A produção de alimentos seguros, com alto valor nutricional e sensorial, é essencial para a satisfação dos consumidores. O processamento térmico tem como objetivo inativar microrganismos patogênicos e deterioradores, e enzimas por meio de alta temperatura, mas evitando alterações indesejadas na qualidade do produto final. Este trabalho tem como objetivo propor uma modelagem matemática para representar o tratamento térmico contínuo de alimentos líquidos em uma unidade piloto de pasteurização tubular com relação à distribuição de temperatura do produto, determinando coeficientes individuais de transferência de calor nas seções de aquecimento, retenção e resfriamento, e validar experimentalmente o modelo desenvolvido. A unidade piloto em estudo é equipada com um tubo de retenção e utiliza dois trocadores de calor tipo serpentina em casco em contracorrente para os processos de aquecimento e resfriamento. Utilizaram-se três fluidos modelos para o estudo da distribuição de temperatura, sendo dois fluidos Newtonianos (água e mistura glicerina/água 80% w/w) e um não-Newtonianos (solução aquosa de carboximetilcelulose, CMC 1% w/w), com o objetivo de simular fluidos alimentícios. Foi introduzido no modelo um fator de aumento com o objetivo de simular tubulações helicoidais como tubos retos, facilitando a modelagem do processo. O coeficiente global de troca térmica e os fatores de aumento foram determinados experimentalmente variando a temperatura de processo, de 60 a 120 °C com passo de 15 °C, e a vazão de 0,4 a 2,0 L/min com passo de 0,4 L/min. Foram propostas seis correlações semiempíricas para os coeficientes globais de troca térmica e três correlações para os fatores de aumento, em que ambos são dependentes dos números de Reynolds e Prandlt, ajustados pela minimização da soma do erro quadrático para as cada uma das seções em estudo. Os perfis de temperatura na parede e no centro do tubo, e temperatura média do fluido produto e utilidade ao longo das seções estudadas foram determinados pela modelagem bidimensional de escoamento e troca de calor. O perfil de temperatura média no tempo médio de residência do processo foi determinado pelo método das diferenças finitas. Foram realizados ensaios de validação que posteriormente foram comparados com os valores simulados utilizando as correlações do coeficiente global de troca térmica e fator de aumento determinadas anteriormente. Os resultados da validação foram satisfatórios, em que a maior diferença entre a temperatura experimental e prevista foi de 4 °C.

Safe food production while retaining high quality is essential for the consumer's satisfaction. The objective of thermal processing is to inactivate pathogenic and deteriorating microorganisms and enzymes with high temperatures, while avoiding collateral damages to the final food quality. This work had the objective to propose a mathematical the continuous thermal treatment of liquid foods in a tubular pasteurization equipment correlating with the food temperature distribution, while obtaining individuals heat transfer coefficients in the heating exchangers and holding tube, and experimental validation of the model. The unit is equipped with a holding tube and two counter-flow helical coil heat exchangers for heating and cooling. Three model fluids were used to study the temperature distribution, two Newtonian fluids (water and glycerin/water 80% w/w mixture) and one nonNewtonian fluid (carboxymethylcellulose, CMC 1% w/w solution), simulating food fluids. The heat transfer enhancement factor was introduced to simulate a helical coil as a straight tube, simplifying the mathematical modeling. The overall heat transfer coefficients and the heat transfer enhancement factors were experimental estimated varying the temperature of the heater, or process temperature, from 60 to 120 °C (15 °C steps) and flow rates from 0,4 to 2,0 L/min (0,4 L/min step). Six semi-empirical correlations of the overall heat transfer and three correlations for the heat transfer enhancement factor coefficient were proposed as a function of the Reynolds and Prandtl numbers, that they were adjusted optimizing the minimum error for each studied section. The center and tube wall temperature profiles, and the mean product and utility temperature profiles along the studied sections were determined with the flow and heat bidimensional modeling. The mean temperature profile within the mean residence time was determined by forward finite difference method. Validation experiments were compared with simulations using the global heat transfer and heat transfer enhancement factors previously determined. The validation results were satisfactory, where the biggest temperature difference between the experimental and simulated was 4 °C.