Fenômenos de Transporte

992 views

Published on

Artigo sobre aplicação de fenômenos de transporte.

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Fenômenos de Transporte

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 6. • Condução: Lei de Fourier • Convecção: Lei de Resfriamento de Newton • Radiação: Lei de Stefan-Boltzmann Introdução
  7. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 13. Resultados dos parâmetros fh, jh, fc e jc obtidos nos ensaios Resultados e discussão
  14. 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. 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. 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. 17. UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE ERNANE NOGUEIRA JOSELITO MORAES VANESSA FERNANDES OBRIGADO! Engenharia Agrícola Processamento e Armazenamento de produtos Agrícolas ernanenn@gmail.com jsousamoraes@gmail.com vanessa2fernandes@gmail.com

×