Tarefa 2 balanço de massa

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
ESCOLA DE AGRONOMIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto Agroindustrial I 
Tarefa 2: 
 
INDÚSTRIA DE SUCO DE UVA INTEGRAL 
 
 
 
 
 
 
 
Professor:​​ Márcio Caliari 
 Alunos: ​​ Manuella Oliveira 
 
 
 
 
 
 
 
 
GOIÂNIA 
05 DE SETEMBRO 2018 
 
 
Data da entrega: 05/09/2018 
Data da revisão: 12/09/2018 19/09/2018 
 
 
 
 
 
3. PLANO DE PRODUÇÃO E VENDAS 
 
 jan/ 
2018 
fev/ 
2018 
mar/ 
2018 
abril/
2018 
maio/ 
2018 
jun/ 
2018 
jul/ 
2018 
ago/ 
2018 
set/ 
2018 
out/ 
2018 
nov/ 
2018 
dez/ 
2018 
jan/ 
2019 
Produção
(Litros) 
651.
000 
588.
000 
651.0
00 
630.
000 
651.0
00 
630.0
00 
651.0
00 
651.0
00 
630.00
0 
651.0
00 
630.
000 
651.0
00 
651.0
00 
Vendas 
(Litros) 
180.
000 
200.
000 
2100
00 
300.
000 
500.0
00 
400.0
00 
500.0
00 
450.0
00 
550.00
0 
450.0
00 
550.
000 
500.0
00 
550.0
00 
Estoque 
(Litros) 
0 471.
000 
859.0
00 
1.30
0000 
1630
000 
1781
000 
2.011
000 
2162
000 
23630
00 
2443
000 
2644
000 
2724
000 
2875 
000 
 
 
Base de cálculo: Dia. 
Produção: 20.409,6672 litros/dia 
De acordo com a EMBRAPA, 70 kg de uva produz 35 litros de suco de uva integral. 
Após balanço de massa verificou-se que 30.000kg de uva produzirão 20.409,6672 litros de 
suco. Manter o estoque sempre com no mínimo 100.000 litros de suco. 
Garrafas de 500ml, 48.000 mil garrafas. 
 
4. BALANÇO DE MASSA 
 * A base de cálculo para o balanço de massa da produção de suco integral de uva é em 
bateladas. 
 
Produção diária: 13 bateladas 
 
1 batelada produz 1.569,9744 litros de suco que são 3.139,9488 (~ 3.138) garrafas de vidro 
com capacidade 500ml. 
Para produzir 20.409,6672 litros/dia são necessárias 13 bateladas/dia. A empresa irá operar 
em 2 turnos sendo eles: 
1° turno: 7:00hs às 16:00hs 
2° turno: 13:00hs às 22:00hs 
 
Os resíduos de uva obtidos da etapa de prensagem são denominados de bagaço e são 
constituídos de cascas e sementes, representando de 12 a 15 % do peso da matéria-prima 
inicial (SILVA, 2003). Os resíduos obtidos da etapa de centrifugação do suco de uva são 
constituídos pelos sólidos suspensos do suco e representam aproximadamente 4 a 8 % do 
volume inicial (RIZZON; MENEGUZZO, 2007). 
 
De acordo com a EMBRAPA temos que 70 kg de uva produzem 35 litros de suco de uva 
integral. Levando em conta as porcentagens acima de 12% do peso inicial da materia prima 
sendo o bagaço, e 4% sendo sólidos suspensos. 
 
 
RECEPÇÃO​​: por dia: 
30.000 kg de uva 
918kg de detergente alcalino 
685,125kg de ácido peroctanóico 
42.000 garrafas 
42.000 tampas 
42.000 rótulos 
2100 caixas de papelão 
90 pallets 
10kg de cal hidratada 
60 kg de sulfato de alumínio 
4.564,5 kg de GLP 
 
SELEÇÃO​​: 
 
 
 
Na etapa de recepção entrará por dia 30.000 kg de uvas, chegando na seleção 27.550 kg 
serão armazenadas em câmara fria, sendo 450 kg impróprias para o processamento e 2000 
kg entrarão para o processo. 
 
LAVAGEM DAS CAIXAS PLÁSTICAS 
 
Nesta etapa as caixas plásticas com capacidade para 20kg de uva saem da seleção para 
serem lavadas. Tem-se que a máquina enxaguadora lava 300 caixas em 60 min, logo 100 
caixas por batelada, serão lavadas em 20 minutos, sabendo que a vazão da máquina é de 6 
litros /min necessita-se de 120 litros de água. Considerando a densidade da água 997 kg/m³ 
(1m³ igual a 1000 litros) temos 119,64 kg de água para lavagem das caixas por batelada. 
 
 
 
 
PESAGEM: 
 
 
Na etapa de pesagem é verificado o peso da uva que está entrando para processo para 
garantir que o rendimento esperado será atingido. 
 
 
SEPARAÇÃO DA RÁQUIS E ESMAGAMENTO DA UVA​​: 
 
 
 
Nesta etapa entrarão 2.000kg de uva e na separação da ráquis sairão 20kg , e 15 kg sairão 
para avaliação do teor de açúcar. 
 
HOMOGENEIZAÇÃO: 
 
 
 
Nesta etapa não ocorre perda, porém a uva homogeneizada se torna suco, de acordo com 
a literatura, a densidade da uva é de 1054 kg/m³, sendo assim temos que 1.965 kg de uvas 
homogeneizadas nos dão 1.864 litros de suco. 
 
AQUECIMENTO DA UVA: 
 
 
 
 
 
 
 Nesta etapa também não ocorre perda, ou seja, entram 1.864 litros de suco e saem 1.864 
litros de suco. 
Vamos calcular agora a quantidade de vapor necessário para aquecer 1.864L de suco de 
uva. Como a densidade da uva é 1054 kg/m³ temos 1.965kg de massa para aquecer. 
 
 
 
 
Sendo: 
Cpf = calor específico do fluido. 
Qmf = vazão de massa ao fluido que desejo aquecer 
Ts = temperatura de saída do fluido 
Te= temperatura de entrada do fluido 
Hgf = entalpia de vaporização do vapor (tabelado) 
x = título de vapor (será considerada uma caldeira ideal com título igual a 1) 
 
 
 
 
 
 
Temos que: 
Cpf 0,9359 kcal/g°C 
Qmf 1.965kg 
(Ts - Te) (80°C - 26°C) 
Hgf (tabelado) 638,5 kcal/kgf 
x 1 
 
 
Qmv= [0,9359 kcal/g°C * 1965 kg *(80°C - 26°C)] / 638,5 *1 
Qmv= 155,533 kg/batelada de vapor necessários para aquecer a uva até 80°C. 
 
De acordo com a literatura 1kg vapor = 1 litro de água, então necessitamos de 155,533 litros 
de água para aquecer 1.965kg de suco de uva. 
Após o vapor aquecer o suco de uva, ele volta como condensado para caldeira, neste 
momento tem-se uma perda de 40%, ou seja, 93,320 litros de condensado volta para 
caldeira, sendo o restante perdido. 
O valor de Hgf utilizado foi encontrado na tabela abaixo: 
 
Tabela 1 - tabela de vapor saturado 
 
 
 
TANQUE DE ADIÇÃO DE ENZIMAS:​​ “[...]a massa adicionada de enzima interfere 
significativamente em 0,3% no rendimento do suco pós adição de enzimas, [...]”​ (RIZZON, 
2007) sendo assim sairão desta etapa 1.858,408 litros de suco. 
A dose de enzima recomendada varia segundo o teor de pectina da uva, a acidez e a 
temperatura do mosto. No entanto, a quantidade aplicada é de 2 a 4 g/100 L de mosto. 
(RIZZON, 2007). Para 1864 litros de suco teremos a aplicação de 37,28 gramas de enzima. 
 
2g ___ 100 L 
x g ___1.864 L .:. x = 37,28 gramas de enzima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXTRAÇÃO DO SUCO DE UVA: 
 
 
 
 
Nesta etapa entram 1.858,408 litros de suco, sendo 12% de residuos (película e semente) 
saindo assim 1.858,408 - 223,00896 = 1.635,39 litros. 
 
 
CLARIFICAÇÃO E FILTRAÇÃO: 
 
 
 
 
 A clarificação será feita por filtração a vácuo, seguindo a literatura temos 4% de resíduos 
sólidos suspensos, sendo assim temos 65,4156 litros de resíduos e saem da clarificação 
1.569,9744 litros de suco. 
 
 
 
 
PASTEURIZAÇÃO: 
 
 
Nesta etapa não ocorrem perdas. portanto entrarão 1.569,9744L de suco e sairão o mesmo 
valor. 
Para se aquecer o suco que chega nesta etapa com 40°C, a pasteurização será a 85°C, 
temos que: 
 
 
Sendo: 
Cpf = calor específico médio entre Ts e Te 
Qmf = vazão de massa ao fluido que desejo aquecer 
Ts = temperatura de saída do fluido 
Te= temperatura de entrada do fluido 
Hgf = entalpia de vaporização do vapor (tabelado) 
x = título de vapor 
 
Cpf 0,9359 kcal/g°C 
Qmf 1489kg 
(Ts - Te) (85°C - 40°C) 
Hgf (tabelado) 638,5 kcal/kgf 
x 1 
 
 
 
Qmv= 0,9359 *1.489 * (85-40) / 638,5 * 1 
Qmv= 98,249 kg/batelada de vapor são necessários para pasteurizar o suco. 
 
Sabe-se que 1kg de vapor = 1litro de água, temos que 98,249 litros de água são 
necessários. Calculando-se uma perda de 40% para o condensado, temos que 58,949 litros 
de condensado retornarão para caldeira. 
 
LAVAGEM DAS GARRAFAS E TAMPAS: 
 
Nesta etapa as garrafas e tampas passarão poruma lavagem com água clorada e seguirão 
para um enxágue a quente, cujo intuito é prepará-las para o envase que será a quente. 
Da literatura temos que há uma vazão de 6 litros de água por minuto, e são necessários 
800ml de água para enxaguar uma garrafa, temos 3150 garrafas por batelada, logo temos: 
 
1 garrafa ____ 800 ml 
3150 garrafas ___ x ml .:. x = 2.520.000,00 ml de água para lavagem com água clorada e o 
mesmo valor para o posterior enxágue a quente. 
 
Para o enxague a quente das garrafas temos que: as garrafas devem ser lavadas a 90°C. 
Primeiro transformando 2520 litros de água em kg temos a densidade da água igual a 997 
kg/m³. Logo: 
997 kg ___ 1000 litros 
x _____ 2520 litros .:. x= 2512,44 kg de água para enxágue. 
 
 
Cpf 1 kcal/g°C 
Qmf 2.512kg 
(Ts - Te) (90°C - 30°C) 
Hgf (tabelado) 638,5 kcal/kgf 
x 1 
 
 
Qmv = [Cpf * Qmf *(Ts - Te)] / Hgf * x 
Qmv= 1 * 2.512* (90 - 30) / 638,5 *1 
Qmv= 236,094 kg/batelada de vapor para aquecer a água do enxágue. 
 
Sabe-se que 1kg de vapor = 1litro de água, temos que 236,094 litros de água são 
necessários. Calculando-se uma perda de 40% para o condensado, temos que 141,656 
litros de condensado retornarão para caldeira. 
 
TANQUE DE ÁGUA CLORADA: 
 
Para esta etapa teremos a entrada de 2512,44 kg de água. Para saber a quantidade de 
cloro temos que deve ser adicionado 0,06 kg cloro/ kg de água. Logo: 
 
0,06 kg de cloro ____ 1kg de agua 
 x _____ 2512,44 kg de agua .:. x= 150,7464 kg de cloro (12% de pureza). 
 
 
 
ENVASE E FECHAMENTO: 
 
Será envasado o suco em garrafas de vidro com capacidade de 500 ml cada, sendo 
necessárias 3.150 garrafas por batelada. 
 
 
RESFRIAMENTO EM TÚNEL DE RESFRIAMENTO: 
 
O resfriamento é feito em túnel por aspersão de água. Nesta etapa as garrafas já estão 
devidamente fechadas, e a água que entra no túnel de aspersão gira em ciclos sendo 
reaproveitada para as próximas bateladas. Considerando o dado da literatura onde temos 
800 ml de água para lavar 1 garrafa​ temos que: 
 
Nesta etapa entram 2.520 L de água que só retornam para ETE após 1 dia de 
processamento. 
 
ÁGUA 
 
 
ÁGUA/VAPOR DESTINO FINAL 
120 litros de água lavagem das 
caixas plásticas por batelada 
120 litros de água 
retornarão para ETE 
155,533 litros de água para 
aquecer suco 
93,320 litros de 
condensado para 
reservatório da caldeira 
98,249 litros de água 
pasteurização 
58,949 litros de 
condensado retornarão 
para reservatório caldeira 
 2.520 litros de água para 
tanque de água clorada 
2.520 litros de água ETE 
 2.520 litros tanque do segundo 
enxágue 
2.520 litros de água ETE 
236,094 litros de água enxágue 
a quente 
141,656 litros de 
condensado retornarão 
para reservatório caldeira. 
 
2.520 L de água para 
resfriamento das garrafas 
2.520 L de água ETE 
221,354 litros de água para 
aquecer CIP 
 
132,812 L de condensado 
para reservatório caldeira. 
1.600 litros de água para o CIP 1.600 litros de água ETE 
 
 
 
CALDEIRA 
 
 
 
O reservatório da caldeira receberá 711,323 L de água que serão transformados em vapor e 
serão distribuídos para as etapas necessárias. Neste mesmo reservatório retornarão 
426,739 L de condensados que foram formados nas etapas que se utilizou vapor. 
 
C.I.P (CLEAN IN PLACE) 
 
Para todos os cálculos será utilizada a mesma forma descrita nos itens anteriores. 
Enxágue 
Qmv=​ ​​1* 1.595,2*(40-20) / 638,5 *1 
Qmv= 49,967 kg de vapor. 
Detergente alcalino (ácido nítrico) 
Qmv= 0,33*1.595,2*(80-20)/638,5*1 
Qmv= 49,467 kg de vapor 
Enxágue intermediário 
Qmv= 1* 1.595,2*(40-20)/638,5*1 
Qmv= 49,967 kg de vapor 
Detergente ácido (hidróxido de sódio) 
Qmv= 0,44*1.595,2*(40-20)/638,5*1 
Qmv= 21,985 kg de vapor 
Enxágue final 
Qmv= 1* 1.595,2*(40-20)/638,5*1 
Qmv= 49,967 kg de vapor 
 
Total de vapor no processo: ​​221,354 kg de vapor = 221,354litros água. 
40% retorna condensado para reservatório da caldeira: 132,812 L de condensado. 
 
ÁGUA 
 
Captação do rio: 9.372 litros de água serão captados por dia. 
 
ETA 
Captação: Capta-se 9.372 litros de água. 
Coagulação: Acrescenta- se 0,3 kg de Sulfato de Alumínio e 0,005 kg de 
Hidróxido de Cálcio. Resultando no volume de: 9.372 kg de água + 0,3 + 0,005 = 9.372,305 
kg. 
Floculação: Continua o mesmo volume, não há perdas. 
Decantação: Da mesma forma que na floculação, continua o mesmo volume, 
não há perdas. 
Filtração: A água é filtrada e assim perdendo resíduos de 700 litros de água, 
resultando em 9.371,700 litros de água. 
Cloração: Para a formulação de água clorada ser suficiente, são adicionados 
5 kg de cloro, obtendo um resultado de 9.371,705 litros de água. 
 
 
ETE 
 
Os efluentes líquidos gerados são destinados ao tratamento de esgoto. Efluentes líquidos 
serão gerados nas etapas de lavagem das garrafas e tampas, lavagem das caixas plásticas 
e no CIP. 
Lavagem das garrafas e tampas: 2.520 litros/batelada de água. 
Lavagem das caixas plásticas: 120 litros de água/batelada 
Enxágue a quente das garrafas e tampas: 2.520 litros/batelada de água. 
Resfriamento das garrafas: 2.520 litros/batelada de água. 
CIP: 1.600 litros de água/batelada de água. 
Total: 90.400,00 litros de água por dia. 
 
 
Sendo assim temos : 90.400,00 Litros de resíduos líquidos, perdendo 5% na decantação e 
5% na filtração, restando 81.369 litros que voltarão para o Rio. 
 
Câmara Fria 
 Serão armazenadas 27.500 kg de uvas a serem usadas no processamento. 
 
Resta saber o calor gasto para resfriar estas uvas de 22°C para 3°C. 
 
Q= m*c*deltaT 
Q=27.500.*0,00088277*(22-3) 
Q= 461,247 kcal