Silvana Cavella » 3.Analisi di processo: Bilanci di energia

Bilanci di energia

Cosa si calcola con i bilanci di energia?

Definito un processo o considerata una parte del processo, ovvero scelto il sistema di controllo, analogamente a quanto detto per i bilanci di materia, un bilancio di energia si esprime come:

ingresso – uscita + generazione = accumulo

dove i contributi energetici sono relativi a qualunque forma di energia. Per la maggior parte dei processi alimentari il bilancio di energia si riduce ad un bilancio entalpico, che consente di quantificare i flussi termici in ingresso o in uscita dal sistema relativamente alle singole operazioni.

Bilanci entalpici in regime stazionario

Per un processo a volume costante, durante il quale un prodotto alimentare passa da uno stato iniziale 1 ad uno stato finale 2, l’entalpia è funzione del calore specifico a pressione costante, cp, e della temperatura, il bilancio entalpico si può scrivere come:

Q=mc_P(T₂ – T₁)

Per tutti i processi che prevedono un cambiamento di stato, il flusso termico da fornire o da sottrarre è dato da:

Q=mλ

dove λ rappresenta il calore latente specifico.

Proprietà termiche dei prodotti alimentari

Calore specifico

Per poter calcolare la quantità di calore da fornire o sottrarre è necessario conoscere il calore specifico e il calore latente specifico. Per i prodotti alimentari sono disponibili pochi dati relativamente al loro calore specifico. Sono stati messi a punto dei modelli empirici che consentono di stimarlo in funzione del contenuto di acqua o della composizione del prodotto. Il cp nel SI è espresso in J/kg°C .

Proprietà termiche dei prodotti alimentari

Calore latente specifico

Nei prodotti alimentari l’acqua rappresenta il componente che è più soggetto a subire passaggi di fase durante un processo. Il calore latente di vaporizzazione è riportato in funzione della temperatura e pressione. Per un alimento la temperatura di inizio congelamento dell’acqua è di 1-2°C più bassa di 0°C e il calore latente di fusione può essere stimato come prodotto del calore di fusione dell’acqua pura (343.2 kJ/kg) e della quantità di acqua congelata.

Considerazioni conclusive: come si valutano i costi energetici di un processo

Per rispondere a tale domanda bisogna:

• Individuare tutte le operazioni del processo per le quali bisogna fornire o sottrarre calore.
• Conoscere le proprietà termiche delle correnti coinvolte: calore specifico e/o calore latente.
• Scrivere e risolvere le equazioni di bilancio entalpico.

Prossima lezione

Presentazione e risoluzione di problemi di bilanci di materia

Nella prossima lezione verranno proposti alcuni problemi di analisi di processo riguardanti i bilanci di materia per applicare le conoscenze acquisite finora circa la rappresentazione di un processo attraverso diagramma di flusso, l’impostazione corretta delle equazioni di bilancio e la loro risoluzione numerica.