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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2018.tde-01112018-115416
Document
Author
Full name
Nilo Henrique Meira Fortes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Gut, Jorge Andrey Wilhelms (President)
Moraes, José Ermirio Ferreira de
Palma, Mauri Sergio Alves
Title in Portuguese
Estudo da distribuição do tempo de residência em um processo de pasteurização assistido por micro-ondas.
Keywords in Portuguese
Convoluções
Distribuição do tempo de residência
Escoamento (Modelos)
Pasteurização
Abstract in Portuguese
O processo de pasteurização tem como objetivo garantir a segurança e qualidade nutricional do alimento e aumentar sua vida de prateleira. O conhecimento da distribuição do tempo de residência (DTR) do alimento em cada etapa do processo contínuo é importante para uma avaliação adequada do processo e das alterações que causa no alimento. Este trabalho tem como objetivo estudar a DTR em um processo de pasteurização contínuo assistido por micro-ondas aplicado a alimentos líquidos e propor modelos de escoamento para representá-la. Para isso, foram realizados experimentos de estímulo-resposta com alimentação tipo pulso por técnica condutimétrica utilizando uma solução saturada de NaCl como traçador. Com isso, foram obtidas as curvas de DTR do sistema completo, dos trocadores de calor das seções de pré-aquecimento e resfriamento, de seis tubos de retenção com diferentes diâmetros e comprimentos (volumes entre 40 e 125 mL) e do sistema de aquisição de dados de condutividade elétrica. Os experimentos foram realizados em quatro vazões volumétricas (0,5, 0,7, 0,9 e 1,1 L/min), a temperatura ambiente (19 a 26 °C) e como fluido de trabalho foi utilizada uma corrente de alimentação de água com concentração 0,5 g/L de NaCl para estabilizar a leitura de condutividade elétrica. Foram realizadas três repetições por vazão para o processo completo, trocadores de calor e tubos de retenção, e cinco repetições por vazão para o sistema de aquisição de dados, dada a maior sensibilidade. Observou-se a necessidade de realizar o procedimento de convolução numérica para avaliar a distorção na curva de DTR do processo causada pelo escoamento na célula do sistema de aquisição de dados. Foram testados cinco modelos de escoamento: dispersão axial, compartimentado PFR+CSTR, tanques em série, convecção generalizada e y-laminar. O critério de ajuste dos modelos foi a minimização do erro quadrático entre valores experimentais e calculados da curva E(t). Os modelos de dispersão axial e y-laminar foram o que apresentaram melhor ajuste para os tubos de retenção e o modelo de convecção generalizada apresentou melhor ajuste para os trocadores de calor. O regime de escoamento durante os experimentos variou entre laminar e de transição (valores de Reynolds entre 1259 e 4238). Os resultados para o sistema completo e trocadores de calor foram satisfatórios, para os tubos de retenção foi observada uma grande incerteza nos valores dos parâmetros e foi observada a importância da convolução numérica em sistemas de pequeno volume.
Title in English
Study of the residence time distribution in a pasteurization process assisted by microwaves.
Keywords in English
Flow models
Numerical convolution
Pasteurization
Residence time distribution
Abstract in English
Pasteurization process aims to ensure the safety and nutritional quality of the food and increase its shelf life. The knowledge of residence time distribution (RTD) of the food in each step of continuous processes is important to evaluate the process and changes that it causes in foods. This work aims to study the RTD in a continuous pasteurization process assisted by microwave applied to liquid foods and propose flow models to represent it. For this reason, stimulus-response experiments by pulse injection were conducted by conductimetric technique using a saturated solution of NaCl as a tracer. Thus, it was obtained the RTD of the complete process, heat exchangers of preheating section and cooling section, six retention tubes with different diameters and lengths (volumes between 40 and 125 mL) and of the electrical conductivity data acquisition system. The experiments were carried out at four volumetric flow rates (0.5, 0.7, 0.9 and 1.1 L/min), at room temperature (19 to 26 °C) and water with 0.5 g/L of NaCl was used as the work fluid to stabilize the electrical conductivity reading. Three repetitions per volumetric flow rate were performed for the complete process, heat exchangers and holding tubes, and five repetitions per volumetric flow rate were performed for the data acquisition system, given the higher sensibility. It was observed the need to apply the numerical convolution procedure to evaluate the distortion in the RTD curve of the process caused by the flow through the data acquisition system. Five flow models were tested: axial dispersion, PFR+CSTR association, tanks in series, generalized convection and y-laminar. The adjustment criterion of the parameters was the minimization of the quadratic error between experimental and calculated E(t) values. The axial dispersion and y-laminar models provided the best adjustments for the holding tubes and the generalized convection model provided the best adjustment for the heat exchangers. The flow regime during the experiments varied between laminar and transition (Reynolds values between 1259 and 4238). The results for the complete system and heat exchangers were satisfactory, for the holding tubes was observed a great uncertainty in the parameters values and was observed the importance of numerical convolution in small volume systems.
 
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Publishing Date
2018-11-08
 
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