O aumento da utilização de energias renováveis e o desenvolvimento de electro-tecnologias inovadoras no processamento de alimentos têm o potencial de reduzir as emissões e o consumo de recursos naturais e aumentar a eficiência energética. Tratamentos assistidos por campo elétrico (micro-ondas e eletrohidrodinâmica (EHD)) têm sido utilizados como alternativa aos processos de aquecimento e secagem de alimentos devido ao menor tempo de processamento e melhor preservação da qualidade dos alimentos. A interação entre o campo elétrico, escoamento de fluidos e temperatura é complicada de avaliar apenas através de ensaios experimentais. Um modelo multifísico é uma ferramenta útil para melhor avaliar ou otimizar um processamento de alimentos. Este trabalho tem como objetivo a modelagem multifísica do processamento térmico assistido por micro-ondas em fluxo contínuo e de um sistema de secagem por eletrohidrodinâmica na configuração fio-placa com fluxo de ar cruzado. Uma cavidade de micro-ondas e um tubo de retenção projetados para processamento térmico de fluxo contínuo de alimentos líquidos foram avaliados para o tratamento de suco de maçã fresco e água de coco. Foi construído um modelo tridimensional baseado em uma unidade de processamento térmico assistida por micro-ondas (MicroThermics, 2,45 GHz, 6 kW). As simulações foram implementadas usando o Método de Elementos Finitos no COMSOL Multiphysics (v.6.1). As físicas de ondas eletromagnéticas, escoamento laminar e transferência de calor foram combinadas iterativamente para resolver e predizer a intensidade do campo elétrico, o perfil de velocidade e a distribuição de temperatura dentro do domínio do fluido. A inativação térmica das enzimas polifenol oxidase (PPO) e peroxidase (POD) foi predita adicionando a física de transporte de espécies diluídas ao modelo. Para validação do modelo, o suco de maçã não clarificado foi anteriormente processado na unidade com vazões de 0,4 e 0,8 L/min e temperaturas de pasteurização de 70, 80 e 90 °C. Os resultados da distribuição de temperatura foram úteis para determinar regiões quentes e frias dentro do tubo e mostraram um gradiente de temperatura da seção transversal na saída do tubo. A água de coco fresca foi processada em diferentes vazões (0,5, 0,7, 0,9 e 1,1 L/min) e temperaturas (80,90, 100 e 110 °C). A comparação entre os resultados numéricos e experimentais mostraram que o modelo tem uma boa capacidade de predição da temperatura de saída do aquecedor, com erro absoluto médio de 3, °C. Também foram fornecidas predições confiáveis para as atividades residuais de PPO e POD após o tubo de retenção, com a maioria dos desvios abaixo de 10%. A secagem convectiva EHD é uma tecnologia não térmica para preservar alimentos por desidratação de materiais sensíveis ao calor. Um sistema EHD (fio-placa) foi modelado usando COMSOL Multiphysics (v.6.1). As físicas de eletrostática, escoamento turbulento, transferência de calor em fluidos e transporte de umidade e energia foram totalmente acopladas para prever a intensidade do campo elétrico, escoamento do ar, coeficiente convectivo de transferência de calor e remoção de umidade. Foi possível simular o fluxo de ar induzido por EHD do fio para a placa combinado com um fluxo de ar cruzado. O coeficiente convectivo de transferência de calor resultante, a velocidade do ar na superfície do alimento, o teor de umidade e o tempo crítico de secagem foram apresentados para cada uma das 11 condições de secagem. A combinação do potencial elétrico (0, 10, 15 e 20 kV) com a velocidade de fluxo de ar cruzado (0, 1 e 2 m/s) impactou o coeficiente convectivo de transferência de calor e a remoção de umidade; entretanto, o aumento individual de potencial elétrico e/ou velocidade do ar pouco reduziu o tempo crítico de secagem. Os principais resultados mostram que o modelo proposto pode simular adequadamente os fenômenos de fluxo de ar EHD e o processo de secagem e pode ser utilizado para melhoria da qualidade do produto, análise de eficiência energética e estudos de otimização.

The increase in renewable energy utilization and the development of innovative electro-technologies in food processing have the potential to reduce emissions and consumption of natural resources and increase energy efficiency. Electric field assisted treatments (e.g., microwave and electrohydrodynamic (EHD) have been used as an alternative heating and drying food processes due to shorter processing time and better prevervation of food quality.The interaction involving electric field, fluid flow and temperature is complicated to evaluate only through experimental assays. A multiphysics model is a useful tool to better evaluate or optimize a food process. This work aimed to multiphysics model the continuous flow microwave termal processing and the electrohydrodynamic wire-to-plate with air crossflow drying system. A microwave cavity and holding tube designed for continuous flow termal processing of liquid foods was evaluated for the treatment of fresh apple juice and coconut water. Three-dimensional model was built based on the assembly of the microwave-assisted termal processing unit (MicroThermics, 2,45 GHz, 6 kW). Simulations were implemented using the Finite Element Method in COMSOL Multiphysics (v.6.1). The physics for electromagnetic waves, laminar flow and heat transfer were combined iteratively to solve and predict the eletric field intensity, the velocity profile and the temperature distribution within the fluid domain. Polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POD) enzymatic thermal inactivation could be predicted by adding the physics of transporto f diluted species to the model. To validate the model, cloudy apple juice was previously processes in the unit with flow rates of 0.4 and 0.8 L/min and pasteurization temperatures of 70, 80 and 90 °C. Temperature distribution results were useful for determining hot and cold spots within the tube and showed an importante temperature gradiente at the outlet cross section of the tube. Fresh coconut water was processed at diferente flow rates (0.5, 0.7, 0.9 and 1.1 L/min) and target temperatures (80, 90, 100 and 110 °C. Comparison between numerical and experimental results showed that the model is reliable for predicting outlet temperature of the heater, with a mean absolute error of 3.3 °C. Reliable predictions for residual activities of PPO and POD after the holding tube were also provided, with most deviations under 10%. EHD convective drying is a non-thermal technology to preserve foods by dehydration of heta-sensitive materials. An EHD (wire-to-plate) system was modeled using COMSOL Multiphysics (v.6.1). Electrostatics turbulent flow, heat transfer in fluids and moisture and energy transport physics were fully-coupled to predict the electric field strength, airflow, convective heat transfer coeficiente and moisture removal. The COMSOL Multiphysics software could well represent the EHD-driven airflow from wire to ground combined with air crossflow. The resulting convective heat transfer coefficient, air velocity on the food surfasse, moisture contente and drying time were presentes for each of the 11 drying conditions. Combining high voltage (0, 10, 15 and 20 kV) anda ir crossflow velocity (0,1 and 2 m/s) was found to have a significant effect on the convective heat transfer coefficient and moisture removal; however, the increase in one of the drying factors had a low effect on drying time. The main results show that the proposed model can adequately simulate the EHD airflow phenomena and the drying process and can be used for product quality improvement, energy efficiency analysis and optimization studies.