refrigeração calculo térmico

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REFRIGERAO 32 HORAS

ODILON PEREIRA DOS SANTOS FILHO

INTRODUOO processo de remover calor de um corpo data do tempo dos egpcios, gregos e romanos. Na Grcia antiga eram utilizados escravos para os transportes de neve das montanhas que, armazenadas em palha, eram utIlizadas nos meses quentes do vero. Os egpcios colocavam vasos, confeccionados em material porosos, cheios de gua, fora de suas casas durante a noite. O vento frio do deserto resfriava a gua pela evaporao da umidade. Atualmente dispomos de meios para produzir refrigerao em qualquer estao do ano, mas foi a partir de 1923 que a refrigerao tomou seu grande impulso com o advento da unidade mecnica abrangendo desde a fabricao de sorvetes conservao do leite e produtos perecveis. A conservao de alimentos, a refrigerao martima e de transportes e o condicionamento de ar para fins industriais e de conforto humano, so um importante exemplo do uso da refrigerao nos dias atuais. A preservao de alimentos ainda a aplicao mais importante, pois proporcionou o desenvolvimento de um comrcio para produtos sujeito a deteriorao, que sem a utilizao da refrigerao no obteriam xito. O incio da deteriorao dos alimentos retardado, em virtude do estado de inatividade a que so levadas as bactrias atravs da refrigerao.

A refrigerao pode ser produzida de vrias maneiras, mas a forma mais simples seria manter em contato duas substncias, uma quente e outra fria. O calor, fluindo da mais quente para a mais fria, proporcionar, em determinado momento, um equilbrio trmico, isto , igualar a temperatura de ambas as substncias. Isto o que acontece quando colocamos um copo de leite quente para esfriar dentro de um recipiente com gua fria. O leite cede calor gua, que por sua vez ir se aquecendo at que ambos atinjam um nivelamento de temperatura. Apesar de refrigerao e condicionamento de ar serem originados do mesmo principio so inteiramente distintos quanto ao uso. Enquanto refrigerao um processo de resfriamento, o condicionamento um processo de tratamento do ar, visando o controle da umidade, temperatura e impurezas. Convm ainda observao quanto refrigerao no ser um processo de adio de frio, como normalmente se pensa, e sim de remoo de calor. O refrigerador domstico no adiciona frio no interior do gabinete e sim retira o calor dos alimentos nele armazenados. Alm das aplicaes da refrigerao, j mencionadas, existem inmeras outras de grande prioridade, exigindo a presena de tcnicos altamente capacitados. A acelerada expanso dos sistemas de refrigerao e ar condicionado uma conseqncia da difuso do setor eltrico em todas as reas. Se nossos esforos puderem contribuir de alguma forma para a consolidao profissional do tcnico de hoje, ou para a boa formao profissional do tcnico de manh, j estaremos mais do que gratificados

TEORIA DO CALORQuando devemos a homens como MaxweIl, Kelvin e Joule, que atravs de anos de exaustivas pesquisas, nos proporcionaram conhecer os princpios e conceitos da energia trmica. Graas a estes e outros brilhantes cientistas, a Fsica pde evoluir a passos de gigante, tecendo teorias atravs dos anos, que nos proporcionaram conhecer e usufruir, nos dias atuais, das maravilhas da Cincia da Refrigerao. Atravs de lutas e sacrifcios, com um cabedal de conhecimentos cada vez maior, fez-se necessrio a ramificao de uma cincia to complexa. Assim, nasceu a Termodinmica, um ramo da Fsica, que estuda a mudana e transformao de calor em outras formas de energia. O calor uma forma de energia, e como tal, jamais pode ser destrudo, e sim convertido em outra forma de energia. A energia mecnica transformada pelo atrito em energia calorfica; a energia eltrica, pela eletrlise, transformada em energia qumica, e assim por diante. Se adicionarmos calor a um corpo lquido, este sofrer uma alterao no seu estado, passando, atravs da vaporizao, ao estado gasoso. Se ao contrrio lhe removermos calor, passar, atravs da solidificao, ao estado slido. Isto poder ser observado na figura 1. Todas as substncias existentes no universo so compostas de partculas infinitamente pequenas denominadas molculas, que esto sempre em constante vibrao. A rapidez do movimento manifestado por estas molculas o que nos d a sensao do slido, lquido ou gasoso. No corpo slido as molculas esto coesas e se movimentam dentro de uma faixa limitada. Nas substncias lquidas as molculas j no se encontram em to acentuada unio. Nas substncias gasosas as molculas tm movimento livre. Um corpo slido, por exemplo, o gelo, sendo aquecido, chegar a um determinado ponto em que comearia se fundir transformando-se em lquido. A causa deste fenmeno est relacionado rapidez com que as molculas do gelo acionadas pelo aumento de temperatura, se movimentam, afastando-se umas das outras. Se adicionarmos ainda mais calor, as molculas se movero to rapidamente que se desprendero sob a forma de vapor.

RESSUBLIMAO

SOLIDIFICAO

CONDENSAO

SLIDO

LQUIDO

GASOSO

FUSO SUBLIMAO

VAPORIZAO

Figura 1 Alterao no estado dos corpos

Transferncia de CalorComo vimos anteriormente, o calor pode ser transferido de um corpo outro. Para que isto seja processado existem trs meios fundamentais de transferncia de calor, que so: Conduo, Conveco e Irradiao. Nos corpos slidos a transferncia de calor feita por conduo, Se aquecermos uma das extremidades de uma barra de metal, o calor se propagar de partcula em partcula at aquecer a extremidade oposta, atravs desta forma de transferncia de calor que os diversos corpos so classificados como condutores ou isolantes trmicos.

Medida de CalorSe em dois recipientes com volumes de gua diferentes, mas mesma temperatura, colocarmos as mos simultaneamente, sentiremos a mesma sensao de calor. Isto quer dizer que a intensidade de calor a mesma, embora a quantidade de gua nos recipientes seja diferente. Podemos deduzir ento que quantidade e intensidade so coisas distintas. Assim como temos unidades para medir outras formas de energia a energia trmica tambm possui sua unidade especial.

Na Inglaterra e nos Estados Unidos, a grandeza usada para medir a energia trmica a B.T.U (British Thermal Unit). No Brasil, a unidade de calor expressa em calorias. Uma caloria a quantidade de calor necessria para elevar a 1 C a temperatura de um grama de gua. Uma B.T.U. a quantidade de calor necessria para elevar 1 F a temperatura de uma libra de gua. Para elevarmos a temperatura de uma libra de gua de 32 F para 212 F sero necessrios 180 B.T.U porque: 212 - 32 = 180 A caloria, por ser uma unidade muito pequena, no tem uso muito prtico, sendo por isso empregado um mltiplo seu, a quilocaloria (Kgcal). A quantidade de calorias necessria para elevar ou diminuir a temperatura de uma substncia pode ser conhecida aplicando-se a seguinte relao: caloria = diferena de temperatura x peso x calor especfico. Por exemplo, se quisermos saber quantas calorias devem ser retiradas de 80Kg de carne de galinha, cuja temperatura de 40 C, para lev-la a 10 C, utilizamos o seguinte clculo: (40 -- 10) x 80 x 0,80 = 1920 calorias Conhecendo-se um valor em Kgcal, podemos, atravs de uma simples operao, saber seu correspondente em B.T.U. Se na plaqueta do condicionador de ar indicar 2. 500 Kgcal, para acharmos seu correspondente em B.T.U. fazemos a seguinte operao: 2500 x 4 = 10000 B.T.U. Isto porque 1 C igual a 1,8 F e 1Kg igual a 2,2 libras 1.8 x 2,2 = 3,96 (aproximadamente 4 B.T.U.)

Substncia gua

Calor Especfico, 1,00 0,50 0,09 0,11 0,12 0,22 0,60 0,20 0,60 0,76 0,89 0,94 0,70 0,50 0,80 0,77 0,84 0,70 0,97 0,78 0,36 0,24 0,70 0,45

Calor EspecificoCalor especfico a quantidade de calor necessrio para aumentar ou diminuir, de 1 C ou 1 F, a temperatura de 1Kg ou 1 libra de um corpo. O calor especfico da gua 1. Portanto, para elevarmos ou diminuirmos a temperatura de 1 Kg de gua de 1 C ser necessrio uma caloria. No sistema mtrico o calor especfico denominado quilocaloria, e no sistema ingls de medidas, B.T.U. O calor especfico varia com os diferentes materiais. O cobre possui um calor especfico menor do que a gua, sendo por isso maior sua capacidade de absorver calor. Na tabela a seguir, podemos observar o valor do calor especfico atribudo aos diversos alimentos e materiais:

Gelo Cobre Ferro Ao Alumnio Madeira Vidro Manteiga Ovos Laranja Leite Queijo Carne de porco Carne de galinha Carne de vaca Peixe Presunto Tomte Batata Mel Ar Sorvete Vapor d'gua

Calor SensvelO calor sensvel adicionado a uma substncia produz seu mudana de temperatura sem, entretanto alterar seu estado fsico Se adicionarmos a 1 Kg de gua aquecida a 60 C calor suficiente para elevar sua temperatura at 80 C, esta diferena de temperatura representa o calor sensvel. O calor indicado pelo termmetro ou o calor a que os sentidos humanos reagem so exemplos de calor sensvel.

Calor Latente de fusoCalor Latente de

o calor adicionado a uma substncia, de modo a alterar seu estado fsico , sem entretanto modificar sua temperatura. Para transformar gelo em gua so necessrias 144 B T U de calor. O valor 144 B.T.U. representa o calor latente de fuso da gua. Na tabela a seguir encontramos o calor latente de fuso de diversos materiais.

Vaporizao

Calorias 539 62 362 210 90 304 55

gua Mercrio Enxofre lcool ter Amonaco cido carbnico

Calor Latente de Vaporizao o calor usado para transformar 1 Kg de gua em vapor sem que haja mudana de temperatura. Isto o que acontece no condensador de refrigerador domstico ou do condicionador de ar. O gs refrigerante cede a seu calor latente de vaporizao ao meio ambiente. Na tabela a seguir encontramos o calor latente de vaporizao de alguns elementos

Calor Latente de Fuso Estanho Cobre Ferro fundido Ferro Nquel Mercrio Prata Chumbo Platina Gelo

Calorias 13 30 23 30 46 28 21 54 27 80

GASES PARA REFRIGERAOA transferncia de calor do espao refrigerado para o condensador, e deste para o meio ambiente exterior, conseguido atravs de um agente refrigerante que pode ser gua, lcool, amnia, bixido de carbono, anidrido sulfuroso, ter metlico, cloreto de metila e outros, muito embora cada um destes frigorgenos apresentem certas desvantagens. No ano de 1928 foi sintetizada uma substncia, base de cloro, que apresentava, alm de outras caractersticas positivas, a de no ser inflamvel e de possuir um ndice de toxicidade bastante baixo. Mas s no ano de 1931 que foi introduzido no mercado o diclorodifluorometano, conhecido como Freon 12, e que deu incio grande expanso das indstrias de refrigerao e ar condicionado. Os refrigerantes de fluorocarboneto demonstraram ser absolutamente seguros, pois alm das caractersticas antes descritas, so ainda inodoros, quimicamente estveis, sem efeito prejudicial sobre o leo lubrificante, e no apresentam efeitos corrosivos. Apenas a inalao em doses concentradas, ou quando queimado pela chama do maarico, pode apresentar efeitos txicos ou mesmo fatais. Os metais, em geral, so compatveis com os gases fluorados, com exceo do alumnio com ligas de magnsio a 2%, ou quando so decompostos pela queima, com formao de cidos. Quando o calor aplicado ao cobre na presena do ar, como no caso de soldagens, (a temperatura mxima que o F.12 suporta 120 C; para o F.22 fica em torno dos 150 C), formam-se xidos de cobre nas superfcies internas e externas do tubo, com o perigo de decompor o leo incongelvel (usado para a lubrificao das diversas partes mveis do compressor) e o gs refrigerante. A gua e o metanol (lcool metlico) tambm contribuem para a formao de xidos de metal. Os gases refrigerantes podem ser classificados em trs categorias,

RefrigeFrmula rante11 12 13 13B1 14 21 CCl3F CC12F2 CC1F3 CBrF3 CF4 CHC12F Tric1oromonofluormetano Dic1orodi fluormetano Monoclorotrlfluormetano Monobromotrifluormetano Tetrafluoreto de carbono Dicloromonofluormetano 23,8 C -29,8 C -81,4 C -58,7 C -128 C 8,9C

CongelaDesignao Qumica Ebulio mento-111 C -158 C -182 C -143 C -191 C -135 C

22

CHC1F2

Monoc1orodi fluormetano

-40,8 C

-16()o C

23 30 40 50

CHF3 CH2C12 CH3C1 CH4

Trifluormetano Dic1orometano Cloreto de Metlla Metano

-84,4 C 40,7 C -23,8 C -162 C -97 C -98 C -183 C

113 114 114B2 115 124a 133a 142b 152a 160 170 290 C318 500 600 601 717 744 764 1150 1270

C2Cl3F3 C2C12F4 C2Br2F4 C2C1F5 C2HC1F4 C2H2C1F3 C2H3C1F2 C 2H 4F 2 C 2H 5C 1 C 2H 6 C 3H 8 C 4H 8 C4Hl0 C4Hl0 NH3 CO2 SO2 C 2H 4 C 3H s

Tric1orotrifluorometano Dic1orotetrafluoroetano Dibromo tetrafluoroetano Monoc1oropentafluoroetano Monoc1orotetrafluoroetano Monoc1orotrifluoroetano Monoclorodifluoroetano Difluoroetano Cloreto de. etila Etano Propano Octafluorocic1obutano -3Butano lsobutano Amnia Dixido de carbono Dixido de enxofre Etileno Propileno

47,6 C 3,56 C 47,5 C -38,7 C -l0 C 6,1 C -11 C -24,7 C 12,2 C -88,6 C - 42,3 C - 6,00 C - 33,3 C - 0,4 C 159 C 135 C 139 C -172 C - 190 C

- 35 C -94 C -111 C -1060 C

- 28 C - 78,3 C - 10C - 104 C - 47,6 C

- 1080C I - 56,6 C - 76 C - 16 C -185 C

CLCULO DE CARGA TRMICAPara se aplicar um condicionador de ar a um determinado ambiente, devemos antes de qualquer outra providncia, fazer um levantamento da carga trmica do local. Se este trabalho no for realizado com perfeio e no forem seguidas rigorosamente certas normas, podemos ter a certeza de que haver sem dvida alguma, problemas que se tornaro insolveis, redundando sempre na devoluo de aparelho para o concessionrio. O levantamento da carga trmica sempre feito com a finalidade de que nunca seja aplicado ao local um aparelho cuja capacidade seja inferior carga trmica do mesmo local. Para fazermos este levantamento teremos que levar em considerao vrios fatores conforme tabela 1.

DESENVOLVIMENTO 1 - Determine o volume do local comprimento x largura x altura = metros cbicos (m3). Procure na tabela qual a quantidade de kcal/h correspondente aos metros cbicos, tendo antes o cuidado de verificar se o local est situado entre andares ou logo abaixo do telhado.Tabela 1 60 HzRecinto m 3 Entre Andares kcal/hora Sob Telhado6 7 0 7 4 0 8 0 0 8 7 0 9 4 0 3 0 4 8 0 3 3 5 1 0 3 6 5 4 0 3 9 6 2 0 4 2 6 7 0 4 5 7 2 0 1 0 0 0 4 8 7 7 0 1 0 2 0 5 1 8 1 6 1 1 4 0 5 4 8 6 4 1 2 0 0 5 7 9 1 0 1 2 7 0 6 0 9 5 0 1 3 4 0 6 3 1 0 1 0 1 4 1 0 6 6 1 0 8 0 1 4 7 0 6 9 1 1 0 0 1 5 4 0 7 2 1 1 6 0 1 6 1 0 7 5 1 2 0 0 1 6 8 0 7 8 1 2 5 0 1 7 4 0 8 1 1 3 0 0 1 8 1 0 8 4 1 3 6 0 1 8 8 0 8 7 1 3 9 0 1 9 4 0 9 0 1 8 4 3 2 0 1 0

OBSERVAES Quando houver janelas em mais de uma parede, considere aquelas da parede que recebe mais calor para o clculo. As janelas da outra parede devem ser consideradas na soma. Determine sua rea e procure o nmero de kcal/h na tabela correspondente, somando as kcal/h correspondentes a todas as janelas

Tabela 2 60 Hz

JANELASKcal/h M2 Com cortina Sol Manh1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 160 320 480 640 800 960 1120 1280 1440 1600

Kcal/h Sem cortina Sol Manh222 444 666 888 1110 1332 1554 1777 1998 2220

Sol Tarde212 424 636 848 1060 1272 1484 1696 1908 2120

Sol Tarde410 820 1230 1640 2050 2460 2870 3280 3960 4100

Vidros na sombra

OBSERVAOQuando a largura da porta, arcos ou vos exceder a 1/3 da parede onde est localizada, deve o espao vizinho ser considerado como parte integrante do recinto a ser condicionado. Quando houver aparelhos eltricos em uso no ambiente, que desprendam calor tais como: cafeteiras esterilizadores, computadores eletrnicos, mquinas contbeis, lmpadas, etc. devemos consider-los e calcular a carga trmica conforme valores expressos na tabela 3 para este fim.

37 74 110 148 185 222 260 295 330 380

2 - Some as reas (altura x largura = m2) das portas, arcos ou vos que permaneam constantemente abertos, para os espaos que no possuam condicionadores de ar e procure na tabela 3 a quantidade de kcal/h correspondente a essa rea.

Tabela 3 60 Hz PESSOAS Quantidade1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PORTAS Kcal/h125 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250

APARELHOS ELTRICOS Watts nominal50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

m21 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kcal/h125 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250

Kcal/h45 90 135 180 225 270 315 360 405 450

3 Some os valores de kcal/h encontrados no 1 encontrados no 1 e 2 itens. O resultado obtido o total de kcal/h do ambiente que deve ser condicionado pelo aparelho.

Exemplo:Faa o levantamento de carga trmica para instalar um condicionador de ar em um recinto, sob telhado, que possui 4 metros de largura, 5 metros de comprimento e 3 metros de altura, o referido recinto possui uma janela de 1 x 2m, voltada para a face oeste, a qual est cortinada, possui ainda uma porta de 2m de altura e 1m de largura, freqentam constantemente este recinto cinco pessoas e os aparelhos eltricos em uso consomem um total de 300watts. A freqncia da rede eltrica de 60hz.

Kcal do recinto Kcal das janelas Kcal das pessoas Kcal das portas Kcal dos aparelhos eltricos Soma em kcal/h OBSERVAES

1340 424 625 250 270 2909

1 recomenda-se um acrscimo de 10% para compensar eventuais alteraes da carga trmica. 2 Selecione o aparelho cuja capacidade esteja o mais prximo do resultado encontrado. No exemplo, necessitamos de um condicionador de ar com capacidade aproximada de 3200 kcal/h.

Tabelas para rede com freqncia de 50 HzRecinto m 3 Entre Andares kcal/hora Sob Telhado7 6 0 8 3 6 9 1 2 9 5 8 3 0 5 4 0 3 3 5 9 4 3 6 6 4 8 3 9 7 0 2 4 2 7 6 6 1 0 6 1 4 5 8 1 0 1 1 4 0 4 8 8 5 4 1 2 1 6 5 1 9 1 8 1 2 5 2 5 4 9 7 8 1 3 6 8 5 7 1 0 2 6 1 4 4 4 6 0 1 0 8 0 1 5 2 0 6 3 1 1 1 3 1 5 9 6 6 6 1 1 6 8 1 6 7 2 6 9 1 2 5 2 1 7 4 8 7 2 1 2 5 6 1 6 2 4 7 5 1 3 5 0 1 9 0 0 7 8 1 4 0 4 1 9 7 8 8 1 1 4 5 5 2 0 5 2 8 4 1 5 1 2 2 1 2 8 8 7 1 5 5 6 2 2 0 4 9 0 1 6 2 0 2 2 8 0

PARA CORRENTE DE 50 Hz

JANELASPESSOAS Quan tidade1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PORTAS m21 2 3 4 5 6 7 8 9 10

APARELHOS ELTRICOS Watts nomi nal50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Kcal/h M2 Com cortina Sol Manh1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 184 368 552 736 920 1104 1288 1472 1656 1840

Kcal/h Sem cortina Sol Manh255 510 765 1020 1275 1530 1785 2040 2295 2550

Kcal/ h144 288 432 576 720 864 1008 1152 1296 1440

Kcal /h144 288 432 576 720 864 1008 1152 1296 1440

Kcal/ h50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Sol Tarde244 488 732 976 1220 1464 1708 1952 2190 2440

Sol Tarde473 946 1419 1892 2365 2838 3311 3784 4257 4730

Vidros na sombra

43 86 129 172 215 258 301 344 387 430