O documento descreve um estudo sobre a transferência de calor durante o processamento térmico de alimentos em latas através de agitação linear intermitente. O estudo analisou como diferentes parâmetros como frequência de agitação, amplitude, espaço livre na lata e tipo de fluido simulante afetam as taxas de transferência de calor durante o aquecimento e resfriamento. Modelos matemáticos foram desenvolvidos para relacionar esses parâmetros com os fatores de transferência de calor.

1. UNIVERSIDADE FEDERAL
DE CAMPINA GRANDE
DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE
PROF. ANA PAULA TRINDADE ROCHA
EQUIPE: ERNANE NOGUEIRA, JOSELITO MORAES,
VANESSA FERNANDES
Engenharia Agrícola
Processamento e Armazenamento de produtos
Agrícolas
Junho
2014

2. Artigo: Transferência de calor transiente na
agitação linear intermitente de latas
Autores: Homero Ferracini GUMERATO,
Flávio Luís SCHMIDT, José Santo GOLDONI
Revista: Ciência e Tecnologia de Alimentos,
Campinas, 27(3): 649-657, jul-set, 2007

3. Introdução
• O processamento térmico é um processo de preservação de
alimentos baseado na aplicação do calor cujo sucesso depende de
vários parâmetros, como:
• a difusividade térmica do alimento;
• as características da embalagem;
• as taxas de transferência de calor;
• tempo e temperatura efetivamente aplicados no alimento;
• dentre outros.

4. • Processos de esterilização e pasteurização sob agitação vêm sendo
estudados desde 1950, porém a agitação linear e intermitente (ALI)
praticamente não é citada.
• A vantagem das autoclaves e pasteurizadores agitados está na elevada taxa
de transferência de calor do meio de aquecimento para a embalagem. Esse
aumento nas taxas de transferência de calor acarreta melhora da qualidade
do alimento, levando a uma otimização do processo térmico.
Introdução

5. • A transmissão de calor está associada a uma diferença de temperatura
entre duas regiões e é governada pela combinação de várias leis da
física.
• São reconhecidos pela literatura três mecanismos fundamentais para
transmissão de calor: condução, convecção e radiação.
Introdução

6. • Condução: Lei de Fourier
• Convecção: Lei de Resfriamento de Newton
• Radiação: Lei de Stefan-Boltzmann
Introdução

7. • Convecção para alimentos enlatados
O estudo de transferência de calor em alimentos líquidos e não sólidos depende, em
primeira instância, do estudo da reologia do alimento. Nesse sentido, é comum utilizar
fluidos simulantes de alimentos e associar suas características às de alimentos,
conhecendo-se suas propriedades físicas através de modelos matemáticos.
Introdução

8. • Estudar a transferência de calor transiente por ALI em embalagens
metálicas, pois este processo é de construção e manutenção
relativamente simples se comparado ao sistema de agitação tradicional
“end-over-end” (cabeça-sobre-cabeça);
• Estudar a agitação axial, além de promover a agitação homogênea de
todo o lote, pois não leva em consideração o raio de agitação.
• Para tal foi desenvolvido um sistema de agitação com movimento
linear alternado que pode ser adaptado em pasteurizadores ou
autoclaves fixas, tornando-os agitados.
Objetivo

9. Suporte para agitação
• O suporte para agitação foi construído em aço carbono podendo receber no máximo quatro latas.
• As dimensões do suporte foram as seguintes: base para as latas 340 x 240 mm, altura 400 mm e haste para
movimentação de 400 mm.
• Para efetuar a agitação, a haste do suporte foi conectada a um dispositivo de agitação constituído por um
motor 1/4 CV trifásico, com polias e correias.
Meio de aquecimento e resfriamento
• Foi composto de dois tanques paralelos, sendo um para aquecimento e outro para resfriamento.
• Cada tanque tinha 82 litros (500 x 470 x 350 mm altura) de capacidade.
• O aquecimento foi feito em água em ebulição aquecida por vapor direto à pressão de 2 kgf.cm2.
• O resfriamento foi feito por circulação de água (6 litros/minuto) à temperatura ambiente (25 ± 1 °C). Ao final
do aquecimento o suporte com as latas era transferido manualmente para o tanque de resfriamento.
Material e métodos

10. Meios simuladores
• Foram utilizados 4 meios para simulação: água destilada e óleos lubrificantes para uso automotivo, das
marcas, Neutral Oil 150, Neutral Oil 500 e Bright Stock Oil.
Características físicas da lata experimental
• Lata construída em folha de flandres, com verniz anticorrosivo, com anéis de expansão, 81 mm interno de
altura x 73 mm de diâmetro interno.
Enchimento e recravação
• As latas foram preenchidas com fluido simulante, T = 25 °C, mantendo-se espaço livre (5, 10 ou 15% do
volume da lata), conforme o processo e foram recravadas sob vácuo de 600 mm Hg (23,5 polegadas Hg) ±
20 mm em recravadeira marca John Heine, Sydney, model 71D, series 2, previamente ajustada conforme
normas do FDA (INSTITUTO DETECNOLOGIA DEALIMENTOS, 2001).
Termopares e aquisitor de dados
• Para monitoramento das temperaturas de processos, foram utilizados 5 cabos com termopares (04 nas
latas e 01 no meio de aquecimento), tipo agulha, de junta cobre-constantã, tipo T, um aquisitor de dados e
software E-ValTM Ver 2.00 ELLAB A/S Krondalvej 9, DK-2610 Roedovre, Denmark, modelo TM 9616,
enviando os dados para um computador.
Material e métodos

11. Propriedades de engenharia dos fluidos
• Foram determinados os valores da massa específica, viscosidade, calor específico, condutividade térmica e
difusividade térmica dos fluidos conforme metodologias descritas em GRATZEK e TOLEDO, KERN,
KESSLER e RAO et al. Para a água, estes valores foram obtidos teoricamente.
Cálculo dos parâmetros de transferência térmica
• O cálculo dos parâmetros fh e jh para aquecimento e fc e jc para resfriamento foi baseado em Stumbo.
Para análise dos dados resultantes dos testes foi utilizada a regressão linear múltipla. As comparações dos
parâmetros de transferência de calor entre as posições das latas foram feitas utilizando-se modelo linear geral.
Material e métodos

12. Propriedades de engenharia dos fluidos simulantes
O modelo que melhor descreveu a dependência da massa específica dos óleos simuladores com a
temperatura foi o modelo linear:
ρ = a.t + ρo
No caso da água, a relação entre a temperatura e a massa específica foi quadrática e foi aplicado o modelo
matemático:
ρ = 0,569 + 0,002xT − 5,87x10-6 Tx2
Os resultados em (kJ.kg –1.K–1) foram: água destilada, 4,18410; neutral oil 150, 1,859 ± 4,3%; neutral oil
500, 1,850 ± 7,4% e bright stock oil, 2,015 ± 7,3%.
Parâmetros do modelo de Arrhenius para viscosidade dos fluidos
Resultados e discussão

13. Resultados dos parâmetros fh, jh, fc e jc obtidos nos ensaios
Resultados e discussão

14. Modelamento matemático do processo de transferência de calor no aquecimento para latas
na posição vertical
• Foram analisados vários modelos na tentativa de associar fh (minutos) com medidas reológicas e
características do processo.
• Os fluidos utilizados neste trabalho não sofreram alterações em suas propriedades de engenharia, as quais
se assemelham à de vários alimentos fluidos e também não foram observadas curvas quebradas durante a
fase de aquecimento e resfriamento.
• Avaliou-se o efeito da posição das latas sobre o fh e concluiu-se que não teve influência significativa: A
posição vertical é a posição de melhor manejo nas indústrias de alimentos, facilitando o processo de carga e
descarga mecanizadas de latas nos cestos de produção, diminuindo os danos mecânicos na litografia e
evitando amassamentos em geral. Por esse motivo, na discussão de resultados subseqüentes apenas a
posição vertical será considerada.
• Da mesma forma, a combinação posição e freqüência foi pouco significativa. Por outro lado, os efeitos
espaço-livre, freqüência de agitação, amplitude e fluido foram significativos. A amplitude foi um fator
relevante na transferência de calor (fh), sendo que quanto maior, maior o valor de fh.
Resultados e discussão

15. O modelo matemático foi
construído baseado na
relação de números
adimensionais e em funções
trigonométricas, sendo o
cálculo do Re:
Resultados e discussão
O número de Prandtl, foi
mantido sem alterações e
variou de no mínimo 3,6 a no
máximo 3,4 x 103, para as
latas na posição vertical:
A Equação adimensional 18 foi então
desenvolvida para as latas na posição
vertical, utilizando-se, além do número de
Reynolds e Prandtl, as funções
trigonométricas seno e co-seno.
A aplicação dessas transformações foi
inspirada na física quântica (funções de
níveis quânticos).

16. Conclusão
• Não houve diferença significativa (1% de significância) entre os valores de fh entre
as posições das latas, para o mesmo fluido.
• O processamento das latas na posição vertical, é o mais favorável no ambiente
industrial, com separadores dentro dos cestos que forem mecanizados para
agitação. Esse processo de agitação é homogêneo, pois todas as latas passam pela
mesma intensidade de agitação e garante o mesmo fh entre as latas de todas as
posições distribuídas pelos cestos.
• Quanto maior a frequência de agitação das latas, menor foi o valor de fh e,
portanto, maior a transferência de calor para o alimento.
• As Equações 18 permitiu relacionar amplitude, freqüência de agitação, massa
específica, calor específico, condutividade térmica e viscosidade com fh e fc para o
processo de agitação com movimento linear alternado.

17. UNIVERSIDADE FEDERAL
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ERNANE NOGUEIRA
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VANESSA FERNANDES
OBRIGADO!
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