Câmaras para armazenamento em refrigeração: entenda o projeto

Sabe-se que a indústria alimentícia e farmacêutica estão entre aqueles setores que mais crescem ao longo dos anos.

Além disso, setores como estes que faturam de bilhões a trilhões ao ano, não almejam somente uma crescente produção de produtos relacionados, mas também uma evolução significativa nos parâmetros de qualidade.

Desta forma, é previsível que as árduas metas anuais sejam batidas através de um esforço que envolva investimentos tecnológicos e expansão territorial, salientando a importância de destinar recursos a processos chave para o sucesso fabril.

Contudo, a tecnologia não basta para que os processos funcionem corretamente e estejam conformes com o requerido.

É preciso, também, ter um conhecimento técnico em engenharia e áreas correlatas para que detalhes e variáveis importantes sejam corretamente considerados, a fim de garantir um processo preciso e eficaz.

Neste contexto, a refrigeração industrial ganha destaque não só por ser um processo chave e comum às duas indústrias mencionadas, mas também pelo modo em que é utilizada para câmaras de armazenamento.

Portanto, este texto é para você que procura considerações reais de projeto para garantir a qualidade e eficiência operacional em câmaras de armazenamento, de modo que esta atenda aos critérios de qualidade de cada produto que há de ser armazenado.

Câmaras de armazenamento e refrigeração

Quando se coloca em um mesmo contexto a refrigeração e câmaras de armazenamento, espera-se uma estrutura presente em processos industriais e que é capaz de prolongar a vida útil e preservar qualidade de produtos.

Essas câmaras de armazenamento, presentes em setores alimentício, farmacêutico, químico e hospitalar, podem ser divididas em dois tipos,as quais são câmaras de refrigeração (ou resfriamento) e câmaras de congelamento.

Geralmente, essas duas possibilidades de projeto são reconhecidas através das seguintes características:

As câmaras de refrigeração são características de níveis de temperatura próximos de 0 °C e são utilizadas para o armazenamento de frutas, vegetais, laticínios e outros alimentos frescos;
As câmaras de congelamento, por sua vez, operam em temperaturas menores do que 0 °C, podendo atingir de -18 °C até -25 °C, além de serem utilizadas para o armazenamento de carnes, peixes e outros produtos que devem ser congelados.

Em geral, essas câmaras industriais podem ser projetadas para atender às necessidades específicas de cada tipo de produto, com temperaturas e tamanhos variáveis, além de integração com sistemas de logística e distribuição.

Considerações para o projeto de armazenamento com refrigeração industrial

A partir de agora, você tem acesso ao passo a passo teórico utilizado para a confecção de câmaras de armazenamento que utilizam o processo de refrigeração para preservar produtos diversos.

Embora não faremos um projeto real para exemplificar o que deve ser feito, você ainda assim terá acesso ao passo a passo e às referências utilizadas para a construção da câmara.

Então, sem mais demora, vamos ao assunto principal deste texto.

Condições externas

As condições externas são importantes porque consideram os seguintes dados para a cidade em específico:

Temperatura máxima;
Temperatura de bulbo seco (TBS);
Temperatura de bulbo úmido (TBU);
Latitude;
Altitude;
Longitude;
Umidade relativa.

Esses dados, tão importantes, não precisam ser caçados na internet, para que você não encontre informações distintas e acabe ficando confuso.

Portanto, seja assertivo e acesse esses dados na NBR 16401.

2.Condições internas de projeto

As condições internas de projeto dizem respeito às suas necessidades internas à câmara.

Essas condições consideram:

Temperatura de armazenamento;
Temperatura de congelamento;
Umidade relativa do ar;
Calor de respiração;
Calor específico resfriado;
Calor específico congelado.

A tabela contendo esses dados está presente na ASHRAE (traduzida como Sociedade Americana Aquecimento, Refrigeração e Ar-Condicionado para Engenharia).

3.Condições de armazenamento

As condições de armazenamento devem considerar:

Peso de cada caixa (Kg);
Dimensões das caixas que hão de armazenar o produto;
Dimensão dos paletes em que as caixas serão postas e empilhadas;

A EMBRAPA determina que a altura máxima de empilhamento não ultrapasse 2,20 m. Desta forma, deve-se calcular quantas caixas devem ser empilhadas por palete, visto a dimensão do palete e a dimensão das caixas.

4.Câmara de resfriamento

A câmara de resfriamento deve considerar a sua capacidade, em toneladas, do produto que será armazenado. Além disso, é interessante especificar quantos paletes e quantas caixas devem ser postas no interior deste ambiente.

Considere, então:

Área total do galpão;
Área total do piso, parede e telhado;
Volume do galpão;
Número de empilhadeiras utilizadas;
Número de pessoas na câmara;
Tempo de permanência de pessoas na câmara.

5.Isolamento e transferência de calor através das paredes

Sabe-se que a parede é formada por duas camadas de materiais diferentes. Comumente, uma camada é de alvenaria e a outra pode ser de outro material de baixa condução térmica, como o poliestireno.

A camada de alvenaria pode ser brevemente estimada, como 400mm, por exemplo, de modo que o valor final encontrado na equação seja a espessura de poliestireno.

Enfim, a espessura dessa camada isolante pode ser calculada através da seguinte relação:

Em que:

li – Espessura do isolante;

li – Condutividade térmica do isolante;

T1 – Temperatura do ar exterior a câmara, temperatura ambiente;

T2 – Temperatura do ar no interior da câmara;

ΔT′ – Fator de correção;

Q̇⁄A- Fluxo de calor por unidade de área da parede.

αext – Coeficiente de convecção externo

αcam – Coeficiente de convecção interno

Além disso, fixa-se o valor do fluxo de calor por unidade de área da parede, já que segundo literaturas, 8 kcal/h.m2 é considerado ideal.

Ademais, é importante considerar que ao pintar a parede das câmaras, pode diminuir a espessura do isolante, mas deve ser aplicado um fator de correção no cálculo da espessura.

6.Difusão de vapor

Muito se fala sobre o impacto do vapor condensado congelar e da importância de módulos de degelo.

Este mesmo problema pode ocorrer no isolamento da câmara e este pode ser afetado.

Por isso, analisar se a pressão de vapor é menor que a pressão de saturação nos pontos da parede da câmara, nos paineis isolantes e nas paredes da alvenaria, é extremamente importante.

Para isso, encontre a resistência térmica do isolante e da parede:

RT = 1/∝ext + Lalv/Kalv+ Liso/Kiso+ v/∝int

∝ext – Coeficiente de convecção do ar externo a câmara;

∝int – Coeficiente de convecção do ar no interior da câmara;

kalv – Condutividade térmica da alvenaria;

kiso – Condutividade térmica do isolante;

Lalv – Espessura da alvenaria;

Liso – Espessura do isolante.

Calcule o fluxo de calor real;

Encontre a pressão de saturação;

Por fim, encontre a resistência à difusão de calor, considerando a permeabilidade da alvenaria (δ) e a do isolante (que é a razão da permeabilidade do ar e do isolante para o material selecionado).

RV = Lalv/δalv +Liso/δiso

7.Carga térmica

7.1. Por produtos

A carga térmica do produto em unidade de calor por dia é dada pela equação:

Q̇prod=Gmx[cp1x(Tent–T1) + hcg+cp2x(T1–T2)]+GTxQresp

Onde:

Gm – Movimentação diária do produto kg/dia;

cp1 – Calor específico do produto antes do congelamento kJ/kg. oC;

Tent – Temperatura de entrada do produto antes de entrar na câmara oC;

T1 – Temperatura de congelamento do produto oC;

hcg – Calor latente de congelamento kJ/kg;

cp2- Calor específico do produto após congelamento kcal/kg. °C;

T2 – Temperatura final do produto congelado °C;

GT – Quantidade de produto na câmara kg;

Qresp – Calor liberado pela respiração do produto kJ/kg. Dia

Especifique se haverá ou não congelamento e a porcentagem de congelamento por dia.

7.2. Por transmissão de calor

Para este cálculo, a área da superfície da câmara (Acam) em contato com o ambiente externo é importante, e a transmissão de callor em kcal/dia pode ser calculada através da equação:

Q̇trm=QAx Acam x 24

7.3. Infiltração de ar externo

É fato que ocorre a infiltração de ar externo quente devido às portas e outras aberturas.

Para isso, considere a equação:

Qinf=Vcam x FTA x ∆H

Onde, pela carga piezométrica;

∆H′ = hext-hcamvext

7.4. Por iluminação

Para este cálculo, considere a equação:

Qilum=3 x Acamx 0,86

7.5. Por pessoas

A carga devido À presença de pessoas no interior da câmara em kcal/dia, vem pela equação:

Qpes=(272+6 x Tcam) x 0,86 x n x τ

7.6. Motor da empilhadeira

Qmotor=Qtabelado x Wmotor x τ

7.7. Caixas e paletes

7.8. Carga térmica parcial

Considera todas soma de todas cargas térmicas calculadas anteriormente, sem considerar a carga térmica devido aos ventiladores dos evaporadores.

7.9. Ventiladores

Considere a potência do ventilador do evaporador. Por exemplo, de 1 CV a cada 1 TR.

7.10. Carga total estimada

Soma da carga parcial com a carga dos ventiladores

8. Parâmetro do ciclo

8.1. Temperatura de evaporação

Selecione o evaporador considerando a temperatura e a umidade relativa do produto. Para isso, encontre a temperatura final do produto e a sua umidade relativa.

Já que a Tea é a temperatura de entrada do ar (igual à temperatura da câmara), tem-se a temperatura de evaporação.

8.2. Temperatura de condensação

A temperatura de entrada e a temperatura de condensação podem ser encontradas com a equação abaixo. Para isso, considere que o compressor se considera uma temperatura de 10 a 15 °C entre a temperatura de entrada e a de condensação.

Além disso, o modo de resfriamento do condensador faz total diferença na temperatura de entrada (será igual a de bulbo seco caso o condensador for resfriado a ar).

8.3. Sub-resfriamento

Para garantir que na válvula de expansão passe somente fluido no estado líquido é necessário que haja o um sub-resfriamento do fluido.

Considere que este valor esteja entre 3 e 5 °C

8.4. Superaquecimento

Para garantir que entre apenas vapor no compressor é necessário que haja o superaquecimento do fluido.

É recomendável que este valor esteja entre 35 e 45 °C.

8.5. Condições de projeto

Utilize a carta psicrométrica para encontrar valores importantes para o ciclo de refrigeração, os quais são: entropias, entalpias, volume específico, pressão no evaporador e condensador, entre outros.

9. Seleção de equipamentos

Selecione os equipamentos (evaporador, compressor, condensador e válvula de expansão) de acordo com as suas respectivas capacidades de operar sobre a carga térmica.

Tenha em mãos os pontos de operação que dizem respeito a:

Razão de compressão para diferentes temperaturas de evaporação e condensação;
Volumes específicos na aspiração do compressor para diferentes temperaturas de evaporação e condensação;
Eficiência isentrópica para diferentes temperaturas de evaporação e condensação;
Vazão mássica para diferentes temperaturas de evaporação e condensação;
Diferença de entalpia do condensador e do compressor para diferentes temperaturas de evaporação e condensação;
Calor no condensador e evaporador;
Trabalho no compressor;
Capacidade frigorífica em função da diferença de entalpia, para diferentes temperaturas de evaporação e condensação.

Conclusão

Desta forma, é possível realizar um projeto robusto de câmara de armazenamento utilizando a refrigeração industrial.

Nota-se que os passos a serem seguidos são diversos e podem ser complexos, mas nota-se então, através deste fato, o quão complexo pode ser um projeto de refrigeração para garantir a qualidade e a capacidade produtiva na indústria.

Por fim, projetos de câmaras como essas se baseiam no fluxo de processo abaixo.

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