Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 164
Em uma usina de processamento de leite, esse líquido, inicialmente a 4 °C, é pasteurizado continuamente a 72 °C a uma taxa de 20 L/s durante 24 h por dia e 365 dias por ano. O leite é aquecido até a temperatura de pasteurização por água quente aquecida em uma caldeira a gás natural que tem eficiência de 90%. O leite pasteurizado é então resfriado por água fria a 18 °C antes de ser finalmente refrigerado novamente a 4 °C. Para economizar energia e dinheiro, a usina instala um regenerador cuja efetividade é de 82%. Considerando que o custo do gás natural é de US$1,10/therm (1 therm 105.500 kJ), determine quanta energia e dinheiro o regenerador economizará por ano para essa empresa.
Passo 1
Vamos assumir que:
Existem condições operacionais estáveis.
As propriedades do leite são constantes.
Sabemos que a densidade média e o calor específico do leite podem ser considerados
como e
Então a taxa de fluxo de massa do leite é:
Tomando a seção de pasteurização como sistema, o balanço de energia para este sistema de fluxo constante pode ser expresso na forma de taxa como:
, já que
Portanto, para aquecer o leite de 4 a 72 °C, o calor deve ser transferido para o leite a uma taxa de:
Passo 2
O regenerador proposto tem uma eficácia de ε = 0,82 e, portanto, economizará 82% dessa energia. Portanto,
Observando que a caldeira tem uma eficiência de caldeira , a economia de energia acima corresponde à economia do combustível:
Observando que 1 ano = 365 × 24 = 8760h e que o custo unitário do gás natural é de US $ 1,10 / term, a economia anual de combustível e dinheiro será: