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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2013.tde-27122013-113320
Documento
Autor
Nome completo
Rafael Viana Benze
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2013
Orientador
Banca examinadora
Gut, Jorge Andrey Wilhelms (Presidente)
Pessôa Filho, Pedro de Alcântara
Schmidt, Flávio Luís
Título em português
Modelagem matemática do processo térmico contínuo de alimentos líquidos em trocadores de calor a placas.
Palavras-chave em português
Modelagem matemática
Pasteurização
Processamento térmico
Simulação
Trocador de calor a placas
Resumo em português
O principal objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo matemático de um pasteurizador a placas visando a determinação da distribuição de temperatura e de letalidade ao longo dos canais do trocador de calor em todas as suas seções, nas conexões tubulares e no tubo de retenção para a avaliação do decaimento logarítmico da concentração de um microorganismo alvo ou da atividade de uma enzima alvo em um processo de pasteurização contínua. A modelagem matemática foi composta pelo balanço diferencial de energia e letalidade nos canais do trocador, no tubo de retenção e nas suas conexões, levando em conta a perda de calor para o ambiente nos tubos. O modelo construído apresentou um conjunto de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem e sua resolução foi feita pelo método das diferenças finitas usando o software gPROMS. Um estudo de caso foi analisado e a modelagem descreveu de forma coerente o processo térmico e a letalidade e futuramente ela poderá ser utilizada para a otimização do processo de pasteurização em trocadores de calor a placas, visando a obtenção de produtos seguros e de alta qualidade. A verificação do processo de pasteurização que o modelo desenvolvido contempla foi realizada a partir da validação experimental utilizando um integrador tempo-temperatura e ensaios laboratoriais com indicador enzimático (fosfatase alcalina em tampão fosfato), que mostraram que o modelo desenvolvido se aproxima de maneira satisfatória dos resultados reais.
Título em inglês
Mathematical modeling of the continuous thermal processing of liquid foods in plate heat exchangers.
Palavras-chave em inglês
Mathematical modeling
Pasteurization
Plate heat exchanger
Simulation
Thermal processing
Resumo em inglês
The main objective of this study was to develop a mathematical model in a plate pasteurizer in order to determine the temperature and lethality distribution along the channels of the heat exchanger in all its sections, in tubular connections and holding tube evaluating the logarithmic decay in concentration of a target microorganism or enzyme activity in a continuous pasteurization process. Mathematical modeling was composed of the differential energy balance and lethality in the channels of the exchanger, the holding tube and its connections, taking into account the heat loss to the environment in the tubes. The constructed model presented a set of ordinary differential equations of first order and its resolution was made by the finite difference method using the gPROMS software. A case study was analyzed and the modeling described the thermal and the lethality process very well and in the future it can be used to optimize the process of pasteurization in plate heat exchangers, aiming the achievement of safe and with high quality products. A verification of the pasteurization process that the model developed contemplates has been performed based on experimental validation using time-temperature integrator and testing with enzymatic indicator (alkaline phosphatase in phosphate buffer), which showed that the model developed satisfactorily approximates the actual results.
 
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Data de Publicação
2014-01-10
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • BENZE, R.V., e GUT, J.A.W. Distribuição de letalidade no tratamento térmico contínuo de sucos de frutas em pasteurizador a placas. In XIX Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Búzios, 2012. Anais do Congresso Brasileiro de Engenharia Química.São Carlos : Cubo Multimidia, 2012.
  • BENZE, R.V., and GUT, J.A.W. Modeling the sterility value distribution in the continuous thermal processing of liquid foods with plate heat exchangers. In 16th IUFoST World Congress of Science and Technology, Foz do Iguaçu, 2012. 16th IUFoST Abstracts. : TecArt, 2012. Abstract.
  • BENZE, R.V., e GUT, J.A.W. Uso de indicador enzimático para validação de modelo matemático de letalidade distribuída de um pasteurizador a placas. In IV Simpósio em Ciência e Tecnologia de Alimentos, João Pessoa, 2012. Anais do IV SICTA., 2012. Resumo.
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