Universidade de Braslia Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecnica Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br

Graduao em Engenharia Mecnica 168041 INSTALAES TERMOMECANICAS 1 Prof. Joo Pimenta Projeto de Refrigerao Pista de Patinao no Gelo. AlunoMatriculaNota Recebido em _________ / _________ /_________ por ________________________________ Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br2 NDICE 1.INTRODUO ........................................................................................................................... 4 2.OBJETIVO ................................................................................................................................... 4 3.CONCEITOS ............................................................................................................................... 4 3.1. PARMETROS DE PISTAS DE PATINAO DE RECREAO ................................................... 5 3.2. CONTROLE DO AMBIENTE ............................................................................................................... 5 3.3. TIPOS DE PISTA ................................................................................................................................... 5 3.3. CARGA DE REFRIGERAO, OPERAO E MANUTENO. ................................................... 8 4.ANLISE DE ALTERNATIVAS DE SOLUO E CONCEPO PRELIMINAR ............. 10 4.1. ANLISE DE ALTERNATIVAS ........................................................................................................ 10 4.2. CONCEPO PRELIMINAR ............................................................................................................. 11 5.MEMORIAL DESCRITIVO ..................................................................................................... 12 5.1 NORMAIS APLICVEIS ..................................................................................................................... 12 5.2. DESCRIO GERAL DA SOLUO ADOTADA .......................................................................... 13 6.MEMRIAS DE CLCULO .................................................................................................... 14 6.1. CLCULO DOS DIFERENTES GANHOS DE CALOR ................................................................... 14 6.1.1. Ganho de calor para congelamento da pista ....................................................................................... 15 6.1.2. Ganho de calor para resfriamento da areia ......................................................................................... 16 6.1.3. Ganho de calor para resfriamento do fluido secundrio .................................................................... 16 6.1.4. Ganho de calor por radiao .............................................................................................................. 17 6.1.5. Ganho calor por conveco ................................................................................................................ 17 6.1.6.Ganho de calor no refaceamento ......................................................................................................... 18 6.2. CLCULO DA CAPACIDADE DO SISTEMA DE REFRIGERAO REQUERIDO .................... 18 6.2.1. Potncia total requerida para congelamento da pista ......................................................................... 18 6.2.2. Potncia requerida para operao normal .......................................................................................... 18 6.2.3. Potncia requerida para refaceamento ............................................................................................... 19 6.3. CLCULO DOS DIMETROS DAS LINHAS .................................................................................. 19 6.3.1. Vazo do refrigerante secundrio ...................................................................................................... 19 6.3.2. Vazo nos tubos ................................................................................................................................. 19 6.3.3. Perdas no sistema ............................................................................................................................... 19 6.4. CLCULO DO ESPAAMENTO ENTRE AS LINHAS DE RESFRIAMENTO DA PISTA .......... 19 6.5. CLCULO DAS ESPESSURAS DE ISOLAMENTO ........................................................................ 19 7.PROJETO MECNICO ............................................................................................................ 19 7.1. DIRETIZES PARA OS SISTEMA DE CONTROLE E ACIONAMENTO ........................................ 20 7.2. ESPECIFICAES DE MATERIAIS E COMPONENTES ............................................................... 20 7.2.1. Seleo do chiller ............................................................................................................................... 20 7.2.2. Seleo da bomba hidrulica .............................................................................................................. 24 7.2.3. Seleo da tubulao e acessrios ...................................................................................................... 24 7.2.4. Seleo do material para isolamento do piso ..................................................................................... 24 Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br3 7.2.5. Seleo do isolamento da tubulao .................................................................................................. 24 8.ANEXOS .................................................................................................................................... 24 8.1. QUANTITATIVOS .............................................................................................................................. 24 8.2. ORAMENTO ..................................................................................................................................... 24 8.3. DESENHOS .......................................................................................................................................... 25 Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br4 1.INTRODUO Normalmentesenotaaforaehabilidadesobreogelodepatinadoreseatletasdevrios esportes, como hquei, curly, bobsled-luge e patinao artstica e de velocidade, mas em geral no se percebe a tecnologia que torna tudo isso possvel: A construo de pistas de gelo artificiais.Aqualidadedacamadadegelodestaspistasafetadiretamenteodesempenhodosatletase depende de vrios fatores que devem ser considerados em seu projeto. A formao de uma camada de gelo de uma pista depatinao no to simples quanto fazer uma bandeja de cubos degelo e envolveumasriedeetapas,desdeaformaodefinascamadasdegeloatapinturadesua superfcieededemarcaesparacadatipodeesporte.Umapistadegeloqueconsideradaideal para um determinado esporte pode ser inaceitvel para outro. Apatinaodogeloinicialmenteeraumaformadeatravessarlagoscongeladosesse tornoupopularquandotornou-sedisponveloanointeiro,compistasartificiaisquepodiam funcionar em qualquer estao. 2.OBJETIVO Odesteprojetoapresentarumapistadepatinaosobreogeloatendendoasseguintes diretrizes bsicas: -Finalidade: Recreao de pblico misto (iniciantes e amadores); -Local: interior de estabelecimento comercial, climatizado; -rea disponvel: espao circular com 30 m de dimetro e p direito de 15 m. -Localizao: Braslia, DF -Padro de utilizao:oFuncionamento ao longo de todo o ano;oPista fechada para manuteno as segundas-feiras; oPista aberta ao pblico de tera a domingo das 10-22 horas. 3.CONCEITOS O congelamento de uma superfcie degelo normalmenterealizado por meio da circulao de um fluido de refrigerante atravs de uma rede de canos e tubos localizados abaixo da superfcie do gelo. O fluido de transferncia de calor predominantemente um refrigerante secundrio, tais como glicol, metanol, ou cloreto de clcio. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br5 Figura 1 Rede de canos e tubos onde circula um fluido refrigerante. 3.1. PARMETROS DE PISTAS DE PATINAO DE RECREAO Vrias modalidades podem ser praticadas numa pista de patinao no gelo, sendo que para cada uma delas h parmetros especficos. Para afinalidade deste projeto, a pista de patinao pode ser feitaemqualquerdimenso,sendoqueparacadapessoaumafaixaentre2,3m2e2,8m2o suficiente. Para esta aplicao, a temperatura do gelo deve estar entre -3 C e -2 C (ASHARE). 3.2. CONTROLE DO AMBIENTE Aumidaderelativadoar,atemperaturaambienteeascaractersticasdotetodevemser controladasparaevitaraformaodeneblinasobreogelo,acondensaodeguasobotetoeo custooperacionalelevado.Temperaturasmenoresque7Cprximassuperfciedogeloso suficienteparaeliminaraformaodeneblina.Acondensaonotetopodeocorrerdevidosua emissividade;oseucontrole,utilizandomateriaisoutintasdebaixaemissividadebemcomo controle da umidade relativa pode reduzir essa condio.A emissividade entre teto e a pista tambm pode ser diminuda com a pintura de uma camada, 25mmdasuperfciedogelo,utilizandotintabasedeguaoualgumtipodetintacomercial especficaparaestefim.Apinturadessacamada,geralmentebranca,almdediminuira emissividade, confere um melhor contraste superfcie do gelo. 3.3. TIPOS DE PISTA Os tipos de pista podem ser basicamente divididas em dois tipos: -Pistas no permanentes (mveis)Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br6 -Pistas permanentes Nas pistas mveis os tubos do refrigerante secundrio so colocados sobre o piso, podendo estar livres ou preenchidos com areia entre os tubos. Podem ser montadas em pouco tempo e no exigem preparaes especiais no piso. Figura 2 Sistema de tubos em pistas no permanentes Naspistaspermanentesostubossoembutidosemconcreto,ediferementresipelos tratamentosdadosscamadasacimaeabaixodofeixedetubos.Aconstruodessetipodepista exigepreparaoespecialeinvestimentosmaiselevados.Geralmentesoutilizadasempistasque funcionaro durante vrios anos em um mesmo local. Figura 3 Sistema de tubos embutidos em concreto. Sistema com uma alta vazo de fluido refrigerante secundrio podem usar tubos de ao leve de 20,25ou32mmdedimetro,tubosdeplsticocomparedesfinasdepolietilenocom25mmde dimetro, ou tubos UHMW (ultra massa molecular) de polietileno de 25 mm de dimetro. Estes so colocados a uma distncia entre centros de 90 ou 100 milmetros. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br7 Sistemascomumabaixavazodefluidorefrigerantesecundriousamtubosflexveisde plstico de seis milmetros de dimetro com espaamento mdio entre os tubos de 20 mm ou 40 mm para tubos duplos. Ringues com refrigerao diretageralmente usam tubos de 16 a 22 mm de ao, que so colocados a 75 milmetros de distncia entre centros para pistas ao ar livre ou 100 mm para pistas cobertas. Asgradesdetubulaodevemsermantidasniveladasomximopossvel,independentemente do tipo de pista ou o tipo de tubulao utilizada no sistema. Quando uma pista de tubulao aberta oupreenchidacomareiaemtornodostubosconstruda,amalhadetubosnormalmente repousadasobretravessasparaoestabelecimentodonveldesub-base,noentanto,astravessas podemseromitidosemumapistaqueestaseroperadoaolongodoano.Oconjuntodetubos entoespaadocomosgrampos,guiasdeplsticoouespaadoresdemetalperfurado.Empisos permanentes com tubulaes embutidos noconcreto, a malha de tubos suportada em suportes de ferro entalhado ou soldados. Adistribuiodorefrigerantesecundrionasmalhasdetubosfeitaporumtubosdemaior dimetro, chamados cabeotes. Um cabeote deve ser dimensionado para garantir uma distribuio uniformederefrigeranteemcadatubo.Ossistemassogeralmenteconcebidoscombaixas velocidadesdearrefecimento,paranoprecisardevlvulasdeequilbrio.Seforpossvel,o cabeotederetornodevesercolocadonamesmaelevaodostubosdapista,comum mnimo de duas sadas de ar para eliminar a reteno de ar.CabeotesdePVCestosetornandomuitopopularporqueelestmumanecessidadede manutenomuitobaixaeacumulammenosgelodoqueoscabealhosdeao.Estescabealhos devem ser utilizados com previso para expanso e contrao. O coeficiente de dilatao trmica do aorelativamentebaixoemuitoprximoaodoconcreto,nostubosdePVCocoeficientede expanso muito maior. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br8 Figura 4 Cabeote de distribuio de refrigerante. TubodePVCpodemsetornarquebradiosabaixastemperaturas,demodoqueotubono devemserusadoparasuportaropesodeequipamentonemosbicosdevemsercolocadosonde poderia ser batido com os ps em suasconexes. As conexes dos tubosnos cabeotes devem ser colocados de forma que seja possvel acess-las facilmente, para inspeo e aperto das abraadeiras. O acumulo de gelo nos cabeotes pode ser minimizado com um isolamento trmico. Figura 5 Acesso s conexes dos tubos nos cabeotes. Um sistema de refrigerao com o uso de refrigerante secundrio requer um tanque de expanso de segurana para acomodar a expanso e a contrao do lquido de arrefecimento, resultantes das mudanasdetemperaturadofluido.Otanquedeexpansodeveserinstaladodemodoqueno possa ser isolado do sistema. 3.3. CARGA DE REFRIGERAO, OPERAO E MANUTENO. A espessura recomenda para a camada de gelo em pistas de tubos abertos ou com preenchimento deareiaentreostubosdeat25mmeparapistapermanentes,at40mmapartirdabasede concreto.Essesdadospodemserutilizadosparaestimaranecessidadesderefrigeraodeum Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br9 sistema.Atemperaturadofluidosecundriodeveestarentre3e6K,abaixodatemperaturado gelo..A carga de refrigerao pode ser estimada considerando-se:-a refrigerao necessria para congelar o gelo at uma temperatura pr-determinada; -arefrigeraonecessriaparamanterasuperfciedogeloedatemperaturaduranteas mais severas condies de utilizao e funcionamento, que coincidem com as condies ambientais mais crticas. A carga mxima exigida de um sistema utilizada no congelamento inicial, para a formao da camada de gelo. No congelamento, deve-se determinar: -a quantidade de gelo necessria (rea de superfcie pista multiplicado pela espessura),-a carga para reduzir a temperatura da gua a at a temperatura de congelamento; -a carga de refrigerao para a realizar a mudana de estado da gua; -a carga para resfriar o gelo at a temperatura desejada; -as cargas e as perdas de calor do sistema durante o perodo de congelamento (conveco, radiao, etc) A exigncia total dividida pela eficincia do sistema epelo tempo de congelamento desejado para determinar a carga de refrigerao exigida ou a taxa de remoo de calor. Oganhodecalorpelopisopodeserreduzidosubstancialmentecomousodeumsistemade isolamento adequado. O calor ganho de bombas de circulao de refrigerante pode representar at a 15% da carga de refrigerao. Naoperaoemcondiesnormais,acarganecessriaparamanterapistaaquelaque compensa o ganho de calor das cargas convectivas, radiantes, alem de perdas prprias do sistema. Amanutenoconsistebasicamentenarestauraodascondiesdasuperfciedogelo.Essa operao,chamadarefaceamento,consisteemborrifarguaemtemperaturaentre55Ce80C, quederreteacamadamaissuperficialdogelo,melhorandosuaqualidade.Aquantidadedegua borrifada para uma pista de 30mx60m varia de 0,4 m3 a 0,7m3. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br10 4.ANLISE DE ALTERNATIVAS DE SOLUO E CONCEPO PRELIMINAR 4.1. ANLISE DE ALTERNATIVAS Considerandoqueapistairfuncionarduranteumano,paradepoisserdesmontada,amelhor opoumapistamvel,poisrequermenorinvestimento.Dentreasopesdepistamvel,estas podemserdetuboslivresoscompreenchimentodeareiaentreostubos.Umasimulaono software E.E.S foi feita utilizando os dois tipos de pistas, com tubos de 1/2 para baixas vazes, e tubosde1paraaltasvazes.Nasimulao,adistnciaentretubosde1/2consideradafoide 23,3mm,prximadistnciamdiade20mmrecomendadapeloHandBookdaASHAREpara tubos de baixa vazo. Para os tubos de 1, a distncia entre os centros considerada foi de 100mm, distncia tambm recomendada. O quadro abaixo mostra a refrigerao requerida para operao de cada uma delas e a perda de carga no conjunto de tubos. Durante o congelamento (TR) Em uso normal (TR) Durante manuteno (TR) Perda de carga (MPa) Tubos de 1/2 livres 40,323,124,4231 Tubos de 1/2com preenchimento de areia 37,422,623,9 213 Tubos de 1 livres 48,524,525,83,82 Tubos de 1com preenchimento de areia 41,523,324,6 3,26 Considerandoqueapistacompreenchimentodeareiaentreostubosexigemenorcargade refrigerao, que a pista ir funcionar durante um ano inteiro, alm do baixo custo da areia e da no necessidadedemanipularaareiaemcurtosprazos,aescolhafoiapistanopermanentecom preenchimento de areia entre os tubos. Quanto ao dimetro dostubos, os tubos para baixa vazoexigem menor carga derefrigerao, porm,devidoaodimetroreduzidoeagrandequantidadedetubossobapista,aperdadecarga Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br11 torna-semuitoelevada,tornandoimpraticvelobombeamentoderefrigerantesecundrio.Dessa forma, os tubos para alta vazo foram selecionados. Quanto aos tubos, estes podem ser de metal ou de polietileno. Os tubos de ao tm custo elevado emrelaoaosdepolietileno,sendoqueesteltimofacilmenteencontradonomercadoe apresenta propriedades satisfatrias para a aplicao em pista de gelo.Considerandootempoemqueapistasermontada,autilizaodetubosdemetalno justificvel,devidoaseualtocusto.Porestemotivo,aescolhadoprojetofoidetubosde polietileno. Guias de plstico sero confeccionadas para separar e manter a distncia entre os tubos. Figura 6 Tubo comercial de polietileno (E) e separadores para o conjunto de tubos (D). OscabeotesseroconstrudosemtubosdePVC,quesomaissimplesdeusinarepossuem menor custo em relao aos de metal. 4.2. CONCEPO PRELIMINAR A rea disponvel para a montagem da pista de patinao no gelo crculo com 30m de dimetro. A deciso foi projetar uma pista de 15mx20m, o que garante rea suficiente para: pista de gelo; back office com rea para troca; armrios para colocao dos patins; balco de atendimento; e sistema de controle. Em torno da pista ser colocado guard rails para delimitao. Estes podem ser utilizados para merchandising. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br12 Areaparaosistemaderesfriamentodeveserpreferencialmenteexterna,aumadistnciadeat 100mdapista.Ofludosecundrioescolhidooetilenoglicola35%,porserumfluidomuito utilizado para esta aplicao. 5.MEMORIAL DESCRITIVO 5.1 NORMAIS APLICVEIS O profissional de engenharia deve possuir registro no rgo de classe para exercer as atividades inerentessuaformao.Essasatividadessoregulamentadaseexigemqueasnormassejam devidamenteseguidas.Nodiferenteparaoengenheiromecnicoqueexerceasatividade relacionadasrefrigerao,Asnormasderefrigeraodevemserseguidasparagarantirqueos sistemas desenvolvidos estejam de acordo com o estabelecido.As normas brasileiras utilizadas so referentes iluminao mnima de ambientes, manuteno de sistemas de refrigerao e a utilizao de fluidos de refrigerao que causam com menor impacto ambiental.Nofoiencontradanormabrasileirareferenteaoprojetoeutilizaodepistasde patinao no gelo. Desta forma, foram utilizadas as recomendaes do Handbook da ASHARE.. Abaixo as principais referncias utilizadas:- NBR 6401: Instalaes Centrais de Ar Condicionado para Conforto - Parmetros Bsicos de Projeto; Utilizada para o clculo da luminosidade mnima do ambiente. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br13 - Resoluo CONAMA n 340, de 25.09.2003 ASHRAE, 2002, ASHRAE Handbook Refrigeration: Handbook utilizado para as definies principais de projeto e construo da pista de gelo. - ASHRAE, 2001, ASHRAE Handbook Fundamentals: Handbook utilizado para baseamento nos textos e nos clculos de onde foram tirados vrios dados (tabelados) importantes. 5.2. DESCRIO GERAL DA SOLUO ADOTADA Ascondiesambientaisnolocaldeinstalaodapistadegelosocontroladasporar condicionado.Considerandoqueosistemadecondicionamentodearestejadentrodas caractersticasdeconfortotrmico,foiutilizadoparaprojetotemperaturadoambientede24Ce umidade relativa de 50%. A pista degelo ser construda para ocupar um crculo de 30m de dimetro. As dimenses escolhidas para a pista so 15m x 20m.Parareduzirasperdasdevidoaconduocomopisoeainfiltraodeguadevidoao descongelamentodeve-secobriropisocomumacamadadelona,seguidadeumacamadade material isolante, seguida de outra camada de lona. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br14 Figura 7 Montagem de uma pista de gelo utilizando forrao trmica, tubos flexveis e areia para preenchimento.As malhas de tubos so montadas sobre essa forrao, com a montagem de bordas para reter a gua e proteger os cabeotes. Em seguida a areia colocada e espalhada para preencher a regio entre os tubo. Por ltimo a gua acrescentada aos poucos para formar as camadas de gelo. 6.MEMRIAS DE CLCULO 6.1. CLCULO DOS DIFERENTES GANHOS DE CALOR Paraefeitodeclculo,asdimensesdapista,ascondiesambientaisadotadasea tubulao utilizada as seguintes: -Largura da pista: Lpista = 15 m -Comprimento da pista: Cpista = 20 m -rea da pista: Apista = Lpista.Cpista = 600 m2 -Espessura da camada de gelo acima dos tubos: egelo = 25 mm -rea circular para montagem da pista: Darea = 30 mGraduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br15 -Altura do teto: hteto = 15 m -rea do teto: Ateto = Darea2 = 900 m2 (considerando uma rea quadrada de lado igual ao dimetro do circulo) -Temperatura ambiente: Tamb=24 C -Temperatura do gelo: Tgelo = -3 C -Temperatura de congelamento da gua: Tcong = 0 C -Dimetro interno dos tubos de polietileno: dtubo = 25,4 mm-Espessura das paredes dos tubos: etubos = 2,5 mm -Distncia entre os centros dos tubos: ltubos = 40 mm -Nmero de tubos: Ntubos = Lpista/ltubos = 150 tubos 6.1.1. Ganho de calor para congelamento da pistaPropriedades da gua: -Massa especfica da gua: agua = 1000 kg/m3 -Calor especfico da gua em estada lquido: Cpgua = 4,18 kJ/kg.K-Calor especfico da gua em estada lquido: Cpgelo = 2,04 kJ/kg.K -Entalpia da mudana de fase da gua: hif,gua = 334 kJ/Kg Volume de gua na areia: ||.|

\|=tubostubos exttubos ext pista pista areia aguaNdd C L p V42,, 1 ,t onde Vagua,1 o volume de gua areia de preenchimento, pareia a porosidade da areia, igual a 35%, e dext,tubos o dimetro externo dos tubos. 31 ,43 , 2 m Vagua = Massa de gua na areia kg V magua agua agua2430 .1 , 1 ,= = Volume de gua para formar a lamina de gelo 3. 2 ,5 , 7 . . m e C L Vgelo pista pista agua= = Massa de gua na camada de gelo kg V magua agua agua7500 .2 , 2 ,= = Finalmente,oganhodecalorpararesfriamento,congelamentoesubresfriamentodaguadado pela equao: Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br16 tT T Cp h T T Cpm m Qgelo cong gelo agua if cong amb aguaagua agua agua3600)] ( ) ( [) (,2 , 1 , + + + = onde t o tempo de congelamento, em horas. Para um tempo de congelamento igual a 24 horas: kW Qagua62 , 50 = 6.1.2. Ganho de calor para resfriamento da areia Propriedades da areia: -Massa especfica da areia: areia = 2780 kg/m3 -Calor especfico da areia: Cpareia = 0,84 kJ/kg.K Volume de areia ||.|

\|=tubostubos exttubos ext pista pista areiaNdd C L V42,,t 3942 , 6 m Vareia = Massa da areia kg V mareia areia areia19300 . = = Ganho de calor para o resfriamento da areia tT T Cp mQgelo amb areia areiaareia3600) ( . = kW Qareia066 , 5 = 6.1.3. Ganho de calor para resfriamento do fluido secundrio Propriedades e dados de projeto assumidos para o etileno glicol a 35%: -Massa do etileno glicol (assumida): mSR=2000 kg -Calor especfico do etileno glicol: CpSR = 3,5 kJ/kg.K-Temperatura de entrada no chiller: TSR,i = -2 C -Temperatura de sada no chiller: TSR,i = -9 C Ganho de calor no resfriamento do etileno glicol tT T Cp mQf SR i SR SR SRSR3600) ( ., , = Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br17 5671 , 0 =SRQ 6.1.4. Ganho de calor por radiao Parmetros de emissividade: -Fator angular teto para o gelo (Diagrama ASHARE): Fci = 0,07 -Emissividade do teto: teto = 0,9-Emissividade do gelo: gelo = 0,95 -Constante de Stefan-Boltzman: = 5,67.10-8 -Ganho de calor por unidade de rea devido radiao da iluminao, conforme NBR 6401: dQrad,ilum = 35 W/m2 Fator de configurao de corpo cinza 11111 1(((

||.|

\| +||.|

\| + =pista oistatetoteto ciciAAFfc c 06871 , 0 =cif Ganho de calor devido radiao do teto | | ) .( . .4 4, gelo amb ci teto teto radT T f A Q = o kW Qteto rad001163 , 0,= Ganho de calor devido radiao da iluminao, conforme NBR 6401 pista ilum rad ilum radA dQ Q ., ,= kW Qilum rad5 , 10,= Ganho de calor total devido radiao teto rad ilum rad radQ Q Q, , + =kW Qrad5 , 10 = 6.1.5. Ganho calor por conveco Parmetros de conveco: -Velocidade do ar: var=0 -Coeficiente de transferncia de massa e calor: K = 0,23-Frao molar de vapor de gua no ar:Xva = 6,6.10-3

-Frao molar de gua no gelo saturado: Xag= 3,6.10-3

Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br18 Coeficiente de transferncia de calor convectivo ar convv h 55 , 3 41 , 3 + =K mWhconv 241 , 3 = Ganho de calor por conveco pista ag va gelo amb conv convA X X K T T h Q )]. 18 )( 2852 )( .( [ ) .( + = kW Qconv25 , 38 = 6.1.6.Ganho de calor no refaceamento Parmetros de refaceamento: -Volume de gua para refaceamento de uma pista 30mx60m: 0,4 - 0,7 m3 -Temperatura da gua de refaceamento: Tref = 70 C-Tempo de refaceamento: tref = 30 min = 0,5 h Ganho de calor durante a operao de refaceamento refgelo cong gelo agua if cong ref agua ref aguareftT T Cp h T T Cp VQ3600)] ( ) ( .[ ., + + = Com o volume de gua de refaceamentoproporcional rea da pista deste projeto kW Qref101 , 4 = 6.2. CLCULO DA CAPACIDADE DO SISTEMA DE REFRIGERAO REQUERIDO 6.2.1. Potncia total requerida para congelamento da pista ) .(HL conv rad SR areia agua RQ Q Q Q Q Q Lss Q + + + + + =onde LSS as perdas do sistema e HLQ o ganho de calor no sistema de bombeamento. Admitindo as perdas do sistema em 15% e um ganho de calor no sistema de bombeamento equivalente a 15% do total, segue que a potncia requerida pelo sistema : TR kW QR46 , 41 9 , 145 = = 6.2.2. Potncia requerida para operao normal ) .(HL conv rad SR RQ Q Q Q Lss Q + + + = A potncia requeridaem condies normais equivalente a: Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br19 TR kW Q 26 , 23 89 , 81min= = 6.2.3. Potncia requerida para refaceamento ) .(HL conv rad SR ref RQ Q Q Q Q Lss Q + + + + = A potncia requeridaem na operao de refaceamento equivalente a: TR kW Q 6 , 24 6 , 86min= = 6.3. CLCULO DOS DIMETROS DAS LINHAS 6.3.1. Vazo do refrigerante secundrio {VAZO DE REFRIGERANTE} T_e_SR=-7 {temperatura de entrada do refrigerante nos tubos} T_s_SR=-6{temperatura de sada do refrigerante nos tubos} Q_dot_R_2=Q_dot_R Q_dot_R=m_dot_SR*Cp_SR*(T_s_SR-T_e_SR) rho_SR=1113 {massa especfica do etileno glicol} V_dot_SR=m_dot_SR/rho_SR A_tubo_int=(pi*(d_tubo_int/2)^2) V_dot_SR_tubos=V_dot_SR/N_tubos{volume de refrigerante secundario dos tubos} 6.3.2. Vazo nos tubos A_tubo_int=(pi*(d_tubo_int/2)^2) V_dot_SR_tubos=V_dot_SR/N_tubos{volume de refrigerante secundario dos tubos} 6.3.3. Perdas no sistema??? o Fabrcio t fazendo 6.4. CLCULO DO ESPAAMENTO ENTRE AS LINHAS DE RESFRIAMENTO DA PISTA ???noseicomofaz,poisusamosumdimetroprximoaorecomendadoparalinhasdebaixa vazo. Parece que funciona mas temos que verificar. 6.5. CLCULO DAS ESPESSURAS DE ISOLAMENTO ??? No fiz 7.PROJETO MECNICO Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br20 7.1. DIRETIZES PARA OS SISTEMA DE CONTROLE E ACIONAMENTO ??? no fiz 7.2. ESPECIFICAES DE MATERIAIS E COMPONENTESDescrever as especificaes detalhadas de cada material, equipamento, componente, etc. a ser usado ??? no fiz 7.2.1. Seleo do chiller Parafazeroresfriamentododapistadecidiu-seusarumchillerporalgumasrazes.Chiller umamquinaconstrudapararemovercalordeumlquidoporcompressodevaporouabsoro, no nosso caso compresso de vapor. Algumas das vantagens so: -Maior controle de ambientes, j que a carga para a pista variar de acordo com a hora do dia e a poca do ano. -Facilidade de manuteno -Alto desempenho -Menores custos de operao Apesardeseucustomaiselevadodeinstalao,pelacomplexidadeecustodeoperaodo projeto vale a pena fazer um investimento inicial mais caro. Para a seleo temos que cumprir alguns parmetros j calculados no projeto, o principal deles a capacidade de 36,46TR. AntesdecomearaseleodomodeloespecficoselecionamosalinhaAquaMasterdaYork, modelos YBAL E, pela razo deles na faixa de capacidade desejada, 15 a 70 TR, poderem trabalhar comcompressoresscroll,noqualnohdescontinuidadenaalimentaodorefrigeranteebaixo vazamentointerno.Estespossuemtambmevaporadorestipoplacadealtodesempenhoebaixo nvel de rudo dos ventiladores do condensador. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br21 (figura XX compressor scroll) OsmodelosYCALEtrabalhamcomoR-410aaoinvsdoR-22,estaumavantagem considerada para a sua seleo, pois o R-410a tem algumas vantagens importantes, so elas: -No ataca camada de oznio -No inflamvel -Azeotrpico -Capacidade 50% comparada ao R22 -Alta presso e trabalho Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br22 (tabela xx vantagens do R-410a) Para obter as temperaturas desejadas de entrada e sada usaremos uma soluo de etileno glicol. Deacordocomatabelaaseguir,encontramososmultiplicadoresparaquepossamosbuscarno catlogo o modelo correto. Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br23 (figura xx fatores de correo para etileno glicol) DeacordocomascaractersticasdesejadasbuscamosnocatlogodaYORK,eselecionamoso modelos YCAL 0051. As informaes tcnicas so encontradas na tabela abaixo. (figura xx chiller YCAL) (tabela xx caractersticas tcnicas do chiller) Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br24 7.2.2. Seleo da bomba hidrulica ??? o Fabrcio t fazendo 7.2.3. Seleo da tubulao e acessrios ???ostubossobapistajforamselecionados,bastaotubodePVCparafazeroscabeotesea tubulao de borracha para bombear do chiller para a pista 7.2.4. Seleo do material para isolamento do piso ??? no fiz, mas acho que s escolher uma lona qualquer e uma manta isolante qualquer7.2.5. Seleo do isolamento da tubulao ??? tambm no fiz 8.ANEXOS 8.1. QUANTITATIVOS Planilha listando todos os itens necessrios e suas respectivas quantidades Lona: pouco mais de 600m^2 (parte de baixo e parte acima da manta isolante) Manta isolante: pouco mais de 300m^2 Tubos de polietileno, 350 tubos de 20,5 metros Abraadeiras: 700 unidades para os tubos Chiller: um s Bomba: uma, talvez duas Mangueiras de borracha: pouco mais de 200 metros, Tubos de PVC para os cabeotes: pouco mais de 30 metros Entre outros acessrios 8.2. ORAMENTO Lista detalhada com valores compatveis com a realidade de mercado Tubos e conexes: http://www.qualibor.com/Default.asp?Menu=ProdutoDetalhes&ProdutoID=1244723&TUBO-PRETO-LISO-12-X-20-MM Graduao em Engenharia Mecnica 168041 Instalaes Termomecnicas1 Prof. Joo Pimenta PROJETO 1 /2010 Universidade de Braslia Laboratrio de Ar Condicionado e Refrigerao www.laar.unb.br25 http://www.qualibor.com/Default.asp?Menu=ProdutoDetalhes&ProdutoID=943055&ABRACADEIRA-MICRO-FLEXIL---suprens-12x16mm falta todo o resto 8.3. DESENHOS Desenhos de conjunto e detalhes em escala e tamanho de prancha compatveis