade de líquido nos alimentos congelados. Portanto o congelamento não só baixa a temperatura do ponto como separa inicialmente a água que fica guardada nos tecidos em forma de cristais de gelo. Esse efeito dificulta duplamente o desenvolvimento dos microorganismos e a ação enzimática, razão pela qual tem-se observado que o coeficiente de temperatura de Vant’Hoff na zona de congelamento é bastante superior aos encontrados na zona de resfriamento simples. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato A rapidez do congelamento dos alimentos influi sobre as modificações histológicas dos mesmos. 7.0 – MÉTODOS DE CONGELAMENTO Antigamente o congelamento era feito em 3 a 4 dias, em câmaras estáticas, revestidas por evaporadores ou resfriadores com salmoura, cuja temperatura raramente atingia –12 °C. Modernamente o congelamento é feito: - por meio de túneis com circulação forçada de ar (3 a 5 m/s) com temperatura entre –30 °C e –50 °C. Os túneis normalmente adotam a disposição de tendal com roldanas transportadoras, vagonetas com prateleiras ou mesmo correia transportadora; - por meio de banhos líquidos com a transmissão de calor entre o produto e o líquido é cerca de 10 vezes aquela que se verifica para o ar, o processo pode tornar- se mais econômico, sobretudo quando se trata de gêneros de pequeno porte. Adota- se dentro desta técnica, gelo misturado com sal (para pescados) ou soluções concentradas de sal à baixa temperatura (-20 °C); - por meio de placas método no qual o produto é prensado entre placas refrigerantes, para aumentar a rapidez do congelamento (transmissão do calor por condução). A placa superior geralmente é fixa e a inferior pode elevar-se por meio de um pistão hidráulico até exercer uma leve pressão sobre o produto a congelar. O conjunto de placas é colocado em um armário vidrado; - por meio de nitrogênio líquido com a técnica atual dos supergelados, está se difundindo grandemente o congelamento ultra-rápido por meio de nitrogênio líquido. Como o N2 líquido à pressão atmosférica (-195,8 °C) tem um calor latente de vaporização de 38,45 kcal/kgf e um calor sensível de aquecimento de 39,32 kcal/kgf (-195,8 °C e 0 °C), seu uso se torna interessante, do ponto de vista econômico. 8.0 - DESCONGELAMENTO O descongelamento dos alimentos congelados, sobretudo da carne em quartos, deves ser lento, para permitir a reabsorção da água pelos tecidos. Por outro lado, considerando que por vezes as carnes são congeladas logo após o abate e que, o congelamento interrompe o processo de maturação das mesmas, deve-se levar em conta que as carnes recém descongeladas podem ser carnes não completamente maturadas. Atualmente se considera que o melhor procedimento seja o descongelamento em câmaras à temperatura entre 5 °C e 8 °C, onde a carne é disposta em tendais. A umidade relativa adotada deve estar entre 90 e 95 %, com circulação adequada do ar para evitar a precipitação da umidade na superfície da carne. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato A duração da operação é da ordem de 4 a 5 dias e, o descongelamento é considerado terminado quando a temperatura no interior da carne atinge –1°C. Após, a carne deve permanecer em um tendal, afim de completar a sua maturação, para a seguir ser distribuída ao consumo. Na realidade a maturação é tanto mais rápida quanto mais elevada á a temperatura. Assim para a carne de boi podem ser adotadas as seguintes durações: Temperatura Duração da maturação 25 °C 3 a 5 horas 14 °C 3 dias 6 °C 8 dias 2 °C 14 dias Tabela 3 - Tempo de estocagem da carne bovina. É interessante observar que os tempos assinalados na tabela acima, podem aumentar com o aumento da gordura da carne. 9.0 - ATMOSFERA CONTROLADA Os vegetais são organismos vivos que respiram. Esta respiração faz com que os vegetais consumam o oxigênio e desprendem gás carbônico, produtos odorantes e que geram calor. Assim na conservação de frutas em câmaras frigoríficas estanques, observa-se a queda progressiva da concentração de oxigênio, o qual pode baixar de 21 % para 2 %. Em concentrações na ordem de 2 % começa a extinção da respiração e o aparecimento da fermentação das frutas. O princípio da conservação dos vegetais em atmosfera controlada consiste na estabilização da mistura gasosa empobrecida de oxigênio em valores na ordem de 3 a 10 %. A maturação das frutas conservadas nestas misturas gasosas é, consideravelmente retardada e mais facilmente controlada. Por outro lado a redução do metabolismo, pela diminuição da intensidade respiratória, reduz também a emissão de produtos odorantes, que são a causa essencial do desenvolvimento de algumas doenças que alteram a aparência das frutas. Assim a conservação em atmosfera controlada apresenta as seguintes vantagens: - grande aumento na duração da conservação, a qual pode atingir o dobro daquela obtida por simples refrigeração; - redução no desenvolvimento de microorganismos (apodrecimento); - redução das alterações na aparência e no aroma. Os tipos de misturas atualmente adotadas nas atmosferas controladas, são apresentadas na tabela abaixo. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Mistura Gasosa %O2 %CO2 %N2 AR 21 % 0 % 79 % Tipo I 10 % 11 % 79 % Tipo II 3 % 3 a 5 % 92 a 94 % Tipo III 3 % 0 % 97 % Tabela 4 - Tipos de misturas para atmosferas controladas. A mistura tipo I é obtida naturalmente, basta para isso conservar as frutas em uma câmara estanque, pois a respiração das mesmas provocará um empobrecimento do O2 e simultaneamente um enriquecimento de CO2, tal que % CO2 + % O2 = 21% será manterá constante. No fim de aproximadamente uma semana a composição desejada será alcançada e poderá ser facilmente estabilizada, pela substituição da parte da mistura pobre em O2, por ar puro (ventilação controlada). A mistura tipo II é atualmente a mais usada na conservação das frutas mais comuns. A mistura tipo III só é aplicada na conservação de frutas muito sensíveis à presença do CO2. Em princípio uma câmara com atmosfera controlada é uma câmara frigorífica comum que permite a estabilização da mistura gasosa desejada. Para isto além do isolamento e equipamento frigorífico adequado para manter temperaturas entre 0 e 4 °C, com umidade relativa na ordem de 90%, ela deverá apresentar: - estanqueidade das paredes, portas e visores para o controle do produto armazenado; - equipamento para a produção da mistura gasosa desejada; - manômetros de coluna d’água; - analisadores de O2 e CO2; - válvula para equilíbrio e segurança da pressão; - máscaras de oxigênio no interior da câmara. A estanqueidade da câmara é fundamental para evitar a entrada de O2 do exterior, onde reina uma pressão parcial bastante superior a do interior da câmara. É muito difícil determinar teoricamente o valor da estanqueidade, razão pela qual ela é apenas verificada experimentalmente, gerando uma pressão na câmara de 25 mmCA e medindo-se o tempo que essa pressão leva para 12 mmCA, considerando a pressão atmosférica e as temperaturas externa e interna, constantes. Assim a estanqueidade é classificada como: - excelente para tempo superior a 30 minutos; - boa para tempo da ordem de 10 a 20 minutos; - insuficiente para tempo inferior a 10 minutos. Uma boa estanqueidade pode ser obtida com impermeabilização a base de folha de alumínio com asfalto, chapa metálica soldada, poliesters ou painéis isolantes tipo autoportantes. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Para produção da mistura gasosa desejada, podem ser adotados os seguintes processos: - redução natural da concentração natural de O2 pela respiração e após, estabilização da mesma por meio de uma ventilação controlada, enquanto que a concentração de CO2 excedente é eliminada por meio de lavadores (absorvedores de CO2). Estes podem ser do tipo absorvedores a cal (CaO), absorvedores a solução de 36 °Beaumé com KOH e NaOH e absorvedores a etanolamina; - preparação do ar exterior por meio de queimador de propano (reduz a concentração de O2)ou absorvedor de CO2 (reduz a concentração de CO2); - por equipamentos chamados Trocadores-Difusores que funcionam sobre o princípio da permeabilidade relativa de certas membranas. Estes aparelhos são constituídos de mangas de elastômetro de silicone, através das quais o CO2 se difunde seis vezes mais do que o O2. Assim pode-se obter uma mistura estável do tipo 3 % O2 + 3 a 5 % CO2, pelo simples jogo da respiração das frutas em conservação e da difusão seletiva através das membranas de silicone. A obtenção da mistura acima citada leva aproximadamente três semanas para se formar. Para acelerar a mis gasosa desejada, pode-se adotar a injeção de N2, o qual reduz o tempo acima para quatro dias. 10.0 - AGENTES QUÍMICOS A finalidade do uso de agentes químicos na preservação dos alimentos é bactericida e antioxidante (contra o ranço e as mudanças de cor). O seu uso tem sido limitado, não só pelo aspecto econômico como também pelo aspecto bromatológico (sabor). Os antigerminantes (feniluretano) retardam o metabolismo e são usados nos tubérculos (batatas). Além disto, são usados um grande número de fungicidas como o ozônio (1 a 2 mg por kgf de ar) e o dióxido de enxofre ( 1% no ar para uvas). Os agentes bactericidas também são utilizados adicionados ao gelo para a conservação dos pescados (nitrito de sódio). Nos Estados Unidos é permitido o uso de antibióticos (aeromicina) para a conservação de carne (7 mg/kgf). 11.0 - RADIAÇÕES É sabido que as radiações ultravioletas, as radiações Rontgen e Gama, provocam a esterilização dos produtos sem elevação de sua temperatura. Assim as radiações ultravioletas possuem ação bactericida no intervalo de comprimentos de onda de 0,2 a 0,32 µ (a lâmpada de Hg de baixa pressão é monocromática de 0,254 µ). Elas tem pouca penetração, sua ação bactericida é superficial, sendo adotada mais para a esterilização do ar (2 a 3 W/m²). Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Com os raios Rontgen de grande tensão (120 kV a 250 kV) pode-se conseguir a esterilização em profundidade dos alimentos. Entretanto alimentos irradiados com doses excessivas de raios Rontgen (2 kcal/kgf), mostraram efeitos indesejáveis, como formação de ácidos e sabor desagradável. Os raios Gama por sua vez, devido a sua grande penetração, mesmo quando usados em pequenas doses, provocam a eliminação de 90 a 99 % dos germens. 12.0 – CONDIÇÕES ÓTIMAS PARA A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS As condições recomendadas para a conservação dos alimentos variam com o produto, tipo, procedência e mesma duração de armazenagem. As condições de temperatura, umidade relativa e duração indicadas são válidas para alimentos sãos e em estado fresco, isto é tratados pelo frio logo após a colheita, captura ou abate. Qualquer atraso no tratamento inicial pelo frio reduz a duração da conservação. Tanto a temperatura como a umidade relativa devem ser mantidas tão constantes quanto possível, pois oscilações de ±1°C, para alguns produtos já são prejudiciais. A circulação do ar deve ser suficientemente intensa para garantir a uniformidade tanto da temperatura como da umidade da câmara. Por duração máxima de conservação se entende aquela, para a qual a perda de qualidade do produto é muito pequena e, que permite manter o alimento ainda em boas condições, durante o tempo necessário para sua distribuição ao consumidor. Para uma grande parte dos alimentos se pressupõe também o emprego de embalagens adequadas e higienicamente perfeitas. Produto Temperatura (°C) Umidade Relativa (%) Tempo de armazenagem Frutas Abacaxi 7,0 90 2 a 4 sem. Abricó 0 a +1,0 85 a 90 4 a 6 sem. Ameixa 0 a +2,0 85 5 a 6 sem. Ameixa seca 4,5 75 6 meses Amora -0,5 a +1,0 85 a 95 7 a 10 dias Bananas 11,5 85 3 sem. Caquis -0,6 a 0 85 a 90 3 sem. Cereja -1,0 a 0 85 a 90 1 a 4 sem. Damasco -1,0 a 0 90 2 a 4 sem. Figo fresco -2,2 a 0 65 a 75 1 sem. Framboesa -1,0 a +1,0 90 1 a 2 sem. Fruta congelada -23,0 a -15,0 80 a 90 6 a 12 meses Laranja 0 a 1,2 85 a 90 8 a 10 sem. Limão 5,0 a 10,0 80 a 90 2 meses Lima 9,0 a 10,0 85 a 90 6 a 8 sem. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Maçã -1,0 a +1,0 85 a 90 2 a 7 meses Mamão 10,0 90 2 a 3 sem. Manga 10,0 90 2 a 5 sem. Massa de fruta 1,0 80 6 meses Melancia 2,0 a 4,0 75 a 85 2 a 3 sem. Melão 0 a 4,0 80 a 85 3 a 4 sem. Morango -1,0 a +1,0 90 2 a 3 sem. Pêras -1,0 a 2,0 90 a 95 1 a 8 meses Pêra seca 0,5 75 6 meses Pêssegos 0 a 1,0 85 a 90 4 a 6 sem. Suco de frutas -15,0 a 23,0 80 a 90 2 a 8 meses Suco de maçã 4,5 85 3 meses Tâmara -2,0 a 0 70 4 a 8 meses Tangerina 1,0 a 2,0 75 a 80 1 a 3 meses Uvas -1,0 a 3,0 85 a 90 1 a 4 meses Legumes e verduras Abóbora 0 a 3,0 80 a 85 2 a 3 meses Agrião 1,7 80 2 sem. Aipo -1,5 a -0,5 85 a 90 5 a 6 meses Alcachofra -0,5 a 0 90 a 95 1 a 2 sem. Alface 0 a 1,0 85 a 90 1 a 2 sem. Beringela 7,0 a 10,0 85 a 90 10 dias Beterraba roxa 0 90 a 95 10 a 15 dias Brocoli 0 a 1,6 90 a 95 7 a 10 dias Cebola 1,5 80 3 meses Cenoura 0 a 1,0 90 a 95 4 meses Champignom 0 a 2,0 80 a 85 1 a 2 sem. Couve-flor -1,0 a 0 90 4 sem. Ervilhas -0,5 a 0 85 a 90 1 a 3 sem. Ervilhas em vages 0 85 a 90 1 a 2 sem. Espinafre -0,5 a 0 90 a 95 2 a 6 sem. Legumes congelados -24,0 a -18,0 -x- 6 a 12 meses Azeitonas frescas 7,0 a 10,0 85 a 90 4 a 6 sem. Pepinos 2,0 a 7,0 75 a 85 10 a 14 dias Rabanetes 0 90 a 95 3 a 4 sem. Repolhos 0 a 1,0 85 a 90 1 a 3 sem. Salsa 0 a 1,0 85 a 90 1 a 2 meses Tomates maduros 0 85 a 90 1 a 3 sem. Vegetais em geral 1 85 2 sem. Carnes e derivados Aves congeladas -18,0 95 a 100 6 a 8 meses Banha de porco -1,0 a 0 80 a 85 4 a 6 meses Bovina -1,5 a 0 90 4 a 5 sem. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Bovina congelada -24,0 a -18,0 85 a 95 3 a 12 meses Caça congelada -12,0 80 3 meses Caça em geral 0,5 70 2 sem. Carneiro -1,0 a 0 90 1 a 3 sem. Carneiro congelado -12,0 a -18,0 80 a 85 3 a 8 meses Coelho 0 a 1,0 80 a 90 5 a 10 dias Coelho congelado -24,0 a -12,0 80 a 90 6 meses Cordeiro 0 a 1,0 85 a 90 5 a 10 dias Cordeiro congelado -24,0 a -12,0 80 a 90 10 meses Fígado -24,0 a -12,0 90 a 95 3 a 4 meses Frango, Galinha (fresca) 0 80 1 sem. Frango, Galinha (limpa) -30,0 80 12 meses Miúdos -12,0 80 3 meses Peru -12,0 75 6 meses Porco 0 a 1,0 80 a 90 3 a 10 dias Porco congelado -24,0 a -18,0 85 a 95 2 a 8 meses Presunto 0 a 1,0 85 a 90 7 a 12 dias Presunto congelado -24,0 a -18,0 90 a 95 6 a 8 meses Presunto defumado -10,0 a -2,0 70 3 meses Presunto salgado 15,0 a 18,0 75 a 80 12 meses Salsicha 4,0 a 5,0 85 a 90 1 a 3 sem. Salsicha defumada 1,0 a 5,0 80 a 85 6 meses Toucinho cru -23,0 a -10,0 90 a 95 4 a 6 meses Toucinho defumado -3,0 a -1,0 80 a 90 1 mês Vitela 0 a 1,0 90 5 a 10 dias Peixes Arenques -25,0 -x- 5 a 8 meses Arenques defumados 0 a -10,0 85 1 a 8 sem. Cavala -18,0 -x- 3 a 4 meses Lagosta -7,0 80 1 mês Mariscos -25,0 -x- 8 meses Ostras 0 90 2 meses Peixe congelado -20,0 a -12,0 90 a 95 8 a 10 meses Peixe defumado 4,0 a 10,0 50 a 60 6 a 8 meses Peixe fresco -0,5 a 4,0 90 a 95 1 a 2 sem. Peixe pouco salgado -2,0 a 1,0 80 a 90 4 a 8 meses Pescados magros -18,0 -x- 3 a 4 meses Salmão defumado -10,0 a 0 75 1 a 15 sem. Laticínios Coalha 0 85 1 mês Creme 0 a 2,0 80 1 sem. Leite 0 a 2,0 80 a 85 1 sem. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Manteiga -14,0 a -10,0 80 a 85 12 meses Margarina 0 a 2,0 70 a 75 6 meses Queijo 1,0 a 1,0 65 a 75 3 a 10 meses Diversos Cerveja 0 a 0,5 -x- 6 meses Chocolate 4,5 75 6 meses Fermento 0 75 2 sem. Flores 1,1 85 2 sem. Ovos -1,0 a 0 85 a 90 6 a 7 meses Ovos congelados -18,0 -x- 12 meses Plasma do sangue 3,3 75 2 meses Sorvete -30,0 a -20,0 85 2 a 12 sem. Vinho 10,0 85 6 meses Tabela 5 – Características da armazenagem de alguns produtos. 13.0 - LIOFILIZAÇÃO A liofilização é uma técnica de secagem por sublimação de produtos previamente congelados. Inicialmente o produto a liofilizar é congelado e refrigerado até uma temperatura bastante baixa (-30 °C a -50 °C). Procede-se a seguir a sublimação do gelo em ambiente sob vácuo. Embora o produto deva permanecer congelado durante esta fase, é necessária uma quantidade apreciável de calor para a sublimação do gelo (700 kcal/kgf). Após o gelo, é necessário extrair do produto, a água não congelável, absorvida pelas substâncias orgânicas. Esta secagem secundária é efetuada igualmente sob vácuo, mas a temperatura do produto é elevada acima de 0 °C. A secagem a partir do produto congelado permite a conservação da textura do produto e de seus componentes aromáticos. Realmente um produto liofilizado é caracterizado por uma estrutura uniforme e porosidade muito fina. Esta estrutura porosa permite a rehidratação fácil de produto e explica a retenção dos componentes aromáticos, apesar da permanência sob vácuo. Por outro lado a existência de uma vasta superfície, torna o produto muito sucessível ao vapor d’água e ao oxigênio de ar. Os produtos liofilizados são susceptíveis a uma conservação praticamente indefinida, se forem mantidas em atmosfera rigorosamente seca e inerte. Após uma estocagem à temperatura ambiente que pode durar vários anos, o produto pode ser usado como está ou após rehidratação. No estado atual a liofilização concorre com outros processos de desidratação, como a secagem por meio de ondas curtas e secagem por explosão, que permitem obter produtos de boa qualidade e a um custo bem inferior. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato Esta é a razão pela qual a liofilização está sendo empregada somente para a secagem de produtos frágeis, de valor elevado e, em particular, aqueles que exigem uma preservação dos componentes aromáticos. Entre eles podemos citar, o café, o camarão, o champignon, alguns tipos de sucos de frutas e o sangue. Portanto a liofilização que é ainda uma técnica cara, não é forçosamente sempre o melhor método de secagem para determinados produtos e condições. AR CONDICIONADO E REFRIGERA��O/FluidosFrigorigenos1.pdf Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato FLUIDOS FRIGORÍGENOS Prof. Dr. Paulo Renato Perez dos Santos - Porto Alegre / RS - - 2005 - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato FLUIDOS FRIGORÍGENOS 1.0 - INTRODUÇÃO Fluídos frigorígenos ou refrigerantes, são substâncias utilizadas como veículo térmico na realização dos ciclos de refrigeração. O fluído frigorígeno absorve calor latente e sensível no evaporador, o qual é liberado, juntamente com o calor transferido na compressão, no condensador. 2.0 - UM BREVE HISTÓRICO Inicialmente foram utilizados como fluídos frigorígenos o 322 ,, NHSOCO e ClCH 3 . O 3NH foi descoberto por Priestley e Berthollet. Fritz Haber aperfeiçoou o processo para fins industriais, na Alemanha, pelo processo Harber-Bosch, durante o período da I Guerra Mundial. Com a finalidade de atingir temperaturas de −75°C, Linde empregou em 1912 o 2NO , em 1916 o 62 HC , chegando a usar até mesmo o 83HC (propano). Em 1928 a GM organizou uma equipe de pesquisadores formada principalmente por HENNE, com o objetivo da obtenção de um fluído frigorígeno seguro. Em abril de 1930, Midgley apresentou o diclorodifluormetano, em um congresso da American Chemical Society. Em 1931, a Kinet Chemical, fundada conjuntamente pela General Motors e pela Dupont, lançava o Freon 12 (F-12), em 1932 o F-11, F-113 e o F-114 e em 1935, surgiu o F- 22. Na Europa, a Hoestch, com a marca Frigen passou à fabricação destes compostos. No entanto, foi somente depois de 1945 que estes compostos foram verdadeiramente desenvolvidos e aperfeiçoados. 3.0 - CARACTERÍSTICAS Para que uma substância possa classificar-se como fluído frigorígeno, deve preencher satisfatoriamente, uma série de requisitos como permitir um bom rendimento do ciclo de refrigeração, uma razoável segurança, disponibilidade no mercado e um baixo custo. 3.1 - Rendimento do ciclo O fluído frigorígeno é um agente importante para que o ciclo real de refrigeração se aproxime do ideal, ou seja, segundo o ciclo de Carnot, que podem ser calculados da seguinte maneira: EVCD EV carnot carnot ciclo TT T JxC Q − =⇒=⇒= εε ε εη (01) onde, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato - cicloη é o rendimento do ciclo; - ε é a eficiência do ciclo real; - carnotε é a eficiência do ciclo de Carnot; - EVT é a temperatura de ebulição; - =EVT temperatura de condensação; - Q é o calor absorvido no evaporador; - C é o trabalho de compressão; - J é o equivalente calorífico do trabalho: mKgf Kcal .427 1 . A análise pode ser feita diretamente, através de um diagrama PH ou TS, ou ainda pela equação prática de Plank (1940): )( )( )( )( 2 11 0 0 1 EVCD pCD EV EVCDCD EVS EVCDciclo TT C Cv CC C T T TTT TT TT −− ⋅ ++ −⋅ − ⋅−⋅−=η (02) onde, - ST é a temperatura de sub-resfriamento; - 1C é o calor específico do vapor; - 0C é o calor específico do líquido; - pC é o calor específico do vapor superaquecido à pressão constante; - VC é o calor de vaporização. Figura 1 - Diagrama TS genérico. Ciclo ideal →→ a-c-d-g-a Ciclo real →→ b-c-e-f-g-b Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS Faculdade de Engenharia - FENG Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO Prof. Dr. Paulo Renato O afastamento do ciclo real em relação ao ideal aumenta com a diferença das temperaturas EVCD TT − . O sub-resfriamento é tanto mais vantajoso, quanto menor for o valor de 1C e maior a diferença entre as temperaturas EVCD TT − . 3.2 - Características físicas e químicas Um fluido frigorígeno deverá também apresentar as seguintes características, em relação as suas propriedades físicas e químicas: - ser quimicamente inerte; - ser miscível com água; - apresentar boa transmissibilidade térmica; - ter baixa viscosidade; - utilizar baixas relações pressão para o desenvolvimento do ciclo de operação; - ter pressão de saturação não inferior à atmosférica; - ter pressão e temperatura de descarga não muito elevadas; - ter um valor de ( Cv Cp ) próximo de 1; - ter temperatura de solidificação inferior à menor temperatura do ciclo; - não ser miscível com óleo lubrificante; - ter elevado γ⋅Cv afim reduzir seus componentes, em especial o compressor. 3.3 - Segurança Em relação a segurança, os fluidos frigorígenos deverão ser: - não inflamáveis; - não explosivos;
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