Considere uma camara fria utilizada no congelamento de carne bovina. A produção é de
dia, a temperatura no ambiente externo a camara é
, a temperatura de congelamento é de
a temperatura de armazenamento da carne bovina é de
. A carne entra na camara a uma temperatura de
. O calor especifico antes e depois do congelamento é de
e
respectivamente e o calor latente de congelamento da carne é de
. O tempo de funcionamento da camara é de18 horas.
Calcule a carga termica total em kW, Kcal/hora, TR, BTU/hora
Calcule a carga termica total em kW, Kcal/hora, TR, BTU/hora
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma câmara fria que congela carne bovina, e precisa calcular a carga térmica total em diferentes unidades: kW, kcal/hora, TR e BTU/hora. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor, como calor sensível e latente. Vamos precisar das fórmulas para calcular o calor necessário para mudar a temperatura da carne e o calor necessário para congelá-la.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as etapas pelas quais a carne passa na câmara fria:
- Resfriamento da temperatura inicial até o ponto de congelamento.
- Congelamento da carne (troca de fase).
- Resfriamento adicional até a temperatura de armazenamento.
Precisamos calcular o calor para cada uma dessas etapas e depois somar tudo.
Passo 3
1. Resfriamento de 5°C até -2°C
Aqui usamos o calor sensível, que é calculado pela fórmula:
Onde:
-
é o calor (em kJ), -
é a massa (em kg), -
é o calor específico (em kJ/kg°C), -
é a variação de temperatura (em °C).
Dados:
- Massa (
) = 4500 kg/dia - Calor específico antes do congelamento (
) = 3,2 kJ/kg°C - Variação de temperatura (
) =
Calculando:
Passo 4
2. Congelamento da carne
Aqui usamos o calor latente de congelamento, que é a energia necessária para mudar a fase da carne sem alterar sua temperatura.
A fórmula é:
Onde:
-
é o calor latente (em kcal/kg).
Dados:
-
= 56 kcal/kg - Massa (
) = 4500 kg
Convertendo kcal para kJ (já que 1 kcal = 4,184 kJ):
Passo 5
3. Resfriamento de -2°C até -20°C
Novamente, usamos o calor sensível, mas agora com o calor específico após o congelamento.
Dados:
- Calor específico após o congelamento (
) = 1,6 kJ/kg°C - Variação de temperatura (
) =
Calculando:
Passo 6
4. Somando todos os calores
Agora, somamos
,
e
:
Passo 7
5. Calculando a carga térmica total em diferentes unidades
Vamos converter
para as unidades solicitadas. Primeiro, consideramos que o tempo de operação é de 18 horas.
a) Em kW:
Primeiro, convertemos kJ para kWh (1 kWh = 3600 kJ):
b) Em kcal/hora:
Sabemos que 1 kJ = 0,239 kcal.
Nota: Parece haver um valor muito alto; vamos verificar as conversões.
Na verdade, o correto é:
c) Em TR (Toneladas de Refrigeração):
1 TR = 3.517 kW
d) Em BTU/hora:
Sabemos que 1 kJ = 0,947817 BTU.
Resposta
A carga térmica total da câmara fria é de aproximadamente 20 kW, 17.256 kcal/hora, 5,69 TR e 68.356 BTU/hora.