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SÃO LEOPOLDO
2011/2
OBJETIVO
1 – Dimensionar a potência frigorífica necessária para uma câmara de armazenamento de
carne bovina congelada.
Local de instalação: São Leopoldo.
Dimensões da câmara: 20m x20m x 8m.
Rotação diária do produto: 100 Toneladas.
Câmara externa com paredes claras e isolamento com poliuretano.
Piso isolado com Poliestireno (temperatura do solo = 22°C).
Orientação da Câmara:
Portas da Câmara:
Dimensões: 2,5m x 3,0m (Altura).
Quantidade: 2.
Temperatura de entrada do produto: -10°C.
Taxa de Iluminação: 10W/m².
Operadores:
Tempo de permanência: 5 h.
Quantidade: 3 pessoas.
Empilhadeiras:
Potência Unitária: 5,6 KW.
Quantidade: 3.
Tempo para o processo de resfriamento: 15 h.
Tempo de operação: 18 h.
2 – Analisar o consumo de energia para 8760 horas/ano (equivalente a 1 ano).
A análise deve levar em consideração duas variáveis:
- A espessura do isolante: considerar espessuras comerciais, 100mm, 150mm e 200mm.
- O tempo de abertura das portas da câmara frigorífica: Considerar respctivamente, 2h, 4h e
6h.
METODOLOGIA
Tendo todos os dados de entrada do projeto, os mesmo foram inseridos em uma planilha
eletrônica confeccionada especialmente para este projeto. A planilha foi formulada de modo a
auxiliar nos cálculos que deveriam ser feitos, permitindo assim realizar todas as iterações
obtendo os valores necessários de potência e consumo, que permitissem a análise.
Os cálculos foram divididos em dimensionamento da Carga térmica necessária e
Dimensionamento dos motores da câmara frigorífica. Os dados da primeira parte alimentaram
a segunda permitindo assim a geração dos valores de potência e por conseqüência de
consumo. Estes valores foram tabelados. A tabela gerada foi utilizada para a confecção de
gráficos em cima dos quais foi analisado o consumo em função de suas principais variáveis.
| CARACTERÍSTICAS DA CÂMARA FRIGORIFICA | | |
| | | | | |
| Produto: | | | | |
| Carne Bovina Congelada | | | | |
| Produção Diária | 100 | [T] = | 100000 | [Kg] |
| Tempo p/ Resfrimento σ | 15 | h | | |
| Temperatura de entrada do Produto | -10 | [°C] | | |
| Temperatura de congelamento do Produto (TabA7.1) | -2 | [°C] | | |
| Temperatura de Estocagem (Tab A 7.1) | -20,5 | [°C] | | |
| Calor Específicico de Congelamento C2 (Tab A 7.1) | 1,71 | [KJ/Kg°C] | | |
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| Câmara: | | | | |
| Largura - L1 | 20 | m | | |
| Comprimento - L2 | 20 | m | | |
| Altura - H | 8 | m | | |
| Proteção: Sem dispositivo de Proteção | | | | |
| Instalada em São Leopoldo. | | | | |
| Define Temp.a Externa Tbs (TabA7.3) | 34 | [°C] | | |
| Temperatura de bulbo úmido Tbu (TabA7.3) | 26 | [°C] | | |
| Espessura do sitema de isolamento - L (100, 150 ou 200) mm | 100 | mm | | |
| Paredes claras e isolamento de poliuretano Kparede | 0,026 | [W/mK) | | |
| Piso isolado c/ poliestireno Kpiso | 0,037 | [W/mK) | | |
PORTAS | Altura | 3 | m | | |
| Largura | 2,5 | m | | |
| Quantidade | 2 | | | |
| Temperatura do Solo | 22 | [°C] | | |
| Temperatura Antecâmara | 7 | [°C] | | |
| Umidade Antecâmara | 75 | [°C] | | |
| Duas Porta com dimensões | 2,5 | 3 | [m] | |
| Produto entra c/ temperatura | -10 | [°C] | | |
| Tx de iluminação | 10 | [W/m2] | | |
| Três Operadores trabalham | 5 | [h/dia] | | |
| Três empilhadeiras com potência unitária: | 5,6 | KW | | |
| Tempo previto p/ processo de resfriamento | 15 | [h] | | |
| Tempo de operação | 18 | [h] | | |
| | | | | |
| Ante-Câmara: | | | | |
| Temperatura | 7 | [°C] | | |
| Umidade Relativa (Φ) | 75 | % | | |
| Carga Térmica Pelo Produto (Q'h) | | | | |
| | | | | |
| | Q1, Q2 e Q3 não necessita ser calculado pois Temperatura de entrada = -10°, abaixo. Q5
não é calculado por que produto não está embalado. Sendo temperatura de congelamento (-
2°C) maior que a t0 (-10°C). Calcular apenas parte de Q4 compreendida entre t0 (-10°C) e
temperatura de estocagem t3 (-20,5). |
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| Q4 = mc2(t0 - t3) | | | | |
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Q4= | 1795500 | [KJ] | | | |
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| Então, Q4 = Qh | | | | |
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| Q'h= Qh/3600 τ | | | | |
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Qh= | 33,25 | [KW] | | | |
| Carga Térmica por Transmição (Q't) | | | | | |
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| Q't = UA (Te - Ti) | | | | | |
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| h=1,6+0,66vel | | | | | |
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| vel interna = | 0 | m/s | | | |
| vel externa = | 3 | m/s | | | |
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| Coeficiente Global de Transcal U | | | | | |
| | | | | | |
| P/ Paredes: | | | | | |
hi= | 1,6 | W/m2K | | | | |
he= | 3,58 | W/m2K | | | | |
x= | 0,1 | m | | | | |
K= | 0,026 | W/mK | | | | |
| | | | | | |
Uparede= | 0,211 | W/m2K | | | | |
| | | | | | |
| P/ piso | | | Espessurado Piso |
hi= | 1,6 | W/m2K | | x= | 0,157 | m |
he= | 0 | W/m2K | | xcomercial= | 0,150 | m |
x= | 0,150 | m | | | | |
K= | 0,037 | W/mK | | | | |
| | | | | | |
Upiso= | 0,214 | W/m2K | | | | |
Qtpiso= | Upiso.Apiso. (Te-Ti) | | | Fator de Correção - Par. Claras |
Qtpiso= | 3633,21 | W | | |
| | | | PAREDE | Fc |
Qtpar. sul= | Uparede.Apar. sul. (Te-Ti) | | | Norte | 2 |
Qtpar. sul= | 926,22 | W | | Leste | 3 |
| | | | Oeste | 3 |
Qtpar. leste= | Uparede.Apar. leste. (Te+Fc-Ti) | Leste | | Teto | 5 |
Qtpar. leste= | 1936,64 | 3 | | | | |
| | | | | | |
Qtpar. oeste= | Uparede.Apar.oeste. (Te+Fc-Ti) | Oeste | | | | |
Qtpar. oeste= | 1936,64 | 3 | | | | |
| | | | | | |
Qtpar. norte= | Uparede.Apar.norte. (Te+Fc-Ti) | Norte | | | | |
Qtpar. norte= | 1902,96 | 2 | | | | |
| | | | | | |
Qtteto= | Uparede.Ateto. (Te+Fc-Ti) | Teto | | | | |
Qtteto= | 5010,02 | 5 | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
Qttotal= | Qtpiso+Qtpar. sul +Qtpar. leste +Qtpar. oeste +Qtpar. oeste +Qtpar. norte+Qtteto |
Qttotal= | 15345,71 | W | | | | |
| Carga Térmica por Infiltração (Q'a) | | | | |
| | | | | |
| Carga Térmica sensível e Latente - q = | 306,1906 | | | |
| Entalpia do Ar de infiltração - hi = | 19 | KJ/Kg | Tabelado |
| Entalpia do Ar no espaço Refrigerado - hr = | -19,5 | KJ/Kg | | |
| Massa específica do Ar de infiltração - ρi = | 1,25 | Kg/m³ | Tabelado |
| Massa específica do Ar no espaço Refrigerado - ρr = | 1,40 | Kg/m³ | | |
| Fator de Densidade - Fm = | 0,97 | | | |
| Fator de Proteção - E = | 0 | Sem dispositivo de proteção |
| Fator de tempo de abertura das portas - Dt = | 0,083 | | | |
| Fator de Fluxo da porta - Df = | 0,7 | Condições Reais | |
| Tempo de abertura das portas - t = | 2 | h - Horas | | |
Qa= | q.Dt.Df.(1-E) | | | | |
Qa= | 17,86 | KW | | | |
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| Carga Térmica por Iluminação (Q'i) | | | | |
| | | | | |
| Taxa de Iluminação Wi = | 10 | W/m² | | |
| Tempo de ocupação = | 5 | Horas | | |
| Fator de tempo de ocupação- Dto= | 0,21 | | | |
| Área do Piso = | 400 | m² | | |
Qi= | Wi.Ap.Dto | | | | |
Qi= | 833,33 | W | | | |
| | | | | |
| Carga Térmica por Ocupação (Q'o) | | | | |
| Número de Pessoas - Np = | 3 | | | |
| Calor Equivalente dos Ocupantes - Qeq = | 395 | W/Pessoa | |
Qo= | Np.Qeq.Dto | | | | |
Qo= | 246,88 | W | | | |
| | | | | |
| Carga Térmica devido a outros Motores (Q'm) | | | | |
| Fator de calor equivalente dos Motores elétricos = | 6651 | W | Tabela 7.5 |
| Tempo em que o equipamento permanece ligado = | 5 | | | |
| Fração de tempo - Dt = | 0,21 | | | |
Qm= | Σ(Colunas A,B e C).Dt | | | | |
Qm= | 1385,63 | W | | | |
| Carga Térmica por dissipação do equipamento (Q'v) | | |
| Considerar de 10 a 15% da carga Térmica Total. | | |
Qv= | (Qh+Qttotal+Qa+Qi+Qo+Qm) . 0,15 | | |
Qv= | 10,13 | KW | |
| | | |
| Carga Térmica Total (Q't) | | |
| | | |
| Tempo de Operação - T = | 18 | h - Horas |
Qt= | (Qh+Qttotal+Qa+Qi+Qo+Qm+Qv) .24h/T | | |
Qt= | 105,40 | KW | |
| | | |
| Fator de Segurança | | |
| | | |
| Qt+ 10% | | |
Qt= | 115,94 | KW | |
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO |
| | | | | | | |
Entalapias | | |
| | | | | | | |
h1 = | 463,81 | KJ/Kg | h6 = | -596,31 | KJ/Kg | | |
h2 = | 630 | KJ/Kg | h7 = | -765,06 | KJ/Kg | | |
h3 = | 498,645 | KJ/Kg | h8 = | -765,06 | KJ/Kg | | |
h4 = | 680 | KJ/Kg | h9 = | -889,94 | KJ/Kg | | |
h5 = | -596,31 | KJ/Kg | | | | | |
Pressões de Trabalho |
| | | | | | | |
Pc | 1,34725 | Mpa | Tc | 35 | °C | | |
Pint | 0,4204 | Mpa | Te2 | -0,5003 | °C | | |
Pe | 0,1312 | Mpa | Te1 | -28 | °C | | |
Potência Frigorífica |
| | | | | | | |
Pf = | 115,94 | KW | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
m 1 = | 0,086 | Kg/s | m= | 0,109 | Kg/s | | |
m 0 = | 0,009 | Kg/s | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
x 6 = | 0,13 | | | | | | |
Potência do Condensador - Pc |
| | | | | | | |
Pc= | m.(h4-h5) | | | | | |
Pc= | 139,27 | KW | | | | | |
| | | | | | | |
Potência do Motor - A |
| | | | | | | |
PmtA= | m.(h4-h3) | | | | | |
PmtA= | 19,79 | KW | | | | | |
| | | | | | | |
Potência do Motor - B |
| | | | | | | |
PmtB= | m1.(h2-h1) | | | | | |
PmtB= | 14,23 | KW | | | | | |
| | | | | | | |
Potência do Motor - A |
| | | | | | | |
COP= | (Pf1+Pf2)/(PmtB+PmtA) | | | | |
COP= | 3,41 | | | | | | |
Potência Instantânea |
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Tempo de portas Abertas | Esp. Isolante | | |
| 100mm | 150mm | 200mm | | |
PmtA+PmtB= | 2h | 25,52 | 24,26 | 23,57 | [KW] | |
| 4h | 32,15 | 30,89 | 30,20 | | |
| 6h | 38,78 | 37,53 | 36,83 | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
Rendimento dos motores = | | | 0,75 | | |
Consumo Anual - Considerando 8760 Horas. |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
Tempo de portas Abertas | Esp. Isolante | | |
| | | 100mm | 150mm | 200mm | | |
CONSUMO ANUAL | 2h | 223555,20 | 212517,60 | 206473,20 | [KW] | |
| 4h | 281634,00 | 270596,40 | 264552,00 | | |
| 6h | 339712,80 | 328762,80 | 322630,80 | | |
| | | | | | | |
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ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO DA CÂMARA FRIGORIFICA
Tendo como base os gráficos gerados podemos verificas que alteração da espessura do
isolante dentro das variáveis fornecidas altera o consumo de energias na ordem de 5,3 a 8,2%.
Já o tempo de abertura das portas dentro dos limites estabelecidos influência no consumo de
energia na ordem de 52 a 56%. Estas variações são encontradas entre os limites máximo e
mínimo de cada parâmetro (Espessura do isolante e abertura das portas).
Assim sendo levando em conta o custo do projeto que aumenta à medida que se escolhe uma
espessura de isolante maior pode-se observar claramente um impacto que embora
significativo, ainda seja pequeno no consumo de energia futuro da instalação. Tendo
consciência do grande impacto que o tempo de abertura de portas tem sobre o consumo total,
pode-se afirmar que o uso de uma espessura de isolante intermediária aliado a um controle do
tempo de abertura de portas que com base nas projeções feitas pelos gráficos seria de 15 a 20
min. a menos, resultaria no mesmo consumo de energia da maior espessura de isolante.
Resultando em um menor custo da instalação com o mesmo consumo de energia.
O gráfico a seguir ilustra bem as variações de consumo em função da espessura do isolante.
Podemos observar que a queda de consumo se dá de forma bem suave, porém a distância
grande entre as linhas que neste gráfico representam o tempo de abertura das portas ilustra
de forma clara a maior influência do tempo de abertura de portas no consumo total da
instalação frigorífica.
