FACULDADE DE TECNOLOGIA DE MOGI - MIRIM

Resumo

Na última década, o mundo passou por uma transformação importante. O aumento do número de empresas e a globalização fizeram com que a concorrência obrigasse os diversos setores da indústria a aumentarem a produtividade e a qualidade para se manterem competitivos. Neste contexto, os sistemas de refrigeração proporcionam redução do tempo de ciclo em diversos processos de manufatura e, conseqüentemente, aumento de produtividade, maior confiabilidade, repetibilidade e qualidade do produto acabado. Neste trabalho são apresentados os principais modelos matemáticos para cada componente do sistema de refrigeração (compressor, condensador, válvula de expansão e evaporador) encontrados na literatura utilizados em refrigeração industrial. Será dimensionado o sistema de refrigeração de um auditório e analisados os principais aspectos relevantes ao projeto de sistemas de refrigeração, também será apresentado o funcionamento do ciclo de refrigeração e seus principais refrigerantes.

Palavras - chave: Refrigeração industrial, Simulação, Projeto, Auditório..

INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, a indústria da refrigeração apresentou um progresso enorme e se tornou uma indústria gigantesca que movimenta bilhões de dólares todos os anos ao redor do mundo. Essa rápida expansão pode ser explicada por diversos fatores, entre eles, o desenvolvimento da mecânica de precisão e processos de fabricação sofisticados e o surgimento de compressores com motores elétricos de baixa potência; o que possibilitou o desenvolvimento dos refrigeradores e condicionadores de ar domésticos de pequeno porte. Outro fator importante foi à evolução dos fluidos refrigerantes. Os sistemas de refrigeração, cada vez mais, têm sido utilizados, tanto para proporcionar conforto, quanto para processos industriais.

Os sistemas de condicionamento de ar para conforto, embora ainda considerados um luxo por algumas pessoas, mostram-se cada vez mais necessários e presentes em nosso dia-a-dia. Tais sistemas visam o controle da temperatura, umidade, pureza e distribuição do ar, no sentido de proporcionar conforto aos ocupantes de um determinado recinto. As instalações de ar condicionado para conforto podem variar em tamanho e complexidade, e podem ter diversas aplicações, tais como: edifícios comerciais, residências, shopping, veículos, etc.

Já os sistemas de condicionamento de ar para finalidades industriais visam o tratamento do ar, tanto para proporcionar condições mínimas de conforto a os trabalhadores em ambientes insalubres, quanto ao controle das condições do ar em um processo industrial. Quando se trata de refrigeração industrial, torna-se difícil resumir em poucas linhas quais são as principais aplicações, porque é utilizada em muitos tipos diferentes de indústrias e em processos de manufatura extremamente diversificados entre eles estão: indústria alimentícia, farmacêutica, médica e hospitalar, metalúrgica e de transformação de metais e plásticos, etc.

Diante desse cenário, fica evidente a importância de um sistema de refrigeração bem dimensionado. O objetivo principal do trabalho é apresentar uma base do sistema de refrigeração, seus componentes e principais modelos matemáticos.

  

QUANDO TUDO COMEÇOU

Muitos dos trabalhos hoje realizados, só foram possíveis por que tivemos mentes brilhantes que nos antecederam.

Se eu enxerguei um pouco mais além do que outro homem, foi porque subi em ombros de gigantes(Isaac Newton).

1. O Histórico da refrigeração

O emprego dos meios de refrigeração já era do conhecimento humano mesmo na época das mais antigas civilizações. Pode-se citar a civilização chinesa que, muitos séculos antes do nascimento de Cristo, usavam o gelo natural (colhido nas superfícies dos rios e lagos congelados e conservado com grandes cuidados, em poços cobertos com palha e cavados na terra) com a finalidade de conservar o chá que consumiam. As civilizações gregas e romanas que também aproveitavam o gelo colhido no alto das montanhas, a custo do braço escravo, para o preparo de bebidas e alimentos gelados.

Já a civilização egípcia, que devido a sua situação geográfica e ao clima de seu país, não dispunham de gelo natural, refrescavam a água por evaporação, usando vasos de barro, semelhantes às moringas¹, tão comuns no interior do Brasil. O barro, sendo poroso, deixa passar um pouco da água contida no seu interior, a evaporação desta para o ambiente faz baixar a temperatura do sistema. Entretanto, durante um largo período de tempo, na realidade muitos séculos, a única utilidade que o homem encontrou para o gelo foi a de refrigerar alimentos e bebidas para melhorar seu paladar.

¹ Moringa é um vaso de barro arredondado, de gargalo estreito para água.

No final do século XVII, foi inventado o microscópio e, com o auxílio deste instrumento, verificou-se a existência de microorganismos (micróbios e bactérias) invisíveis à vista sem auxilio de um instrumento dotado de grande poder de ampliação. Os micróbios existem em quantidades enormes, espalhados por todas as partes, água, alimentos e organismos vivos.

Estudos realizados por cientistas, entre eles o célebre químico francês Louis Pasteur, demonstraram que alguns tipos de bactérias são responsáveis pela putrefação dos alimentos e por muitos tipos de doenças e epidemias. Ainda através de estudos, ficou comprovado que a contínua reprodução das bactérias podia ser impedida em muitos casos ou pelo menos limitada pela aplicação do frio, isto é, baixando suficientemente a temperatura do ambiente em que os mesmos proliferam. Essas conclusões provocaram, no século XVIII, uma grande expansão da indústria do gelo, que até então se mostrava eficiente.

Contudo, o uso do gelo natural trazia consigo uma série de inconvenientes que prejudicavam seriamente o desenvolvimento da refrigeração, tornando-a de valia relativamente pequena. Assim, ficava-se na dependência direta da natureza para a obtenção da matéria primordial, isto é, o gelo, que só se formava no inverno e nas regiões de clima bastante frio. O fornecimento, portanto, era bastante irregular e, em se tratando de países mais quentes, era sujeita a um transporte demorado, no qual a maior parte se perdia por derretimento, especialmente porque os meios de conservá-lo durante este transporte eram deficientes. Mesmo nos locais onde o gelo se formava naturalmente, isto é, nas zonas frias, este último tinha grande influência, pois a estocagem era bastante difícil, só podendo ser feita por períodos relativamente curtos.

Por este motivo, engenheiros e pesquisadores voltaram-se para a busca de meios e processos que permitissem a obtenção artificial de gelo, liberando o homem da dependência da natureza. Em conseqüência desses estudos, em 1834 foi inventado, nos Estados Unidos, o primeiro sistema mecânico de fabricação de gelo artificial e, que constituiu a base precursora dos atuais sistemas de compressão frigorífica.

Em 1855 surgiu na Alemanha outro tipo de mecanismo para a fabricação do gelo artificial, este, baseado no principio da absorção, descoberto em 1824 pelo físico e químico inglês Michael Faraday. Durante por cerca de meio século os aperfeiçoamentos nos processos de fabricação de gelo artificial foram se acumulando, surgindo sistematicamente melhorias nos sistemas, com maiores rendimentos e melhores condições de trabalho. Entretanto, a produção propriamente dita fez poucos progressos neste período, em conseqüência da prevenção do público consumidor contra o gelo artificial, pois apesar de todos estarem cientes das vantagens apresentadas pela refrigeração, era crença geral que o gelo produzido pelo homem era prejudicial à saúde humana.

Tal crença é completamente absurda, mas como uma minoria aceitava o gelo artificial, o seu consumo era relativamente pequeno. Todavia, a própria natureza encarregou-se de dar fim a tal situação. Em 1890, o inverno nos Estados Unidos, um dos maiores produtores de gelo natural da época, foi muito fraco. Em conseqüência, quase não houve formação de gelo neste ano, naquele país. Como não havia gelo natural, a situação obrigou que se usasse o artificial, quebrando o tabu existente contra este último e mostrando, inclusive, que o mesmo era ainda melhor que o produto natural, por ser feito com água mais pura e poder ser produzido à vontade, conforme as necessidades de consumo.

A utilização do gelo natural levou a criação, no princípio do século XIX, das primeiras geladeiras. Tais aparelhos eram constituídos simplesmente por um recipiente, quase sempre isolado por meio de placas de cortiça, dentro do qual eram colocadas pedras de gelo e os alimentos a conservar, ver figura abaixo. A fusão do gelo absorvia parte do calor dos alimentos e reduzia, de forma considerável, a temperatura no interior da geladeira.

Figura 1 – Geladeira primitiva

Surgiu, dessa forma, o impulso que faltava à indústria de produção mecânica de gelo. Uma vez aceito pelo consumidor, a demanda cresceu vertiginosamente e passaram a surgir com rapidez crescente às usinas de fabricação de gelo artificial por todas as partes.

Apesar da plena aceitação do gelo artificial e da disponibilidade da mesma para todas as classes sociais, a sua fabricação continuava a ter de ser feita em instalações especiais, às usinas de gelo, não sendo possível a produção do mesmo na própria casa dos consumidores. Figura típica da época era o geleiro, que, com sua carroça isolada, percorria os bairros, entregava nas casas dos consumidores, periodicamente, as pedras de gelo que deviam ser colocadas nas primeiras geladeiras.

No alvorecer do século XX, começou a se disseminar outra grande conquista a eletricidade. Os lares começaram a substituir os candeeiros de óleo e querosene e os lampiões de gases, pelas lâmpadas elétricas, notável invenção de Edison, e a dispor da eletricidade para movimentar pequenas máquinas e motores. Com esta nova fonte de energia, os técnicos buscaram meios de produzir o frio em pequena escala, na própria residência dos usuários. O primeiro refrigerador doméstico surgiu em 1913, mas sua aceitação foi mínima, tendo em vista que o mesmo era constituído de um sistema de operação manual, exigindo atenção constante, muito esforço e apresentando baixo rendimento.

Só em 1918 é que apareceu o primeiro refrigerador automático, movido à eletricidade, e que foi fabricado pela Kelvinator Company, dos Estados Unidos. A partir de 1920, a evolução foi tremenda, com uma produção sempre crescente de refrigeradores mecânicos.

SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO

    1. Classificação da Refrigeração

A área de refrigeração cresceu de tal maneira no último século que acabou por ocupar os mais diversos campos. Para conveniência de estudos, as aplicações da refrigeração podem ser classificadas dentro das seguintes categorias: doméstica, comercial, industrial, para transporte e para condicionamento de ar. A refrigeração doméstica abrange principalmente a fabricação de refrigeradores de uso doméstico e de freezers. A capacidade dos refrigeradores domésticos varia muito, com temperaturas na faixa de -8°C a -18°C (no compartimento de congelados) e +2°C a +7°C (no compartimento dos produtos resfriados).

A refrigeração comercial abrange os refrigeradores especiais ou de grande porte usados em restaurantes, sorveterias, bares, açougues, laboratórios, etc. As temperaturas de congelamento e estocagem situam-se, geralmente, entre -5°C a -30°C. Como regra geral, os equipamentos industriais são maiores que os comerciais (em tamanho) e têm como característica marcante o fato de requererem um operador de serviço.

São aplicações típicas industriais as fábricas de gelo, grandes instalações de empacotamento de gêneros alimentícios (carnes, peixes, aves), cervejarias, fábricas de laticínios, de processamento de bebidas concentradas e outras.

A refrigeração marítima refere-se à refrigeração a bordo de embarcações e inclui, por exemplo, a refrigeração para barcos de pesca e para embarcações de transporte de cargas perecíveis.

A refrigeração de transporte relaciona-se com equipamentos de refrigeração em caminhões e vagões ferroviários refrigerados.

Como podemos observar, as aplicações da refrigeração são as mais variadas, sendo de certa forma bastante difícil estabelecer de forma precisa a fronteira de cada divisão.

      1. Sistema de Compressão Mecânico de Vapor (CMV)

Pode-se entender a lógica de funcionamento dos principais sistemas de refrigeração atuais estudando o funcionamento de um refrigerador doméstico comum, também conhecido como sistema de compressão mecânica de vapor (figura 1.2.2).

Ele funciona a partir da aplicação dos conceitos de calor e trabalho, utilizando-se de um fluido refrigerante. O fluido refrigerante, como dito anteriormente, é uma substância que, circulando dentro de um circuito fechado, é capaz de retirar calor de um meio enquanto se vaporiza a baixa pressão. Este fluido entra no evaporador a baixa pressão, na forma de mistura de líquido mais vapor, e retira energia do meio interno refrigerado (energia dos alimentos) enquanto passa para o estado de vapor. O vapor entra no compressor onde é comprimido e bombeado, tornando-se vapor superaquecido e deslocando-se para o condensador, que tem a função de liberar a energia retirada dos alimentos e a resultante do trabalho de compressão para o meio exterior. O fluido, ao liberar energia, passa do estado de vapor superaquecido para líquido (condensação) e finalmente entra no dispositivo de expansão, onde tem sua pressão reduzida, para novamente ingressar no evaporador e repetir-se assim o ciclo. Esse processo é ilustrado através das figuras 1.1.2 e 1.2.2.

Figura 1.2.1 – Diagrama de refrigeração Figura 1.2.2 – Refrigerador doméstico

      1. Sistema de Refrigeração por Absorção

O funcionamento da refrigeração por absorção se baseia no fato de que os vapores de alguns fluidos refrigerantes conhecidos são absorvidos por certos líquidos ou soluções salinas. Se esta solução formada (vapor de refrigerante mais líquido absorvente) é aquecida verifica-se uma separação entre o líquido e o vapor, onde o vapor pode ser condensado e aproveitado para produção de frio, como nas instalações de compressão a vapor. Na figura a seguir, ilustra-se um sistema de absorção típico.

O sistema de refrigeração por absorção mais comum é aquele que usa amônia (NH3) como fluido refrigerante, e a água como absorvente. Estas máquinas têm a vantagem de utilizar energia térmica em lugares onde a energia elétrica não é disponível ou tem custo elevado.

O sistema por absorção não apresenta partes internas móveis o que lhe garante um funcionamento silencioso e sem vibração, reduzindo assim os gastos com a manutenção.

Para que o sistema funcione, primeiro a solução de amônia e água existente no absorvedor absorve vapor de amônia a baixa pressão vindo do evaporador. O passo seguinte é elevar a pressão do líquido com uma bomba e induzi-lo para o gerador, componente onde a aplicação de energia térmica garante a separação da água e da amônia, que segue para o condensador. A água retorna para o absorvedor após ter sua pressão reduzida. Ao passar pelo condensador a amônia transforma-se da fase de vapor para líquida, liberando energia para o meio externo. Logo após sair do condensador a amônia tem sua pressão reduzida para ingressar no evaporador e retirar energia do meio interno que desejamos resfriar. Neste processo a amônia passa do estado líquido para vapor, que será absorvido pela solução do absorvedor, reiniciando todo o ciclo.

Figura 1.3 – Diagrama de refrigeração

      1. Resfriadores de Líquido – Chiller

Estes equipamentos conhecidos como Unidade de água gelada ou Chillers, tem o mesmo principio de funcionamento dos sistemas CMV, porém utilizam outro liquido como fluido de trabalho, o mais utilizado é a água. Esta água, devidamente resfriada é utilizada para as mais diversas aplicações.

Um processo específico no qual a refrigeração é muito importante é a transformação de resinas termoplásticas onde se utiliza água para resfriamento do molde. A matéria-prima para a produção de plástico é estocada a temperatura ambiente, mas tem que ser aquecida para que possa ser moldada de acordo com o produto desejado. Tipicamente, a temperatura chega próximo de 200ºC e precisa ser resfriada novamente para ser embalada. A temperatura da água utilizada no resfriamento desses moldes tem um impacto direto na qualidade e na produtividade do processo, uma vez que, quanto mais rápido for o resfriamento, menor será o tempo do ciclo e mais peças poderão ser fabricadas em um mesmo intervalo de tempo. A figura 1.4 ilustra um sistema de resfriador de líquidos.

Figura 1.4 – Resfriador de Líquidos

O RESPONSÁVEL PELO FRIO

2. Fluidos Refrigerantes

Fluido refrigerante é o fluido que absorve calor de uma substância do ambiente a ser resfriado. Não há um fluido refrigerante que reúna todas as propriedades desejáveis, de modo que, um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de instalação frigorífica nem sempre é recomendado para ser utilizado em outra. O bom refrigerante é aquele que reúne o maior número possível de boas qualidades, relativamente a um determinado fim.

As principais propriedades de um bom refrigerante são:

  • Condensar-se a pressões moderadas;

  • Evaporar-se a pressões acima da atmosférica;

  • Ter pequeno volume específico (menor trabalho do compressor);

  • Ter elevado calor latente de vaporização;

  • Ser quimicamente estável (não se altera apesar de suas repetidas mudanças de estado no circuito de refrigeração);

  • Não ser corrosivo;

  • Não ser inflamável;

  • Não ser tóxico;

  • Ser inodoro;

  • Deve permitir fácil localização de vazamentos;

  • Ter miscibilidade com óleo lubrificante e não deve atacá-lo ou ter qualquer efeito indesejável sobre os outros materiais da unidade;

  • Em caso de vazamentos, não deve atacar ou deteriorar os alimentos, não deve contribuir para o aquecimento global e não deve atacar a camada de ozônio.

    1. Tipos de Fluidos Refrigerantes

2.1.1 CFC - São moléculas formadas pelos elementos cloro, flúor e carbono. (Exemplos: R-11, R-12, R-502, etc.).

Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica (refrigeradores e freezers) etc.

Os CFC’s destroem a camada de ozônio. A camada de ozônio sendo danificada permite que raios ultravioleta (UV) do sol alcancem à superfície da Terra. As indústrias químicas nacionais cessaram a produção de CFC’s e a importação destas substâncias virgens está controlada. Para converter ou substituir um equipamento operado com CFC foram criados dois tipos de refrigerantes alternativos: HCFC’s e HFC’s.

2.1.2 HCFC - Alguns átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Exemplos: R-22, R-141b, etc.).

Utilização: ar condicionado de janela, split, self, câmaras frigoríficas, etc.

2.1.3 HFC - Todos os átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Ex: R-134a, R-404A, R-407C, etc.).

Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica (refrigeradores e freezers), etc.

O R-134a (Tetrafluoretano) tem propriedades físicas e termodinâmicas similares ao R-12. Pertence ao grupo dos HFC’s Fluorcarbonos parcialmente halogenados, com potencial de destruição do ozônio (ODP) igual à zero, devido ao menor tempo de vida na atmosfera, apresenta uma redução no potencial de efeito estufa de 90% comparado ao R-12. Além disso, é não inflamável, não tóxico, possui alta estabilidade térmica e química, tem compatibilidade com os materiais utilizados e tem propriedades físicas e termodinâmicas adequadas.

O R-134a é compatível com todos os metais e ligas normalmente utilizados nos equipamentos de refrigeração. Deve-se evitar o uso de zinco, magnésio, chumbo e ligas de alumínio com mais de 2% de magnésio em massa. Testes de armazenamento com refrigerante úmido apresentaram boa estabilidade à hidrólise e nenhum ataque corrosivo em metais como aço inoxidável, cobre, latão e alumínio.

O R-134a é isento de cloro e, por isso, apresenta boa compatibilidade com elastômeros. Na refrigeração a palavra Retrofit (abreviatura da expressão inglesa “retroactive refit” que significa “readaptação posterior”) vem sendo empregada para designar as adaptações que são realizadas em equipamentos que trabalham com CFC’s para que esses possam trabalhar com os fluidos alternativos, tornando-os eficientes, modernos e econômicos.

A linha de fluidos alternativos, também chamada de “blends” é uma boa alternativa para a conversão de equipamentos que estão em operação no campo, pois exigem mínimas alterações no sistema original e na maioria dos casos não é necessária à substituição do compressor.

    1. Fluidos Alternativos Substitutos

2.2.1 R-409A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-22, R- 142b e R-124, tem propriedades similares ao R-12 e pode ser utilizado com óleo lubrificante mineral, poliolester e aquilbenzeno.

2.2.2 R-413A - Mistura de fluidos refrigerantes como R-218, R-134a e R-600a, é compatível com óleo lubrificante mineral, poliolester e aquilbenzeno, tem performance similar ao R-12.

2.2.3 R-408A - Mistura de fluidos refrigerantes como R-22, R-134a e R-125, tem performance similar ao R-502 e é compatível com óleo lubrificante mineral, poliolester e aquilbenzeno.

2.2.4 R-407C - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-134a, R-32 e R-125, possui propriedades similares ao R-22, porém é necessária a mudança do óleo lubrificante.

2.2.5 R-410A - Mistura de fluidos refrigerantes de alta pressão tais como R-32 e R- 125, possui melhor capacidade de resfriamento, porém requer uma reavaliação do projeto do sistema. A tabela abaixo mostra algumas opções disponíveis no mercado.

Tabela 1.2 – Fluidos refrigerantes

    1. Vantagens dos Fluidos Alternativos

  • São utilizados nos equipamentos de refrigeração não havendo necessidade de troca de componentes (dispositivo de expansão, compressor, etc.);

  • São compatíveis com óleo mineral, óleo alquilbenzeno e com os materiais existentes. Obs.: somente na aplicação do R-407C, deve ser trocado o óleo mineral por óleo Poliolester;

  • A carga de fluido refrigerante do equipamento com fluido alternativo é 80% da carga de fluido original. Obs.: A carga do fluido refrigerante deve ser feita somente na forma líquida.

Compatibilidade de alguns fluidos com óleos lubrificantes

Tabela 1.3 – Compatibilidade com óleos lubrificantes

Durante os últimos anos, vários refrigerantes alternativos foram avaliados e o R134a, por apresentar propriedades físicas e termodinâmicas relativamente semelhantes às do R12 e por não conter Cloro, tem sido considerado o substituto do R12 nas suas aplicações.

Mais recentemente, outro fator ambiental, não menos importante que a destruição da camada de ozônio, tem sido considerado: o potencial de aquecimento global, mais conhecido como efeito estufa.

Dentre os refrigerantes alternativos que atendem ambas as características ambientais, estão os hidrocarbonos. Estes refrigerantes não tinham até então sido considerados uma alternativa à substituição do R12, pois são inflamáveis. Na tabela 1.3.1 são apresentadas as principais propriedades físicas dos refrigerantes hidrocarbonos comparadas às do R12 e R134a.

Propriedades físicas do R12, R134a e refrigerantes hidrocarbonos.

Tabela 1.3.1 – Propriedades físicas de fluidos refrigerantes

Como se pode verificar na tabela 1.3.1, os refrigerantes hidrocarbonos apresentam menor peso molecular quando comparados ao do R12 e R134a. Isto é devido à ausência de halogêneos como cloro e flúor na sua estrutura molecular, que é composta apenas de carbono e hidrogênio. Tal característica torna os refrigerantes hidrocarbonos menos agressivos ao meio ambiente, como mostra a tabela 1.3.2.

Tabela 1.3.2 – Tempo de vida de fluidos refrigerantes ODP – Potencial de Destruição do Ozônio.

GWP – Potencial de Aquecimento Global (comparado ao CO2).

Observa-se na tabela acima que o refrigerante R134a, não destrói a camada de ozônio (ODP = 0). Tal característica deve-se à ausência de cloro nas suas moléculas. Entretanto os refrigerantes propano e butano exercem efeito desprezível (GWP < 5) sobre o aquecimento da Terra, ao contrário do R12 e R134a. Outro fator ambiental favorável aos refrigerantes propano e butano é seu menor tempo de vida na atmosfera.

PROTEÇÃO DA RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA

3. Camada de Ozônio

O ozônio é formado quando as moléculas de oxigênio absorvem parte da radiação ultravioleta proveniente do sol, ocasionando a separação das moléculas em dois átomos de oxigênio. Estes átomos por sua vez, juntam-se com outras moléculas de oxigênio, formando assim o ozônio (O3), que contém três átomos de oxigênio.

Aproximadamente 90% do ozônio da terra está localizado em uma camada natural, logo acima da superfície terrestre conhecida como estratosfera. Esta camada natural atua como um escudo protetor contra a radiação ultravioleta. A primeira preocupação sobre a provável destruição da camada de ozônio pelos CFC’s foi levantada com a publicação da teoria de que os átomos de cloro liberados pelos CFC’s poderiam migrar até a estratosfera, destruindo as moléculas de ozônio (Molina e Rowland, 1974), conforme mostra a figura 1.3. Alguns dos CFC’s têm um tempo de vida na atmosfera superior a 120 anos, isto é, eles não se dissociam na baixa atmosfera (troposfera). Como resultado, os CFC’s migram vagarosamente para a estratosfera onde são atingidos por maiores níveis de radiação, liberando o cloro, que por sua vez livre, liga-se repetidamente com moléculas de ozônio provocando a separação dos átomos de oxigênio da molécula em questão. Com a ocorrência da destruição do ozônio, maiores níveis de radiação tendem a penetrar na superfície terrestre. Além disso, devido ao longo tempo de vida dos CFC’s na atmosfera e ao fato de que um átomo de cloro pode destruir repetidamente milhares de moléculas de ozônio, serão necessárias muitas décadas para que a camada de ozônio retorne aos níveis de concentração anteriores, mesmo após a eliminação completa dos CFC’s.

Figura 1.5 – Camada de Ozônio

Desde que a teoria de destruição da camada de ozônio foi publicada pela primeira vez, pesquisas científicas têm mostrado uma preocupação geral com o aumento da concentração de cloro na estratosfera, que destruindo o ozônio, tem como resultado danos à saúde e ao meio ambiente, como por exemplo:

  • Aumento dos casos de câncer de pele;

  • Danos aos olhos (aumento dos casos de cataratas);

  • Enfraquecimento do sistema imunológico;

  • Danos às plantações;

  • Danos aos organismos aquáticos (algas marinhas);

  • Aumento da temperatura ambiente.

3.1 Como o Ozônio é Destruído?

Primeiramente, a luz ultravioleta quebra a ligação de um átomo de cloro da molécula de CFC. Em seguida, o átomo de cloro ataca a molécula do ozônio, quebrando a ligação entre os átomos. Forma-se uma molécula de O2 e uma de monóxido de cloro.

O monóxido de cloro é instável, tem sua ligação quebrada e forma-se novamente cloro livre, que vai atacar e destruir outra molécula de ozônio, repetindo-se o processo, ver figura 1.5.1.

Figura 1.5.1 – Destruição do Ozônio

UTILIZAÇÃO NA INDÚSTRIA

4. Refrigeração Industrial

A refrigeração industrial apresenta uma série de similaridades com o condicionamento de ar, mas também se distingue por diversos aspectos como componentes, procedimentos de projetos e mercadológicos. Ela pode ser caracterizada pela faixa de temperatura de operação, no limite inferior as temperaturas podem atingir valores entre -60°C a -70°C e 15°C no limite superior. Aplicações em que se verifiquem temperaturas menores do que as citadas pertencem ao ramo da criogenia, ao qual se especializa na produção e utilização de gás natural liquefeito, oxigênio e nitrogênio líquidos. Outra forma de se caracterizar a refrigeração industrial seria através das aplicações, assim poderia ser descrita como sendo o processo utilizado nas indústrias químicas, de alimentos e de processos (envolvendo dois terços das aplicações), indústrias manufatureiras e de laboratórios.

CONHECENDO OS COMPONENTES

5. Componentes de um Sistema de Refrigeração

Figura 1.6 – Componentes básicos de um sistema de refrigeração

Na figura 1.6 podemos visualizar um esquema simplificado de um sistema de compressão de vapor e seus componentes principais. Para um sistema completo deveriam ser incluídos os filtros, reservatórios, válvulas e equipamentos de controle. Os componentes básico de condicionadores de ar, e refrigeração industrial não diferem os quais são: trocadores de calor, compressores volumétricos, dispositivos de expansão e ventiladores sendo que esses sistemas consistem em um ciclo frigorífico.

5.1 Compressores

Compressores podem ser considerados como os principais equipamentos que compõem sistemas de compressão de vapor. Os principais tipos de compressores utilizados em sistemas frigoríficos são: alternativo, parafuso, centrífugo e de palhetas. Os compressores alternativos consistem em um êmbolo, o qual realiza um movimento alternativo no interior de uma cavidade cilíndrica (cilindro) com válvulas de admissão e descarga abrindo e fechando de maneira conveniente, de modo a permitir a compressão de gás refrigerante. Já os outros tipos de compressores, valem-se de elementos rotativos para realizar a compressão do gás refrigerante.

Figura 1.6.1 – Compressor alternativo Figura 1.6.2 – Compressor de parafuso

Figura 1.6.1 – Compressor centrifugo Figura 1.6.2 – Compressor de palhetas

Por ser o mais utilizado em sistemas de refrigeração, o compressor alternativo foi o escolhido para ser abordado nos modelos a seguir.

Um modelo simples, comumente observado na literatura, é o modelo que supõe a inexistência na variação no fluxo de massa entre a entrada e a saída do compressor. Tal modelo permite computar o fluxo de massa e a entalpia na saída do compressor. A vazão mássica² de refrigerante através do compressor pode ser calculada através da equação:

(5.1)

Né a rotação do compressor em rps;

Vvolume de deslocamento do pistão;

2 Mássica é aquilo que diz respeito á unidade de massa. Ex. potencia mássica do motor, relação entre a potencia e a massa do motor;

é a densidade do refrigerante na entrada do compressor;

v é a eficiência volumétrica.

Para a equação (5.1), a eficiência volumétrica pode ser obtida através da equação:

(5.2)

Onde:

Cré o fator de folga do compressor (razão entre volume morto e volume deslocado pelo pistão);

Pc é a pressão de condensação do refrigerante;

Peé a pressão de evaporação do refrigerante;

Cv é o calor específico para volume constante na entrada do compressor;

Cpé o calor específico para pressão constante na entrada do compressor.

Em um primeiro momento, a entalpia na saída do compressor pode ser calculada levando se em consideração que o processo de compressão é isoentrópico (s= cte). A diferença entra as entalpias encontradas na entrada e na saída do compressor (trabalho de compressão) é dividido pela eficiência de compressão. O valor da eficiência de compressão pode ser adotado baseando-se em dados experimentais. Então, as temperaturas e entalpias são recalculadas de maneira a representar o novo valor do trabalho de compressão. Os dados de entrada para este modelo podem ser obtidos de maneira semi-empírica.

Outro tipo de modelo analisado na literatura é o que leva em consideração o volume morto no interior do cilindro e algumas perdas. Tal modelo é obtido através de um caminho semiempírico e será descrito mais detalhadamente a seguir.

A vazão mássica do refrigerante para este modelo pode ser calculada através da equação (5.1)

A partir do cálculo da vazão mássica, pode-se calcular a potência através da seguinte equação:

(5.3)

Onde:

Wcpé a potência do compressor;

Wiosão as perdas eletromagnéticas do motor do compressor (consideradas constantes);

 é o fator de perdas (experimental);

Wisé a potência de compressão politrópica.

(5.4)

(5.5)

Onde:

v2 é o volume específico do gás refrigerante na saída do compressor;

(5.6)

Onde:

e são as entalpias do refrigerante na entrada e na saída do compressor, respectivamente.

(5.7)

Onde:

T2é a temperatura do refrigerante na saída do compressor;

T2é a temperatura do refrigerante na entrada do compressor;

cp12é o valor médio do calor específico a pressão constante entre a entrada e a saída do

compressor.

Os parâmetros N, cr, V, Wio e são característicos do compressor utilizado e devem ser obtidos em catálogos de fabricantes ou por meio de resultados experimentais. É importante observarmos que, para o modelo acima, a entalpia do refrigerante na saída do compressor pode ser calculada através da equação (5.6) e que a temperatura na saída do compressor pode ser calculada através da equação (5.7).

Existem também modelos mais complexos para compressores alternativos, onde as cavidades de entrada e saída das válvulas são modeladas de acordo com teorias de ondas planas acústicas. O processo de compressão é modelado por equações para escoamento compressível unidimensional e as válvulas são modeladas de acordo com equações baseadas em teorias de vibrações. O modelo opera com um conjunto de equações não-lineares. O princípio de funcionamento do modelo é a obtenção da oscilação das variáveis envolvidas no estado de equilíbrio, para uma dada configuração mecânica (tamanho do cilindro, diâmetro das válvulas, constantes de molas das válvulas de admissão e descarga, etc.). A solução resultante das equações não lineares para o estado de equilíbrio é colocada como um valor do problema nas fronteiras e resolvida através de um algoritmo de Warner. Em tal algoritmo, o valor inicial do problema é convertido em dois pontos nas fronteiras, os quais fornecem condições periódicas dos fenômenos que ocorrem nas fronteiras. É importante ressaltar que a utilização de tal modelamento depende de dados obtidos experimentalmente e dados obtidos de fabricantes de compressores.

Figura 1.6.3 – Compressor Bitzer Figura 1.6.4 – Detalhe interno do compressor

5.2 Trocadores de Calor

Os trocadores de calor (condensador e evaporador) são os componentes de um sistema de refrigeração que exercem maior influência no desempenho das trocas térmicas exercidas pelo sistema.

5.2.1 Condensadores

Condensadores são os elementos do sistema de refrigeração que têm a função de transformar o gás quente, que é descarregado do compressor a alta pressão, em líquido. Para isso, rejeita o calor contido no fluido refrigerante para alguma fonte de resfriamento.

Figura 1.7 – Condensador Figura 1.7.1 – Arranjo esquemático

5.2.2 Processo de Condensação

Ao ser admitido no condensador, o fluido refrigerante está no mesmo estado que na descarga do compressor, ou seja, gás quente a alta pressão. Como em um sistema de refrigeração o objetivo é evaporar o refrigerante (para resfriar), o refrigerante no estado gasoso deve ser condensado antes de retomar ao evaporador.

O processo de condensação do fluido refrigerante se dá ao longo de um trocador de calor, denominado condensador, em três fases distintas que são: Dessuperaquecimento, Condensação e Sub-Resfriamento.

Figura 1.7.2 – Processo de condensação

5.2.3 Evaporadores

O evaporador é um dos componentes principais de um sistema de refrigeração, e tem a finalidade de extrair calor do meio a ser resfriado, isto é, extrair calor do ar, água ou outras substâncias. É a parte do sistema de refrigeração onde o fluido refrigerante sofre uma mudança de estado, saindo da fase líquida para a fase gasosa. É chamado, às vezes, de serpentina de resfriamento, resfriador da unidade, serpentina de congelamento, congelador, etc.

Embora o evaporador seja às vezes um dispositivo muito simples, ele é realmente a parte mais importante do sistema. Qualquer sistema de refrigeração é projetado, instalado e operado com o único fim de retirar calor de alguma substância. Como esse calor tem que ser absorvido pelo evaporador, à eficiência do sistema depende do projeto e da operação adequada do mesmo.

A eficiência do evaporador em um sistema de refrigeração depende de três principais requisitos, que devem ser considerados no projeto e seleção do mesmo:

  • Ter uma superfície suficiente para absorver a carga de calor necessária, sem uma diferença excessiva de temperatura entre o refrigerante e a substância a resfriar.

  • Deve apresentar espaço suficiente para o refrigerante líquido e também espaço adequado para que o vapor do refrigerante se separe do líquido.

  • Ter espaço suficiente para a circulação do refrigerante sem queda de pressão excessiva entre a entrada e a saída.

Figura 1.7.3 – Evaporador

5.2.4 Processo de Evaporação

Após passar pela válvula de expansão (ou tubo capilar), o fluido refrigerante é admitido no evaporador na forma líquida. Como a pressão no evaporador é baixa, o fluido refrigerante se evapora com uma temperatura baixa. No lado externo do evaporador há um fluxo de fluido a ser refrigerado (água, solução de etileno-glicol, ar, etc.), ver figura a seguir.

Como a temperatura desse fluido é maior que a do refrigerante, este se evapora. Após todo o refrigerante se evaporar, ele sofrerá um acréscimo de temperatura denominado superaquecimento.

Figura 1.7.4 – Processo no evaporador

Os modelos para simular o comportamento de evaporadores e condensadores podem ser classificados de uma maneira geral, em quatro diferentes categorias:

  • Modelos do tipo “black box” (caixa preta);

  • Modelos de zona única;

  • Modelos de duas ou três zonas;

  • Modelos distribuídos.

Os modelos do tipo “black box” são baseados em teorias para automação e controle de sistemas, sendo mais comumente utilizados para o modelamento de evaporadores. Neste tipo de modelo, o componente é representado por um conjunto de funções de transferência com diversas constantes, as quais são determinadas experimentalmente. A principal vantagem na utilização de tal modelo é a simplicidade do mesmo. No entanto, dados experimentais devem ser obtidos para garantir o bom funcionamento e a precisão na aplicação desse tipo de modelo.

Os modelos de zona única, duas zonas e distribuídos são baseados em leis físicas da conservação de massa, quantidade de movimento e energia. Nos modelos de zona única, o trocador de calor é analisado por meio de variáveis que representam o componente de uma maneira generalizada. Nestes modelos, somente um valor é utilizado para representar a entalpia do refrigerante contido no interior do trocador de calor. De maneira semelhante, apenas um valor é utilizado para representar a densidade e temperatura do fluido secundário (lado externo do trocador), entre outros. Os coeficientes de transferência de calor entre o refrigerante, o fluido secundário e a parede dos tubos é suposto como sendo constante ao longo do trocador de calor. Um modelo de zona única, simples, porém amplamente utilizado na literatura, é o dado pela equação:

(5.8)

Onde:

Q é o calor trocado,

mf é a vazão mássica de refrigerante no interior do trocador de calor (constante).

hfi e hfosão as entalpias do refrigerante na entrada e saída do trocador, respectivamente.

Para aplicar tal modelo, deparamo-nos com a dificuldade prática da obtenção das entalpias na entrada e na saída do trocador de calor. Para obtê-las, é necessário o conhecimento das temperaturas de entrada e saída do refrigerante no trocador de calor, o que, na prática, torna-se uma dificuldade para a utilização do modelo. Tal modelo, no entanto, pode ser considerado de grande utilidade para estimativas teóricas do desempenho de sistemas de ar condicionado.

Outro modelo de zona simples, muito encontrado na literatura, é o modelo da efetividade (NUT). A principal vantagem de tal modelo é a possibilidade da análise de trocadores de calor quando as temperaturas de saída dos fluidos quente e frio (fluido secundário e refrigerante, no caso) são desconhecidas, ou difíceis de serem determinadas.

Para definir a efetividade de um trocador de calor, primeiramente devemos determinar a máxima taxa de transferência de calor possível para o trocador (qmax). Tal taxa, a princípio, poderia ser obtida através de um trocador de calor em contracorrente com comprimento tendendo a infinito.

A partir daí, podemos formular a seguinte expressão geral:

(5.9)

Onde:

qmaxé a taxa máxima de transferência de calor admitida no trocador

cpminé o calor específico à pressão constante que apresentar o menor valor entre o fluido quente para a temperatura da entrada e o fluido frio para a temperatura da entrada.

Tq,e é a temperatura do fluido quente na entrada do trocador de calor;

Tf,e é a temperatura do fluido frio na entrada do trocador de calor.

A efetividade do trocador de calor, então, nada mais é do que a razão entre a taxa real de transferência de calor e a taxa máxima de transferência de calor possível para um determinado trocador de calor.

(5.10)

Onde:

é a efetividade do trocador de calor

Então, podemos também definir a efetividade através das seguintes equações:

(5.11)

Ou

(5.12)

Onde:

cpqe cpf são os calores específicos à pressão constante dos fluidos quente e frio, respectivamente (média dos calores específicos entre a entrada e a saída do trocador).

Tq,s e Tf,s são as temperaturas do fluido quente e do fluido frio na saída do trocador de calor, respectivamente.

Por definição, a efetividade, que é um parâmetro adimensional, deve estar no intervalo compreendido entre 0 1. A efetividade pode vir a ser muito útil, uma vez que, se os valores de , Tq,e e Tf,e forem conhecidos, a taxa real de transferência de calor pode ser determinada através da seguinte expressão:

(5.13)

Para qualquer trocador de calor, pode ser demonstrado que:

(5.14)

Onde Cmin/Cmax pode ser igual à cpf/ cpqou cpq/ cpf, dependendo das magnitudes das taxas de capacidades caloríficas dos fluidos quente e frio.

Já o Número de Unidades de Transferência (NUT) é um parâmetro adimensional amplamente utilizado na análise de trocadores de calor, sendo definido através da seguinte expressão:

(5.15)

Onde:

Ué o coeficiente global de transferência de calor

Aé a área do trocador de calor

Relações Efetividade-NUT:

Para a determinação da forma específica da relação efetividade-NUT (Eq. 5.14) podemos considerar um trocador de calor com escoamento em paralelo, no qual cpmin=cpq. Desta maneira, podemos obter a seguinte expressão:

(5.16)

Sabemos, também que:

(5.17)

Onde:

mqe mf são as vazões mássicas do fluido quente e do fluido frio, respectivamente.

(5.18)

A expressão 5.18 foi desenvolvida através de um processo de rearranjo e substituição de equações, o qual é apresentado de maneira mais clara na literatura (Incropera F.P. & DeWitt D.P., Fundamentos de transferência de calor e massa, 4ª Edição, Editora LTC, Capítulo 11, pp.327).

De maneira semelhante, foram desenvolvidas expressões aplicáveis a outros tipos de trocadores de calor. Tais expressões podem, facilmente, ser encontradas em sua forma final em tabelas apresentadas na literatura (Incropera F.P. & DeWitt D.P., Fundamentos de transferência de calor e massa, 4ª Edição, Editora LTC, Capítulo 11, pp.328,329).

Os modelos de duas ou três zonas para trocadores de calor são os mais utilizados para simular o comportamento deste tipo de equipamento devido à relativa facilidade do modelamento matemático e da maior fidelidade ao comportamento real do equipamento, quando comparado aos modelos de zona única. Em tais modelos, o evaporador é dividido basicamente em duas zonas (evaporação e superaquecimento) e o condensador é subdividido basicamente em três zonas (superaquecimento, condensação e sub-resfriamento). Para este tipo de modelamento, as equações da continuidade, energia e quantidade de movimento podem ser estabelecidas e aplicadas com maior precisão e, considerando a utilização de um coeficiente de transferência de calor para cada uma das zonas, o problema físico pode ser melhor descrito e matematicamente representado.

Os modelos distribuídos têm sido cada vez mais utilizados ao longo dos últimos anos, devido à maior fidelidade ao comportamento real do equipamento em relação aos modelos apresentados anteriormente. Neste tipo de modelamento, o trocador de calor é dividido em vários pequenos volumes de controle. A aplicação das equações para balanços de massa, energia e quantidade de movimento em cada um dos volumes de controle, juntamente com a utilização de coeficientes de transferência de calor locais permitem uma maior fidelidade aos fenômenos físicos que realmente ocorrem nesses equipamentos.

A escolha do tipo de modelo a ser utilizado deve pode ser feita de acordo com a geometria do trocador de calor. Por exemplo: para trocadores de calor do tipo carcaça e tubos, com o processo de evaporação ocorrendo na superfície externa do tubo, os modelos de zona única e de duas zonas podem ser utilizados para representar os fenômenos físicos adequadamente. Entretanto, para evaporadores de tubos concêntricos, por exemplo, tais modelos não fornecem uma representação adequada dos fenômenos físicos que ocorrem nos mesmos, sendo necessária à aplicação de modelos mais complexos, tais como os modelos distribuídos.

5.3 Dispositivo de Expansão

Os dispositivos de expansão são importantes componentes para o funcionamento de sistemas de refrigeração. Tais dispositivos têm como principal função reduzir a pressão na entrada do evaporador e regular a vazão de refrigerante. Os dispositivos de expansão mais comumente utilizados são os tubos capilares e as válvulas de expansão termostática. Os tubos capilares consistem em tubos de pequeno diâmetro que atuam como uma restrição ao fluxo, diminuindo a pressão. Já as válvulas de expansão termostática controlam a vazão de refrigerante, por meio de um sensor localizado na linha de descarga do evaporador mantendo constante o grau de superaquecimento na saída do evaporador.

5.3.1 Válvula de Expansão Termostática

Devido a sua alta eficiência e sua pronta adaptação a qualquer tipo de aplicação, as válvulas de expansão termostáticas (VET) são os dispositivos de expansão mais utilizados em sistemas de refrigeração de expansão direta. São usadas para regular o fluxo do refrigerante a fim de garantir que ele evapore totalmente na serpentina, para garantir a redução da pressão do sistema e a pulverização do refrigerante.

Figura 1.8 – Esquema da válvula de expansão

A maioria dos modelos para dispositivos de expansão é muito simples. Considera-se que a variação de entalpia em tais dispositivos é nula, ou seja, h entrada = h saída. O fluxo de massa através de tais dispositivos pode ser modelado através da equação:

(5.19)

Onde:

Ké uma constante característica do dispositivo de expansão;

Pé a diferença entra as pressões de entrada e saída da válvula;

é a densidade do refrigerante na entrada da válvula.

Figura 1.8.1 - Válvula de expansão

NA INDÚSTRIA

6. Fluxograma Industrial Completo

Figura 1.9 – Fluxograma de refrigeração industrial

6.1 Centrais de Refrigeração

Na indústria são utilizadas centrais de refrigerações, também conhecidas como Rack’s, onde são acomodados os dispositivos de refrigeração, e sendo tristribuido os fluidos refrigerantes através de tubulações.

Figura 1.9.1 – Rack 01 Figura 1.9.2 – Rack 02

Figura 1.9.3 – Projeto gráfico do Rack .

Figura 1.9.4 – Projeto gráfico do SkiRack.

7 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é de trazer informações basicas das condições relativas ao conforto térmico existentes nos ambientes de trabalho, mais objetivamente em um auditório de palestras para acomodar 120 pessoas sentadas.

E determinar o que seria adequado para o local e a atividade e o que pode ser feito para melhorar as condições existentes.

8CONCEITUAÇÃO DE CONFORTO

TÉRMICO

O conforto térmico num determinado ambiente pode ser definido como a ensação de bem-estar experimentada por uma pessoa, como resultado

da combinação satisfatória, nesse ambiente, da temperatura radiante média (trm), umidade relativa (UR), temperatura do ambiente (ta) e velocidade relativa do ar (vr) com a atividade lá desenvolvida.

As sensações são subjetivas, isto é, dependem das pessoas, portanto um certo ambiente confortável termicamente para uma pessoa pode ser frio ou

quente para outra. Assim, entende-se como condições ambientais de conforto aquelas que propiciam bem-estar ao maior número possível de pessoas.

Estaremos concentrando nosso estudo nas condições que provocam o desconforto pela sensação de calor, porque no Brasil predomina o clima quente e úmido, inexistindo os problemas típicos das temperaturas extremamente baixas. No inverno, o conforto térmico pode ser obtido, na maioria dos casos, com a simples utilização de vestimenta apropriada.

9 VARIÁVEIS QUE DETERMINAM

O CONFORTO TÉRMICO

As variáveis de maior influência no conforto térmico podem ser reunidas em dois grandes grupos: as de natureza ambiental e as de natureza pessoal.

As de natureza ambiental são:

• temperatura do ar (ta);

• temperatura radiante média (trm);

• velocidade relativa do ar (vr);

• umidade relativa do ar ambiente (UR).

As de natureza pessoal são:

• tipo de vestimenta (representada pelo seu isolamento térmico);

• tipo de atividade física executada (representada pelo metabolismo).

Essas variáveis foram separadas em dois grupos somente para efeito de classificação, tendo em vista que o efeito combinado de todas essas variáveis

é o que determina a sensação de conforto ou desconforto térmico.

10 Calculando carga térmica para o conforto termico em salas/auditorio de palestras para 120 pessoas sentadas.

Para os cálculos foi utilizado a tabela de calculo simplifico de carga termica “Manual do Senai para mecânico de manutenção em climatização”, onde a mesma é expressa em Kcal/h, para transformar este valor em BTU/h, basta multipicar o valor da tabela 3 por 4.0.

E para transformar o valor calculado em Kj/h evemos multiplicar Kcal/h por 4.18.

Tabela 3: Formulario simplificado

Colar tabela neste espaço

.

Figura 1 – Fator de cada região o Brasil

Área do auditório a ser calculado conforto térmico:-

Valores retratados da tabela 3.

  • 1 - Janelas:- leste com cortinas = fator (X)=130 x m² de 3 janelas (2.50 X 2.00 m)

Total em m² de 3 janelas:- 15 m²;

Em Kcal/h:- 15 m² X fator (115)=1725Kcal/h .

  • 2 - Janela condução:- Vidro comum (m² x fator x)

1 Janela (2.00 X 1.50 m) = 3 m²

Em Kcal/h:- 3m² x fator (50)= 150kcal/h.

  • 3 - 1 parede externa Leste (outras direções) sem ser direção Sul:-

Fator x = 20 X m² da parade (15 X 3.00 m).

Total em m² da parede = 45 m²;

Em Kcal/h:- 45m² X fator (20)= 900 Kcal/h.

  • 4 - 1 parede interna direção Sul:-

Fator x = 8 X m² da parade (10 X 3.00 m).

Total em m² da parede = 30 m²;

Em Kcal/h:- 30 m² X fator (8)= 240 Kcal/h.

  • 5 - 1 parede interna direção Oeste:-

Fator x = 8 X m² da parade (15 X 3.00 m).

Total em m² da parede = 45 m²;

Em Kcal/h:- 45 m² X fator (8)= 360 Kcal/h.

  • 6 - 1 parede externa direção Norte (outras direções):-

Fator x = 20 X m² da parade (10 X 3.00 m).

Total em m² da parede = 30 m²;

Em Kcal/h:- 30 m² X fator (20)= 600 Kcal/h.

  • 7 - Teto entre andares:- fator X (13) 15 X 10 m.

Total em m² do piso = 150 m²;

Em Kcal/h:- 150 m² X fator (13) = 1950 Kcal/h.

  • 8 - Piso considerando o mesmo entre andares

(2º andar):- fator X (13) 15 X 10 m.

Total em m² do piso = 150 m²;

Em Kcal/h:- 150m²X fator (13) = 1950 kcal/h.

  • 9 - Nº de pessoas ( em atividade normal).

Considerando um auditório para 120 pessoas;

mais 1 pessoa dando palestra.

Total de 121 pessoas X fator (150) .

Em Kcal/h:- 121 X fator (150) = 18150 Kcal/h.

  • 10 - Aparelhos elétricos:-

Retro projetor (RETROPROJETOR )

- Consumo de energia elétrica C= 326 watts (http://maisonrovania.natal.tudotemos.com/market/Confianca_RETROPROJETOR_EducacaoeCultura_964)

Tv 29" = 110 watts ;

Video = 10 watts; COMPUTADOR/ IMPRESSORA/ ESTABILIZADOR = 180 watts

(http://www.natureba.com.br/energia-eletrodomesticos.htm)

Total de 626 Watts = 0.626 Kw.

Total de consumo dos aparelhos X o fator (860).

Em Kcal/h:- 0.626 X fator (860) = 539 Kcal/h.

Total de 35 lâmpadas X 36 W cada = 1260 W.

Em Kcal/h:- 1260 x fator (1.25) = 1890Kcal/h.

  • 12 - Portas e vãos (sempre abertos p/ áreas não condicionadas).

1 porta interna com saida para o corredor com ( 3.00 X 2.00 m):-

Total em m² da porta = 6m²

Fator x = 150 X m² da porta.

Em Kcal/h:- 6 m² X fator (1500)= 900 Kcal/h.

Após realizar a soma de todos os valores devemos multiplucar os mesmos pelo fator da região onde o auditório está sendo construido.

Região sudeste fator = 0.85.

Somatória dos valores.

Item 1 = 1725 Kcal/h

Item 2 = 150 Kcal/h

Item 3 = 900 Kcal/h

Item 4 = 240 Kcal/h

Item 5 = 360 Kcal/h

Item 6 = 600 Kcal/h

Item 7 = 1950 Kcal/h

Item 8 = 1950 Kcal/h

Item 9 = 18150 Kcal/h

Item 10 = 539 Kcal/h

Item 11 = 1890 Kcal/h

Item 12 = 900 Kcal/h

Total = 29354 Kcal/h X 0.86 = 25,244.44 Kcal/h.

Este total x fator 4 encontraremos o valor em BTU.

Então 25,244.44 x 4 = 100,978 BTU (carga térmica total).

Ou então se quisermos saber a taxa de resfriamento (Tr) devemos dividir o valor de 100,978 BTU por 12000.

Então Tr + 100,978 ÷ 12000 Então Tr= 8.41

7. Considerações finais

O trabalho apresenta os principais componentes, utilizações, equações e aplicações dos sistemas de refrigeração industrial, apresentando uma básica explicação sobre a funcionabilidade dos equipamentos, e do sistema. Apresentando também os principais modelamentos matemáticos dos componentes essenciais da refrigeração industrial,nosso objeto de estudo foi um auditório .

O ramo da Refrigeração Industrial é muito extenso, com inúmeras aplicações nos mais diversos ramos, mas com esse trabalho é possível ter uma noção básica sobre esse ramo da refrigeração.

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Apostila Senai-sp

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