Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 144
Um sistema de refrigeração deve resfriar uma massa média de 350 g de pães a partir de uma temperatura inicial de 30 °C até -10 °C, a uma taxa de 1.200 pães por hora, utilizando ar refrigerado a -30 °C. Considerando-se que o calor especifico e o calor latente médios sejam 2,93 kJ/kg°C e 109,3 kJ/kg, respectivamente, determine (a) a taxa de remoção de calor dos pães, em kJ/h; (b) a vazão volumétrica de ar, em /h, considerando que a elevação da temperatura do ar não deve exceder 8 °C; e (c) o tamanho do compressor do sistema de refrigeração, em kW, para um COP do sistema de refrigeração equivalente a 1,2.
Passo 1
Vamos lá! A questão nos afirma que um sistema de refrigeração é para refrigerar pães a uma taxa de 1200 por hora por ar refrigerado a -30°C. A taxa de calor remoção dos pães, a vazão de ar necessária e o tamanho do compressor do sistema de refrigeração são a ser determinado.
Que pode ser representado como:
Assumindo que:
- Existem condições de funcionamento estáveis.
- As propriedades térmicas dos pães são constantes.
- O arrefecimento é bem isolado, de modo que o ganho de calor através de suas paredes é insignificante.
Os aquecedores médios específicos e latentes do pão são dados a ser 2,93 kJ/kg.°C e 109,3 kJ/kg, respectivamente. A constante de gás do ar é 0,287 kPa./kg.K (Tabela A-1), e o calor específico do ar a temperatura média de (-30 + -22)/2 = -26°C ≈ 250 K é cp =1.0 kJ/kg.°C (Tabela A-2).
Passo 2
Pronto já temos todas as informações necessárias, vamos para a análise. Observando que os pães são resfriados a uma taxa de 500 pães por hora, pode-se considerar que os pães fluem constantemente através do resfriamento seção a uma taxa de fluxo de massa de
= (1200 pães/h)(0,350 kg/ pão) = 420 kg/h = 0,1167 kg/s
Então a taxa de remoção de calor dos pães à medida que são resfriados de 30°C a -10°C e congelados torna-se
e
Passo 3
Para o item b, temos que todo o calor libertado pelos pães é absorvido pelo ar refrigerado e a subida de temperatura do ar não deve exceder 8°C. O fluxo mínimo de massa e o fluxo de volume de ar são determinados como
Passo 4
Para um COP de 1,2, o tamanho do compressor do sistema de refrigeração deve ser
