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FEMEC/UFU – CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA – REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. Orosimbo Andrade de Almeida Rego
09 - EXERCÍCIO SOBRE CARGA TÉRMICA DE REFRIGERAÇÃO
FEMEC/UFU – CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA – REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. Orosimbo Andrade de Almeida Rego
Calcular a Carga Térmica do Frigorífico
Dados:
• Local- - São Paulo
• Abate – 300 cabeças/dia realizado em uma hora
• Carga na Câmara de Resfriamento – Abate de 01 dia – Resfriamento em 24h
• Carga no Túnel de Congelamento – Abate de 01 dia – Congelamento em 24h
• Carga na Estocagem de Resfriado – Abate de 02 dias
• Carga na estocagem de Congelado – Abate de 06 dias
FEMEC/UFU – CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA – REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. Orosimbo Andrade de Almeida Rego
CARGA TÉRMICA DE CONDUÇÃO E INSOLAÇÃO
24... cfiec TTTAUQ
iso
iso
l
KU Desprezando as resistências térmicas de convecção
C.h.m
kcal 0,136U
2 Paredes e Teto de Painéis Frigoríficos
Desconsiderando o calor de condução pelo piso
Qc = 0,136.[16.5.(31+2-0) + 14.5.(-30-0) + 16.5.(15-0) + 14.5.(15-0) + 14.16.(31-0)].24 = 31772 kcal/dia
1 – Câmara de Resfriamento – T = 0°C
Temperatura Externa e Insolação Te = 31°C, TBU = 24°C ΔTins = 2°C
São Paulo e Paredes Claras
Teto com Ático Ventilado
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2 – Túnel de Congelamento – T = -30°C
Qc = 0,136.[16.5.(31+2-(-30)) + 14.5.(15-(-30)) + 16.5.(15-(-30)) + 14.5.(0-(-30)) + 14.16.(31-(-30))].24 = 89936 kcal/dia
3 – Câmara de Estocagem de Carne Resfriada – T = 0°C
Qc = 0,136.[32.5.(15-0) + 14.5.(15-0) + (32.5-10.4).(31+2-0) + 10.4.(15-0) + 14.5.(15-0) + 14.32.(31-0)].24 = 75147 kcal/dia
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4 – Câmara de Estocagem de Carne Congelada – T = -20°C
Qc = 0,136.[18.10.(31+2-(-20)) + 32.10.(31-(-20)) + 18.10.(31+2-(-20)) + 32.5.(15-(-20)) + 32.5.(31-(-20))
+ 18.32.(31-(-20)].24 = 256341 kcal/dia
INSOLAÇÃO
5 – Túnel de Choque Térmico da Carcaça – T = -40°C
Qc = 0,136.[((20+5).2.5 + 5.20).(15-(-40))].24 = 2618 kcal/dia
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6 – Sala de Abate – T = 15°C
Qc = 0,136.[24.5.(31+2-15) + 28.5.(0-15) + 24.5.(31+2-15) + 32.5.(31-15) + 24.32.(31-15)].24 = 55710 - 2618 = 53092 kcal/dia
7 – Corredor – T = 15°C
Qc = 0,136.[16.5.(0-15) + 16.5.(-30-15) + 32.5.(0-15) + 32.4.(31-15)].24 = -16816 kcal/dia
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8 – Corredor – T = 15°C
Qc = 0,136.[4.5.(31+2-15) + 32.5.(-20-15) + 14.5.(-30-15) + 14.5.(0-15) + 4.32.(31-15)].24 = -24127 kcal/dia
Carga Térmica Total de Condução e Insolação = 31772+89936+75147+ 256341+2618+53092-16816–24127+5927 = 473890 kcal/dia
9 – Expedição – T = 15°C
Qc = 0,136.[4.10.(0-15) + 4.4.(31-15) + 14.4.(31+2-15) + 4.4.(31-15) + 4.14.(31-15)].24 = 5927 kcal/dia
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v b h h T TE C E 0 7 1, . . . . /
ieEEi hhVQ ..
ZVnV cfE ..
CARGA TÉRMICA DE INFILTRAÇÃO
V v tE E .
EXTERIOR – Te = 31°C; Tbu = 24ºC; Φ = 60%; he = 75,9 kJ/kg; ρe = 1,025 kg/m3
CORREDOR – Te = 15°C; Φ = 80%; he = 38,77 kJ/kg; ρe = 1,096 kg/m3
Z n
CÂMARAS FRIAS – Φ = 80%
Portas
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1. Câmara de Resfriamento – T1 = 0°C; Φ = 80%; h1 = 8,31 kJ/kg; ρ1 = 1,167 kg/m3
Vcf = 16.14.5 = 1120 m3 n = 2,34 e Z = 1
Ve = 2,34.1120.1 = 2620,8 m3/dia
Qi = 2620,8.1,096.(38,77 - 8,31) = 87493 kJ/dia = 20931 kcal/dia
2.Túnel de Congelamento – T2 = -30°C; h2 = -29,65 kJ/kg; ρ1 = 1,318 kg/m3
Vcf = 16.14.5 = 1120 m3 n = 1,83 e Z = 1
Ve = 1,83.1120.1 = 2049,6 m3/dia
Qi = 2049,6.1,096.(38,77 –(-29,65)) = 153696 kJ/dia = 36769 kcal/dia
3.Câmara de Estocagem de Carne Resfriada – T3 = 0°C; h3 = 8,31 kJ/kg; ρ3 = 1,167 kg/m3
Vcf = 32.14.5 = 2240 m3 n = 1,591 e Z = 1
Ve = 1,591.2240.1 = 3566 m3/dia
Qi = 3566.1,096.(38,77 –8,31) = 119048 kJ/dia = 28480 kcal/dia
4.Câmara de Estocagem de Carne Congelada – T4 = -20°C; h4 = -18,74 kJ/kg; ρ4 = 1,265 kg/m3
Vcf = 18.32.10 = 5760 m3 n = 1,201 e Z = 0,6
Ve = 1,201.5760.0,6 = 4151 m3/dia
Qi = 4151.1,096.(38,77 –(-18,74)) = 261641 kJ/dia = 62594 kcal/dia
Z n
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5.Túnel de Choque Térmico das Carcaças – T5 = -40°C; h5 = -40,02 kJ/kg; ρ5 = 1,375 kg/m3
2 portas de 1 X 2 metros para entrada e saída das carcaças, abertas 30 segundos/dia
smvE
3865,0288/2331.2.2.1.7,0
Ve = 2.0,865.30 = 52 m3/dia
Qi = 52.1,096.(38,77-(-40,02)) = 4490 kJ/dia = 1074 kcal/dia
6.Sala de Abate – T6 = 15°C; h6= 38,77 kJ/kg; ρ6 = 1,096 kg/m3
1 porta de 1,5 X 2,2 metros para entrada do gado, aberta durante o abate (3600 segundos/dia)
smvE
3786,0304/2881.2,2.2,2.5,1.7,0
Ve = 0,786.3600 =2830 m3/dia
Qi = 2830.1,025.(75,9 – 38,77) = 107705 kJ/dia = 27767 kcal/dia
7.Corredor – T7 = 15°C; h7 = 38,77 kJ/kg; ρ7 = 1,096 kg/m3
Ve = 3,23.640.2 = 4135 m3/dia
Qi = 4135.1,025.(75,9 –38,77) = 157371 kJ/dia = 37649 kcal/dia
Vcf = 4.32.5 = 640 m3n = 3,23 e Z = 2
8.Corredor – T8 = 15°C; h8 = 38,77 kJ/kg; ρ8 = 1,096 kg/m3
Vcf = 4.32.5 = 640 m3 n = 3,23 e Z = 2
Ve = 3,23.640.2 = 4135 m3/dia
Qi = 4135.1,025.(75,9 –38,77) = 157371 kJ/dia = 37649 kcal/dia
FRIGORÍFICO
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9.Expedição – T8 = 15°C; h8 = 38,77 kJ/kg; ρ8 = 1,096 kg/m3
3 portas de 3 X 3,5, abertas 20 min/dia
smvE
3154,3304/2881.5,3.5,3.3.7,0
Ve = 3,154.3.20.60 =11354 m3/dia
Qi = 11354.1,025.(75,9 – 38,77) = 432128 kJ/dia = 103380 kcal/diaCarga Térmica Total de Infiltração = 20931+36769+28480+62594+1074+27767+37649+37649+103380 = 356293 kcal/dia
CARGA TÉRMICA DE PRODUTO
fcgcgcgentrPR TTCpLTTCpDQ ...PROPRIEDADES TÉRMICAS
DA CARNE
1. Câmara de Resfriamento – 300 cabeças/dia, Ti = 30°C; Tf = 0°C
diakcal 00687510)75.(30300.250.0,QPR
2. Túnel de Congelamento – 300 cabeças/dia, Ti = 0°C; Tf = -20°C
diakcal4728750(-20))]-0,40.(-3 54 (-3))-,75.(0300.250.[0 QPR
5. Túnel de Choque Térmico – 5mm de espessura → 1% do peso da carcaça, Ti = 30°C; Tf = -30°C
diakcal5906354] (-3))-3001.[0,75.(300.250.0, QPR
Carga Térmica Total de Produtos = 1687500 + 4728750 + 59063 = 6475313 kcal/dia
smvE
3154,3304/2881.5,3.5,3.3.7,0
Ve = 3,154.3.20.60 =11354 m3/dia
Qi = 11354.1,025.(75,9 – 38,77) = 432128 kJ/dia = 103380 kcal/dia
Cpresf = 0,75 kcal/kg.°C; Cpcong = 0,40 kcal/kg.°C; L = 54 kcal//kg: Tcong = -3°C
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CARGA TÉRMICA DE PESSOAS
tqNQ metpe ..CALOR DE METABOLISMO DAS PESSOAS
6. Sala de Abate – 40 pessoas – 2 horas/dia, T6 = 15°C
Qpes = 40.180.2 = 14400 kcal/dia
7.Corredor – 5 pessoas – 8 horas/dia, T7 = 15°C
Qpes = 5.180.8 = 7200 kcal/dia
8.Corredor – 5 pessoas – 8 horas/dia, T8 = 15°C
Qpes = 5.180.8 = 7200 kcal/dia
9.Expedição – 4 pessoas – 8 horas/dia, T8 = 15°C
Qpes = 4.180.8 = 5760 kcal/dia
Carga Térmica Total de Pessoas = 14000 + 7200 + 7200 + 5760 = 34560 kcal/dia
Qmet = 180 kcal/h.pessoa
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CARGA TÉRMICA DEVIDO À ILUMINAÇÃO
tWQil ..86,0 AwW .
Câmaras e |Túneis – Iluminação e Lâmpadas Germicidas – 1W/m2 – 24h/dia
Corredores e Expedição – 5W/m2 – 8h/dia
Abate – 10W/m2 – 2h/dia
1. Câmara de ResfriamentoQil = 0,86.14.16.1.24 = 4623 kcal/dia
2. Túnel de CongelamentoQil = 0,86.14.16.1.24 = 4623 kcal/dia
3.Câmara de Estocagem de Carne ResfriadaQil = 0,86.14.32.1.24 = 9246 kcal/dia
4.Câmara de Estocagem de Carne CongeladaQil = 0,86.32.18.1.24 = 11889 kcal/dia
5. Túnel de Choque Térmico da CarcaçaQil = 0
Qil = 0,86.24.32.10.2 = 13210 kcal/dia6. Sala de Abate
Qil = 0,86.4.32.5.8 = 6385 kcal/dia
7.Corredor
8.Corredor
Qil = 0,86.4.32.5.8 = 6385 kcal/dia
Qil = 0,86.4.14.5.8 = 1926 kcal/dia
9.Expedição
Carga Térmica de Iluminação = 4623 + 4623 + 9246 + 11889 + 13210 + 6385 + 6385 + 1926 = 58287 kcal/dia
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CARGA TÉRMICA DEVIDO AOS MOTORES DOS VENTILADORES
motmotventmot
tCVPQ
.632
).(.
Motores dos Ventiladores de ½ a 1 CV (Pequena Carga Térmica) → ηmot = 0,70
de 1 a 5 CV (Grande Carga Térmica) → ηmot = 0,78
TRCVaP estventmot 6,04,0..
eqmotiilipeipriiiciaprox QQQQQQCT .......
1. Câmara de Resfriamento – Tempo de funcionamento 22h/dia
TR 23,31 dia
kcal 1692125 4623 1687500 20931 31772CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.23,31 = 12CV
Qmot = 12.632.22/0,78 = 213907 kcal/dia
2. Túnel de Congelamento – Tempo de funcionamento 22h/dia
TR 67 dia
kcal 4860078 4623 4728750 36769 89936 CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.67 = 33,5CV
Qmot = 33,5.632.22/0,78 = 597159 kcal/dia
3. Câmara de Estocagem de Carne Resfriada – Tempo de funcionamento 22h/dia
Pmot(CV) = 0,5.1,56 = 0,78CV
TR 1,56 dia
kcal 112873 9246 28480 75147 CTaprox
Qmot = 0,78.632.22/0,78 = 13904 kcal/dia
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4. Câmara de Estocagem de Carne Congelada – Tempo de funcionamento 22h/dia
TR 4,56 dia
kcal 330824 11889 62594 256341 CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.4,56 = 2,28CV
Qmot = 2,28.632.22/0,78 = 40642 kcal/dia
5. Túnel de Choque Térmico das Carcaças – Tempo de funcionamento dos ventiladores 1,5h/dia (Aula 06)
TR 0,86 dia
kcal 62755 59063 1074 2618 CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.0,86 =0,43CV
Qmot = 0,43.632.1,5/0,78 = 523 kcal/dia
6. Sala de Abate – Tempo de funcionamento dos ventiladores 22h/dia
TR 1,49 dia
kcal 108469 13210 14400 27767 53092 CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.1,49 = 0,75CV
Qmot = 0,75.632.22/0,70 = 14897 kcal/dia
7. Corredor – Tempo de funcionamento dos ventiladores 22h/dia
TR 0,47 dia
kcal 34418 6385 7200 3764916816- CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.0,47 = 0,24CV
Qmot = 0,24.632.22/0,70 = 4767 kcal/dia
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8. Corredor – Tempo de funcionamento dos motores dos ventiladores 22h/dia
TR 0,37 dia
kcal 27107 6385 . 7200 37649 24127- CTaprox
Pmot(CV) = 0,5.0,37 = 0,19CV
Qmot = 0,19.632.22/0,70 = 3774 kcal/dia
9. Expedição – Tempo de funcionamento dos motores dos ventiladores 22h/dia
Pmot(CV) = 0,5.1,61 = 0,81CV
TR 1,61 dia
kcal 116993 1926 5760 103380 5927 CTaprox
Qmot = 0,81.632.22/0,70 = 16089 kcal/dia
Carga Térmica dos Motores dos Ventiladores = 213907 + 597159 + 13904 + 40642 + 523 + 14897 + 4767 + 3774 + 16089 = 905662 kcal/dia
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PLANILHA DA CARGA TÉRMICA
24
.n
CTPf
CÂMARA TEMP ºC CONDUÇÃO INFILTRAÇÃO PRODUTO PESSOAS ILUMINAÇÃO MOTORES CARGA TÉRMICA (DIA)
CARGA TÉRMICA (TR)
TEMPO DE FUNCIONAMENTO
(H/DIA)
POTÊNCIA FRIGORÍFICA
(TR)
1 0 31772 20931 1687500 0 4623 213907 1958773 26,99 22 29,44
3 0 75147 28480 0 0 9246 13904 126777 1,75 22 1,91
6 15 53092 27767 0 14400 13210 14897 123366 1,70 22 1,85
7 15 -16816 37649 0 7200 6385 4767 39185 0,54 22 0,59
8 15 -24127 37649 0 7200 6385 3774 30881 0,43 22 0,47
9 15 5927 103380 0 5760 1926 16089 133082 1,83 22 2,00
AT 124995(5,18%)
255856(10,61%)
1687500(69,96%)
34560(1,43%)
41775(1,73%)
267338(11,08%)
2412024(100%)
33,23(29,05%)
2 -30 89936 36769 4728750 0 4623 597159 5457237 75,19 22 82,03
4 -20 256341 62594 0 0 11889 40642 371466 5,12 22 5,58
5 -40 2618 1074 59063 0 0 523 63278 0,87 1,5 13,95
BT 348895(5,92%)
100437(1,70%)
4787813(81,25%)
016512
(0,28%)638324
(10,83%)5891981(100%)
81,18(70,95%)
Total 473890(5,70%)
356293(4,29%)
6475313(77,97%)
34560(0,42%)
58287(0,70%)
905662(10,90%)
8304005(100%)
114,41100%
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Acréscimo devido a Insolação em °C
Orientação da Parede Escura Média Clara
SE 4.5 2.5 1.5
E 6 3.5 2
NE 3.2 2 1
NE 1 0.2 -
NO 3.2 2 1
O 6 3.5 2
SO 4.5 2.5 1.5
Forro 10 6 3.5
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Z = Fator de movimentação nas câmarasZ = 1 ; circulação normal (câmaras de resfriamento, túnel de congelamento, estocagem de resfriado e etc…)Z = 0,6 ; baixa circulação (estocagem de congelado)Z = 2 ; alta circulação ( plataformas de expedição e descarga, abate, desossa, corredores de circulação e etc…)
VOLTAR
FATOR DE MOVIMENTAÇÃO NAS CÂMARAS - Z
VOLTAR 2
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VOLUME DA CÂMARA (M3)
T < 0°C T ≥ 0°C
7 29 38
8,5 26,2 34,5
11,5 22,5 29,5
14 20 26
17 18 23
23 15,3 20
28 13,5 17,5
42 11 14
57 9,3 12
85 8,1 9,5
115 7,4 8,2
140 6,3 7,2
170 5,6 6,5
230 5 5,5
420 3,8 3,9
570 2,6 3,5
700 2,3 3
850 2,1 2,7
1150 1,8 2,3
1400 1,5 2
2000 1,3 1,6
40000 0,2 0,3
Tabela 3 - Número diário de trocas de ar ( /dia)
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NÚMERO DE TROCAS DIÁRIAS DO AR NAS CÂMARAS - n
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FEMEC/UFU – CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA – REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. Orosimbo Andrade de Almeida Rego
PRODUTO CALOR ESPECÍFICO(KCAL/KG.°C)
CALOR DE SOLIDIFICAÇÃO
(KCAL/KG)
TEMPERATURA DE
CONGELAMENTO(°C)RESFRIADO CONGELADO
ABACAXI 0,90 0,50 71 -2
BATATAS 0,80 0,42 58 -1,7
BOI 0,75 0,40 54 -3
PORCO 0,72 0,40 52 -2
LARANJA 0,92 0,47 68 -2,2
LEITE 0,94 0,49 70 0
PEIXE 0,82 0,41 58 -2
QUEIJO 0,64 0,36 43 -10
SORVETE 0,78 0,45 26 -5
PROPRIEDADES TÉRMICAS DE ALIMENTOS
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FEMEC/UFU – CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA – REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Prof. Orosimbo Andrade de Almeida Rego
Temperatura (°C) Calor de Metabolismo (kcal/h.pessoa)
≥ 10 180
4 215
-1 240
-7 265
-12 300
-18 330
-24 360
CALOR DE METABOLISMO DE PESSOAS
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