Aproveitamento térmico em uma indústria de laticínios

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Aproveitamento térmico em uma indústria de laticínios

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Título: Aproveitamento térmico em uma indústria de laticínios
Autor: Ecco, Lucas
Resumo: O aproveitamento de rejeitos térmicos é utilizado para melhorar a eficiência energética em processos, podendo ser aplicado no processamento de leite. Sendo assim, efetuou-se um estudo de caso em um laticínio no oeste catarinense. Para tal, realizaram-se estudos de aproveitamento de gases de exaustão provenientes de uma caldeira à biomassa e de aproveitamento de rejeitos térmicos do setor de ultrapasteurização de leite. Analisaram-se as possibilidades de usar os gases de exaustão da caldeira de geração de vapor para pré-aquecimento da água fria de alimentação da caldeira e para geração de energia elétrica por meio de cogeração bottoming em um ciclo de potência Rankine orgânico. Quanto ao aproveitamento dos rejeitos do setor de produção, estudaram-se diferentes propostas, tais como coleta e armazenamento do rejeito para utilização em higienização de pisos, pré-aquecimento de água limpa para uso em banhos e para outras finalidades. Os gases de exaustão, liberados a uma vazão mássica de 18,3 kg/s e temperatura de 210 °C, possibilitaram o pré-aquecimento de 2,7 kg/s de água de 20 °C a até 125 °C, resultando em uma recuperação de até 1,2 MW de potência térmica. Quando essa potência térmica é usada na geração de energia elétrica, dentre os fluidos SES36, tolueno, isobutano, heptano, R245fa e pentano analisados, o tolueno foi aquele que resultou no ciclo mais eficiente, possibilitando a geração de até 220 kW de potência elétrica. Para a coleta dos rejeitos térmicos do setor de ultrapasteurização com a finalidade de utilizá-los na higienização, faz-se necessário a construção de uma linha de tubulações e o uso de uma bomba hidráulica com uma altura manométrica de 6,7 metros de coluna d’água e vazão de 1,1 l/s. Caso o interesse seja pré-aquecer água limpa com os rejeitos térmicos, cuja vazão e temperatura são de 1,04 kg/s e 61,5 °C, seria possível aquecer 0,75 kg/s de água limpa de 20 °C até 48 °C quando o trocador de calor opera na máxima efetividade, resultando em uma potência térmica economizada de até 88 kW para uma área de troca térmica igual a 16 m². Os estudos de aproveitamento térmico realizados neste trabalho mostraram que a indústria de latícinios apresenta grande potencial para aumento da eficiência energética em seus processos.Waste heat recovery is a way to improve energy efficiency in processes, being able to apply it in milk processing. Therefore a western Santa Catarina dairy industry was analyzed in this article. Waste heat recovery studies were made with biomass fueled steam boiler exhaust gases, and also with ultra-pasteurized milk process thermal residues. Possibilities were studied about using steam boiler exhaust gases to pre-heat the cold water boiler inlet, and to generate electric power in an Organic Rankine Cycle by bottoming cogeneration. For the ultra-pasteurized milk production, different proposals were studied, such as to gather and store thermal residues for floor sanitizing or to pre-heat clean water for baths and for other possibilities. The boiler exhaust gases has a 18.3 kg/s mass flow with 210 °C temperature, that could be used to pre-heat 2.7 kg/s of water from 20 °C up to 125 °C, thus resulting in up to 1.2 MW of recoverable thermal power. Using that recoverable thermal energy for power generation, among the analyzed fluids SES36, toluene, isobutene, heptane, R245fa and pentane, the toluene operating cycle was the one that achieved the highest efficiency, resulting in up to 220 kW power generation. To gather and store the ultra-pasteurized milk production waste heat residues for sanitizing, building a pipe network with a 6.7 meter of water column pressure and 1.1 l/s volume flow hydraulic pump is necessary. If pre-heating clean water is desirable, using the 1.04 kg/s, 61.5 °C waste heat residue, it turns to be possible pre-heating 0.75 kg/s from 20 °C to 48 °C when the heat exchanger maximum efficiency is achieved, thus resulting in up to 88 kW of thermal recoverable power, in case of 16 m² heat exchanger area. The waste heat recovery studies presented in this article showed that the studied dairy industry has great energy efficiency improvement potential in its processes.
Descrição: TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Araranguá. Engenharia de Energia.
URI: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/182223
Data: 2017-11-28


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