Processos Térmicos

PROCESSOS TÉRMICOS

Exemplos de Problemas

2011/2012

1. Previsão de Propriedades térmicas

Calcule as propriedades térmicas de um lote de tomate com a composição média de: 95% de água e 0,1% de gordura. O tomate é embalado em caixas de 0.2 x 0.15 x 0.1m. Cada caixa comporta 2 kg de tomate.

a) Produto não congelado

A + S + L = 1

Tf = -1,8 + A

Resolução

Propriedades térmicas do tomate não congelado

Propriedades do tomate não embalado

Tf = -1,8 + A= -1,8+0,095 =-0,85 ºC

C1 = 4180 x 0,95 + 1400 x 0,049 + 1900 x 0,001 = 4041 J/kg.K

Propriedades do tomate embalado

b) Produto congelado

L= 333600I (J/kg)

C2 = 4180(0,95-0,898)+ 1940*0,898+1400*0,049+1900*0,001=2030 J/kg.K

L =333600*0,989=299538 kJ/kg

2. Transferência de calor em estado não estacionário

Pretende-se arrefecer um lote de tomate de 20ºC até 8ºC, utilizando como meio arrefecedor água a 5ºC. Assumindo um coeficiente de transferência de calor à superfície de 10 W/m2.K e que o tomate pode ser modelado a uma esfera de 8 cm de diâmetro.

Utilize as propriedades térmicas calculadas anteriormente:

Condutividade térmica efectiva (K) = 0,32 W/m.K

Calor específico (c) = 4,042 kJ/kg.K

Densidade (eff) = 630,66 kg/m3

a) Calcule o tempo necessário para que o centro térmico do tomate atinja 8ºC.

b) Calcule o tempo necessário para que se atinjam os 8ºC a 1 cm da superfície.

m = K/hR = 1,0

n = 0

Da Fig.

4. Refrigeração de frutas

Pretende-se refrigerar um carregamento de melões (raio médio igual a 13 cm) que se encontram a 30ºC. O arrefecimento dos melões é efectuado num armazém frigorífico mantido a 5ºC. Se a fruta for introduzida no armazém às 17.00 horas, estime qual a temperatura no centro dos melões às 9.00 horas do dia imediato.

5. Pretende-se refrigerar caixas de bifes (25 x40 x50 cm) de uma temperatura inicial de 38ºC até atingir a temperatura de 10ºC no centro térmico. As caixas são arrefecidas em câmara a -2,5ºC e o ar circula a 20 m/s.

Considere

3. Perdas de calor de uma câmara frigorífica

Um armazém refrigerado de 3 x 6 x 6 m tem paredes de betão de 15 com de espessura. Considere que o ar exterior no verão atinge temperaturas de 38ºC e que há vento. No interior do armazém deve ser mantida uma temperatura de 5ºC. Considere sem significado a movimentação do ar no interior do armazém.

a) Estime a perda térmica máxima no caso do armazém não ser isolado.

b) Pretende-se isolar termicamente as paredes (no exterior) de modo a que as perdas térmicas não excedam 30 w/m2, estime a espessura necessária de um material isolante típico.

Perdas = Q = U. A. T

A = constante = A tecto + A pardes = 6 x 6 + 4 x 3 x 6 = 108 m2

Ar estagnado,

h  h int  h ext W / (m2.K)

K betão = 0,87 W / (m.K)

K mat isolante  0,04 W / (m.K)

a)

Q = 1/0,506 x 108 x (38-5) = 7043 W  65 W/m2

b)

U =0,909W/(m2K)

Lisolamento = 0,024 m

4. Refrigeração de frutas

Pretende-se refrigerar um carregamento de melões (raio médio igual a 13 cm) que se encontram a 30ºC. O arrefecimento dos melões é efectuado num armazém frigorífico mantido a 5ºC. Se a fruta for introduzida no armazém às 17.00 horas, estime qual a temperatura no centro dos melões às 9.00 horas do dia imediato.

5. Cálculo de uma câmara Frigorífica

Uma unidade industrial dispõe de um túnel de congelação com circulação forçada de ar (va = 10 ms-1) e de duas câmaras de armazenamento de congelados com a dimensão de 15 x 30 x 10 m. As câmaras estão equipadas com 10 lâmpadas fluorescentes de 40 W e são ligadas durante 1 h por dia, durante o período de tempo em que circula um empilhador. As paredes e o tecto das câmaras são constituídas por painéis pré fabricados de poliuretano expandido com 200 mm de espessura. O pavimento