Nota 10 - Projeto de Termodinâmica I

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Projeto de Termodinâmica I 
Maria Eduarda Voigt Sarti (20103820) 
 
Objetivo: aquecer um fluxo de soro de leite de 25°C até 70°C através de um trocador 
de calor. 
 
1° Etapa 
O processo se inicia com o enchimento do tanque de água (25°C) até aproximadamente 
80% de seu volume. 
Volume total: 1000 L 
Volume preenchido: 800 L 
Massa de entrada: 0,5 Kg/s 
O tempo para o enchimento é: 
T= (800Kg) / (0,5 Kg/s) = 1600s = 26,67 min 
 
2° Etapa 
Logo após, é desligado o fluxo para o aquecimento do tanque e através da combustão de 
álcool etílico até o ponto de ebulição da água (201,4°C a uma pressão de 16 bar). 
Calor o necessário para a vaporização: necessita-se de calor para aumentar a temperatura de 
25°C até 201,4°C e este calor irá mudar o estado de líquido para vapor, calor sensível e 
calor latente respectivamente: 
Calor Sensível: 
Q = m. c. ∆T 
Q = (800Kg)*(4,9KJ/Kg°C)* (201.4°C − 25°C) 
Q = 691488 KJ 
Calor Latente: 
Q = mL 
Q = (800Kg)(2085KJ/Kg) 
Q = 1668000 Kj 
Calor total necessário para vaporização: 691488 KJ +1668000 KJ = 2359488 KJ 
A combustão do álcool etílico não será completa, e terá 90% de aproveitamento. 
O cálculo do calor produzido pode ser realizado através da quantidade de combustível 
por tempo a ser utilizada e a entalpia de combustão do álcool. 
Nesse caso: 
Fluxo de álcool etílico = 7 Kg/h 
Entalpia padrão de combustão: -1366,91 KJ/mol 
(0.9) * (−1366,91KJ/1mol) *(1mol/ 46x10^−3 Kg) (7Kg/1h) = 187207,2392 KJ/h 
Um medidor de temperatura acusa a chegada da água na temperatura de vaporização e 
imediatamente abre o fluxo de entrada de água líquida e a saída de vapor saturado. 
3° Etapa 
O processo de aquecimento, nesse momento, já é contínuo com as massas de entrada e 
saída iguais (12,5 Kg/h), porém, como a água líquida se mistura com uma grande 
quantidade de água, a mesma quantidade de combustível para o aquecimento inicial é 
reduzida para não haver desperdício. O vapor parte para uma tubulação que tem uma 
bifurcação, na qual permite ir para dois caminhos: 
1° Caminho: Começa na bifurcação que passa pela turbina e termina no misturador. Tem 
vazão de 10 Kg/h, e seu início pré-turbina há uma perda de calor (5% da entalpia de 
vaporização) entre a tubulação e o ambiente, com isso fazendo com que a sua temperatura 
diminua e o estado termodinâmico do vapor mude. 
Hvap = 2791,7 KJ/Kg 
Q = (2791,7 KJ/Kg) (0,05) = 139,585 KJ/Kg 
 
Para reverter isso, é colocada uma resistência na tubulação para aquecer o calor novamente. 
(139,585KJ/Kg) (10Kg/h) = 0,3877 kW 
Reestabelecido o estado termodinâmico, temos a entrada do vapor numa turbina que irá 
produzir trabalho. 
 
Como a turbina tem 50% de eficiência temos que: 
η = 0,5 = 1 − Tout/Tin 
Tin = 201,4°C 
Tout = 100,7°C 
Com a pressão e temperatura, podemos saber a entalpia de saída (Hout = 2 675,7 
KJ/Kg), consequentemente o trabalho: 
0 = (10Kg/h) (2791,7KJ/Kg − 2675,7 KJ/Kg) − Ẇ eixo 
Ẇ eixo = 1160 KJ/h 
O vapor que sai da turbina está com uma pressão de 1 bar e temperatura de 100,7°C. No 
caminho para o misturador temos uma perda de calor novamente. 
Hvap = 2675,7 KJ/Kg 
Q = (2675,7 KJ/Kg) (0,05) = 133,785 KJ/Kg 
 
Novamente há uma restituição com a resistência. 
(133,785 KJ/Kg) (10Kg/h) = 0,371625 kW 
2° Caminho: O vapor vai direto par ao misturador. O fluxo de vapor é igual a 2,5 Kg/h, 
além disso no caminho temos uma perda de calor. 
Hvap = 2791,7 KJ/Kg 
Q = (2791,7 KJ/Kg) (0,05) = 139,585 KJ/Kg 
 
Logo, é restituída com a resistência, voltando ao estado de saída da caldeira 
(139,585KJ/Kg) (2,5Kg/h) = 0,97 x 10−2 kW 
4° Etapa 
No misturador, ambos os vapores se misturam, a temperatura combinada de ambas será o 
resultado de uma média ponderada. 
T1 = 201,4°C 
T2 = 100,7°C 
T = (4T1 + T2) / 5 
T = 120,84°C 
 
Dessa forma, resultam em um vapor com outro estado termodinâmico, logo após, esse 
vapor do misturador parte para o trocador, porém, antes tem uma perda de calor em que há 
a restituição pela resistência. 
(134,945KJ/Kg) (12,5Kg/h) = 0,4685 kW 
5° Etapa 
No trocador de calor temos o vapor e o soro de leite em contracorrente. 
O calor necessário para elevar a temperatura do fluxo de soro de leite (7 Kg/h) de 25°C até 
70°C é: 
Q̇ = m ̇L. c. ∆T 
Q̇ = (7Kg/h) (3,647KJ/Kg°C) (70°C − 25°C) 
Q = 1407,945 KJ/h 
O vapor perdendo esse fluxo de calor muda seu estado termodinâmico: 
 
O resultado da troca é o soro de leite com a sua temperatura final, e o vapor com a sua 
temperatura diminuída com o título maior que 0% e menor que 100%. 
 
 
 
 
 
 
 
Fluxograma do sistema de trocador de calor 
 
 
 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
ALVES, A.P; MOREIRA, R.O; JÚNIOR, P. H. R; MARTINS, M. C. F; 
PERRONE, I.T; CARVALHO, A.F. Soro de leite: tecnologias para o processamento 
de coprodutos, Revista do Instituto de Laticínios Candido Tostes, Juiz de Fora, v. 69, 
n.3, p; 212-226, mai/jun, 2014. 
 
 
FELDER, R. M.; ROUSSEAU, R. W. Princípios elementares dos processos químicos. 3a 
edição, Rio de Janeiro: Editora, LTC, 2005. 
 
NETO, M. et al. Comportamento reológico de propriedades termofísicas do lactossoro 
resultante da produção de queijo artesanal do município de Jucati-PE. Revista 
Brasileira de Agrotecnologia, Jucati, v. 7, n. 1, p. 46-49, jan./2007. Disponível em: 
https://gvaa.com.br/revista/index.php/REBAGRO/article/view/4724/4144. Acesso em: 1 
mar. 2022. 
 
SILVA, L. T. S. Propriedades termofísicas e comportamento reológico do leite e 
do soro de búfala. 65f. Mestrado Dissertação em Engenharia de Alimentos) – 
Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia - UESB, Itapetinga-Ba, 2014.