DADOS EXPERIMENTAIS
Foi construído um protótipo do sistema da presente invenção e, apresentam-se seguidamente alguns dados recolhidos em testes. O protótipo dispõe de um tanque de balanço de 100L, uma bomba peristáltica, um permutador de calor de placas, um tanque de pré-aquecimento de 160L, um tanque de pré-aquecimento de 80 L, um tanque de fabrico de requeijão de 200L, uma bomba centrífuga para esgotamento do sorelho, um quadro de controlo que permite a operação em modo manual ou automático e uma plataforma de suporte. O aquecimento da cuba de fabrico de requeijão é feito com injeção direta de vapor.
O tempo de aquecimento do soro presente no tanque de fabrico (200L) de cerca de 20-30 ºC para 90 ºC situa-se em cerca de 20 minutos. Assumindo-se uma transformação de 1000 L de soro dividido em 5 bateladas de requeijão de 200L.
Tendo em atenção os dados relativos aos produtos a serem processados, nomeadamente o volume, a densidade, o calor específico e as diferenças de temperatura dos produtos ao longo do processamento, puderam determinar-se os consumos teóricos do processo usando uma marmita convencional ou o protótipo construído.
Com base nos dados da tabela acima, assumindo-se a produção de requeijão com uma marmita tradicional e que, após o fabrico do queijo, o soro destinado ao fabrico de requeijão se encontra a 25 ºC, e que, para a produção de requeijão de será aquecido a 95 ºC, o consumo energético poderá calcular-se com base na seguinte equação:
Q=V*D*Cp*DT
Q=Consumo energético (kJ) V=Volume de soro (1,0 m3) D=Densidade do soro (± 1010 kG/m3) Cp=Calor específico do soro (3,97 kJ/kG/ºC) DT=Variação de temperatura do soro (70 ºC; 95-25)
Assumindo agora que o soro é processado em 5 bateladas de 200L, aproveitando-se o calor do sorelho da primeira batelada para aquecer o soro que é usado na segunda batelada e assim sucessivamente, o consumo energético pode ser estimado aplicando a equação anterior para os primeiros 200L de soro a ser processado, mas tendo em conta que nas bateladas 2 a 5, as necessidades de aquecimento do soro serão bastante mais reduzidas pelo fato de o soro que entra ser pré-aquecido com o sorelho que sai.
Refira-se que da segunda batelada em diante os consumos energéticos terão em conta a capacidade de transferência de calor do sorelho para o soro. Aproximadamente duzentos litros de sorelho a cerca de 90 ºC irão ser arrefecidos para 40 ºC (T 50 ºC) ao aquecer 200L de soro que entram para os tanques de préaquecimento.
VSoro*DSoro*CpSoro*DTSoro=VSorelho*DSorelho*CpSorelho*DTSorelho
pelo que: 0,20*1010*3,97*(DT) =0,2*1005*3,97*50 962,33*(DT)=39898,5 23 (DT) = 49,75 ºC
o que significa que o soro irá aquecer de 25 ºC para 74,75 ºC (DT=49,75 ºC) enquanto o sorelho arrefece para 40 ºC. Deste modo, a partir da segunda batelada, o soro apenas terá de ser aquecido de 74,75 ºC para 95 ºC (DT=20,25) [0062] Assim, para a primeira batelada o consumo energético será:
Q=0,2*1.010*3,97*70= 56.135,08 kJ
Enquanto para as 4 bateladas seguintes será:
Q= 4*(0,2*1.010*3,97*20,25)=64.957,14 kJ
O consumo energético total será então de:
Q=56.135,08+64.957,14=121.092,22 kJ
O que representa apenas cerca de 43% do consumo de uma marmita convencional (%=121.092,22/280.679,00) o que implica uma poupança de aproximadamente 57% de energia.
Os 2 ensaios experimentais efetuados permitiram aquecer o soro de 20 ºC para 66 ºC (T=46 ºC) e de 25 ºC para 72 ºC (T=47 ºC), valores bastante próximos do valor teórico obtido (49,75). Assim, o protótipo testado apresenta uma redução de cerca de 53% do consumo energético face ao processo convencional.
No caso de se instalar um sistema no qual o calor do sorelho é utilizado para aquecer água, embora não tenha sido construído um protótipo, poderá ser feito um exercício de balanço energético com o objetivo de evidenciar as vantagens deste sistema. [0068] Neste caso, o sorelho aquece água que se encontra num termoacumulador dotado de uma resistência elétrica que permite manter a temperatura da água dentro de parâmetros definidos (e.g. 90 ± 2 ºC).
Assume-se também que o soro é processado em 5 bateladas de 200L, aproveitando-se o calor do sorelho da primeira batelada para aquecer água que se encontra no termoacumulador. Note-se que o termoacumulador tem uma capacidade dupla da do tanque de fabrico de requeijão, i.e. 400L.
Assim, 200L de sorelho irão transferir calor para a água e para o soro que se encontra no tanque de préaquecimento. Considerando que a água do termoacumulador está a 60 ºC, a evolução da sua temperatura será dada pela seguinte equação e que, no permutador de calor (8) o sorelho arrefece de 90 ºC para 40:
Vsorelho*Dsorelho*Cpsorelho*DTsorelho=Vágua*Dágua*Cpágua*DTágua
pelo que: 0,20*1005*3,97*50=0,4*990*4,18*(DTágua)
(DTágua) = 24,10 ºC.
Nestas circunstâncias, a temperatura da água subirá para 84,1 ºC.
Note-se que após esta etapa, o sorelho a 40 ºC ainda circulará pela serpentina do tanque de préaquecimento cedendo algum calor para o soro ali armazenado. Assuma-se que incrementará a temperatura do soro de 25 ºC para 30 ºC.
De seguida, o soro a 30 ºC será aquecido por circulação de água que se encontra a 84,1 ºC e que arrefecerá para 60 ºC.
Assim:
VSoro*DSoro*CpSoro*DTSoro=Vágua*Dágua*Cpágua*DTágua
pelo que: 0,20*1010*3,97*(DTsoro)=0,4*990*4,18*24,1
(DT)=49,74 ºC
Nestas condições, o soro a transferir para a cuba de fabrico de requeijão entrará a uma temperatura de 79,74 ºC, sendo apenas necessário aquecê-lo de 79,74 ºC para 95 ºC através de injeção de vapor ou de aquecimento com gás (DT=95-79,74=15,26 ºC).
Deste modo, o consumo global de energia será de: Q=5*(0,2*1010*3,97*15,26) Q=61.188,02 kJ
o que representa cerca de 22% do consumo energético comparado com o das marmitas convencionais.
Como será evidente para um perito na especialidade, a presente invenção não deverá estar limitada aos modos de realização descritos no presente documento, sendo possíveis diversas alterações que se mantêm no âmbito da presente invenção.
Evidentemente, os modos preferenciais acima apresentados são combináveis, nas diferentes formas possíveis, evitando-se aqui a repetição de todas essas combinações.