Prova Final Refrigeração e Climatização - Projeto de Isolamento Térmico e Carga Térmica em Câmara de Resfriamento

Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia Cursos de Engenharia Mecânica Disciplina de Refrigeração e Climatização Avaliação Final Exame ENTREGA INDIVIDUAL MANUSCRITO E DIGITALIZADO ATRAVÉS DO AVA ATÉ AS 2359h DO DIA 14012023 Uma câmara de resfriamento de carcaças suínas necessita de um projeto de isolamento térmico e de carga térmica Esta câmara apresenta as seguintes dimensões Comprimento x Largura x Altura 20 m x 10 m x 50 m As condições sob as quais o alimento estará exposto assim como as características da câmara estão apresentadas a seguir Temperaturas externas à câmara em todas as superfícies incluindo teto e piso Tbs15C e Tbu12C Temperatura interna da câmara 1 C Temperaturas de entrada e final do produto 20C e 0C respectivamente Velocidade do Ar externo repouso A câmara não tem contato com radiação solar em nenhuma de suas superfícies O resfriamento das XXX carcaças suínas cada uma com um peso aproximado de 100 kg onde XXX corresponde aos três últimos dígitos do número de matrícula deverá ocorrer em 21 horas A movimentação das carcaças na câmara abastecimento e retirada é realizada por 2 pessoas com duração estimada de 3 horas por dia A câmara apresenta sistema de degelo por gás quente e possui 4 evaporadores cada um com 2 motores elétricos de 10 CV cada motor Utilizar isopainéis em Poliuretano 1 Determine a espessura mínima do isolamento térmico das paredes teto e piso considerando aspectos relacionados à condensação superficial e classificação de isolamento excelente 10 ponto 2 Calcule a carga térmica total do ambiente em kcalh e kW 30 pontos 3 Para a câmara frigorífica em questão e admitindo a carga térmica calculada na questão 2 a Proponha um ciclo de compressão de vapor que atenda a necessidade da câmara e elabore um fluxograma do mesmo contemplando seus principais componentes e regimes de operação considerando que o sistema opera com amônia e evaporadores inundados com recirculação por bombas e com duplo estágio de compressão 10 ponto b Determine as temperaturas de evaporação e condensação admitindo que o sistema será instalado em Rio GrandeRS e considerando a utilização de condensadores evaporativos evaporadores minimizando o efeito de perda de umidade 10 ponto c Elabore os diagramas pressão x entalpia e temperatura x entropia do ciclo proposto 10 ponto d Calcule a potência mecânica real e a capacidade de rejeição de calor do sistema considerando compressão isentrópica e rendimento de 80 20 pontos e Determine o coeficiente de desempenho do ciclo proposto COP 10 ponto Avaliação Final Exame Projeto de Isolamento e Carga Térmica Informações do Préprojeto Características geométricas Comprimento 20 m Largura 10 m Altura 5 m Volume 1000 m³ Produto Refrigerado Carnes Suínas Peso Unitário 100 kg Quantidade 183 unidades Tempo de Resfriamento 21 horas Calor específico antes do congelamento 308 kJkgK Temperatura de entrada 20 ºC Temperatura final 0 ºC Características operacionais da câmara Temperatura interna 3 ºC Movimentação diária 3 horasdia Pessoas trabalhando 2 pessoas Condições Externas Temp de bulbo seco 15 ºC Temp de bulbo úmido 12 ºC Umidade Relativa 70 Sem radiação solar incidente 1 Espessura de Isolamento das paredes Critério de Isolamento excelente fluxo de calor por unidade de área QA 930 Wm² Assin por Fourier Liso kisoText Tins 002315 3 004602 m Liso 4602 mm QA 930 Critério de Condensação Superficial Liso k Tonv Tcam 0023 975 3 1163 000684 m Liso 684 mm αext Text Tonv 815975 Logo adotase a espessura comercial imediatamente superior de 50 mm 2 Carga térmica total Carga térmica devido aos produtos Obs I Não há congelamento II Aplicável apenas a frutas e verduras Qprod Gm cp1 Text T1 Δtg cp2 Ts T2 GT Δtrep I I I II Qprod 183100 023588308200 269194464 kcaldia Carga devido infiltração Qinfil Vcom FTA ΔH 1000 25 99 24750 kcaldia P Vcom 3000 m³ FTA 25 trocasdia P UR 15 Interpolando da tabela de calor cedido pelo ar externo ao entrar na câmara obtem Text 15 ºC ΔΗ 99 Kaclm3 Tint 3 ºC Carga devido pessoas Qpes 272 6 Tcam Τ n 086 272 6 1 3 2 086 137256 kcaldia τ tempo de permanência n número de pessoas Carga devido iluminação Adotando potência dissipada pelas lampadas10 Wm² Qilum 10 A τ 086 10 2010 3 086 5160 kcaldia Carga devido ventiladores Qvent Wvent τ 632 1078 21 632 33612307 kcaldia Carga térmica total Qtot Qprod Qinfil Qpes Qilum Qvent 552 6403009 21 Qtot 28230481 kcalh Qtot 338766 kW Carga devido transmissão Qtn QA A 24 93 700 24 Qtn156240 kcaldia 3 a Fluxograma do ciclo de compressão Legenda I Unidade Condensadora II Evaporadores III Separador de líquido IV Reservatório de líquido V Compressores VI Bombas de Circulação VII Câmara de mistura VIII Válvula de expansão b Temperaturas de evaporação e condensação Cidade Rio Grande RS De acordo com a NBR 6401 temse Tbu 245 ºC Tbs 30 ºC Temperatura de evaporação do fluido refrigerante Te Te Tcam ΔTp 1 7 8 ºC Adotase um ΔT 7 ºC Temperatura de condensação Tc Tc Tbu ext ΔTp 245 335 38 ºC Adotase ΔTp 335 ºC Adotandose a utilização de condensadores evaporativos c P h Tc te 6 7 5 4 3 2 1 6 7 3 9 1 d Determinação dos estados termodinâmicos Estado 1 T1 8ºC x 1 h1 35963 kJkg s1 62004 kJkgK Estado 2 P2 Pat pT 0ºC s2 s1 h2 16354 kJkg Estado 3 T3 0ºC x 1 h3 16054 kJkg s3 60926 kJkgK Estado 6 T6 38ºC x 0 h6 52393 kJkg S6 2085 kJkgK Estado 7 h7 h6 Estado 8 T8 0ºC x 0 h8 34335 kJkg s8 34736 kJkgK Estado 9 T9 8 hg hg s9 14743 kJkgK Estado 4 h4 16310034 kJkg s4 61672 kJkgK Estado 5 s5 s4 h5 37226 kJkgK Balanço energético e máerico m m1 m2 0031552 kgs Separado de líquido m7 m2 h3 m1 h8 m7 m2 m7 m1 h3 m1 h8 m2 m h8 h7 h7 h3 00045308 kgs Potencia mecânica real PR sum Wc m1h2 h1 m1h6 hg n 002703316354 15963 0031552 37226 16310034 08 PR 4929875 kW Balanço energético nos evaporadores Qevar Qtot m3 h1 hg m3 338766 15963 34315 0027033 kgs Câmara de mistura m2 h2 m1 h3 m h4 h4 m2 h2 m1 h3 m 16310034 kJkg Calor Rejeitado pelo sistema Qrej m h5 h6 0031552 37226 52393 37820477 kW COP de sistema COP Qtest Wc 33876577 4929875 687