Cálculo de carga térmica

Carga Térmica é o total de calor a ser removido do ambiente e dos produtos que serão refrigerados (câmara), que é proveniente de:

 

1.1 – Carga de Transmissão (Q1).

 

É o calor que penetra na câmara pelas paredes, teto e piso.

 

Q1 = U. A (Te – Ti). 24h Kcal/24h

Q1 = Carga total

A = Área de troca de calor (m2)

U = Coeficiente global de transmissão de calor em (kaca/h. m². °C)

Te – Ti = Dt temperaturas externa e interna respectivamente (°C)

 

1.2 – Calor do produto (Q2).

 

A)    Calor removido no resfriamento

B)    Calor removido no resfriamento até a temperatura de início de congelamento.

C)    Calor removido no congelamento

D)    Calor removido na redução de temperatura entre o início de congelamento até o valor final desejado.

Qa = m. C1. (t1 – t2)

Qb = m. C1. (t1 – t)

Qc = m  L

Qd = m . C2. (t – tf)

 

Onde:

Q – Calor removido (kcal)

M – massa do produto (Kg)

C1 – Calor específico

T1 – Temperatura inicial do produto

T2 – Temperatura a que se que levar o produto no resfriamento (°C)

T – Temperatura de início do congelamento do produto ((°C)

L – Calor latente para congelamento do produto (Kcal/Kg)

C2 – calor específico do produto abaixo do ponto de congelamento (Kcal/Kg.°C)

Tf – temperatura final a que se quer levar o produto no congelamento.

 

1.3 – Carga de Infiltração (Troca de Ar) (Q4)

 

É o calor que entra na câmara proveniente da abertura de portas e outras aberturas.

 

Q4 = n. V. Dt (Kcal/24h)

 

N = Numero de trocas de ar por 24h, dependendo do tamanho da câmara

V = Volume da câmara (m³)

Dt = Ganho de energia por m³ de câmara dependendo das temperaturas e umidades relativas interna e externa (Kcal .m³)

 

1.4 – Carga por embalagens:

 

Fórmula:

 

Q = m x Cpe x Dt em Kcal/h

 

Onde:

M = massa da embalagem (Kg)

Cpe = calor específico do material da embalagem (Kcal/Kg.°C)

Dt = Diferença das temperaturas externa e interna (°C)

 

OBS: Se a quantidade estimada de material utilizado na embalagem do produto não atingir 10% do peso bruto que entra na câmara, não é necessário o cálculo devido à embalagem. Isso se o congelamento não for rápido.

 

Normalmente esta carga térmica adicional é acrescentada quando os produtos a serem resfriados / congelados são, por exemplo: leite, cerveja, ou outros produtos engarrafados / embalados e caixas.

 

Para ajudar alguns tipos mais comuns de embalagens.

 

Tipo de embalagem Calor específico (Kcal/h/Kg.°C)
Alumínio 0,2
Vidro 0,2
Aço 0,1
Madeira 0,6
Papelão/Cartão 0,35
Caixas plásticas 0,4

 

1.5 – Carga por pessoas (Q6).

 

Q6 = N. T. g (Kcal/24h)

N = numero de pessoas

T = tempo de permanência no interior da câmara.

G = Kcal/h pelo tipo de permanência de pessoas

 

1.6 – Carga de Iluminação Q7.

 

Q7 = P. A. 0,86. nh ( Kcal/24, Q=P x 860(kcal/h) x tempo de iluminação

Pode-se utilizar 250 Kcal/h para cada 100m²

 

1.7 – Carga por motores Q8.

 

Q8 = n. 632,41. nh (Kcal/24h

 

N = Potência dos motores (CV).

 

Nh = Número de horas dos motores ligados por dia na câmara.

 

1.8 – Carga térmica total QT.

 

É a soma de todas as cargas parciais.

 

QT = somatória Q1 à (Kcal/24h) ou Qt = Q / X (Kcal/h), onde X pode variar de 16 a 22.

 

Para simplificar o cálculo e planificação das cargas térmicas, a Heatcraft do Brasil LTDA disponibiliza um Software (SR2005 e 2011) para auxiliar este trabalho. Todos os dados e tabelas necessários para o cálculo de carga térmica de câmaras estão nesse Software.

 

Recomendamos que ele seja utilizado como referência da carga térmica em refrigeração comercial e conservação de produtos frigorificados e perecíveis.

 

 

2 – NOÇÕES DE VAZÃO DE AR EM CÂMARAS FRIGORÍFICAS

 

2.1 – Importância do número de trocas de ar no cálculo de carga térmica e na seleção dos equipamentos.

 

2.2 – Após determinarmos a carga térmica, devemos proceder ao selecionamento dos equipamentos corretos para o sistema, tendo como referência o tipo de trabalho e operação da câmara.

 

Dados a serem levados em consideração para especificar os equipamentos:

2.1.1 – Balanceamento dos equipamentos

2.1.2 – Diferencial de temperatura (Dt)

2.1.3 – Controle de capacidade e segurança do sistema

2.1.4 – Tipo de operação e fluxo de ar.

2.1.5 – Característica dos produtos a ser refrigerados.

Diferença de temperatura recomendado (Dt) para câmaras e classes de produtos (evaporadores de ar forçado).

 

Classe Dt U. R. Aprox. Classes dos produtos
1 4°C a 5°C 90% Armazenamento de vegetais, produtos agrícolas, flores, gelo sem embalagem e câmaras para resfriamento.
2 6°C a 7°C 80, 85% Armazenamento frigorificados em geral e refrigeração, alimentos e vegetais embalados, frutas e produtos similares, produtos que requerem menores níveis de umidade relativa que os produtos da classe 1.
3 7°C a 9°C 65, 80% Cerveja, vinho, produtos farmacêuticos, batatas, cebolas, frutas de casca dura como: melão. Produtos embalados. Estes produtos requerem U.R. moderada.
4 9°C a 12°C 50, 65% Sala de preparo e processo, corte, armazém de cerveja, doces, armazenagem de filmes, estas aplicações necessitam de baixa umidade relativa e não são afetadas pela umidade.

 

3 – NÚMERO DE TROCAS DE AR NECESSÁRIAS PARA CADA APLICAÇÃO.

 

3.1 – Para evaporadores de câmaras de armazenamento e conservação de produtos em geral e as de conservação de congelados, não há um critério para a velocidade e a quantidade exata de trocas de ar dentro da câmara, o total de ar sugerido seria de 40 a 80 trocas/h.

Para fazer este cálculo, utiliza-se a seguinte formula.

 

Trocas de ar = vazão em m³/h /volume interno da câmara.

 

A vazão inclui todos os evaporadores em funcionamento na câmara.

A equação descarta a movimentação de ar que é induzido pela descarga de ar do evaporador, ou seja, o maior volume da câmara só é usado se o produto e o equipamento ocupam mais de 10% do volume. Aplicações especiais tais como câmaras de corte e câmaras de maturação de banana têm limites desejados mostrados na tabela abaixo.

 

A tabela mostra as quantidades mínimas e máximas de trocas de ar.

 

Tipo de aplicação Número de trocas de ar recomendada Número de trocas de ar recomendada
  Mínimo Máximo
Conservação de congelados 40 80
Conservação de resfriados 40 80
Câmaras de corte 20 30
Câmara de resfriamento de carne 80 120
Maturação de banana 120 200
Armazenamento de frutas e vegetais 30 60
Túneis de congelamento rápido 150 300
Salas de processo 20 30
Armazenamento de carne sem empacotar 30 60

Para uma correta conservação dos produtos no interior da câmara, todos os dados observados acima devem ser considerados e também a capacidade útil da câmara para cada tipo de trabalho, produtos congelados e resfriados. Para cada tipo de produto, temos uma densidade para utilização por m³, (Ver tabela). Para um bom acondicionamento de produtos no interior da câmara sugerimos a utilização de 70% do espaço útil da câmara frigorífica.

O volume de ar a ser movimentado em função da carga térmica pode ser verificado com a seguinte fórmula.

 

Q = V. d . c. (Dt).

Q – Carga térmica a ser retirada.

 

V – Volume do ar a ser deslocado.

 

D – Densidade do ar.

 

C – Calor específico do ar.

 

Dt – Diferença de temperatura entre o Ar de entrada e saída no evaporador.

 

Um maior (Dt) para uma mesma carga térmica tem-se menor volume de ar circulado. No entanto, a este (Dt) maior corresponde um menor fator de calor sensível e, portanto, maior possibilidade de perda de peso dos produtos a ser refrigerados. De forma contrária, um grande volume de ar através do evaporador com adequada superfície de troca de calor será favorável para uma alta umidade e menor perda de peso dos produtos a ser refrigerados.

 

EXEMPLO RESUMIDO DE CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA DE UMA CÂMARA.

 

DADOS:

– Temperatura externa: 35°C

– Temperatura interna: -18°C

– Unidade relativa: 60%

– Dimensões internas: 3m x 4m x 2,5m

– Tensão disponível; 220 v, 3F

– Material do isolamento da Câmara: painel pré-fabricado de EPS 200 mm

– Produto: peixe fresco já congelado

– Embalagem: sim

– Movimentação diária: 3.000kg/24

– Ocupação total estática: 7.500kg

– Presença de calor e fonte de calor: sim

– Temperatura de entrada do produto: -8°C

– Número de pessoas: 2 pessoas permanecendo 3 horas

 

CÁLCULOS

 

Transmissão de calor: Parede, teto e piso:

Dt = (temp. externa – Temp. interna), (35°C –(-18)) = 53°C

Dt = 53°C

 

– Piso: (larg.) x (comp.) x (fator tabela 1)

4m x 3m x 190 = 2.280 kcal/24h

 

– Parede: (larg.) x (alt.) x (fator tabela 1) x 2

– 4m x 2,5m x 190 x 2 = 3.800Kcal/24h

 

– Parede: (comp.) x (alt.) x (fator tabela 1) x 2

– 3m x 2,5m x 190 x2 = 2.850 kcal/24h

 

– Teto: (larg.) x (comp.) x (fator tabela 1)

– 4m x 3m 190 = 2.280 kcal/24h

 

– Soma total das cargas disponíveis = 11.210 kcal/24h

 

INFILTRAÇÃO DE AR

 

– Volume: (larg.) x (comp.) x (alt.) x (fator tabela 2b) x (fator tabela 3)

– 4m x 3m 2,5m 13 x 35,3 = 13.767kcal/24h

 

CARGA TÉRMICA DIÁRIA = Soma disponíveis + troca de Ar

– 11.210kcal/24h + 13.767 kcal/24h = 24.997 kcal/24h

 

CARGA TÉRMICA DO PRODUTO (Temperatura conservação = -18°C)

 

– (Movimentação diária) x (Redução de temp.) x (calor esp. AB – Tab. 4C, col. 4)

3.000 kg/24h x 10°C x 0,45 kcal/kg°C = 13.500 kcal/24h

 

CALOR DE OCUPAÇÃO (Pessoas)

 

– (Nº de pessoas x fator tabela 5) x (horas reais permanência)

2 x 238 kcal/h x 3 = 2.028 kcal/24h

 

ILUMINAÇÃO (10 watts/m²)

– (larg.) x (comp.) x (10) x (horas reais ) x (fator de conversão)

3 x 4 x 10 x 3 x 0,86 = 309,6 kcal/24h

 

DIMENSIONAMENTO

Carga total diária =∑ de todas as cargas térmicas:

 

Total diária = 40.814,6kcal/24h

Total diária: 16h = 2.551 kcal/h

Fator de segurança (10%) = 255 kcal/h

Carga térmica total final = 2.806 kcal/h

asn_coelho

 .