Relatorio3

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Relatorio3

  1. 1. Universidade Federal de Viçosa Campus Florestal 488- Laboratório de Operações Unitárias Prática 3: Evaporadores Serena Reis 803 Karen Guimarães 334 Florestal, 1 de setembro de 2015
  2. 2. 1. INTRODUÇÃO Segundo o site AGEITEC - Agência Embrapa de Informação Tecnológica (2015) o processo de concentração de um alimento ocorre devido à remoção de parte da água existente no alimento. Esta remoção pode ser realizada por evaporação, utilizando-se tachos abertos ou a vácuo, evaporadores, entre outros. Esta operação contribui não apenas para a conservação dos alimentos, mas também facilita as operações de acondicionamento, transporte e estocagem dos produtos acabados, pois há uma diminuição de volume e peso. Ainda segundo este mesmo site o doce de leite é um produto típico da América Latina, e o Brasil e a Argentina são os maiores produtores mundiais. É um produto fácil de ser elaborado e é muito apreciado como sobremesa e também muito utilizado como ingrediente em produtos de confeitaria e panificação. Segundo a Agência Nacional de Vigilância Sanitária – ANVISA o doce de leite pode ser definido como o produto resultante da cocção de leite com açúcar, podendo ser adicionado de outras substâncias alimentícias permitidas, até concentração conveniente e parcial caramelização (BRASIL, 1978). De acordo com o Regulamento Técnico de Identidade e Qualidade do Doce de Leite que foi estabelecido pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), entende-se como doce de leite, o produto com ou sem adição de outras substâncias alimentícias, obtido por concentração e ação do calor a pressão normal ou reduzida do leite ou leite reconstituído, com ou sem adição de sólidos de origem láctea e/ou creme e adicionado de sacarose(parcialmente substituída ou não por monossacarídeos e/ou outros dissacarídeos). O processo de concentração e evaporação do leite, por aplicação do calor, iniciou-se em 1856, por Gail Borden. As principais consequências causadas pela aplicação do calor ao leite são: modificação na cor; aumento de viscosidade; mudança considerável no “flavor” do produto; diminuição do valor nutritivo; tendência à geleificação durante o armazenamento; diminuição da aptidão a coagulação; a tendência ao desnate espontâneo diminui (PERRONE, 2006).
  3. 3. 2. OBJETIVOS  Determinar a massa de vapor utilizada para a produção de doce de leite. 3. MATERIAIS E MÉTODOS  5,0 L de leite integral pasteurizado  0,8 kg de açúcar cristal  Bicarbonato de sódio, em quantidade suficiente para corrigir a acidez até 13° Dornic.  Balança  Refratômetro  Termômetro  Trena  Agitador do tipo tacho aberto encamisado PRODUÇÃO DO DOCE DE LEITE  Mediu-se a temperatura inicial do leite;  Adicionou-se bicarbonato de sódio ao leite para corrigir a acidez até 13° Dornic;  Determinou-se o teor de sólidos solúveis (° Brix) inicial através do refratômetro;  Preparou-se um recipiente adequado para recolher a massa de vapor condensada, retirada encamisamento do tacho por meio da válvula de purga;  Adicionou-se todo o açúcar no evaporador e colocou-se parte do leite;  Permitiu-se a passagem de vapor pela camisa do tacho, iniciando-se o aquecimento e a contagem de tempo;  Adicionou-se aos poucos o restante do leite;  Após todo o leite ser adicionado, registrou-se ao longo do tempo o teor de sólidos até que o doce alcance a concentração adequada (63 °Brix);  Mediu-se a temperatura da massa concentrada;  Mediu-se a temperatura do vapor por meio da medição da pressão na linha de distribuição, a temperatura do vapor condensado e a temperatura final do produto;
  4. 4.  Ao terminar o processo, pesou-se a massa de vapor condensada, a massa de doce produzido;  Registrou-se todas as informações obtidas na Tabela 1. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Determinação da massa de vapor utilizada pode ser calculada por meio de três métodos. 1. O primeiro é a pesagem de massa de vapor condensada após o processo. 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 = 9,180 𝑘𝑔 + 8,1 𝑘𝑔 + 9,617 𝑘𝑔 + 5,55 𝑘𝑔 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 = 32,447 𝑘𝑔 2. O segundo método envolve o coeficiente global de transferência de calor, resultante da Equação 1: 𝑞 = 𝑈𝐴∆𝑇 Eq.1 Em que U é o coeficiente global de transferência de calor, A é a área da transferência de calor, ∆𝑇 é a diferença de temperatura entre o vapor (121°C) e a temperatura inicial do produto no evaporador (5°C). O calor (q) transferido através da área (A) de superfície de aquecimento é (Eq.2): 𝑞 = 𝑆𝜆 Eq. 2 Em que, S é a massa de vapor necessária e 𝜆 é o calor latente de vaporização da água a uma pressão dada. Para utilizar este método, a escolha adequada do coeficiente global de transferência de calor (U) é necessária. Segundo Perry e Green (1997), para soluções aquosas em tachos de aço inox encamisados em que a fonte de calor é o vapor de água, são aceitos valores de U entre 850 a 1700 W.(m2) -1.K-1. Sendo que o calor latente (𝜆) de vaporização da água na pressão de 1,5 kgf/cm2 (147,102089 kPa) é de 2692,6144 kJ/kg, ∆𝑇 é de 116 K, o U utilizado é 1275 W.(m2) -1.K-1 que é a média entre 850 a 1700 W.(m2) -1.K-1. A área de área (A) de superfície de aquecimento (2πr2) é de 0,1321 m2. Com esses dados é possível encontrar o valor de q utilizando a equação 1:
  5. 5. 𝑞 = 𝑈𝐴∆𝑇 Eq.1 𝑞 = 1275 × 0.1321 × 116 Eq.1 𝑞 = 19.537,95 𝑊 Eq.1 Com o tempo gasto, 4200 segundos, é possível encontrar q em Joules: 𝑞 = 19.537,95 𝑊 × 4200𝑠 = 82.057,878 𝑘 𝐽 Assim, podemos encontra a massa de vapor utilizada por meio da Eq. 2: 𝑞 = 𝑆𝜆 Eq. 2 𝑆 = 𝑞 𝜆 = 82.057,878 𝑘𝐽 2692,6144 kJ/kg Eq. 2 𝑆 = 30.475 𝑘𝑔 Eq. 2 3. O terceiro método envolve balanço de energia global do sistema, Equação 3: 𝑞 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑞 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑏𝑖𝑑𝑜 Eq. 3 𝑚 𝑣 𝜆 = 𝑚 𝐷 𝑐𝑝∆𝑇 + 𝑚 𝑒𝑣𝑎𝑝. 𝜆 𝑎𝑡𝑚 Eq. 3 Onde, mv a massa de vapor utilizada, 𝜆 é o calor latente de vaporização da água na pressão de 147,10 kPa; 𝑚 𝐷 é a massa de doce, 2,690 kg; Cp é o calor especifico do leite, 3,85 kJ/kg.K; ∆𝑇 é a diferença de temperatura do doce de leite (78°C) e leite (5°C); 𝑚 𝑒𝑣𝑎𝑝. é a massa de evaporado, (4,87 kg- 2,690 kg), 2,18 kg
  6. 6. 𝜆 𝑎𝑡𝑚 é a entalpia do vapor da água na pressão atmosférica (1 atm), 2676,088 kJ/kg . As considerações que foram feitas para calcular a massa de vapor são:  Regime permanente;  Pressão de vapor constante;  Vapor saturado no tacho encamisado;  T de saída do vapor igual a T final do produto. Substituindo os valores obtidos na Eq. 3, tem-se: 𝑚 𝑣 2692.6144 = (4.87 × 3.85 × 73) + (2.18 × 2676.088) Eq. 3 𝑚 𝑣 2692.6144 = (4.87 × 3.85 × 73) + (2.18 × 2676.088) Eq. 3 𝑚 𝑣 = 2,20 𝑘𝑔 Eq. 3 O terceiro método diferiu expressivamente do primeiro e segundo método. Essa diferença pode ter ocorrido pelo fato de não conseguir manter a pressão constante, além disso houve muitas perdas de vapor para o meio pois o sistema não era isolado. A purga foi realizada manualmente e percebeu-se que o vapor que saia do evaporador já não estava mais saturado. Portanto, todos essas observações são contrarias das considerações realizadas no cálculo de balanço de energia levando a uma diferença significativa do terceiro método em relação ao outros. 5. CONCLUSÃO A utilização do evaporador aberto tornou possível a produção do doce de leite e o cálculo da demanda de vapor. É importante ressaltar que a eficiência do processo pode ser aumentada com isolamento térmico adequado ao longo da tubulação por onde passa o vapor e com controle da pressão por todo o processo.
  7. 7. REFERÊNCIAS Agência Embrapa de Informação Tecnológica – AGEITEC. Disponível em: <http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/tecnologia_de_alimentos/arvore/CON T000fid5sgie02wyiv80z4s473w5yldw1.html>. Acesso em: 31/08/2015. BRASIL. Agência Nacional de Vigilância Sanitária – ANVISA. Resolução - CNNPA nº 12, de 1978. Aprova o Regulamento Técnico de Identidade e Qualidade do Doce de leite. BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento – MAPA. Portaria nº 354, de 04 de Setembro de 1997. Aprova o Regulamento Técnico para Fixação de Identidade e Qualidade de Doce de Leite. GEANKOPLIS, C. J. Transport Process and Unit Operations. 3rd edition. Prentice-Hall, inc., Englewood Cliffs, 921p. 1993. Perrone, I. T. Efeito da nucleação secundária sobre a cristalização do doce de leite. Dissertação (mestrado). Universidade Federal de Lavras, 46 p.,2006.

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