Pr´ esentation des exp´ erimentations

Na presente subsecção determina-se a carga térmica para a configuração da câmara frigorífica tradicional, explicada na subsecção 3.4.1. São determinadas cada umas das parcelas da carga térmica existentes relativas à transmissão, infiltração e ao produto, de acordo com a subsecção 2.4.5.

Parcela de Transmissão (Penetração)

Desprezando as oscilações da temperatura do interior da câmara devido à sua aber- tura, considera-se que a temperatura Tintse mantém constante ao longo do tempo. Atra- vés das condições estabelecidas no capítulo 3, sabe-se ainda que Tint= −20◦C. A variação horária de Textencontra-se representada na figura 4.1, na subsecção 4.1.1.

Aplicando a equação 2.17 para o caso em estudo, obtém-se a 4.1, que determina a resistência térmica das paredes da câmara frigorífica.

Rtotal= 1 hextA + L kisolA + 1 hintA (4.1)

A parcela de transmissão Qtrans relativa a transferência de calor por condução e convecção, através das paredes da câmara, é determinada através da equação 2.56 e a sua variação horária no decorrer de um dia encontra-se representada na figura 4.2.

4.Dimensionamento da câmara frigorífica 65

Figura 4.2: Parcela da transmissão durante um dia

No entanto, deve-se ainda ter em conta o efeito da irradiação solar incidente nas paredes da câmara frigorífica, a qual é calculada de acordo com a subsecção 2.4.4.

Para isso, foi determinada a radiação solar incidente em cada uma das paredes da câmara, para as condições de projeto de verão obtidas na subsecção 4.1.1.

É ainda necessário determinar a orientação solar relativa à câmara, para o dia 21 de junho, data do solstício de verão. Esta decisão deve-se ao facto de ser o dia com maior exposição solar e, portanto, onde haverá mais ganhos de energia sob a forma de radiação solar.

Pelas equações 2.42, 2.43, 2.44 e 2.45 determinaram-se os parâmetros representados na tabela 4.6, para o dia 21 de junho, sendo que dn = 172é o valor correspondente à data em questão.

Tabela 4.6: Valores para cálculo da posição solar, para o dia 21 de junho. dn τ [rad] Eo[rad] δ [◦] Et[min]

172 2,94 0,97 23,45 -1,32

Como a informação relativa à radiação solar é, geralmente, registada em relação ao tempo solar, LAT, e a parcela da transmissão determinada na figura 4.2, é registada relativamente ao horário local, LST, é necessário relacionar estes dois registos horários. Assim, pela equação 2.46, determina-se a conversão entre LAT e LST.

Onde, LAT-LST representa a diferença entre os dois registos horários. Isto é, para o dia 21 de Junho na localidade de Amareleja, às 12 horas LAT, equivale às 13:30 horas LST.

De seguida, determina-se a hora do nascer e do pôr do sol e, consequentemente, a duração de um dia solar. Recorrendo às equações 2.50 e 2.51, obtêm-se os valores listados Jorge Tiago Alves Ferreira Tavares Dissertação de Mestrado

Tabela 4.7: Valores para conversão entre os registo LST e LAT, no formato horário (hh:mm:ss).

Lcorr Et DST LST − LAT

00:28:52 00:01:19 01:00:00 1:30:11

na tabela 4.8.

Tabela 4.8: Hora do nascer e do pôr do sol e a duração de um dia solar, para o dia 21 de junho em LST e LAT, no formato horário (hh:mm:ss).

Nascer do sol Pôr do sol Duração do dia LAT 04:40:12 19:19:48 _14:39:36 LST 06:10:23 20:49:48

Sabe-se ainda que ω = 0◦ _{para LAT = 12horas, que ω > 0}◦ _{durante a manhã e} ω < 0◦ durante a tarde aumentando 15◦ por hora. O valor de ω e máximo e mínimo nas horas do nascer do sol e pôr do sol, respetivamente. Assim sendo, estabelece-se a variação de ω para o tempo LAT, considerando que −109, 96◦_{≤ ω ≤ 109, 96}◦_{, pois ω}

s = 109, 96. Sabendo que a atmosfera absorve parte da irradiação solar incidente na superfície terrestre é necessário determinar o fator de transmissão atmosférica τb. Para condições de céu limpo, os valores de τb em função de θ são determinados pela equação 2.52.

De acordo com a subsecção 2.4.4, os valores das constantes a0, a1 e kb são deter- minados através das equações 2.53a, 2.53b e 2.53c respetivamente, para uma altitude Hsup = 0m. Para isso aplicam-se os fatores de correção para o tipo de clima de meia latitude de verão, presentes na tabela 2.5, às condições r0 = a0/a∗0, r1 = a1/a∗1 e rk = kb/k∗b. Os valores das constantes obtidas, para estas condições encontram-se na tabela 4.9.

Tabela 4.9: Valores das constantes necessárias para o cálculo do fator de transmissão atmosférica τb.

a0 a1 kb

0,410989 0,500445 0,276522

De seguida, para cada uma das paredes da câmara frigorífica, determinaram-se as seguintes variações horárias: θ em função de ω; τb em função de θ; Gcb em função de θ e de τb.

É ainda importante salientar que para o cálculo de θ são usados os valores relativos à posição solar no dia 21 de junho, que se encontram na tabela 4.6. Os ângulos que variam consoante as paredes da câmara frigorífica são: o de inclinação β e o de azimute γ.

4.Dimensionamento da câmara frigorífica 67

1. Teto

Uma vez que o teto é uma parede horizontal sabe-se que β = 0◦ _{e, por isso, os} valores de θ são determinados através da equação 2.48. Assim, a variação horária de ω, θ, τb e Gcb, relativa à superfície da câmara frigorífica correspondente ao teto, encontra-se representada na tabela 4.10.

Tabela 4.10: Variação horária de ω, θ, τb e Gcb, relativamente à superfície do teto. LST LAT ω [◦] θ [◦] τb[◦] GcbW/m2  6:10 4:40 109,96 90,00 0,41 0,00 6:30 5:00 105,00 86,59 0,42 32,73 7:30 6:00 90,00 75,75 0,57 186,73 8:30 7:00 75,00 64,36 0,68 386,34 9:30 8:00 60,00 52,66 0,73 584,18 10:30 9:00 45,00 40,90 0,76 757,86 11:30 10:00 30,00 29,49 0,78 892,44 12:30 11:00 15,00 19,53 0,78 977,44 13:30 12:00 0,00 14,75 0,79 1006,48 14:30 13:00 -15,00 19,53 0,78 977,44 15:30 14:00 -30,00 29,49 0,78 892,44 16:30 15:00 -45,00 40,90 0,76 757,86 17:30 16:00 -60,00 52,66 0,73 584,18 18:30 17:00 -75,00 64,36 0,68 386,34 19:30 18:00 -90,00 75,75 0,57 186,73 20:30 19:00 -105,00 86,59 0,42 32,73 20:49 19:19 -109,96 90,00 0,41 0,00

2. Paredes frontal e traseira:

Uma vez que as paredes frontal e traseira são superfícies verticais, sabe-se que β = 90◦ e, por isso, os valores de θ são determinados através da equação 2.49. Como estão direcionadas para sul e norte, sabe-se que os valores de γ são 0◦ _{e 90}◦_, respetivamente. Assim, a variação horária de ω, θ, τb e Gcb, relativa às superfí- cies da câmara frigorífica correspondentes às paredes frontal e traseira, encontra-se representada na tabela 4.11.

Tabela 4.11: Variação horária, formato (horas:minutos), de ω, θ, τb e Gcb, relativamente às superfícies das paredes frontal e traseira.

LST LAT ω [◦] θ [◦] τb[◦] GcbW/m2  9:43 8:13 56,54 90,00 0,41 0,00 10:30 9:00 45,00 84,93 0,43 50,61 11:30 10:00 30,00 79,71 0,52 122,17 12:30 11:00 15,00 76,39 0,57 175,91 13:30 12:00 0,00 75,25 0,58 195,22 14:30 13:00 -15,00 76,39 0,57 175,91 15:30 14:00 -30,00 79,71 0,52 122,17 16:30 15:00 -45,00 84,93 0,43 50,61 17:16 15:46 -56,54 90,00 0,41 0,00 3. Parede este

Uma vez que parede este e uma superfície vertical, sabe-se que β = 90◦ _{e, por isso,} os valores de θ são determinados através da equação 2.49. Como está direcionada para este, sabe-se que γ = 90◦_{. Assim, a variação horária de ω, θ, τ}

b e Gcb, relativa à superfície da câmara frigorífica correspondente à parede este, encontra-se representada na tabela 4.12.

Tabela 4.12: Variação horária, formato (horas:minutos), de ω, θ, τb e Gcb, relativamente à superfície da parede este.

LST LAT ω [◦] θ [◦] τb[◦] GcbW/m2  6:10 4:40 109,96 30,43 0,77 882,80 6:30 5:00 105,00 27,61 0,78 910,91 7:30 6:00 90,00 23,45 0,78 947,79 8:30 7:00 75,00 27,61 0,78 910,91 9:30 8:00 60,00 37,39 0,76 803,09 10:30 9:00 45,00 49,56 0,74 632,91 11:30 10:00 30,00 62,70 0,68 415,45 12:30 11:00 15,00 76,26 0,57 178,09 13:30 12:00 0,00 90,00 0,41 0,00 4. Parede oeste

Uma vez que parede oeste é uma superfície vertical, sabe-se que β = 90◦ _{e, por isso,} os valores de θ são determinados através da equação 2.49. Como está direcionada para oeste, sabe-se que γ = −90◦_{. Assim, a variação horária de ω, θ, τ}

b e Gcb, relativa à superfície da câmara frigorífica correspondente à parede oeste, encontra- se representada na tabela 4.13.

4.Dimensionamento da câmara frigorífica 69

Tabela 4.13: Variação horária, formato (horas:minutos), de ω, θ, τb e Gcb, relativamente à superfície da parede oeste.

LST LAT ω [◦] θ [◦] τb[◦] GcbW/m2  13:30 12:00 0,00 90,00 0,41 0,00 14:30 13:00 -15,00 76,26 0,57 178,09 15:30 14:00 -30,00 62,70 0,68 415,45 16:30 15:00 -45,00 49,56 0,74 632,91 17:30 16:00 -60,00 37,39 0,76 803,09 18:30 17:00 -75,00 27,61 0,78 910,91 19:30 18:00 -90,00 23,45 0,78 947,79 20:30 19:00 -105,00 27,61 0,78 910,91 20:49 19:19 -109,96 30,43 0,77 882,80

Na figura 4.3, encontra-se representada a variação horária de Gcb, em tempo LST para cada uma das paredes analisadas. Foram desprezados os seguintes fatores: irradiação refletida pelo chão do meio envolvente e os ganhos de radiação solar através da superfície correspondente ao chão da câmara frigorífica.

Figura 4.3: Radiação solar nas paredes da câmara frigorífica

Assim, pela equação 2.57, combina-se o efeito da radiação solar, com a parcela da transmissão da figura 4.2. Esta combinação perfaz a totalidade de trocas de calor através das paredes da câmara, e está representada na figura 4.4.

Figura 4.4: Variação horária da parcela da transmissão com o efeito da radiação

Parcela de Infiltração

Os valores de Wpe Hpcorrespondem à largura e comprimento da abertura da câmara, respetivamente, e encontram-se definidas na subsecção 3.4.1. A área Ad é obtida através destes valores.

Os valores de hext, ρext, hinte ρintforam determinados na subsecção 4.1.2. Os valores de hext e ρext correspondem à entalpia e densidade calculadas relativamente às proprie- dades da humidade do ar no exterior da câmara e estão representadas na tabela 4.4. Já os valores de hinte ρint correspondem à entalpia e densidade calculadas relativamente às propriedades da humidade do ar no interior da câmara e estão representadas na tabela 4.4.

Recorrendo aos resultados apresentados na tabela 4.14, determinam-se as incógnitas Fm e q através das equações 2.60 e 2.59, respetivamente.

Tabela 4.14: Valores para cálculo do fator de densidade, Fm e calor latente e sensivel, q, para a configuração tradicional.

q [kW ] Wp[m] Hp[m] Adm2  hext h kJ kg i hint h kJ kg i ρext h kg m3 i ρint h kg m3 i g_m s2  Fm 3,53 0,435 0,395 0,172 63,59 -18,71 1,133 1,394 9,81 0,949

Os valores presentes na tabela 4.15 correspondem ao número e duração das aberturas da porta definidos na subsecção 3.4.1.

4.Dimensionamento da câmara frigorífica 71

Tabela 4.15: Valores para cálculo do fator de abertura da porta, Dt, para a configuração tradicional.

Dt P θp[s] θo[min] θd[horas]

0,281 270 10 90 8

O fator Dté determinado através da equação 2.61, recorrendo aos parâmetros listados na tabela 4.15.

A parcela da infiltração, qinf, é obtida através da equação 2.58, para os valores representados na tabela 4.16. Considera-se Eprotetor = 0, uma vez que a configuração tradicional não possui qualquer dispositivo de proteção e que Df = 0, 8.

Tabela 4.16: Valores para cálculo da parcela da infiltração, qinf, para a configuração tradicional.

qinf[W ] q [W ] Dt Df Eprotetor

795 3531 0,281 0,8 0

Parcela do Produto

Uma vez que projeto consiste no dimensionamento de uma câmara de conservação, a sua função está centrada apenas no armazenamento e conservação do produto e, por isso, não existe alteração de temperatura e, consequentemente não ocorre troca de calor latente, nem troca de calor sensível, pelo que se considera desprezável a parcela do produto para o caso em estudo.

Parcela decorrente e diversas cargas

Quanto à parcela relativa à iluminação e outros equipamentos é também considerada nula, uma vez que não foi necessária a introdução de outros componentes no interior da câmara. A carga proveniente das pessoas é também nula, pois esta só é aplicada em câmara industriais, onde efetivamente se verifica a circulação de pessoas.

Carga térmica total

A carga térmica total Qtotal é obtida através do somatório das suas parcelas calcu- ladas ao longo desta subsecção, aplicando um fator de segurança de 10% para evitar o subdimensionamento do sistema. Tanto os valores da carga térmica como os das parce- las que a constituem, relativos à configuração tradicional, estão representados na tabela 4.17.

Tabela 4.17: Valores da carga térmica total e das parcelas da mesma. Qtrans[W ] Qinf[W ] Qproduto[W ] Qdiv[W ] Qtotal[W ]

200 795 0 0 1094

Na figura 4.5 estão representados os valores percentuais das parcelas da carga térmica relativamente ao seu total, para a configuração tradicional.

Figura 4.5: Valores percentuais das parcelas da carga térmica, para a configuração tra- dicional