Considere uma camara fria utilizada no congelamento de carne bovina. A produção é de 4500 Kg / dia, a temperatura no ambiente externo a camara é 32^circ C, a temperatura de congelamento é de -2^circ C a temperatura de armazenamento da carne bovina é de -20^circ C. A carne entra na camara a uma temperatura de 5^circ C. O calor especifico antes e depois do congelamento é de 3,2 kJ / kg^circ C e 1,6 kJ / kg^circ C respectivamente e o calor latente de congelamento da carne é de 56 kcal / kg. O tempo de funcionamento da camara é de18 horas.
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:
  1. Resfriamento da temperatura inicial até o ponto de congelamento.
  2. Congelamento da carne (troca de fase).
  3. 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:
Q = m times c times De
Onde:
  • Q1 = 4500 times 3,2 times 7 = 100800 kJ 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:
Q = m times L
Onde:
  • Q2 = 4500 times 56 times 4,184 = 1058400 kJ 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 ( Q3 = 4500 times 1,6 times 18 = 129600 kJ ) = 1,6 kJ/kg°C
  • Variação de temperatura ( ) =
Calculando:

Passo 6

4. Somando todos os calores
Agora, somamos Qtotal = 100800 + 1058400 + 129600 = 129,8400 kJ , e :

Passo 7

5. Calculando a carga térmica total em diferentes unidades
Vamos converter Potência (kW) = Qtotaltempo (h) times 3600 s/h para as unidades solicitadas. Primeiro, consideramos que o tempo de operação é de 18 horas.
a) Em kW:
Qtotal (kWh) = 12984003600 = 360 kWh ê
Primeiro, convertemos kJ para kWh (1 kWh = 3600 kJ):
Potência = 36018 = 20 kW
Qtotal (kcal) = 1298400 times 0,239 = 310,617,600 kcal ê
b) Em kcal/hora:
Sabemos que 1 kJ = 0,239 kcal.
Carga térmica = 31061760018 approx 172,565,333 kcal/hora
Qtotal (kcal) = 1298400 times 0,239 approx 310,6176 kcal é
Nota: Parece haver um valor muito alto; vamos verificar as conversões.
Na verdade, o correto é:
Carga térmica = 310,617618 approx 17,256 kcal/hora
TR = 203.517 approx 5,69 TR é
c) Em TR (Toneladas de Refrigeração):
1 TR = 3.517 kW
Qtotal (BTU) = 1298400 times 0,947817 approx 1,230,417 BTU
d) Em BTU/hora:
Sabemos que 1 kJ = 0,947817 BTU.
Carga térmica = 1,230,41718 approx 68,356 BTU/hora
é

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.

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