Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 135
Em uma usina de processamento, leite a e pasteurizado continuamente a a uma taxa de durante horas por dia e dias por ano. O leite e aquecido a temperatura de pasteurização por água quente, aquecida em uma caldeira a gás natural com eficiência de 82%. O leite pasteurizado e resfriado por água fria a antes de ser finalmente refrigerado novamente a . Para economizar energia e dinheiro, a usina pretende instalar um regenerador que tem efetividade de . Considerando que o custo do gás natural e de , determine quanta energia e dinheiro o regenerador economizara anualmente para essa empresa e a redução anual da destruição de energia.
Passo 1
Vamos lá! A questão nos afirma que um regenerador é considerado para economizar calor durante o resfriamento do leite em uma fábrica de laticínios. As quantidades de combustível e dinheiro que tal gerador economizará por ano e a taxa de destruição por esforço dentro do regenerador devem ser determinadas.
Assumindo que:
- Existem condições de funcionamento estáveis.
- As propriedades do leite são constantes.
- A temperatura ambiente é de 18°C.
A densidade média e o calor específico do leite podem ser levados para ≅ e (Tabela A-3).
Passo 2
Pronto já temos todas as informações necessárias, vamos para a análise. Desse modo temos que a taxa de fluxo de massa do leite é
Tomando a seção de pasteurização como o sistema, o balanço energético para este sistema de fluxo constante pode ser expresso na forma de taxa como
Portanto, para aquecer o leite de 4 a 72°C como está sendo feito atualmente, o calor deve ser transferido para o leite a uma taxa de
O regenerador proposto tem uma eficácia de , e assim poupará 82 por cento desta energia. Portanto,
Notando que a caldeira tem uma eficiência de , a economia de energia acima corresponde a uma economia de combustível de
Observando que e o custo unitário do gás natural é , a economia anual de combustível e dinheiro será
Passo 3
A taxa de geração de entropia durante este processo é determinada pela aplicação da forma de taxa do balanço de entropia num sistema alargado que inclui o regenerador e o ambiente imediato, de modo a que a temperatura limite seja a temperatura do ambiente, que consideramos ser a temperatura da água fria de :
Já para o item (b) a taxa de geração de entropia dentro do permutador de calor é determinada aplicando a forma de taxa do balanço da entropia em todo o permutador de calor:
Desconsiderando a transferência de entropia associada ao fluxo de combustível, a única diferença significativa entre os dois casos é a redução da transferência de entropia para a água devido à redução da transferência de calor para a água, e está determinada a ser
A energia destruída durante um processo pode ser determinada a partir de um balanço de energia ou diretamente a partir de sua definição ,