Relatório de física industrial - Secagem

Relatório de física industrial - Secagem

  1. Introdução

    1. Evaporação (UFRGS,2005)

    É uma operação unitária utilizada para eliminar água de alimentos líquidos diluídos, obtendo-se assim produtos mais concentrados. A evaporação difere da desidratação pois o produto tratado por este processo permanece sempre no estado líquido, também difere da destilação, já que os vapores produzidos não contém concentrações diferentes, como na destilação.

    O equipamento utilizado é o evaporador , que consiste em uma câmara, dentro da qual existe um trocador de calor com aquecimento indireto que proporciona o meio de transmissão de calor ao produto por meio de vapor à baixa pressão.

Tipos de Evaporadores

Descontínuos- O produto se aquece em um recipiente esférico , envolto por uma camisa de vapor. Este recipiente é aberto ou conectado à um condensador ou à um sistema à vácuo. A área de transferência de calor neste tipo de evaporador é muito baixa e a residência do produto pode chegar à várias horas. O aquecimento do produto é feito por convecção natural.

De Convecção Natural- São dotados de tubos curtos verticais , dentro de um corpo de vapor, este dispositivo é chamado de Calandra. O produto é aquecido e sobe através dos tubos por convecção natural e o vapor condensa pelo exterior dos tubos. O líquido concentrado retorna à base do recipiente através de uma seção anular central.

De Película Ascendente- Podem evaporar alimentos líquidos de baixa viscosidade, os quais fervem no interior de tubos verticais. Estes tubos se aquecem devido ao vapor existente no exterior, de tal maneira que o líquido ascende pelo interior dos tubos arrastado por vapores formados na parte inferior. O movimento ascendente dos vapores produz uma película que se move rapidamente para cima. Este tipo de evaporador alcança elevados coeficientes de transferência de calor, podendo-se recircular o alimento líquido até que se alcance a concentração desejada. O tempo de residência é de 3-4 segundos.

De Película Descendente- Estes evaporadores desenvolvem uma fina película de líquido dentro dos tubos verticais que desce por gravidade. Também permitem instalar um maior número de efeitos do que o evaporador de película ascendente e podem processar líquidos mais viscosos e mais sensíveis ao calor. O tempo de residência é de 20-30 segundos.

De Circulação Forçada- Consta de um trocador de calor com aquecimento indireto , onde o líquido circula em elevadas velocidades, devido à presença de bombas de fluxo axial. Devido à elevada carga hidrostática da parte superior dos tubos , qualquer possibilidade de ebulição do líquido é desprezada. O líquido que entra no evaporador se evapora instantâneamente, devido à diferença de pressão entre a parte interior e exterior do tubo. Possui os menores custos de fabricação e operação.

De Película Agitada- A configuração cilíndrica do sistema produz menores áreas de transmissão de calor por unidade de volume de produto, sendo necessária a utilização de vapor à alta pressão, como meio de aquecimento com o objetivo de conseguir elevadas temperaturas na parede e velocidades de evaporação razoáveis. A grande desvantagem deste sistema são os custos de fabricação e mantimento, assim como a baixa capacidade de processamento.

De Serpentina Rotativa- É constituída de uma ou mais serpentinas de vapor que giram abaixo da superfície do líquido em ebulição. A serpentina, ao girar, proporciona turbulência ao líquido, o que melhora a transferência de calor e, ao mesmo tempo, diminui a taxa de queima. O evaporador com serpentina rotativa a vácuo é particularmente indicado para elaboração de produtos de tomate de elevada concentração, além de poder funcionar de forma contínua.

De Múltiplos Efeitos- Os evaporadores de múltiplos efeitos ( dois ou mais ) conjugam, em série, dois ou mais evaporadores simples, numa mesma estrutura ou em estruturas separadas. Os sistemas utilizados são os mais diversos, podendo haver associação de descontínuo + convecção natural, convecção natural + serpentina rotativa, tubos longos + tubos longos (geralmente com película descendente de circulação forçada ) e assim por diante. A grande vantagem desta conjugação é a economia de vapor gasta por quilo de água evaporada.

    A evaporação é uma das operações unitárias incluídas no processamento de:

  • Catchup

  • Suco de Laranja Concentrado

  1. Questionário

    1. Evaporador vertical de película ascendente de circulação forçada:

De Película Ascendente- Podem evaporar alimentos líquidos de baixa viscosidade, os quais fervem no interior de tubos verticais. Estes tubos se aquecem devido ao vapor existente no exterior, de tal maneira que o líquido ascende pelo interior dos tubos arrastado por vapores formados na parte inferior. O movimento ascendente dos vapores produz uma película que se move rapidamente para cima. Este tipo de evaporador alcança elevados coeficientes de transferência de calor, podendo-se recircular o alimento líquido até que se alcance a concentração desejada. O tempo de residência é de 3-4 segundos.

De Circulação Forçada- Consta de um trocador de calor com aquecimento indireto , onde o líquido circula em elevadas velocidades, devido à presença de bombas de fluxo axial. Devido à elevada carga hidrostática da parte superior dos tubos , qualquer possibilidade de ebulição do líquido é desprezada. O líquido que entra no evaporador se evapora instantâneamente, devido à diferença de pressão entre a parte interior e exterior do tubo. Possui os menores custos de fabricação e operação.

    1. Pesquisar processo industrial de extrato concentrado:

Obtenção do Catchup (UFRGS,2005)

Recepção

A recepção do tomate pode ser feita diretamente nos tanques de lavagem ou mesmo em caneletas com água que conduzem o tomate para o lavador.

   No entanto, os tomates também podem ser descarregados em tanques simples, repletos de água, onde aguardam o momento de serem encaminhados para as linhas de produção.

Lavagem 1

O lavagem do tomate compreende, normalmente, duas fases: a de imersão (em duplo estágio) e a de aspersão.

São removidas sujidades mais grosseiras como terra e areia e se faz o amolecimento das sujeiras mais aderidas à pele.

   O equipamento utilizado é um tanque de lavagem dotado de insuflador de ar no fundo de modo para manter o tomate em movimento e provocar turbulência na água. Essa turbulência facilita a remoção e o amolecimento da sujeira.

   O tempo de residência deve ser de aproximadamente 3 minutos.

Seleção

A seleção é realizada nessa etapa para evitar que a matéria-prima estragada seja lavada.

   São retirados nesta etapa tomates podres, bichados, muito maduros ou estourados.

   Há vários sistemas de seleção:

  • em mesa;

  • esteira rolante simples;

  • esteira rolante dividida.

  Os tomates estragados são encaminhados para a apara.

Lavagem 2

O tomate é passado para um outro tanque praticamente idêntico ao da lavagem 1, só que, com maior tempo de residência para retirar as sujidades mais fortemente aderidas.

   Nessa fase, deve-se usar água clorada (6-8 ppm de cloro residual livre) a fim de  diminuir a carga de microrganismos existentes.

Aspersão

Uma esteira de rolos giratórios transporta os tomates e, ao mesmo tempo os fazem rolar sob uma série de aspersores de água a alta pressão que retiram a água suja e os últimos restos de impurezas aderidas. A água a ser utilizada nesta fase deve, obrigatoriamente, ser clorada na base de pelo menos 5 ppm de cloro residual livre.

Trituração

O triturador consiste de um cilindro, alojado dentro de uma câmara, que tem facas, dentes ou martelos fixos. O cilindro tem também, inseridos em sua volta toda, facas, dentes ou martelos complementares aos primeiros que, girando, provocam a ruptura dos frutos.

   O triturador deve ser tal que não quebre as sementes do tomate pois estas vão afetar negativamente a textura do produto e dificultar o trabalho da próxima operação, o despolpamento.

Branqueamento

Nesta operação o tomate triturado, ou desintegrado, é submetido a um aquecimento com o objetivo de tornar mais tenra a polpa, inativar enzimas e facilitar o destacamento de pele nas sucessivas operações de extração.

   Os tomates são levados para um tanque onde são submetidos a um rápido aquecimento( cerca de 15 segundos) a uma temperatura entre 88 e 90 ºC.

   Este método dá um rendimento maior da polpa e também uma polpa mais rica em pectina e mucilagens, o que aumenta a viscosidade e diminui a tendência à separação da polpa do suco.

Despolpamento

Os tomates lavados, escolhidos e aparados são convertidos em polpa por meio de uma máquina conhecida comumente como a despolpadeira. O equipamento tem a finalidade de separar da polpa a pele e a semente. A máquina tem em geral, um cilindro cuja parte inferior é feita com uma placa forte, perfurada, de cobre, monel, aço inoxidável ou bronze, na forma de um meio cilindro. A metade superior do cilindro geralmente é de madeira, mas deve ser feita de um metal de liga forte (resistente). Dentro do cilindro giram pesadas pás em alta velocidade e os tomates se partem com o impacto das pás ou das paredes da máquina contra as quais são jogados. A polpa e o suco passam através da tela para o tanque e as cascas, as sementes e a fibra passam por abertura na extremidade inferior de máquina. Os tomates entram no cilindro por um funil que é, geralmente, alimentado por um transportador contínuo.

   Um outro sistema consta de uma peneira cilíndrica vertical contra a qual os tomates são lançados violentamente pela força centrífuga.

Evaporação

A polpa crua é muito líquida para ser empregada sem ser concentrada e precisa ser evaporada até atingir a consistência desejada, antes de ser enlatada ou usada para o preparo de catchup ou outro produto qualquer de tomate.

   A prática de evaporação para concentrar a polpa de tomate, é também uma técnica de conservação dos tomates, porquanto proporciona maior estabilidade à deterioração microbiana alcançada pela redução da atividade da água ( aw ), diminuição de custos de elaboração, armazenamento e transporte decorrentes da grande redução de peso e de volume.

   Após a evaporação a polpa pode ser diretamente transformada em produtos, tais como, extratos de diferentes concentrações, catchup ou então ser embalada e armazenada, para venda a terceiros, ou para posterior utilização na elaboração daqueles produtos. A polpa pode ser estocada em várias concentrações, sendo a mais comum é de 22-26° Brix. Para a produção de catchup o valor recomendado para a concentração da polpa é de 14-22° Brix.

   Por sua composição química, o suco de tomate não se comporta como um líquido newtoniano. A consistência, ou viscosidade aparente, está estreitamente relacionado à sua concentração e ao grau de polimerização das substâncias pécticas. Todavia ela pode ser alterada variando a temperatura de evaporação e aumentando a velocidade de circulação no trocador de calor.

   A velocidade de circulação do suco em contato com a superfície de aquecimento é, em alguns tipos de evaporadores, determinada pelas correntes de convecção, provocadas pelo gradiente térmico, e que se formam na massa durante o aquecimento. È possível aumentar a intensidade das correntes através de bombas, agitadores e outros mecanismos apropriados.

   O gradiente de temperatura, entre a superfície metálica e o líquido, também influi na transmissão de calor. O coeficiente de película de transferência de calor no lado frio, ou seja, no contato entre superfície aquecedora e com aquecimento, diminui a medida em que o D T entre elas diminui, e por isso é necessário um dispositivo que substitua a película de líquido já aquecida ( e portanto com menor D T ), por outra menos aquecida ( com maior D T). Isto se consegue através de raspadores de superfície ou outro dispositivo qualquer, mantendo sempre elevado coeficiente global de transferência de calor e assim, a eficácia da evaporação.

   Outro problema que pode diminuir a eficiência do processo é a formação de depósito sobre a superfície de aquecimento aumentando a resistência térmica e baixando significativamente a velocidade de transmissão de calor, provocando um sobreaquecimento local e, conseqüentemente, exigindo limpezas mais freqüentes das superfícies aquecedoras. O fenômeno, chamado de incrustação, é causado pela adesão, nas paredes, de substâncias que , por desnaturação ou degradação, separam-se durante o aquecimento.

   Exista uma infinidade de tipos de evaporadores. No Brasil existem indústrias de catchup de vários portes e que utilizam evaporadores desde os mais simples, tipo descontínuos a vácuo de simples efeito em um único estágio, até os contínuos de múltiplos efeitos e vários estágios. Dentre os evaporadores de simples efeito destacam-se ainda os de serpentina rotativa e os de convecção natural.

Pesagem

Uma quantidade determinada da polpa é pesada e analisada quanto ao Brix exato e a consistência Bostwick, pois estes parâmetros vão definir a viscosidade e a concentração de sólidos solúveis, sendo dessa forma importantes para os ajustes na adição de ingredientes.

   O principal método para a determinação dos sólidos solúveis nas indústrias de produtos de tomate é a determinação pelo refratrômetro.

Mistura 1 / Cocção

Depois de pesada, a polpa de tomate é transferida para o tacho (com aquecimento a camisa de vapor e agitador) de formulação para facilitar a dissolução dos ingredientes a serem adicionados, que são açúcar, vinagre, sal e especiarias, como cravo, canela, noz moscada, cebola, alho, cominho, pimenta e outros. As quantidades destes ingredientes, bem como os tipos de especiarias incorporados à polpa, são dependentes da formulação específica de cada indústria e podem variar bastante. As especiarias, via de regra, são adicionadas na forma de extrato seco das mesmas para facilitar a incorporação sem deixar resíduos.

   As formulações mais comumente empregadas apresentam os seguintes mínimos e máximos, para 100g de polpa:

Ingrediente

mínimo

máximo

Açúcar

40g

58g

Sal

5g

5g

Vinagre

30mL

40mL

Condimentos

0,6g

0,8

Água

Necessária para 35° Brix mínimo

Mistura 2

Após a adição e dissolução dos ingredientes secos é que se adiciona o vinagre, pois sua acidez ( especialmente a quente ) tem ação hidrolítica sobre as substâncias pécticas da polpa afetando desfavoravelmente a consistência final do produto.

  AJUSTE DE RECEITA

   Neste ponto é feito o controle da receita, tomando-se amostras para análise do Brix, consistência Bostwick e pH. Os ajustes do Brix ( com água ) e do pH ( com vinagre ) são feitos se necessários.

Pasteurização

Os processos pelo qual o produto passou não são suficientes para controlar os microorganismos. Assim, a pasteurização é fundamental para estabilizar o produto sob o aspecto microbiológico, porquanto destrói os microorganismos deterioradores, que neste caso são, principalmente, leveduras e lactobacilos. Não há necessidade de realizar-se a esterilização pois o pH do produto é menor que 4,5.

   A pasteurização do catchup é feita comumente a partir de dois processos diferentes. Pode ser feita no próprio tacho de formulação encamisado, ou em trocador de calor tubular, a 90-95°C por 15 a 20 minutos. No trocador de calor tubular o produto é forçado, por meio de bombas de ação positivas, a percorrer um caminho de vai-e-vem, através da tubulação, o tempo necessário para se atingir a temperatura desejada. O aquecimento dos tubos é feito por meio de vapor que circula ao redor dos mesmos. Deve também ser termoregulador para manter constante a temperatura, para evitar o superaquecimento em caso de parada da linha. É indispensável que toda a massa receba um tratamento homogêneo, tanto no que tange a temperatura, como no tempo.

   Quando o catchup é aquecido até quase o ponto de ebulição e engarrafado na temperatura de 185º F (85º C), em garrafas esterilizadas pelo calor e fechadas imediatamente após o enchimento, não é necessário ser pasteurizado depois do engarrafamento. Para isso, deve-se atentar para que a temperatura não caia para 160º F (71º C), ou menos, durante o intervalo entre o acabamento final e o engarrafamento, pois, caso isso aconteça, poderá haver deteriorações no produto.

   Uma temperatura de 180º F (82ºC), durante 45 minutos, é comumente considerada uma pasteurização forte o bastante para combater os microrganismos indesejáveis.

   O catchup é um mau condutor de calor e o fabricante deve fazer os testes de penetração de calor de seus produtos para ajustar melhor o tempo de pasteurização e a temperatura a ser usada conforme necessário.

Homogeinização

A homogeneização serve para retardar ou minimizar uma eventual sedimentação das partículas em suspensão (e conseqüente separação do soro). Ela é efetuada em máquinas semelhantes àquelas utilizadas na indústria leiteira. O concentrado é forçado a passar através de orifícios muito finos à pressão de 70 a 100 atm a uma temperatura de 65º C, de modo a fragmentar finamente os sólidos em suspensão. A viscosidade do concentrado é aumentada e o mesmo adquire uma textura mais suave.

   Algumas indústrias costumam homogeneizar o produto passando-o em moinhos coloidais.

Desaeração

A desaeração é necessária para reduzir o efeito negativo da alta temperatura e do ar ocluso na massa sobre o conteúdo de vitamina C (ácido ascórbico) e sobre a cor do produto. Essa operação é efetuada submetendo o catchup, em camada fina, a um vácuo.

   Seguindo-se à homogeneização, que incorpora muito ar no produto, há necessidade de uma desaeração que é feita em tachos com camisa de vapor e a vácuo moderado até a temperatura elevar-se.Na fase final, desfaz-se o vácuo e deixa-se a temperatura atingir 90º C.

   Os desaeradores são constituídos de uma câmara onde se mantém uma pressão negativa por meio de um condensador barométrico ou de um injetor de vapor com bomba de anel líquido e condensador. O concentrado entra aspirado no desaerador e é borrifado transversalmente sobre a superfície da câmara ou sobre uma série de pratos sobrepostos e distanciados de modo a obter uma camada fina e homogênea do produto.

   A linha deve ser projetada de maneira que, uma vez desaerado, o concentrado não possa mais incorporar ar.

   A desaeração, também chamada de exaustão, dá um produto mais fluido e protege, além da cor, também o sabor do produto.

Envase

Em algumas empresas, o catchup quente, já pronto, é despejado diretamente, por gravidade, dentro das garrafas que foram lavadas e escaldadas na hora do enchimento. Na maioria das fábricas, o molho é transferido da máquina finalizadora para um tacho com camisa (que também pode ser uma cano com camisa-de-vapor de aço inoxidável), colocado acima da máquina de enchimento e onde é aquecido até quase o ponto de ebulição, antes de ser engarrafado. Um cano curto, direto, liga o recipiente de aquecimento com a máquina de enchimento, de modo que o catchup esfria muito pouco ao ser transferido para a embalagem.

   O enchimento das embalagens flexívieis é feito por dosadoras automáticas ou semi-automáticas a temperatura de aproximadamente, 90º C para se obter um bom vácuo. Nas pequenas indústrias a colocação e aperto das tampas (geralmente do tipo "twist-off") é manual, sendo automática nas grandes. Há um tempo de espera, de no mínimo três minutos, para o calor pasteurizar o frasco antes de ser lavado.

   Após o envase, aconselha-se passar as garrafas cheias e fechadas por uma cuba de água quente (mergulho) ou através de jatos de água quente em túneis, para a remoção de eventuais respingos de catchup aderentes ao exterior da garrafa. Se esses respingos secarem, sua remoção é muito mais difícil.

   O catchup também é acondicionado em embalagens institucionais de 5 kg, que são utilizadas por bares, restaurantes, hotéis e similares. As latas são enchidas por dosadoras semi-automáticas ou manuais, sendo que no último caso o peso deve ser controlado após o enchimento. A recravação geralmente é semi-automática devido ao tamanho do recipiente. Depois, as latas são invertidas para pasteurização das tampas e, depois de três minutos, são resfriadas.

Resfriamento

O resfriamento é feito geralmente por aspersão de água até que as latas ou recipientes que contenham o produto atinjam a temperatura interna de 38-40ºC.

Rotulagem

A rotulagem pode ser manual ou automática, dependendo do porte da empresa. O rótulo deve apresentar a data de fabricação, ou a mesma pode ser gravada no próprio recipiente, se for o caso.

Encaixotamento

As embalagens são acondicionadas em caixas de papelão, as quais também devem ser identificadas com a data de fabricação e o lote para controle e verificação da partida. As caixas são então empilhadas em pranchas de madeira para armazenamento.

Estocagem

A estocagem deve ser feita em local adequado, isto é, em ambiente fresco, seco e arejado. São efetuados testes para controle da qualidade do produto final, bem como do intermediário, para ver se o mesmo se encontra de acordo com as normas estabelecidas pela legislação e especificações do produto, estabelecidas pela própria empresa.

   Algumas das análises são: acidez, salinidade, pH, sólidos solúveis, consistência, fungos, peso líquido, vácuo e cloro residual livre (água de resfriamento).

  1. Bibliografia

    1. UFRGS, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Evaporação. Disponivel em: www.ufrgs.br/Alimentus/feira/opconser/opc_evapor.htm. Acesso em 10 Out 2005.

    2. UFRGS, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Catchup. Disponivel em: : http://www.ufrgs.br/Alimentus/feira/prhorta/catchup/tfluxogr.htm. Acesso em 10 Out 2005.

Faculdade de Ciências Farmacêuticas

Relatório de Física Industrial – FBT 415

Aula Prática de Concentração

Alunos:

André Marangon

Claudio Gonçalves

Fernando Barion

Flavia Cunha

Victor Martins

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