evaporadores

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. 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. 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.  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. 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. 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. 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.