O PROJETO DE UMA CÂMARA FRIA PARA RESFRIAMENTO DE SORVETE

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS PONTA GROSSA

COORDENAÇÃO DE MECÂNICA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

CAIO

JULIANO

PROJETO DE UMA CÂMARA FRIA PARA RESFRIAMENTO DE SORVETE

PONTA GROSSA

2015

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CAIO

JULIANO

PROJETO DE UMA CÂMARA FRIA PARA RESFRIAMENTO DE SORVETE

Trabalho acadêmico apresentado como parte da avaliação da disciplina de Refrigeração, do Curso Superior de Engenharia Mecânica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) – Campus Ponta Grossa, sob orientação do Prof. M. Sc..

PONTA GROSSA

2015

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Lista de Figura

Figura 1: Dimensões da câmara        8

Figura 2: Espessura de placas isolantes de poliuretano (PUR) de acordo com a diferença de temperaturas entre os meios e o nível de isolamento desejado.        10

Figura 3: Esboço do piso da câmara        11

Figura 4: Espessura de placas isolantes de poliuretano (PUR) de acordo com a diferença de temperaturas entre os meios e o nível de isolamento desejado.        12

Figura 5 - Configuração física do circuito de refrigeração para duas câmaras frigoríficas com dois compressores e um condensador.        20

Figura 6 - seleção da unidade condensadora        23

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Lista de Tabelas

Tabela 1: Troca de calor através de paredes, teto e piso na câmara.        12

Tabela 2: Número de trocas de ar        13

Tabela 3: Troca de calor devido à infiltração        14

Tabela 4 - Calor gerado por pessoa        15

Tabela 5 - Calor emitido diariamente pelas pessoas que circulam na câmara        16

Tabela 6 - Calor emitido diariamente pelas lâmpadas instaladas na câmara        16

Tabela 7 - Carga térmica total que a câmara deverá atender em 24 horas sem considerar um coeficiente de segurança        18

Tabela 8 - Carga térmica total que a câmara deverá atender em 24 horas considerando um coeficiente de segurança de 10%        18

Tabela 9 - Carga térmica total que a câmara deverá atender em 20 horas considerando um coeficiente de segurança de 10%        19

Tabela 10 - Propriedades termodinâmicas para os pontos do diagrama P-h.        21

Tabela 11 - Dados corrigidos com a potência dissipada pela unidade condensadora        24

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Sumário

1. INTRODUÇÃO        6

2.0 CÁLCULOS PARA CÂMERA DE REFRIGERAÇÃO        7

2.1 CONSIDERAÇÕES PARA O DIMENSIONAMENTO DA CÂMERA        7

2.2 CARGA TÉRMICA        8

2.2.1 Calor Transmitido Através das Paredes        9

2.2.3 Calor Devido a Infiltração        12

2.2.4 Calor Devido ao Produto e Troca de Calor Devido à Embalagem        14

2.2.5 Calor Cedido Por Pessoas        14

2.2.6 Calor Cedido pela Iluminação        16

2.2.7 Calor Cedido Pelos Motores        17

2.2.8 Cargas Totais        18

3.0 CICLO DE REFRIGERAÇÃO        19

3.1 DETERMINAÇÕES DAS CARACTERÍSTICAS REQUERIDAS DOS COMPONENTES        21

3.2 COP        22

4. SELEÇÃO DOS COMPONENTES        23

5. CONCLUSÃO        24

REFÊRENCIAS        24

ANEXO        26

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1. INTRODUÇÃO

A refrigeração industrial tem como objetivo a refrigeração de alguma substância ou meio. Ela apresenta características próprias que envolvem tanto uma mão de obra mais especializada quanto um custo maior de projeto em relação ao condicionamento de ar, é caracterizada por uma faixa de temperatura de operação variando de -60°c a até +20°C.

Como exemplo de refrigeração industrial têm-se as câmaras frigoríficas. Estas são definidas como compartimentos refrigerados, fechados, isolados termicamente, no interior dos quais são mantidas as condições termo higrométricas, isto é, de temperatura e de umidade, mais adequados para a conservação dos gêneros alimentícios. A manutenção das condições termo higrométricas requeridas é provida por uma unidade de refrigeração, eventualmente integrada por sistemas de aquecimento e umidificação. Cada câmara frigorífica deve ser projetada para um determinado fim, cuja carga térmica a ser retirada pelo equipamento frigorífico e o período de tempo necessário do processo são calculados criteriosamente.

Existem basicamente dois tipos de câmaras: as de Resfriados, cuja finalidade é proteger os produtos em temperaturas próximas de 0 ºC e as câmaras de Congelados, cuja finalidade é prolongar o período de estocagem dos produtos, à baixas temperaturas, em geral abaixo de -18 ºC.

Este trabalho tem como objetivo demostrar todas as etapas necessárias para o projeto de uma câmara frigorífica para o resfriamento de sorvetes, instalada na cidade de Ponta Grossa-Pr. Para tal, as etapas para realização do projeto foram as seguintes:

• Os cálculos de todas as taxas de troca de calor (carga térmica) envolvidos na câmara;
• Seleção do material isolante e sua espessura para as paredes, piso e teto;
• Montagem da configuração do ciclo termodinâmico necessário para atender a refrigeração da câmara;
• Resolução do ciclo termodinâmico para determinar as propriedades termodinâmicas de cada estado do fluido de trabalho no ciclo;
• Seleção dos componentes do ciclo com base na taxa de transferência de calor, potência ou outra característica que deverão apresentar (evaporadores, condensador, compressores e válvulas de expansão).

2.0 CÁLCULOS PARA CÂMERA DE REFRIGERAÇÃO

2.1 CONSIDERAÇÕES PARA O DIMENSIONAMENTO DA CÂMERA

Como dito anteriormente a câmara será projetada para a cidade de Ponta Grossa, sendo esta uma questão de grande importância, pois com a localização pode-se determinar os fatores climáticos que influenciarão diretamente no projeto, como a temperatura e a umidade relativa.

        Para cotação destas foi realizada uma busca no banco de dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) para ter conhecimento da máxima temperatura registrada nos últimos dez anos e sua respectiva umidade relativa, entretanto, não havia nenhum registro de dados para a cidade de Ponta Grossa. Foram encontrados os dados necessários para esta cidade em outra fonte, porém como esta não era uma fonte confiável optou-se por utilizar os dados do INMET para cidade mais próxima de Ponta Grossa, a cidade de Castro. A temperatura máxima e a umidade relativa máxima neste dia foram registradas no mês de fevereiro de 2014, sendo seus respectivos valores de 34°C e 76%. Os valores máximos serão utilizados, pois a câmara projetada deve suportar essas condições extremas de funcionamentos para que não apresente problemas em dias de muito calor. Também foi determinada a temperatura de bulbo úmido para o dia que apresentou a temperatura máxima, o valor encontrado foi de 22°C. Esse dado também foi retirado do INMET.