3. Materiais e Métodos
3.2. Recursos experimentais
3.2.4. Expositor refrigerado vertical fechado de baixa temperatura
fechado vertical (ver Fig. 29) com 4 níveis de prateleira e bandeja inferior, totalizando 5 níveis de exposição com 2,36 m de comprimento e 3 portas de vidro, fabricado pela Eletrofrio Refrigeração Ltda (2015). É comumente utilizado para exposição de produtos congelados, onde a temperatura dos produtos expostos deve-se manter abaixo de -12 °C (classe L3 - ISO 23953-2, 2005), sendo este valor o limite máximo da temperatura dos produtos expostos (incluindo no período de descongelação). Deste modo, a segurança alimentar dos consumidores finais é garantida. Tal como nos modelos já descritos, o funcionamento adequado do expositor resume-se a permitir que o ar circule por meio do uso de ventiladores que succionam o ar a partir do evaporador. Parte do ar refrigerado alcança o espaço de exposição dos produtos por meio de furos no painel traseiro perfurado e uma outra parcela é insuflada de maneira a formar uma cortina de ar que tem a função
de proteger o ambiente refrigerado da infiltração de ar externo durante o momento de abertura das portas.
Fig. 29 - Expositor refrigerado vertical fechado de baixa temperatura utilizado nos ensaios experimentais.
Durante o escoamento, uma parcela do ar mistura-se ao ar infiltrado pela abertura de portas e outra parcela é re-succionada pelos ventiladores através da grelha de retorno de ar ao evaporador, reiniciando o ciclo do ar dentro do expositor. Este equipamento em particular possui, pela existência de portas de vidro, uma proteção física à cortina de ar refrigerada interna, com uma consequente melhor eficiência na redução da interação térmica entre o espaço refrigerado e o ar ambiente externo.
Esse expositor possui unidade condensadora acoplada, ou seja, foi projetado para trabalhar independentemente de uma instalação de refrigeração remota. Porém, necessita de circuito de circulação de água e de um arrefecedor de água por meio do ar ambiente, uma vez que a condensação ocorre através de um permutador de placas soldadas que propicia a permuta térmica entre o fluido refrigerante e água resfriada, conforme apresentado na Fig. 30. O compressor fica posicionado dentro do espaço refrigerado, num alojamento com isolamento térmico de maneira a manter a refrigeração necessária ao compressor e não prejudicar em excesso o rendimento do equipamento. A
design tem a vantagem de propiciar uma grande área disponível de visualização e armazenamento de produtos em conjunto com a eliminação de ruído excessivo proveniente do compressor.
Com essa forma de instalação, todos os expositores do supermercado possuem compressores independentes, cujos regimes de operação são extremamente influenciados pela temperatura da água arrefecida de condensação que, por sua vez, é atingida em função da temperatura do ar ambiente externo, i.e., quanto maior a temperatura do ar ambiente, maior será a temperatura da água, maior será a temperatura de condensação e, consequentemente, menor será a eficiência energética do sistema.
Fig. 30 – Sistema de refrigeração do expositor refrigerado vertical fechado com portas de baixa temperatura com máquina acoplada.
Em laboratório, foi utilizada a rede de água proveniente de uma torre de arrefecimento de água e, as temperaturas de condensação mais elevadas foram obtidas por meio da redução do caudal de água e não por meio do incremento de temperatura da água. Por se tratarem de equipamentos individualizados, a eficiência energética,
quando comparada a sistemas remotos é inferior, porém a necessidade deste tipo de equipamento surge devido à existência de inúmeras pequenas lojas, de reduzidas dimensões, com pé direito muito baixo, sem sistema de condicionamento de ar (o que invalida a utilização do usual sistema de condensação a ar incorporado) e com ausência de espaço físico para a colocação de um rack de refrigeração remoto. Uma grande vantagem dos expositores com máquina acoplada no móvel reside na redução da quantidade de fluido refrigerante, que vai ao encontro da tendência mundial de sistemas modernos com reduzidas quantidades fluido refrigerante, com o objetivo de obter instalações mais sustentáveis e menos agressivas ao meio ambiente.
3.2.4.1. Evaporador
O permutador de calor alhetado utilizado possui disposição dos tubos escalonada e alhetas onduladas. as dimensões mais relevantes do evaporador 5 estão indicadas na Fig. 31 e os parâmetros geométricos mais relevantes encontram-se detalhados na Tabela 7.
Tabela 7. Características geométricas do evaporador 5.
Características geométricas do evaporador Dimensão
Comprimento útil L 2125,00 mm
Altura da alheta HF 300,00 mm
Largura da alheta WF 173,20 mm
Espessura da alheta
F 0,15 mmEspaçamento entre alhetas LF 13,85 mm
Passo das alhetas SF 14,00 mm
Projeção do comprimento padrão da alheta XF 11,00 mm
Altura da ondulação da alheta
H
OND 1,50 mmÂngulo da ondulação da alheta
OND 7,765°Diâmetro externo do tubo dT 12,00 mm
Espessura da parede do tubo
T 0,32 mmPasso longitudinal dos tubos
S
l 50,00 mmPasso transversal dos tubos
S
t 43,30 mmNúmero total de alhetas NF 152
Número total de tubos NT 24
Número de linhas de tubos (longitudinal)
N
l 6Número de linhas de tubos (transversal)
N
t 4Número de circuitos
N
CIRC 33.2.4.2. Instrumentação
Esta seção tem por finalidade pormenorizar o posicionamento dos instrumentos de medição utilizados, de modo a facilitar o entendimento na análise dos resultados obtidos. A Tabela 9, exposta na sub-seção 3.2.6 (pag. 74), pormenoriza as especificações técnicas dos instrumentos de medição utilizados. Na Fig. 32 encontra-se a indicação da localização dos instrumentos relacionados com a medição das grandezas físicas do lado do fluido refrigerante e do simulador de produto referência, com base na seguinte numeração: 1 - Sensor de temperatura de líquido subarrefecido na entrada do expositor (×1); 2 - Sensor de temperatura de vapor sobreaquecido na saída do evaporador (×1); 3 - Sensor de temperatura de vapor sobreaquecido na entrada do compressor (×1); 4 - Sensor de temperatura do produto referência (×1);
6 - Transmissor de pressão de sucção na saída do evaporador (×1).
Fig. 32 - Posição dos instrumentos de medição das grandezas físicas relevantes do fluido refrigerante e simulador de produto.
Na Fig. 33 encontra-se a localização dos instrumentos relacionados com a medição das grandezas físicas do lado do ar e de consumo de energia com base na seguinte numeração:
1 – Sensor de temperatura na insuflação de ar (×3); 2- Sensor de temperatura no retorno de ar (×3); 3 – Medidor do consumo de energia (x1).
Fig. 33 - Posição dos instrumentos de medição das grandezas físicas relevantes do ar e consumo de energia.
As portas do expositor vertical para produtos congelados possui abertura convencional à esquerda. Estes modelos de portas foram desenvolvidos com a finalidade de propiciar robustez e ausênsica de frestas, uma vez que os produtos congelados são mais sensíveis a oscilação de temperatura. Assim, as portas possuem caixilho e quadro de sustentação.
A norma ISO 23953 (2015) determina que cada porta de um expositor refrigerado em teste abra uma vez a cada dez minutos. A duração de cada abertura de porta deve ser de 6 segundos. A abertura até um ângulo superior a 60° deve durar 1 segundo, 4 segundos de porta aberta (>60°) e 1 segundo para o encerramento. O período de teste da abertura de portas deve ser de 12 horas por dia. Neste caso, como o expositor possui 3 portas de vidro, cada porta é aberta a cada 200 segundos. A Fig. 34 mostra os detalhes da instalação dos 3 dispositivos pneumáticos Strokmatic SK-32X800-L50 com diâmetro de 32 mm e curso total de 800 mm, que foram utilizados para realizar a abertura das portas. O controlo das aberturas de porta foi realizado por meio de temporizadores e contactores que acionam as válvulas solenóides que fornecem ar comprimido aos cilindros pneumáticos (Fig. 35).
Fig. 34- Sistema de abertura de portas.
Fig. 35 - Sistema de controlo e acionamento dos dispositivos pneumáticos.
3.2.4.3. Condições de operação
Algumas condições de operação foram determinadas para possibilitar a comparação justa dos resultados obtidos em diferentes testes experimentais.
A temperatura dos produtos deve estar abaixo do limite de -12 ºC. Na classe climática n.º 3 (TA = 25 °C; A = 60%), é necessária apenas uma descongelação por dia e
dia. As descongelações tem uma duração máxima de 60 minutos e ocorrem por meio de resistências elétricas. Ainda durante o período de descongelação, os ventiladores deixam de funcionar quando a temperatura no termostato posicionado no evaporador atinge 7 °C. Após esse momento, a descongelação continua com as resistências elétricas em operação e sem ventilação. Como se trata de um equipamento com máquina acoplada, existe um controlador de temperatura. Portanto, o compressor deixa de funcionar nos períodos de descongelação e também quando a temperatura da insuflação de ar atinge o valor mínimo admissível. A temperatura a partir da qual o compressor é desligado é de -24 °C e tornará a ligar quando a temperatura aumentar até -22 °C (diferença de +2 °C).
As condições climáticas da sala são variáveis de acordo com a classe climática desejada para teste e também se controla a temperatura de condensação por meio da regulação do fluxo de água de condensação. Em climas mais amenos, é natural que as temperaturas de evaporação e dos produtos se encontrem mais frias e em climas mais quentes e húmidos é natural que as temperaturas de evaporação e dos produtos aumente.
3.2.4.4. Sistema de refrigeração incorporado
O expositor possui unidade condensadora incorporada ao seu projeto, e opera com os seguintes componentes:
Gás refrigerante: R404A - Freon 404A DuPont.
Compressor hermético: L’unite Hermetique TAG2516Z - tensão: 220 V trifásico ; Corrente elétrica máxima: 10 A - Tecumseh Products Company.
Condensador a placas brazadas: B10THx50/1P-SC-S 4*1"&22U; capacidade térmica nominal 4,87 kW; área de troca 1,488 m² - SWEP, Dover Company.
Válvula de expansão termostática: TES2 com orifício 04 - Danfoss.
Válvula reguladora de fluxo de água em função da pressão: WVFX 10-25; fluxo máximo de água 5,5 m³/h – Danfoss.