trabalho balanço massa e energia demandas ok

Universidade Federal do Esprito santo UFES

CENTRO UNIVERSITRIO DO NORTE DO ESPRITO SANTO - CEUNES

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E COMPUTAO

ENGENHARIA Qumica

Adriana quemelli magioni

Bruna ANCHIETA de CARVALHO

Cssio BRunoro ahumada

lORENA COELHO BENEVIDES

MARIANA CARVALHO

THAIS ZENI

INDSTRIA E COMRCIO DE ALIMENTOS NUTRISOY LTDA:BALANO DE MASSA E ENERGIASo Mateus

2010Adriana quemelli magioni

Bruna ANCHIETA DE CARVALHO

Cssio BRunoro ahumada

lORENA COELHO BENEVIDES

MARIANA CARVALHO

THAIS ZENI

INDSTRIA E COMRCIO DE ALIMENTOS NUTRISOY LTDA:

BALANO DE MASSA E ENERGIARelatrio destinado disciplina de Demandas de Processos II do curso de Engenharia Qumica, Ufes - Campus So Mateus. Orientador (a) : Ana Beatriz Neves Brito.

So Mateus

2010

SUMRIO31.OBJETIVO

32.INTRODUO

43.REVISO BIBLIOGRFICA

64.PROCESSO DE PRODUO

64.1.Descrio das Etapas do Processo

94.2.Fluxograma do Processo

104.3.Descrio dos Equipamentos

155.BALANO DE MASSA

196.BALANO DE ENERGIA

196.1.Balano de energia para cmara de refrigerao

246.2.Trocador de calor

287.CONCLUSO

288.BIBLIOGRAFIA

1. OBJETIVOEste trabalho teve como objetivo principal o estudo dos balanos de massa e energia globais do processo de produo da Indstria e Comrcio de Alimentos NutriSoy Ltda. Tambm constam neste trabalho uma descrio do processo de produo e uma descrio dos equipamentos utilizados pela empresa.2. INTRODUOA Indstria e Comrcio de Alimentos NutriSoy Ltda uma industria fictcia, do setor secundrio da economia, na qual atua no ramo de indstria e comrcio de derivados da soja. Esta indstria foi criada por Ahumada, A.P.B. et al (2010), da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), como requerimento para o trabalho de concluso de curso. A NutriSoy produz bebidas fermentada, iogurtes, a partir de extrato hidrossolvel de soja. As etapas bsicas do processo de produo desta empresa so dadas pela recepo da matria-prima, o armazenamento, a reconstituio, o preparo do inoculo, a mistura de aditivos, a desaerao, a pasteurizao, a fermentao, a adio de sacarose, aromas e polpa de frutas, a homogeneizao e resfriamento, o envase e por fim o armazenamento.CHOU e HOU (2000), citado por Ahumada et al (2010), afirma que a fermentao tem sido uma tcnica muito empregada para desenvolver produtos derivados de soja, onde o extrato hidrossolvel de soja empregado como meio de crescimento e de atividade bioqumica de vrias bactrias lticas na produo de queijo de soja e diversos tipos de bebidas fermentadas. Da mesma forma, do ponto de vista tecnolgico, a qualidade sensorial do extrato hidrossolvel de soja pode ser melhorada atravs da fermentao dos carboidratos presentes por bactrias lcteas a cido ltico, o que d um sabor refrescante bebida, mascarando o sabor classificado como de feijo cru caracterstico do extrato (MORAES et al., 2006).

O balano de massa foi realizado em funo da quantidade de extrato de soja utilizado para uma produo diria. O balano de energia global foi obtido atravs dos balanos de energia para a cmara de refrigerao, nos quais encontram-se o balano de energia perdida atravs das paredes, a energia por renovao de ar, a energia para resfriamento do produto, a energia gerada pelo fluxo de pessoas dentro das cmeras e a energia gerada pela iluminao; e pelo balano de energia no trocador de calor. Para a determinao dos coeficientes de pelcula interno e externo (hi e he) foram feitas correlaes empricas desenvolvidas para geometrias pr determinadas e adequadas para clculos de engenharia.Desta forma, este trabalho teve como objetivo analisar os balanos de massa e energia, o processo de produo e os equipamentos utilizados no preparo de iogurtes de soja produzidos pela NutriSoy Ltda.3. REVISO BIBLIOGRFICA

As bebidas fermentadass da NutriSoy so produzidas a partir de extrato hidrossolvel de soja. A soja um gro rico em protenas e originrio da China e do Japo. A palavra soja vem do japons shoyu. rica em protena de boa qualidade, possui cidos graxos poliinsaturados e compostos fitoqumicos como: isoflavonas, saponinas, fitatos, dentre outros. Tambm uma fonte de minerais, como o cobre, ferro, fsforo, potssio, magnsio, mangans e vitaminas do complexo B (EMBRAPA, 2006). A protena de soja considerada, dentre as vegetais, como a de melhor qualidade por possuir cerca de 90% de digestibilidade.

A soja tambm considerada um alimento funcional, porque alm de funes nutricionais bsicas, produz efeitos benficos sade, reduzindo os riscos de algumas doenas crnicas e degenerativas (EMBRAPA, 2006), podendo tambm ser utilizada de forma preventiva e teraputica no tratamento de doenas cardiovasculares, cncer, osteoporose e sintomas da menopausa. Nos pases orientais, a soja e seus derivados tm sido utilizados por muito tempo como alimento bsico da dieta.

Segundo Ahumada et al (2010), as bebidas fermentadas produzidas pela NutriSoy Ltda, a partir de extrato hidrossolvel de soja, contm agentes probiticos e prebiticos. Sendo assim, a indstria produz trs tipos de produtos:

Extrato Hidrossolvel de soja fermentado, probitico e prebitico - SoyGurt sabor Ameixa;

Extrato Hidrossolvel de soja fermentado, probitico e prebitico - SoyGurt sabor Pssego;

Extrato Hidrossolvel de soja fermentado, probitico e prebitico - SoyGurt sabor Morango.

Figura 3.1: SoyGurt sabores morango, pssego e ameixa, respectivamente.

O iogurte de soja, obtido por meio da fermentao ltica atravs da ao de microrganismos, tem como base o extrato hidrossolvel de soja e apresenta caractersticas sensoriais semelhantes s do iogurte tradicional (Mendes et all., 2007). Porm, apesar de manter preservadas as caractersticas nutricionais dos produtos fermentados tradicionais, difere significativamente destes em relao ao contedo mineral, sendo deficiente, principalmente em clcio (Umbelino et al., 2001).HOU et al. (2000), citado por Ahumada et al (2010), diz que o processo de beneficiamento da soja inicia-se com o esmagamento do gro, no qual basicamente se separa o leo bruto (aproximadamente 20% do contedo do gro) do farelo. O leo bruto passa por um processo de refino at assumir propriedades ideais ao consumo como leo comestvel. O extrato hidrossolvel de soja (EHS), ou leite de soja, obtido atravs da seleo, macerao, tratamento trmico, coco e posterior centrifugao da semente de soja. Este leite de soja possui caractersticas qumicas e funcionais que o qualifica como um alimento funcional sendo por isto muito utilizado no desenvolvimento de novas bebidas. Possui qualidades que permitem selecion-lo como alternativa para obter bebidas fermentadas com probitico pela sua semelhana com leite de vaca na composio e comportamento fsico-qumico, e, uma alternativa de consumo para pessoas que apresentam alergias e/ ou distrbios alimentares pela ingesto de leite, alm de conter oligossacardeos naturais (rafinose e estaquiose) considerados como prebiticos ao estimular o crescimento de probiticos.

Segundo SCALABRINI et al. (1998), bebidas base de soja possuem alta qualidade da protena e baixo nvel de leo e colesterol. Na produo de bebidas fermentadas, o extrato hidrossolvel de soja empregado como meio de crescimento e de atividade bioqumica de vrias bactrias lticas, da mesma forma a qualidade sensorial do extrato hidrossolvel de soja pode ser melhorada atravs da fermentao dos carboidratos presentes por bactrias lcteas a cido ltico. Entretanto, o baixo teor de carboidratos fermentveis na soja limita o uso do extrato hidrossolvel de soja como um substrato para o crescimento de culturas lticas, sendo necessria adio de glicose, sacarose ou at mesmo lactose para tornar o extrato adequado fermentao.

Os maiores produtores de soja do mundo so os Estados Unidos (32%), seguido do Brasil (28%). Os maiores produtores brasileiros so Mato Grosso, Paran e Gois. A cadeia produtiva da soja de suma importncia para a economia brasileira, sendo este gro o principal produto agrcola na pauta de exportao brasileira. O alto nvel de tecnologia, escala e capital, aliados a terra e mo-de-obra baratas o que faz com que esta cultura tenha baixos custos de produo tornando-a competitiva.

Desta forma, os produtos da NutriSoy so uma alternativa para pessoas que apresentam intolerncia a lactose ou alergia s protenas presentes no leite, pois, seus produtos a base de soja, fornecem nutrientes ao organismo e traz benefcios a sade, sendo que o extrato hidrossolvel de soja possui agentes probiticos e prebiticos.

4. PROCESSO DE PRODUO4.1. Descrio das Etapas do Processo Recepo da matria prima

As matrias-primas quando entregues, tem a quantidade (gramatura), a origem, assim como seus laudos verificados para posterior aceitao dos mesmos.

Armazenamento

O extrato hidrossolvel de soja, o FOS, os aromatizantes e a sacarose so armazenados devidamente identificados, em uma sala de estocagem seca, limpa.

J as Culturas Liofilizadas so estocadas em um refrigerador a temperatura de 5 C at -20 C. As polpas so devidamente identificadas e armazenadas em cmara fria temperatura indicada pelo fabricante.

Reconstituio

A reconstituio do Extrato Hidrossolvel de soja realizada em um sistema homogeneizador, que far a mistura do extrato com a gua.

Este processo ocorre sob vcuo para evitar a entrada de ar durante a reconstituio do extrato. Preparo do inoculo

A primeira frao do extrato reconstitudo de soja esterilizado em trocador de calor tubular para esterilizao 121C por 5 minutos e, ento, encaminhado para o tanque de incubao onde sero inoculadas as culturas liofilizadas de L. acidophillus e B. Longum.

Aps 30 minutos de incubao 37C para ativao dos microrganismos, o mesmo inoculado no tanque fermentador aps pasteurizao do produto.

Mistura de aditivos

Aps a etapa de reconstituio, adicionado o prebitico (2%) FOS, que serve como substrato para as culturas starters, ao extrato em tanque de mistura, sob constante homogeneizao.

Desaerao

O processo feito no Desaerador a fim de retirar oxignio presente no extrato reconstitudo e eliminar possveis odores estranhos. A desaerao ocorre sobre agitao, baixa presso e temperatura de 50 C.

Pasteurizao

A pasteurizao feita em um trocador de calor de placas, visando a eliminao de microorganismos patgenos que possam estar presentes no extrato reconstitudo. O processo feito pelo aquecimento temperatura de 80 C por 2 minutos.

Como o fator antitripisina j foi inativado pelo produtor do extrato, este binmio tempo/temperatura suficiente para garantir a qualidade microbiolgica e sensorial do produto.

Acoplado ao trocador de calor tem-se o Tubo de Reteno e o Regenerador. O Tubo de Reteno retm o produto na temperatura especificada at completar o tempo de pasteurizao.

No Regenerador, o extrato sofre uma reduo na temperatura de 80 C para 40C.

Fermentao

O processo fermentativo realizado em Tanque de Fermentao, onde ser monitorado o pH. Quando este atingir o valor de 4,25, ponto ideal, a fermentao interrompida e a temperatura reduz de 42C para 20 15C, quando necessrio, ser adicionado o Antiespumante atravs de um sistema de adio automtica visando diminuir o nvel de espuma no tanque.

Adio de Sacarose, Aromas e Polpas de Frutas

Aps o trmino da fermentao, so adicionados no produto, no Tanque de Armazenamento, os seguintes ingredientes secundrios: sacarose (14%), aromas (0,05%) e polpa de frutas (7%).

Tanque de armazenamento

Aps a fermentao, o produto encaminhado para um tanque de armazenamento, onde ser mantido temperatura de 3C 5C, para ento ser envasado.

A agitao nesta etapa constante para promover a homogeneizao do produto.

Envase

Aps obteno homognea da mistura do extrato hidrossolvel e resfriamento cerca de 4C, o produto segue para a envasadora. Esta automtica, em garrafas de polipropileno com capacidade de 180 gramas de produto. Armazenamento

Aps envase nas embalagens, o produto envasado, ser estocado em cmara de refrigerao a temperatura de 3C 5C.4.2. Fluxograma do Processo

A Figura 4.1 mostra o fluxograma da produo do Leite de Soja Probitico SoyGurt

Figura 4.1 - Fluxograma do Processo

4.3. Descrio dos Equipamentos

Sistema Homogeneizador

O Sistema Homogeneizador da FRISTAM um misturador de lquido e p, construdo de ao inoxidvel, que oferece agilidade e alta performance na mistura de ingredientes secos e midos em base lquida, oferecendo desempenho superior a sistemas convencionais de misturas como: Agitadores, Tri Blenders ou Funil + Bomba de recirculao.

Este equipamento contm uma bomba de anel lquido responsvel por manter constante um alto poder de suco ou vcuo na base do funil para ingredientes secos ou midos com a base lquida. O misturador recebe da bomba de anel lquido o mix de produtos e ir promover total homogeneizao dos ingredientes, resultando em um produto estvel e homogneo em sua totalidade, operando a uma vazo de 500 10.000 Kg/ hora, presso mxima de 1 bar e viscosidade mxima de 5000cP.

A Figura 4.2 corresponde ao Sistema Homogeneizador.

Figura 4.2 : Sistema Homogeneizador FRISTAM (Fonte: Tetralon)

Trocador de calor tubular

Esse trocador de calor tubular funciona como esterilizador assptico e trabalha numa vazo de 100 a 1.000 Kg/ hora.

A Figura 4.3 mostra o trocador.

Figura 4.3: Trocador de Calor (Fonte: MMC- Equipamento) Desaerador

Este equipamento tem a finalidade de retirar o oxignio do leite, com medidor, executado em ao inoxidvel com construo e acabamento sanitrio. Contm sensor e quadro eltrico.

O Produto succionado cmara de desaerao atravs de vcuo e levado ao centro do prato rotativo. A pelcula formada sobre o prato giratrio desgaseificada de forma contnua. A descarga de produto ocorre atravs de um tubo coletor por meio da fora centrfuga. O tempo de residncia do produto na cmara de vcuo ajustado por meio de uma vlvula de retorno regulvel.

Funciona sob agitao, baixa presso e temperatura de 50 C. Permite processar de 500 a 5.000 kg/ hora. A Figura 4.4 corresponde ao Desaerador NETZSCH.

Figura 4.4 Desaerador (Fonte: NETZSCH) Pasteurizador

O trocador de placas um equipamento de troca de calor indireta, onde o vapor (a baixa presso) ou gua quente passa por um lado da placa, fornecendo calor que, por conduo, para o leite a ser aquecido.

Este equipamento acompanha gerador de gua quente, tanque de equilbrio e bombas e tem capacidade para de 1.000 a 10.000 Kg/ hora.

Figura 4.5 corresponde ao pasteurizador utilizado.

Figura 4.5: Trocador de placas (Fonte: MIRAINOX)

Tanque de fermentao

Os tanques fermentativos so revestidos com camisa dupla ou sistema de canaletas (Half Piper), e apresentam isolamento em l de rocha. Contm agitador com controle de velocidade e controle automtico de temperatura e pH com capacidade para 4000L.

Dimenses: 1,48m de dimetro, 2,10m do cilindro, 0,74m de altura do cone e 2,84m de altura total, peso de 176Kg/ 4ft.

A Figura 4.6 corresponde ao tanque fermentativo.

Figura 4.6 - Tanques de Fermentao (Fonte: MMC Equipamentos)

Tanque de Armazenamento

Os tanques de armazenamento so revestidos com camisa dupla ou sistema de canaletas (Half Piper), e apresentam isolamento em l de rocha. Contm agitador com controle de velocidade e controle automtico de temperatura e pH, com capacidade para 4.000L.

Este tanque contm ps tubulares ou fundo chato para apoio em base pr construda. Contm agitador, medidor de nvel.

A Figura 4.7 corresponde ao tanque de armazenamento.

Figura 4.7 : Tanque de Armazenamento (Fonte: MMC Equipamentos)

Envasadora

Este equipamento tem dosagem, selagem da tampa de alumnio e retirada da embalagem, totalmente automticos.

Caractersticas:

Dosagem, selagem da tampa de alumnio e retirada da embalagem, totalmente automticos;

Operadores necessrios: comente um;

Produtos: Lquidos e semi-pastoso;

Produo: 1800 a 2200 embalagens/ hora

Acionamento: Mecnico pneumtico com painel eltrico;

Capacidade: Embalagens de 50 a 200g;

Automao CLP e sensores.

A Figura 4.8 corresponde a Envasadora e Seladora MIRAINOX.

Figura4.8 - Ensavadora/ Seladora (Fonte: MIRAINOX).

Cmara de refrigerao

A cmara de refrigerao construda de camada interna de poliuretano e porta de ao inoxidvel. O modelo a ser utilizado trabalha na faixa de temperatura de + 10C / + 1 C, representado na Figura 4.9.

Figura 4.9 - Cmara de refrigerao (Fonte: Frigelar).

Freezer de culturas liofilizadas

Este equipamento construdo interno e externamente em ao inoxidvel AISI 304, liga 18/8. Possui prateleiras internas gradeadas, removveis, portas com revestimento interno e externo em Ao Inoxidvel AISI 304, liga 18/8, dotada de Gaxetas Especial de vedao, isolamento trmico em Poliuretano injetado, com puxadores metlicos.

Alm disso, composto de unidade condensadora com compressor do tipo hermtico, evaporador de ar forado, termocontrolador de temperatura digital com degelo automtico e interruptor com sinalizador luminoso.

Especificao: Isolamento trmico para Freezer: Espessura 70mm; isolamento trmico para Refrigerador: Espessura de 50mm.

A Figura 4.10 corresponde ao refrigerador.

Figura 4.10 Freezer (Fonte: Marsil)5. BALANO DE MASSAOs balanos de massa a seguir tm como base de clculo o tempo de um dia. O primeiro balano de massa do processo ocorre no sistema homogeneizador.

Figura 5.1 Balano de Massa no Sistema HomogeneizadorDestes 4351,29 Kg de extrato hidrossolvel, so retirados 172,31 Kg de extrato de soja para a ativao do inoculo.

Figura 5.2 - Balano de Massa do Processo de Ativao do InoculoOs 4178,98 Kg restantes vo para um tanque de mistura, no qual ocorre a adio do prebitico FOS.

Figura 5.3 Balano de Massa do Tanque de MisturaO produto do tanque de mistura passa por processos de desaerao e pausterizao, onde ocorrem perdas de massa que no sero contabilizadas nesta etapa do balano de massa. Todas as perdas do processo sero descontadas ao final do balano de massa do processo.

Desta forma, o prximo balano de massa ocorre no tanque fermentativo, onde adicionado o inoculo ativado (mistura de extrato de soja hidrossolvel e culturas liofilizadas), tambm chamado de cultura starter.

Figura 5.4 Balano de Massa do tanque fermentativoA partir da, o extrato segue para o tanque de armazenamento, onde ocorre adio de sacarose, aromatizantes e polpa de fruta ao extrato.

Figura 5.5 Balano de Massa no Tanque de Armazenamento

Como dito anteriormente, as perdas totais no processo seriam consideradas no final do balano de massa do processo. Estas perdas foram calculadas pelo balano de massa global aps a verificao da quantidade de produto final obtido, ou seja:

BMG = ENTRADA SADA

435,13 kg (extrato) + 3.916,16 kg (gua) + 1,74 kg (cultura liofilizada) + 304,60 kg (Polpa) + 87,02 kg (FOS) + 609,18 kg (Acar) + 2,17 kg (Aroma) - 5.200,00 kg (produto) = 156,00 kg (perdas)

Estas perdas podem ser relacionadas a acmulo de produto nas paredes de tanques, tubulaes e equipamentos de desaerao, pasteurizao e envase.

Desta forma, o rendimento do processo : 5200 kg/ 5356 kg = 97%

Considerando que o processo ocorre durante 12 horas por dia, temos que a vazo mssica de produto de: 5200 Kg/12 h = 433,33 Kg/h.

Logo, podemos calcular quantas unidades de iogurte so produzidas por hora na fbrica:

(433,33 Kg/h) / (0,180 Kg) = 2407,4 = 2407 unidades/h

Ou ainda, a quantidade produzida por dia:

(5200 Kg/dia)/(0,180 Kg) = 28888,8 = 28888 unidades/diaA seguir, tem-se um esquema do balano de massa global do processo:

Figura 5.6 Balano de Massa Global do Processo6. BALANO DE ENERGIA6.1. Balano de energia para cmara de refrigerao

Energia perdida atravs das paredes

A determinao dos coeficientes de pelcula interno e externo (hi e he) foram feitas utilizando correlaes empricas desenvolvidas para geometrias pr determinadas e adequadas para clculos de engenharia.O Quadro 1 apresenta os dados de ambas as cmaras de refrigerao que sero utilizadas, tanto para armazenamento de polpa, como para o produto acabado, visto que ambas sero fornecidas pelo mesmo fabricante, tendo as mesmas especificaes, porm, com temperaturas internas, comprimento e largura distintos.

Quadro 1: Dados da cmara de refrigerao (Fonte: Frigelar)Altura da Parede L (m)2,5

Temperatura do ar externo (K)299,15

Temperatura da superfcie (K)297,15

Tf (K)298,15

Onde: Tf a temperatura mdia entre a superfcie e a do ar externo.O Quadro 2 apresenta as propriedades do ar.

Quadro 2: Propriedades do ar utilizando Tf = 298,15 ( Fonte: Incrpera).Propriedades do ar

(1/K)0,003354

(m2/s)2,11*10-5

(m2/s)1,59*10-5

Pr 0,708

K (W/mK)2,62*10-2

g (m2/s)9,8

Onde,

coeficiente de expanso trmica

difusividade trmica viscosidade cinemticaPr nmero de PrandtlK condutividade do lquidog acelerao da gravidade

E he pode ser obtido atravs das equaes abaixo (INCRPERA):

Nu = ((0,825 + 0,387*Ra1/6)2) / ((1 + (0,492/Pr)9/16)8/27)2Onde

Ra = (g**(Tar externo Tambiente)*L3) / *Assim,

Ra = 3,06*109Nu = 170,30e he = K*Nu / L

Logo, he = 1,7847 W / m2*K

No Quadro 3 encontram-se os dados para determinao de hi:

Quadro 3: Dados para determinao de hi (Fonte: Frigelar)Altura da Parede L (m)2,5

Temperatura do ar interno (K)276,15

Temperatura da superfcie (K)278,15

Tf (K)277,15

Onde: Tf a temperatura mdia entre a superfcie e a do ar externo.

No Quadro 4 encontram-se as propriedades do ar: Quadro 4: Propriedades do ar utilizando Tf = 277,15 (Fonte: Incrpera, F.P).Propriedades do ar

(1/K)0,003519

(m2/s)1,94*10-5

(m2/s)1,46*10-5

Pr0,712

K (W/m K)2,51*10-2

g (m2/s)9,8

Onde hi pode ser obtido atravs das equaes abaixo (INCRPERA):Nu = ((0,825 + 0,387*Ra1/6)2) / ((1 + (0,492/Pr)9/16)8/27)2Onde

Ra = (g**(Tar interno Tambiente)*L3) / *

Assim,

Ra = 3,80*109Nu = 182,52e hi = K*Nu / L

Logo, hi = 1,8325 W / m2*KNo Quadro 5 encontram-se os dados para o clculo do coeficiente global de troca trmica.

Quadro 5: Dados para o clculo do coeficiente global de troca trmica (U) (Fonte: PERRY & GREEN, 1999)Condutividade trmica do tijolo (K1) (W/m K)1,1

Condutividade trmica do isolante (K2) (W/m K)0,00124

Espessura da parede de tijolo (e1) (m)0,4

Espessura do isolante (e2) (m)0,25

1/U = 1/he + e1/K1 + e2/K2 + 1/hi

1/U = 1/1,78 + 0,4/1,1 + 0,25/0,00124 + 1/1,83U = 0.0049 W/m2 K ou

U = 0,01764 KJ/h m2 CLogo, Q = U*A*(Te Ti)

Te = temperatura externa

Ti = temperatura interna

Sendo as dimenses da cmara de estocagem do produto acabado:

Largura = 8,0 m

Comprimento = 8,4 m

Altura = 2,5 m

Tem-se uma rea total (paredes + teto) igual a 149,20m2. Logo,

Q = 0,01764*149,20*(26 3) = 60,5334KJ / h

Logo, em 24h Q = 1.452,80KJ/dia

Sendo as dimenses da cmara de estocagem de polpa:

Largura = 2,3 m

Comprimento = 2,3 m

Altura = 2,5 mTem-se uma rea total (paredes + teto) igual a 28,29m2.

Q = 0,01764*28,29*(26 3) = 11,4778 KJ / h

Logo, em 24h Q = 275,47 KJ/dia

Logo, Q total para as 2 cmaras so: 1.728,27 KJ/ dia. Energia por renovao de ar.

Considerando que a cmara fria seja aberta 3 vezes ao dia, e que cada vez todo o ar seja renovado por um ar a temperatura ambiente.

Temos que Q = m*Cp*(Te Ti).

O Quadro 6 apresenta os dados para o clculo da energia por renovao de ar para a cmara de estocagem do produto acabado:Quadro 6: Dados para o clculo da energia por renovao de ar para cmara de estocagem.Volume da cmara (m3)168

Densidade do ar (Kg/m3)1,1614

Cp do ar (KJ/Kg C)1,007

Temperatura do ar externo (C)26

Temperatura do ar interno (C)3

Ento temos a seguinte equao:

Q = *V*Cp*(Te Ti), onde a densidade do ar e V o volume da cmara.

Q = 1,1614*168*1,007*(26 3)*3 = 13.557,19KJ/dia

Por sua vez, a cmara de estocagem de polpa aberta cerca de 2 vezes por dia.

O Quadro 7 apresenta os dados para o clculo da energia por renovao de ar para a cmara de polpa.

Quadro 7: Dados para o clculo da energia por renovao de ar para cmara de polpa.Volume da cmara (m3)13,225

Densidade do ar (Kg/m3)1,1614

Cp do ar (KJ/Kg C)1,007

Temperatura do ar externo (C)26

Temperatura do ar interno (C)3

Ento temos a seguinte equao:

Q = *V*Cp*(Te Ti), onde a densidade do ar e V o volume da cmara.

Q = 1,1614*13,225*1,007*(26 3)*2 = 711,48KJ/diaQ total para a renovao do ar: 14.268,67 KJ/ dia. Energia para resfriamento do produto

Considerando que armazenaremos 40.000,00Kg de produto acabado e 2.874Kg de polpa, equivalente a 7 dias de produo, que estes entram na cmara com uma temperatura de 5 C (temperatura de envase e recebimento da polpa) e sero resfriados at 3 C. Sendo o Cp do produto acabado 3,751KJ/Kg C e da polpa 2,36 KJ/Kg C (Fonte: fornecedor Demarchi), temos que:

Q = m*Cp*(T1 - T2) + m*Cp*(T1 - T2)

Q = 40.000,00*3,751*(5 - 3) + 2.874,00*2,36*(5 - 3)

Q = 313.645,28 KJ/dia.

Energia gerada pelo fluxo de pessoas dentro das cmaras

Considerando que na cmara de armazenamento teremos 2 pessoas, e estas permanecero no interior desta por 3 horas e, 1 pessoa na cmara de estocagem de polpa por 2 horas. Cada pessoa libera 293 J/ seg, temos:

Q = 293*2*3*3600 + 293*1*2*3600

Q = 6.328.800 + 2.109.600

Q = 8.438,40 KJ/dia.

Energia gerada pela iluminao

A cmara de armazenamento de produto final ter 2 lmpadas de 100 Watts, estando 3 horas por dia com as luzes acesas, e a cmara de estocagem de poupa, tendo 1 lmpada de 150 Watts, estando acesa 2 horas por dia, temos:

Q = 100*2*3 + 150*1*2

Q = 900 Watts / dia.Q = 3.240 KJ/ dia. Carga trmica total

A soma do calor calculado em cada item fornecer a carga trmica necessria em um dia.

Como o equipamento que ir realizar o trabalho de retirada de energia do sistema (resfriar) no permanecer continuamente ligado, a carga trmica total deve ser redistribuda para o tempo em que o equipamento ficar ligado.

O Quadro 8 apresenta valores para o clculo da carga trmica total da cmara de refrigerao.

Quadro 8: Valores para o clculo da carga trmica total da cmara de refrigeraoFonte de Carga trmicaQ (KJ/dia)

Perda pelas paredes1.728,27

Renovao do ar14.268,67

Resfriamento do produto313.645,28

Fluxo de pessoas8.438,40

Iluminao3.240,00

Coeficiente de segurana10%

TOTAL375.452,682

Considerando que o equipamento fica ligado 24h por dia, a carga horria deste ser:

P = 375.452,682KJ/dia / (24h * 3600s) = 4,34 KJ/s ou KW.

Admitindo-se uma eficincia de 80% na converso de energia, o consumo dirio fica:

P = (4,34/0,8) = 5,43 KJ/s ou KW6.2. Trocador de calor

Objetivos para o trocador de calor: encontrar vazo de fluido quente que vai promover o aquecimento do produto at a temperatura desejada e qual a energia gasta nesse processo.Consideraes:

Perda de calor para a vizinhana desprezvel

Variaes de energia potencial e cintica desprezveis

Propriedades constantes

Resistncia trmica das paredes do trocador e fator de incrustrao desprezveis.

Condies de escoamento plenamente desenvolvido para o fluido quente e frio

As propriedades do fluido quente e do fluido frio so conhecidas, assim como a temperatura de entrada e a temperatura de sada dos mesmos.

Como os fluidos no sofrem mudana de fase e suas propriedades so constantes, um simples balano de energia capaz de fornecer os dados desejados.Equacionamento:

qh = mh*Cph*(ThS ThE)

qc = mc*Cpc*(TcS TcE)

Onde:

m = a vazo mssica do fludo

Cp = seu calor especfico

TE = sua temperatura de entrada TS = sua temperatura de sada.

Como o calor fornecido pelo fluido quente deve ser igual ao calor recebido pelo fluido frio, temos ento que:

qh = qc

mh*Cph*(ThE ThS) = mc*Cpc*(ThE ThS)

Resolvendo a equao em mh tem-se:

mh = qc . Cph*(ThE ThS)

A potncia gasta dada em Watts, sendo P= . qc____

3600Processos: Processo 1:

Esterilizao do extrato solubilizado de soja:Tem-se uma vazo 21,55 Kg/ h (visto que a vazo diria 10,775 Kg/ dia, e este funcionar 4 horas por dia), entrando a uma temperatura de 26C (T1,f) e saindo com temperatura de 121C (T2,f) (Fonte: fornecedor MMC-Equipamentos), sendo o Cp = 3,9 KJ/kg.K (Fonte: Ovelbra):qc = mc*Cpc*(TcS TcE)

qc = 21,55 *3,9*(121-26)

qc = 7984,28 KJ/hPara o aquecimento do extrato de soja, ser utilizado vapor d`gua, entrando a uma temperatura de 150C (T1,q) e sai a 110C (T2,q) (Fonte:MMC-Equipamentos), com um Cp de 2,014KJ/kg.K e presso igual a 0,9026 bar (INCRPERA).m h = qc .

Cph*(ThE ThS)

mh = 7984,28 . 2,014*(150-110)

mh = 99,11 Kg/h para o fluido quente e

mc = 21,55 Kg/h para o fluido frio

A potncia gasta pelo trocador de calor para aquecer o fluido frio :

P = 2,218 KWSendo assim, possvel calcular a rea de troca trmica do trocador de calor tubular, visto que:

q =U*A*Tln

Onde: U = coeficiente global de troca de calor

Tln = diferena mdia logartmica de temperatura

Tln = (T1,q T2,q)/ ln (T1,q/ T2,q), =(150 110)/ ln (150/110) = 128,97U = 1350W/m2.K (Fonte: MMC-Equipamentos)

q = 7984,28 KJ/h

Assim,

Tln = 128,97 C

Logo,

A = q/ (U* Tln) = 7984,28*1000/ (1350*128,97)

A = 45,86 m2J para a pasteurizao, tem-se uma vazo 4.266 Kg/ dia, sendo de 533,25 Kg/ h a vazo em cada pasteurizador, ambos funcionando 4 horas por dia, aquecendo o produto de 50C (T1,f) e saindo com temperatura de 90C (T2,f), sendo Cp = 3,9 KJ/kg.K do mesmo:

qc = mc*Cpc*(TcS TcE)

qc = 533,25 *3,9*(90-50)

qc = 83.187,0 KJ/hA potncia gasta pelo trocador de calor para aquecer o fluido frio :P = qc . 3600s P = 83.187,00 . 3600s

P = 23,108 KW

Ser utilizada a gua como fluido para aquecer o extrato de soja, entrando a uma temperatura de 110C (T1,q) e saindo a 73C (T2,q) com um Cp de 4,211KJ/kg.K e presso 0,8843 bar (INCRPERA).

mh = qc z

Cph*(ThE ThS)

mh = 83.187,00 .

4,211*(110-73)

mh = 533,91 Kg/h a vazo mssica para o fluido quente e,

mc = 533,25 Kg/h a vazo mssica para o fluido frioSendo assim, possvel calcular a rea de troca trmica do trocador de calor de placas, visto que:

q =U*A*Tln

Onde,

Tln = (T1,q T2,q)/ ln (T1,q/ T2,q), = (110-73)/ ln (110/73) = 90,24U = 1.750W/m2.K (Fonte: Mirainox)q = 83.187,00 KJ/h

Assim,

Tln = 90,24 CLogo,

A = q/ (U* Tln) = 83187*1000/ (1.750*90,24)

A = 526,77 m2

A potncia total gasta pelos trs trocadores de calor ser: 23,108*2 + 2,218 = 48,434 KW.7. CONCLUSO

Analisando o processo de produo e seus Balanos respectivos, podemos concluir que pelo balano de massa o rendimento do processo foi de 97%, onde houve poucas perdas, tendo como um total de 2407 unidades/h. Estas perdas podem ser relacionadas a acmulo de produto nas paredes de tanques, tubulaes e equipamentos de desaerao, pasteurizao e envase.

No Balano de Energia, foi feito um balano para cada equipamento. Nas Cmaras de Refrigerao obtemos um Q= 375 452,682 KJ/dia, tendo uma potncia de 5,43 KW. Nos trs trocadores de calor ser necessria uma potncia de 48, 434 KW.

Enfim, conseguimos alcanar o nosso objetivo,calcular os balanos de massa e energia da indstria estudada.

8. BIBLIOGRAFIAUmbelino, Daniela C.; Rossi, Elizeu A.; Cardello, Helena M. A. B.; Lepera, Jos S. Aspectos Tecnolgicos e Sensoriais do iogurte de soja enriquecido com clcio. Campinas, So Paulo, 2001.Luz, Leila M.; Sprangoski, Ana L.; Bortolozo, Eliana A. F. Q. Processo de Produo de Iogurte de Soja na Unidade de Produo de Alimentos. UTFPR, Ponta Grossa, Brasil, 2007.5200,0 Kg de produto a 4C

Perdas totais no processo: 156,0 Kg

Tanque de armazenamento

4440,05 Kg de extrato

609,18Kg de sacarose 2,17 Kg de aromatizantes 304,60Kg de polpa



Tanque Fermentativo

174,05 Kg de cultura starter

4266,0 Kg de extrato reconstitudo

87,02 Kg de FOS


Trocador de Calor

Tanque de Incubao


174,05 Kg de cultura starter a 37C

172,31 Kg de extrato a 121C

1,74Kg de culturas liofilizadas

4351,29 Kg de extrato hidrossolvel reconstitudo 10%(m/m)

435,13 Kg de extrato hidrossolvel

3916,16 Kg gua

Sistema Homogeneizador

Tanque de

Mistura

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