PIR – Projeto de câmaras frias

Olá alunos, vejam como realizar um projeto de câmara fria de pequeno porte.

NOVO VÍDEO PASSO A PASSO

VEJA COMO SE ESTIMA A CARGA TÉRMICA DE UMA CÂMARA FRIA PARA CONGELADOS:

BASEADO NA APOSTILA DO PROF. ROGÉRIO VILAIN – VER AQUI

Click to access Apostila_projeto_camaras.pdf

PLANILHA DE ESTIMATIVA DE CARGA TÉRMICA XLS

pir_planilha_2008_exemplo_frutas_verduras-exemplo-para-aula

===================================================================================================

PROJETO FINAL – PIR – CÂMARA FRIA

DESENVOLVA O PROJETO FINAL CONFORME INSTRUÇÕES ABAIXO:

1- Um dono de supermercado deseja construir uma câmara fria de 8m x 4m x 3m para armazenagem de CARNE. A CARNE chega do distribuidor a uma temperatura de -10 graus Celsius e precisa ser conservado a uma temperatura de 20 graus negativo. A densidade do produto ou movimentação diária do frango é de 100 kg por metros quadrados.

2- Uma empresa deseja resfriar uma quantidade diária de 2000 kg de maçã. A Temperatura de entrada do produto de + 15 ^oC. A temperatura interna da câmara deve ser 2 graus Celsius. A cidade é Florianópolis. A densidade de iluminação é de 15W/m2. O número de pessoas trabalhando na câmara é de 2 pessoas por um período de 6 horas. A temperatura externa do ar é de 32 graus Clesius e a UR é de 50% para o verão.Estime a carga térmica e selecione os componentes. Elabore um memorial descritivo simplificado. Represente a planta baixa da câmara e uma vista frontal mostrando a posição da unidade evaporadora e unidade condensadora.

3- Uma empresa deseja resfriar uma quantidade diária de 3000 kg de maçã. A Temperatura de entrada do produto de + 15 ^oC. A temperatura interna da câmara deve ser 2 graus Celsius. A cidade é Florianópolis. A densidade de iluminação é de 15W/m2. O número de pessoas trabalhando na câmara é de 2 pessoas por um período de 6 horas. A temperatura externa do ar é de 32 graus Clesius e a UR é de 50% para o verão.Estime a carga térmica e selecione os componentes. Elabore um memorial descritivo simplificado. Represente a planta baixa da câmara e uma vista frontal mostrando a posição da unidade evaporadora e unidade condensadora.

4- Um dono de supermercado localizado em Florianópolis deseja construir uma câmara fria de 5m x 3m x 3m para armazenagem de frango congelado. O frango chega do distribuidor a uma temperatura de -15 graus Celsius e precisa ser conservado a uma temperatura de -20 graus Celsius. A densidade do produto ou movimentação diária do frango é de 100 kg por metros quadrados. Estime a carga térmica e selecione os componentes. Considere 2 pessoas na câmara durante 6 horas por dia e uma densidade de iluminação de 15W por metros quadrados. Elabore um memorial descritivo simplificado. Represente a planta baixa da câmara e uma vista frontal mostrando a posição da unidade evaporadora e unidade condensadora.

===============================================================================

SOLUÇÃO PASSO A PASSO

1- Determine qual a capacidade de armazenamento da câmara

2- Determine qual a espessura e o tipo de isolamento

3- Calcule quantos painéis de isolamento são necessários.

4- Determine a temperatura interna da câmara e as temperaturas de evaporação e condensação do sistema.

5- Determine a capacidade exigida do equipamento de refrigeração utilizando a planilha de carga térmica. Considere que o degelo da câmara é elétrico.

CARGA TÉRMICA ESTIMADA EM = ___________________kcal/h

6- Selecione a unidade evaporadora utilizando-se dos catálogos disponíveis na apostila.

7- Selecione a unidade condensadora utilizando-se dos catálogos disponíveis na apostila.

8- Selecione a Válvula de expansão termostática

9- Determine os diâmetros das linhas de líquido (entrada do evaporador) e de vapor (entrada do compressor).

10- Desenhe o diagrama unifilar com os acessórios da instalação e a câmara fria no AUTOCAD identificando: a) filtro secador; visor de líquido; válvula solenoide; válvula de expansão; separador de líquido; acumulador de sucção; termostato; pressostato.

camara-3d

===============================================================================

11- Escreva o Memorial Descritivo conforme o Modelo:

https://blogdesenhotecnico.wordpress.com/pir-projeto-de-camaras-frias/modelo-de-memorial-descritivo-para-camara-fria/

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

EXEMPLO RESOLVIDO:

CONSIDERE COMO EXEMPLO 1 – PARA FINS DO PROJETO FINAL

Um dono de supermercado deseja construir uma câmara fria de 8m x 4m x 3m para armazenagem de frango congelado. O frango chega do distribuidor a uma temperatura de -10 graus Celsius e precisa ser conservado a uma temperatura de 20 graus negativo. A densidade do produto ou movimentação diária do frango é de 100 kg por metros quadrados.

1- Determine qual a capacidade de armazenamento da câmara

R. A área da câmara é de 32 metros quadrados (8m x 4m = 32m2). Se a densidade tabelada é de 100 kg por metros quadrados tem-se uma regra de três simples para determinar a quantidade de frango estocada:

100 kg = 1 metro quadrado

x kg = 32 metros quadrados

x= 32 . 100 = 3200 kg

2- Determine qual a espessura e o tipo de isolamento

Nas tabelasTabela 2.3 e 2.5 disponíveis na página 15 da apostila (link acima) tem-se que para CONGELADOS deve se utilizar o isolante POLIURETANO (PUR) com 6 polegadas de espessura. Lembre-se que 6 x 25,4mm = 152,4mm ou 15cm de paredes.

3- Calcule quantos painéis de isolamento são necessários.

Lembre-se que cada painel de PUR para encaixar tem uma largura de 1,20 metros. Você precisa calcular os encaixes necessários para construção das 4 paredes, do teto e do piso.

4- Determine a temperatura interna da câmara e as temperaturas de evaporação e condensação do sistema.

Para congelados – utilizamos temperatura de -20 graus Celsius para o interior da câmara (Tabela página 15). A temperatura do fluido R404a atravessando o evaporador é de -25 graus Celsius. Já a temperatura de condensação do fluido atravessando o condensador pode ser estimada em aproximadamente 38 graus Celsius. Considere Delta T aproximado de 6 graus entre o fluido e o interior da câmara fria. Lembre-se que a Temperatura do ar externo no verão está sendo assumida como sendo 32 graus Celsius para Florianópolis.

5- Determine a capacidade exigida do equipamento de refrigeração utilizando a planilha de carga térmica. Considere que o degelo da câmara é elétrico.

Das páginas 14 a 20 você tem o passo a passo completo para calcular a carga térmica da câmara fria. Mas para fins de simplificação será utilizada a planilha disponível no link acima relacionado e disponível na página 21. Nas páginas 22 e 23 há um exercício resolvido. Para esse problema específico, veja a planilha e os resultados aproximados. Há muitas planilhas disponíveis para realização do cálculo. Veja alguns exemplos:

PLANILHA FRIGOFACIL– Desenvolvida por Ademar Evandro Rosa e Rogério Vilain

PLANILHA SIMPLIFICADA – Desenvolvida por Rogério Vilain

A planilha trabalha com algumas medidas pré-definidas. Mas permite que se calcule a carga térmica aproximada preenchendo o produto (congelados) e a movimentação diária de 3200 kg. Estima-se que essa câmara tenha uma carga térmica aproximada de 3.300 kcal/h. Utilize essa informação para selecionar as unidades evaporadoras e condensadoras.

6- Selecione a unidade evaporadora utilizando-se dos catálogos disponíveis na apostila.

Na parte de catálogos localize as tabelas a seguir (PÁGINA 69 DOS CATALOGOS HEATCRAFT) para selecionar a evaporadora modelo BME 140 (Veja que não há a carga térmica exata de 3300 kcal/h. Usamos um valor mais próximo de 3580kcal/h).

Na página 70 você encontra a resistência elétrica de degelo para esse modelo BME 140 como sendo 2730W.

7- Selecione a unidade condensadora utilizando-se dos catálogos disponíveis na apostila.

Na página 17 do catálogo de condensadoras (ou 92 da apostila completa) você tem para R404A o modelo MHN040X6. Tem que entrar com a temperatura aproximada da evaporação, com a temperatura do ar externo de 32 graus Celsius e escolher uma capacidade aproximada de carga térmica em kcal/h. No caso usamos 3646.

8- Selecione a Válvula de expansão termostática

Na apostila – página 124 você pode acessar o catálogo para fluido R404A. Para temperatura de evaporação aproximada entre -20 e -30. No caso usei -30 encontramos a capacidade de refrigeração (carga térmica em TR) aproximada de 1,0 a 1,4TR e obtemos a válvula olhando para a esquerda. Nesse caso podemos usar a válvula de expansão termostática de equalização externa TADX 2,6. Veja que nesse catálogo você tem os diâmetros das conexões adequadas.

9- Determine os diâmetros das linhas de líquido (entrada do evaporador) e de vapor (entrada do compressor).

Para a sucção, considere um comprimento equivalente de linha de 15m. Decorrente do comprimento da tubulação e dos acessórios. Veja que é uma aproximação. Entre com a temperatura de evaporação aproximada e com a capacidade de refrigeração (carga térmica aproximada de 3750kcal/h e obtenha o diâmetro da tubulação de sucção como sendo 7/8 polegadas ou 22,2 mm. A conta é realizada da seguinte forma: 7 x 25,4 / 8 = 22,2 mm.

Para a linha de líquido você pode utilizar um diâmetro ligeiramente menor, já considerando as conexões da Válvula de Expansão Termostática. No catálogo a seguir você pode dimensionar a linha de líquido.

Click to access Dimensionamento_tubo.pdf

10- Desenhe o diagrama unifilar com os acessórios da instalação e a câmara fria no AUTOCAD

a) filtro secador

b) visor de líquidos

c) válvula solenoide

d) válvula de expansão

e) separador de líquido

f) acumulador de sucção

g) termostato

h) pressostato

=================================================================================================

ESTIMATIVA DA CARGA TÉRMICA DA CÂMARA FRIA:

Parcelas de carga térmica
Uma câmara fria ganha calor devido à infiltração de ar quente e úmido durante a abertura das portas para entrada e saída de alimentos, devido à transmissão através das paredes, piso e teto, devido à presença de pessoas e máquinas internas; devido à iluminação; devido ao produto que é armazenado. A seguir, vamos detalhar cada uma destas parcelas.

Parcela de transmissão

Corresponde à quantidade de calor transmitida por condução através de paredes, tetos e pisos. Esta carga depende da área de troca, ou seja, a superfície total submetida à troca de calor. É importante um cuidado especial na escolha da espessura do isolamento térmico, de forma que a superfície do lado quente não atinja um valor baixo, pois poderá ocorrer uma condensação de vapor de água.

Parcela de Infiltração

É a parcela correspondente ao calor do ar que atinge a câmara através de suas aberturas. Toda vez que a porta é aberta, o ar externo penetra no interior da câmara, representando uma carga térmica adicional. Em câmaras frigoríficas com movimentação intensa e com baixa temperatura, este valor aumenta tremendamente. Nesse caso, é fundamental a utilização de um meio redutor desta infiltração, tais como uma cortina de ar ou de PVC (em alguns casos, é recomendável a utilização das duas soluções em conjunto).

Parcela do Produto:

É a parcela correspondente ao calor devido ao produto que entra na câmara, sendo composto das seguintes partes: calor sensível antes do congelamento (resfriamento); calor latente de congelamento; calor sensível após o congelamento (congelamento); calor de respiração (só para frutas). O produto que entra na câmara deve ser resfriado até a temperatura de condicionamento, num tempo que é chamado de tempo de condicionamento. Temos duas condições a considerar: na primeira, o produto deverá ser congelado e, na segunda, deve ser resfriado. Na primeira condição o produto será primeiro resfriado, depois congelado e depois resfriado novamente. Há troca de calor sensível e latente. Na segunda condição, há apenas troca de calor sensível.

Parcela decorrente de cargas diversas:

É a parcela de carga térmica devido ao calor gerado por iluminação, pessoas, motores e outros equipamentos. Os motores dos forçadores de ar são fontes de calor e também, de consumo de energia elétrica. Dentro do possível, deverão ser previstos meios de variar a vazão de ar em função da necessidade de carga térmica do sistema. Isso pode ser feito com a utilização de variadores de freqüência ou de motores de dupla velocidade.

O cálculo de carga térmica é efetuado para um período de 24 h. Entretanto, devemos considerar um período de 16 a 20 horas de operação dos equipamentos, de forma a possibilitar o degelo, as eventuais manutenções e, também, possíveis sobrecargas de capacidade. Normalmente utiliza-se o cálculo para 18 horas de funcionamento.

===========================================================================

Exemplo Resolvido 1:

Estime a carga térmica de uma câmara para a seguinte situação: Uma empresa deseja resfriar uma quantidade diária de 1000kg de lixo. A Temperatura de entrada do produto de + 32 ^oC. Assumir uma taxa de iluminação de 10 W/m²(mínimo de 100W); pessoas = 1 pessoa durante 2 horas dentro da câmara; cidade de Florianópolis.

Para esse produto, a temperatura interna recomendada é de +2^oC.

A Localidade é Florianópolis, cujas condições de verão são de 32 ^oC e umidade relativa de 60%. Para esse tipo de produto recomenda-se uma densidade de estocagem de 10 kg por metros quadrados (movimentação diária). Logo, fazendo-se uma regra de três, tem-se que a área da câmara é de 10 metros quadrados. Podemos definir as medidas da câmara como sendo de 2m por 5m. Considere H = 2,5m. A área superficial da câmara é calculada a partir da soma das 6 faces da câmara (4 paredes, teto e piso). Esse valor total é de 55 metros quadrados. A diferença de temperatura entre o meio externo e o meio interno é de 30 graus.

A espessura do isolamento é obtida da tabela que recomenda o uso de poliestireno EPS de 4 polegadas para essa aplicação. Observamos que, para câmaras pequenas, considera-se que o movimento diário é igual à quantidade armazenada. O preenchimento da segunda parte da planilha de carga térmica é iniciado calculando-se as seis parcelas: penetração de calor pelas paredes, infiltração, produto, iluminação, motores e pessoas.

Para estimarmos a penetração, basta utilizarmos a equação de Fourier com um diferencial de temperatura de 30 graus, espessura de 0,10m e k = 0,025kcal/h.m^oC. Fazendo-se os cálculos obtém-se uma carga térmica de 9.900kcal em 24 horas. Ou seja, essa é a energia que penetra na câmara através das superfícies, mesmo sendo o isolamento de elevada qualidade. A área superficial utilizada é a obtida pela soma das áreas das 6 faces da câmara. Também pode ser calculado pela expressão: Q = U.A.Delta T.

Para o cálculo da infiltração, considera-se que o calor removido para essa faixa de temperatura é de 17 kcal por metro cúbico, conforme recomendado pela tabela. para as condições internas de armazenamento. O volume da câmara é de 25 metros cúbicos. O valor de “n” a ser utilizado na Equação é obtido na Tabela para câmara com temperatura interna maior que zero grau.

Já a carga térmica decorrente do produto é apenas sensível, uma vez que o lixo não é congelado. O calor específico do lixo é encontrado na Tabela como sendo 0,80 kcal/kg^oC.

Para o cálculo da parcela devido à iluminação, considera-se uma potência de 100W instalada. Mas no cálculo é preciso considerar a lâmpada acesa apenas durante o tempo de permanência do operador da câmara, que é de duas horas. Para o cálculo considerando-se a conversão para kcal, tem-se:

Q = 100. 2. 3,6/4,186 = 172 kcal

Já para estimar a carga térmica devido à pessoa, utilizamos a tabela, que fornece a informação de que uma pessoa libera 235 kcal por hora.

A carga térmica devido ao motor do forçador de ar é obtida, de forma aproximada, a partir da Tabela.

Para câmaras com temperatura interna acima de 2^oC, normalmente utiliza-se degelo natural e número de horas de funcionamento como sendo 16h. Já para temperaturas internas abaixo de 2^oC, utiliza-se número de horas de 20h. A planilha é então preenchida e obtemos como carga térmica 2768 kcal/h.

Veja os resultados na Tabela de carga térmica.

==============================================================================

Exemplo Resolvido 2:

Uma empresa deseja resfriar uma quantidade diária de 3350 kg de maçã. A Temperatura de entrada do produto de + 25 ^oC. A temperatura interna da câmara deve ser ZERO grau Celsius. A cidade é São Joaquim. A densidade de iluminação é de 15W/m2. O número de pessoas trabalhando na câmara é de 2 pessoas por um período de 6 horas. A temperatura externa do ar é de 32 graus Clesius e a UR é de 50% para o verão.

a) A taxa de recomendação diária é de 80 kg/m2. Logo, a área do piso é calculada como sendo 3.350 / 80 = 42 metros quadrados. A câmara poderá ter medidas de 7m x 6m x 3m de altura.

b) Os paineis podem ser escolhidos considerando-se POLIURETANO – modelo Frigo Painel – DÂNICA – espessura de 70mm. Poderia-se utilizar também EPS de 4 polegadas ou 100 mm.

c) O número de paineis é calculado a partir da definição do tamanho total da câmara como sendo.

7m precisam de 6 paineis (de 3m de altura cada) para cada um dos 2 lados = 12

6m precisam de 5 paineis (de 3m de altura cada) para cada um dos 2 lados = 10

O teto precisa de 6 paineis de 6m de comprimento

O piso preciso de 6 paineis de 6m de comprimento.

d) Para estimarmos a carga térmica devido à transmissão pelas paredes, piso e teto, basta utilizarmos a equação:

Considere área de troca = 2 x ( 3 x 6) + 2 x ( 3 x 7) + 2 x (7 x 6) = 162 metros quadrados

Considere U = 0,2838

Q = U. A. (Te – Ti) = 0,2838 . 162 . (30 – 0 ) = 1362Watt

Convertendo temos: Q = 1362W . 0,86 . 24 = 28116 kcal

Considerou-se um período de 24 horas de uso para conversão para kcal, uma vez que Watts é Joule por segundo.

e) Considerando que a câmara está sendo construída dentro de um supermercado não há carga de radiação.

f) A infiltração do ar é calculada como sendo:

Q = n . Volume . Qremovido = 87 . 126 . 15,5 = 169911 kcal

O valor de 15,5 é o número de trocas para essa condição – valor tabelado.

g) Carga térmica devido às pessoas:

Q = 2 pessoas . 6 horas . 235 kcal/ h = 2820 kcal

h) Carga térmica devido aos motores dentro da câmara:

Q = Volume . 120 = 126 x 120 = 15120 kcal.

i) Carga térmica devido à iluminação:

Q = 15 . 42 = 630 W

que convertidos fornece:

Q = 630 . 0,86 . 6 = 3251 kcal.

Lembre-se que são só 6 horas de permanência com lâmpadas ligadas.

j) Carga térmica devido ao produto:

Q1 = m. c. Delta T = 3350 . 0,91 . (25 – 0) = 76212 kcal

Não se deve congelar a maçã.

Calcule agora a carga térmica total somando-se todas as parcelas. Faça a consideração da carga de degelo dividindo o valor por 20 para degelo elétrico.

===========================================================================

Pode-se também utilizar ao programa SOFTWARE SR2011 DA HEATCRAFT

http://heatcraft.com.br/index.php/br/software/selection-software

http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/images/b/bc/SetupSR2011.exe

Dados gerais da instalação – sugestão:

Modelo da unidade evaporadora: Heatcraft BME 310

Potência elétrica das resistências = 7,7kW

Modelo da unidade condensadora: Heatcraft FRM 500h2dh

Válvula de expansão: TADX 4 – Emerson – Equalização externa – diâmetro de entrada 1/2″ e de saída 5/8″

Linha de sucção = diâmetro de 7/8″

Linha de líquido = diâmetro de 3/8″

Visor de líquido – Emerson Modelo VU10 3/8″ S

Filtro secador – Emerson – ADK 033S

Parte elétrica: O quadro elétrico empregado será do tipo trifásico 380V, de onde partirá a alimentação para a condensadora. As resistências de degelo serão também trifásicas 380V. Os ventiladores e evaporador serão alimentados por rede monofásica de 220V. Todos os equipamentos deverão ser protegidos por disjuntores, fusíveis e relés térmicos e acionados através por contactoras.

Diagrama de força: