Modelagem e Simulação Do Processo de Pasteurização

5/26/2018 Modelagem e Simulao Do Processo de Pasteurizao

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Carola G. C. Cavero Gutierrez


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- Crescente preocupao com alimentos mais saudveis.

- Segurana microbiolgica, conservao das caractersticas

nutricionais e sensoriais do alimento e prolongao da vida de

prateleira.

- Processo de tratamento trmico Pasteurizao.

- Obrigatoriedade.

- Pasteurizao HTST - segurana e qualidade do alimento.

- Importncia do controle da temperatura nas etapas do processo.

Objetivos Modelagem Estudo exp Resultados DesafiosMotivao


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Produto

pasteurizado

regenerao aquecimentoresfriamento

tuboderete

no

Produto

cru

Esquema de uma unidade de pasteurizao HTST destacando as sees do

trocador a placas

Custo de

processamento

Valor nutricional e

sensorial do

alimento

Fenmeno de incrustao

na superfcie dos

trocadores de calor

Objetivos Modelagem Estudo exp Resultados DesafiosMotivao


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Desenvolver uma modelagem matemtica de base fenomenolgica

para representar a operao transiente de um processo de

pasteurizador a placas e que contemple a incrustao.

Estudar a dinmica do processo de pasteurizao HTST usando omodelo desenvolvido, analisando sua resposta frente variaes nas

condies de processo e formao de incrustao.

Validar experimentalmente o modelo matemtico desenvolvido.

Melhoria nas polticas de partida, controle e operao de processo,

visando otimizao da qualidade do produto e de seu custo de

operao.

Modelagem Estudo exp Resultados DesafiosObjetivosMotivao


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A pesquisa esta sendo dividida nas seguintes

etapas:

I. Ensaios dinmicos preliminares.

II. Estudo dos coeficientes de troca trmica do pasteurizador.

III. Estudo experimental da operao transiente do processo.

IV. Estudo experimental do processamento HTST de leite.

V. Desenvolvimento da modelagem matemtica e validao

experimental.


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Volume de controle para o balano de energia no tubo de reteno e

trechos de tubo

TTUdAdQ )x(

dQTTCpWt

TCpdV )dxx()x(



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Tpi1

Ti

Tpi

Ti+1

Canal

i

Canal

i+1

x

Ti+1

Canal

i -1

b

epw

L

0

1

x

canal

x

Canal

i+2

Placa i-1 Placa i Placa i +1

Volume de controle para o balano diferencial de energia num canal e numa

placa genrica ido PHE

Tpi1

TiTpi

Canal

i

w

L

b

Ti

Tpi

Ti+1

Canal

i

Canal

i+1

x

Placa i

b

w ep

xTxTUAxTxTUAdxxTCpWxTCpWt

TCpdV iipipiipipiiiiii

iiic

1

x

ip

cp

xx

ip

cpipipiipipiip

Ppp

x

TAk

x

TAkxTxTAUxTxTAU

t

TVC

P

11



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PlacasTubo de reteno 1 Tubo de reteno 2 Trocador de calor a placas

Pasteurizador de

laboratrio

Armfield Modelo

FT-43A



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produto

pasteurizado

produto

regeneraoaquecimento resfriamento

tubode

reteno

T1

T9

T11T2

T6 T7

T8

T12

T10

T5

T3

T4

Pontos de monitoramento de temperatura:

- Configurao padro de equipamento

- Arranjos em srie contracorrente (um canal por passe)

- Numero de canais: 12 aquecimento, 20 regenerao e 8 resfriamento

- Produto e fluidos de servio



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Partida do processo

Dados experimentais e simulados de temperatura da partida do

pasteurizador.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

60 260 460 660 860

TEMPERATURA(C)

TEMPO (s)

dados exp

dados simul

ResultadosObjetivosMotivao Modelagem Estudo exp Desafios


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Ensaios dinmicos de perturbao

- Variao simultnea de trs vazes:

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500

TEMPERATURA

(C)

TEMPO (s)

Tempo (s) (L/h) (L/h) (L/h)

0 - 50 20 60 60

51 - 240 40 24 24

241 - 477 20 60 60

dados exp

dados simul

Perturbao A Perturbao B

- Variao simultnea de duas vazes:

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500

TEMPERATURA(C)

TEMPO (s)

Tempo (s) (L/h) (L/h) (L/h)

0 - 30 20 60 60

31 - 270 10 24 60

271 - 450 20 60 60

ResultadosObjetivosMotivao Modelagem Estudo exp Desafios


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A diferena entre tempos de resposta sugere que o modelo deva

representar a inrcia trmica de mais partes do equipamento, alm dasplacas do trocador de calor.

Aprimoramento da modelagem matemtica para incorporao do efeito da

incrustao nas placas do trocador de calor.

Estudo experimental do processamento HTST com incrustao.

Eliminao de bolhas nos canais do trocador de calor.

Estabilizao da temperatura do fluido de resfriamento.


73,5

74,0

74,5

75,0

75,5

76,0

76,5

77,0

77,5

78,0

590,5

591,0

591,5

592,0

592,5

593,0

593,5

594,0

594,5

0,00 2,00 4,00 6,00

TemperaturaT3-T

2(C)

U(W/m2*K)

Tempo (h)

U experimental - seo de aquecimento

U experimental T3


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