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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-12122011-150453
Documento
Autor
Nome completo
Viviane Kechichian
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Tadini, Carmen Cecília (Presidente)
Ditchfield, Cynthia
Gut, Jorge Andrey Wilhelms
Laurindo, João Borges
Schmidt, Flávio Luís
Título em português
Modelagem do processo térmico contínuo de fluidos alimentícios não-newtonianos em trocador de calor bitubular.
Palavras-chave em português
Modelos matemáticos
Processamento de alimentos
Processamento térmico
Transferência de calor
Resumo em português
A demanda por produtos industrializados que apresentem máxima preservação de suas características naturais têm crescido e feito as indústrias alimentícias re-analisarem seus processos para atingirem essa necessidade do mercado. A abordagem convencional conservadora, utilizada para o dimensionamento do processamento térmico de alimentos, pode levar ao sobre-processamento especialmente no regime laminar, devido às significativas distribuições de temperatura e tempos de residência existentes. Um modelo matemático, composto por equações diferenciais de massa e energia foi elaborado, considerando o processamento térmico de um fluido não-newtoniano, sob regime laminar, escoando em um trocador de calor bitubular. No modelo, se levou em conta as dispersões efetivas de massa e energia associadas com o escoamento laminar não ideal, as trocas de calor com o ambiente, a letalidade que ocorre no aquecimento e resfriamento e o perfil de velocidade. O modelo foi testado por meio de simulações do estudo de caso do processamento térmico de suco de graviola (fluido pseudoplástico) considerando a destruição de bolores e leveduras. Objetivou-se nas simulações avaliar o efeito de distintas considerações do modelo nas variáveis consideradas. Os resultados indicaram que as etapas de aquecimento e resfriamento contribuíram de forma significativa na letalidade do processo, assim como as considerações quanto às dispersões de massa e energia. Como exemplo, as letalidades, considerando a abordagem convencional (tubo de retenção isotérmico com velocidade máxima) e o modelo completo (com todas as considerações) apresentaram valores de 1,46 e 5,74, respectivamente. A flexibilidade do modelo elaborado, assim como os tempos computacionais pequenos necessários para obter os resultados são as principais vantagens do uso do mesmo. Acredita-se que o modelo elaborado pode contribuir de forma importante para o correto dimensionamento e avaliação de processos térmicos em indústrias de alimentos, permitindo que a demanda dos consumidores seja atendida.
Título em inglês
Modeling of the continuous thermal processing of non-Newtonian food fluids in a double-pipe heat exchanger.
Palavras-chave em inglês
Food processing
Heat transfer
Mathematical models
Thermal processing
Resumo em inglês
The demand for industrialized food with maximum retention of sensorial and nutritional attributes has grown and made the food industries rethink operational conditions to meet this market expectation. The classic conservative approach, used for the design of thermal food processing can lead to over-processing specially in laminar regime, due to the existing significant temperature and residence time distributions. A mathematical model, comprising differential equations for mass and heat transfer was elaborated, considering the thermal processing of a non-Newtonian liquid, under laminar flow in a double-pipe heat exchanger. In the model, it was taken into account the effective mass and energy dispersions associated with the non-ideal laminar flow, the heat exchange with the ambient, the contribution from heating and cooling sections in the lethality and the velocity profile. The model was tested through simulations of a study case of soursop juice processing (pseudoplastic fluid) regarding the destruction of yeast and molds. The objective of the simulations was to evaluate the effect of distinct model assumptions on the variables. The results indicated that the heating and cooling sections and the assumptions regarding the effective mass and energy dispersions had an important contribution to the processing lethality. As an example, the lethality, regarding the conventional approach (isothermal holding tube at the maximum velocity) and the complete model (with all the assumptions) were 1.46 and 5.74, respectively. The model flexibility and the small computational time needed for the results to the obtained are the main advantages of its use. It is expected that the developed model can be an important contribution to the correct design and evaluation of thermal processing in food industries, allowing the consumer demands to the reached.
 
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Data de Publicação
2011-12-14
 
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  • KECHICHIAN, Viviane, et al. Modeling of continuous thermal processing of a non-Newtonian liquid food under diffusive laminar flow in a tubular system [doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.05.075]. International Journal of Heat and Mass Transfer [online], 2012, vol. 55, p. 5783-5792.
  • KECHICHIAN, Viviane, et al. Modeling of temperature and lethality distributions in continuous thermal processing using a tubular system. In 11th International Congress on Engineering and Food ICEF11, Atenas, 2011. Proceedings of 11th International Congress on Engineering and Food ICEF11., 2011.
  • KECHICHIAN, Viviane, GUT, J. A. W., and TADINI, C. C. Integrated lethality for the non-ideal flow of a pseudoplastic liquid food. In International Food Congress, Izmir, 2011. Novel Approaches in Food Industry., 2011.
  • CRIVELLARI, G. P., et al. Modelagem e simulação dinâmica de processo térmico contínuo em trocador bitubular. In VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Uberlândia, 2009. Viii Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica Resumos.Uberlândia : Associação Brasileira de Engenharia Química, 2009. Resumo.
  • KECHICHIAN, Viviane, et al. Determinação da distribuição do tempo de residência em pasteurizador bitubular com fluido Newtoniano. In XVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Foz de Iguaçu, 2010. Anais do XVIII COBEQ, V CBTERMO e 8º EBA.São Carlos : Cubo Multimidia, 2010.
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