UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR
BALANÇO TÉRMICO DA FABRICAÇÃO DO AÇÚCAR
CLÁUDIO FRANCISCO DE ALBUQUERQUE JÚNIOR
ORIENTADORA: SAMARA ALVACHIAN C. DE ANDRADE
OBJETIVO
Determinar o equilíbrio térmico para o sistema de purificação do caldo,
concentração e cozimento
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• CONDUÇÃO:Pode-se determinar o fluxo de calor transportado por condução pela Lei de Fourier.
xTk
Aqq
∂∂
−==′′
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• CONVECÇÃO: Descrevemos a transmissão de calor por convecção como sendo a forma de energia que ocorre no interior de um fluido devido à combinação dos efeitos de condução e do movimento global do fluido.
)( ∞−×=′′ TThq sEssa expressão é conhecida como lei do resfriamento de Newton
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• RADIAÇÃO: Enquanto as transferências de calor por condução e por convecção necessitam de um meio material para se propagarem, a radiação não necessita de um meio, e a transferência por radiação ocorre com mais eficiência no vácuo.
)(.. 44vizinhaçasr TTAq −= σε
A radiação é dada pela equação:
BALANÇO TÉRMICO
• NECESSIDADE ENERGÉTICA:
- Preparo da cana;- Moagem;- Aquecimento do caldo caleado;- Aquecimento do caldo decantado;- Evaporação;- Cozimento.
BALANÇO TÉRMICO
• APLICAÇÃO DO BALANÇO TÉRMICO:
Os dados necessários para elaborar o balanço térmico são os seguintes:
- Moagem para açúcar 2.762,588 TCD- Moagem para álcool 386,477 TCD- Produção de açúcar dia 5.880 Sacos- Produção Álcool dia 63.333,33 Litros
BALANÇO TÉRMICO
• APLICAÇÃO DO BALANÇO TÉRMICO:
- Extração em caldo moído 100 %- Umidade do bagaço 49 %- Consumo de cal (Kg/h) 130,556- Retorno do caldo filtrado 20 %- Temperatura do caldo ao entrar no aquecedor 35ºC- Consumo de enxofre (Kg/h) 32,5- Assepsia das Moendas e Parol 5%
BALANÇO TÉRMICO
• AQUECIMENTO DO CALDO:
- Primeiros estágios Vapor vegetal V-2- Último estágio Vapor Servido- Temp. de saída do ultimo estagio 105ºC a 110ºC
BALANÇO TÉRMICO
• EVAPORAÇÃO:
Brix do caldo decantado 13,34ºCBrix do xarope 62,30ºCVapor primeiro efeito Vapor servidoSistema de evaporação Quádruplo Sangria pressão positiva no corpo
BALANÇO TÉRMICO
• COZIMENTO:- Sistema de duas massas cozidas, A e B.- Produção de massa cozida por tonelada de cana
M.C.A = 2,2 Hl/TC; Brix = 93 e Peso Específico = 1502 kg/m3
M.C.B = 0,46 Hl/TC; Brix = 95 e Peso Específico = 1516 kg/m2
Semente moagem: Brix = 88 e Peso Específico = 1467 kg/m2
Semente virgem: Brix = 88 e Peso Específico = 1467 kg/m2
Volume do pé de Cozimento: 38% volume tacho.
BALANÇO TÉRMICO
• CICLO COZIMENTO PARA AS MASSAS:
MCA 4 horasMCB 6 horasVolume dos tachos a vácuo: 500 HL, 290 HL, 280 HL,
300 HL e 130 HL.Volume total de massa cozida A: 1500 HL.Volume total de massa cozida B: 500 HL.Volume dos cristalizadores: 400 HL.
BALANÇO TÉRMICO
• USO DO VAPOR:
Vapor direto: Turbinas a vapor, complemento para o processo, reduzindo a pressão do vapor usado no processo.
BALANÇO TÉRMICO
• VAPOR SERVIDO:- Aquecedores de caldo no ultimo estágio de aquecimento.- Evaporação, no primeiro efeito e no pré-evporador.- Tachos a vácuo.- Destilaria.
• VAPOR VEGETAL 1:- Aquecedores de caldo.- Evaporação no 2º, 3º e 4º Efeito.- Tachos a vácuo
BALANÇO TÉRMICO
• VAPOR VEGETAL 2:
- Aquecedores de caldo, nos (n — 1) estágios de aquecimento.
- Tachos a vácuo, para cristalizar e nas massas de terceira.
Temperatura do vapor direto 306,00°C λ = 339,80 kcal/kgTemperatura do vapor servido 128,00ºC λ = 520,30 kcal/kgTemperatura do vapor vegetal 1 118,51ºC λ = 529,33 kcal/kgTemperatura do vapor vegetal 2 106,78ºC λ = 534,52 kcal/kg
BALANÇO TÉRMICO
• COZIMENTO:BALANÇO MASSASVolume massa cozida por dia = fator x TCDQuantidade de cozimento dia = volume massa cozida dia
volume do tachoQuantidade de cozimentos com um tacho = horas dia operação
ciclo cozimento Quantidade de tachos para cada tipo massa = quantidade de cozimento dia
quantidade cozimento tachoPeso massa cozida = PMC = HL = m3 x peso específico massa
BALANÇO TÉRMICO
• SEMENTE:Mis . Cis = Mfs . CfsMis = Massa inicial semente = volume x peso específicoCis = Brix inicial sementeMfs = Massa final semente = volume x peso específicoCfs = Concentração final semente.Mfs = Mis . Cis
CfsEvaporado da semente = Es = Mis - Mfs
BALANÇO TÉRMICO
• ALIMENTAÇÃO:Mia . Cia = Mfa . CfaMia = Massa Inicial AlimentaçãoCia = Brix inicial alimentaçãoCfa = Massa final alimentaçãoCfa = Brix final alimentação.Mfa = PMC - MfsMia = Mfa.Cfa
CiaEvaporado da alimentação = EA = Mia - MfaEvaporado total = ET = EA + ESEvaporado por hora = Eh = ET x quantidade cozimento dia
24Vapor alimentação = Vo = Eh x calor latente evaporado
Calor latente vapor alimentação
BALANÇO TÉRMICO
AQUECEDORES DE CALDO:
• Peso do caldo misto 115.107,858 Kg/h• Cal 130,556 Kg/h• Água 3.263,889 Kg/h• Enxofre 32,500 Kg/h• Caldo filtrado (20%) 23.021,572 Kg/h• Assepsia das moendas e Parol (5%) 5.755,393 Kg/h
BALANÇO TÉRMICO• Peso do caldo sulfo-caleado a aquecer: 147.311,768 Kg/h• Velocidade do caldo na tubulação adotada: 1,8 m/s• Equações para os aquecedores de caldo:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
−−= cPSK
EVVS eTTTT ..
).(
f
v
TK V .
075,01,0 ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+=
λTcPQ Δ
=..
Brixc .006,01−=
)...(.. mNnLDS iπ=
BALANÇO TÉRMICO• Vapor vegetal 2
• Vapor vegetal 1
C.h.Kcal/m 108.1 47,1.
8,1075,01,0
78,106 222 °=∴
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+= VV KK
C.h.Kcal/m 230.1 47,1.
8,1075,01,0
51,118 211 °=∴
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+= VV KK
BALANÇO TÉRMICO
( )
( )
( )CT
eT
CTeT
CTeT
S
S
S
S
S
S
°=−−=
°=−−=
°=−−=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −
72,108.52,9351,11851,118
1 talVapor vege
52,93.93,7578,10678,106
93,75.0,3578,10678,106
2 talVapor vege
3
92,0.768,1473113,103.1230
3
2
92,0.768,1473113,103.1108
2
1
92,0.768,1473113,103.1108
1
BALANÇO TÉRMICOPré-aquecimento do caldo decantado
( )CT
eT
SP
SP°=
−−=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
30,108.00,9851,11851,118
1 talVapor vege
1
92,0.768,14731140,85.1108
1
( )CT
eT
KK
S
S
VVS
°=−−=
°=∴⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
50,123.30,10800,12800,128
C.h.Kcal/m 20,328.1 47,1.
8,1075,01,0
00,128
servidoVapor
3
92,0.768,14731100,150.20,1328
3
21
BALANÇO TÉRMICO
Kg/h 73,389133,529
93,52)-,72.0,92.(108147311,768Q
3aquecedor no 1 etal vapor vegde Cosumo
Kg/h 92,445952,534
75,93)-52.0,92.(93,147311,768Q
2.2 etal vapor vegde Consumo
Kg/h 75,1037752,534
35,00)-93.0,92.(75,147311,768Q
2.1etal vapor vegde Consumo
==
==
==
BALANÇO TÉRMICO
Kg/h 38,800.330,520
109,06)-,65.0,92.(123147311,768Q
aquecedor-pré segundo no servidovapor
Kg/h 74,831.233,529
98,00)-,06.0,92.(109147311,768Q
1 talvapor vegeaquecedor-préprimeirono vapor de Consumo
==
==
BALANÇO TÉRMICO
• EVAPORAÇÃO:Quedas de pressão entre efeitos = Δ E = é dado pela seguinte
relação:ΔE = 11 - 9
n - 1Δ E = quedas ou diferenças entre as frações acima.Para o Quádruplo EfeitoΔ E = 11 - 9 = 2 = 0,66 ou 0,67
4 - 1 311 + 10,33 + 9,67 + 9 = 140 40 40 40
BALANÇO TÉRMICO
• QUEDA DA PRESSÃO TOTAL:
As pressões de vapor, na primeira calandra Po, e no ultimo corpo Pf, de um conjunto evaporador, são valores conhecidos e bem definidos. ΔP = Po – Pf.
BALANÇO TÉRMICO
• COZIMENTO:Total evaporado:Servido 40% = 15.907,90 x 0,4 = 6.363,16 Kg/hVegetal 60% = 15.907,90 x 0,6 = 9.544,74 Kg/hVapor servido = 6.363,16 x 564,4 = 6.902,49 Kg/h
520,3Vapor vegetal:A = 12.914,12 x 564,4 = 13.769,73 Kg/h
529,33B = 2.993,78 x 564,4 =3.192,13 Kg/h
529,33
RESULTADOS E DISCUSSÃO
• PARA CADA ETAPA:- AQUECEDOR DE CALDO: Vs=3.800,38Kg/h
- TACHO A VÁCUO: Vs=6.902,495Kg/h
- EVAPORADOR: Vs=55.064,344Kg/h
- ΣVs=65.767,219Kg/h
RESULTADOS E DISCUSSÃO
- Caldeiras: 110.000kg/h vapor direto.- Produção de bagaço: 39.363,32Kg/h- Vapor gerado: 82.662,97kg/h “O vapor direto
que segue para as moendas é recuperado quase totalmente sob forma de vapor servido. Então, a uma economia de 20,15% de vapor direto, um total aproximado de 8 toneladas de bagaço por hora.”
CONCLUSÃO
• O processo estudado não leva em consideração a eficiência da moagem que eleva a quantidade de bagaço e vapor gerado, também desprezamos as perdas térmicas nas tubulações, porém os resultados obtidos foram satisfatórios, pois mostra que uma usina de açúcar que opera nessas condições o sistema é viável e esta termicamente balanceada.