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CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS POR EVAPORAÇÃO
A evaporação consiste em concentrar os alimentos líquidos por ebulição,
aumentando a concentração dos sólidos totais para reduzir a aw, contribuindo para a
conservação.
CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS POR EVAPORAÇÃO
Concentração de líquidos antes da aplicação de outras operações (desidratação, congelamento,
esterilização): facilita o processamento e proporciona considerável economia de energia.
Redução do peso e do volume dos alimentos para facilitar e baratear os custos de transporte,
armazenamento e distribuição.
Facilitar o uso e diversificar a oferta de produtos.
EVAPORAÇÃO
Fundamentos
A evaporação, como procedimento de eliminação da água por ebulição, necessita de
um meio de aquecimento que transmita o calor requerido para a mudança de estado.
Na indústria alimentícia, normalmente utiliza-se como fluido calefator vapor d’água saturado (vapor primário), que condensa cedendo ser calor latente
ao produto que se evapora.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
A força motriz da transferência calórica no trocador de calor de um evaporador é a diferença de temperatura entre o meio de aquecimento e o
líquido a evaporar (∆T).
Utilizando o mesmo fluido calefator, os evaporadores que trabalham em pressão reduzida apresentam maior diferença de temperatura (devido à queda do ponto de
ebulição do líquido processado).
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
Depósito de resíduos nas superfícies do trocador de calor e formação de crostas:
favorecido por elevadas temperaturas e baixa velocidade de fluxo do líquido.
Alimentos propensos a sofrer problemas de desnaturação e precipitação de componentes
são processados em evaporadores de circulação forçada.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
Película superficial: cria-se em torno da superfície de aquecimento do evaporador, constituindo a maior
resistência à transmissão de calor.
Viscosidade do alimento: os coeficientes de transferência de calor e a velocidade de circulação dos líquidos no evaporador diminuem com o aumento da
viscosidade. À medida que avança a evaporação, diminui a velocidade de transferência de calor.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
Formação de espuma estável: é favorecida pela presença de proteínas e carboidratos no
alimento. A espuma, além de diminuir a transferência de calor, dificulta a separação de
vapor e favorece que esse arraste parta do concentrado em forma de finas gotículas.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
Pressão externa: um líquido ferve quando a pressão de vapor que exerce é igual a pressão
externa a que está submetido.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
Concentração de solutos dissolvidos: no evaporador, o ponto de ebulição do líquido tratado
aumenta à medida que cresce a concentração.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia
Pressão hidrostática: a temperatura de ebulição do líquido tratado em um evaporador varia
conforme a profundidade. Em qualquer nível abaixo da superfície livre, é necessário, para
iniciar a ebulição, que se ultrapasse a pressão do meio e a correspondente à que é exercida pela
coluna do líquido situada acima do nível considerado (pressão ou cabeça hidrostática).
EVAPORAÇÃO
Efeitos nas propriedade dos alimentos
Ajustar os equipamentos de modo que as temperaturas de ebulição se mantenham baixas e os tempos de permanência do produto nas zonas
de aquecimento sejam curtas.
Emprego de evaporadores que operam a pressões reduzidas e permitem grande
desenvolvimento superficial.
EVAPORAÇÃO
Efeitos nas propriedade dos alimentos
Perda de aroma: a maioria dos compostos responsáveis pelo aroma e, em alguns casos,
pelo sabor dos alimentos é mais volátil do que a água. Em alguns casos, essa perda pode ser
benéfica, ao se eliminarem voláteis desagradáveis (cacau, leite).
EVAPORAÇÃO
Efeitos nas propriedade dos alimentos
Mudanças de cor: os alimentos evaporados geralmente apresentam cor mais intensa: aumento da concentração dos sólidos e a
diminuição da aw favorece algumas reações químicas (escurecimento não-enzimático).
EVAPORAÇÃO
Equipamentos e aplicações
1. O trocador de calor, que permite a transmissão de calor entre o fluido calefator e o alimento.
Elementos básicos
Podem ser tubulares, placas, cônico.
EVAPORAÇÃO
Equipamentos e aplicações
Elementos básicos
2. O separador, no qual o vapor é separado da fase líquida concentrada.
Podem ser simplesmente espaços que possibilitem ao vapor secundário se separa do líquido concentrado.
Algumas instalações apresentam os chamados separadores de arraste.
EVAPORAÇÃO
Equipamentos e aplicações
Elementos básicos
3. O condensador, que permite eliminar o vapor d’água em forma de condensado. Nos sistemas
que operam com pressão atmosférica, esse elemento pode ser omitido.
Equipamentos e aplicações
Elementos auxiliares
EVAPORAÇÃO
Nos sistemas que operam com pressão reduzida, requer-se um equipamento adicional que inclui, além dos condensadores de vapor,
as correspondentes bombas de vácuo ou ejetores de vapor.
Equipamentos e aplicações
Elementos auxiliares: bombas de vácuo e ejetores de vapor
EVAPORAÇÃO
O equipamento de vácuo é responsável pela eliminação do sistema de gases não-condensáveis.
Diagrama de ejetor de jato de vapor de
fase única
Equipamentos e aplicações
Elementos auxiliares: coletores de condensado e purgadores
EVAPORAÇÃO
Esses elementos são essenciais para que a transferência de energia seja adequada nos
trocadores de calor.
Dispositivos que permitem controlar a saída dos condensados do vapor primário e dos gases inertes.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
A eliminação da água dos alimentos por evaporação requer aporte considerável de energia (2,257 kJ por kg de água evaporada a 100 oC), que
geralmente é proporcionado com vapor d’água.
Os métodos para a conservação da energia nos sistemas de evaporação baseiam-se
justamente no aproveitamento de calor contido no vapor extraído do alimento.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Efeitos múltiplos: consiste em conectar diversos evaporadores (efeitos) entre si, de forma que o vapor
secundário produzido em um deles seja utilizado como vapor primário (ou fluido calefator) em outro, e
assim sucessivamente.
Evaporadores de efeito múltiplo.
Métodos de alimentação:
a) concorrente, b) em contracorrente,
c) em paralelo e d) mista.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Alimentação para frente ou concorrente: é o procedimento mais simples, barato e fácil de manejar, já que não necessita de bombas de
alimentação entre os diferente efeitos. O avanço do líquido e o aproveitamento do vapor produzido
realizam-se no mesmo sentido.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Alimentação para frente ou concorrente: o vapor secundário tem energia apenas para permitir que o líquido ferva a uma temperatura inferior à do efeito
do qual procede, e a concentração do líquido aumenta ao avançar pelos efeitos, é necessário que
o sistema funcione a pressões progressivamente mais baixas.
Funcionamento de evaporador de efeito triplo com alimentação para frente. F, alimentação; Vv, vapor
primário; V, vapor secundário; q, calor transmitido; P, pressão; t, temperatura; Ac, condensado; P, produto.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Alimentação para trás ou contracorrente: o avanço do líquido tratado e o aproveitamento do vapor
liberado realizam-se em sentido contrário. Aquece-se o alimento mais diluído com vapor procedente de um efeito no qual se tratou produto mais concentrado, e
assim sucessivamente.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Alimentação em paralelo: é indicado para a cristalização de alguns produtos, pois dispensa o uso
de bombas para ser transversado. O produto é levado a termo em cada efeito, embora o vapor
liberado passe de um efeito a outro.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Alimentação mista: é utilizado nas instalações com grande número de efeitos. Trata-se de uma combinação da alimentação para frente (nas
primeiras etapas da evaporação) e de contracorrente (nas últimas fases da concentração).
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Recompressão mecânica do vapor: é outra forma de aproveitamento do vapor secundário. Trata-se de
aumentar a pressão e, conseqüentemente, a temperatura de condensação do vapor secundário procedente de um evaporador para prosseguir a
evaporação do produto. A recompressão pode ser feita utilizando bomba mecânica ou recorrendo ao
compressor de jato de vapor.
Evaporador de vários efeitos com outros sistemas de
aproveitamento de energia. a) Evaporador de dois efeitos
e termocompressor: 1. Preaquecedor 1; 2.
Preaquecedor 2; 3. Primeira etapa de evaporação; 4. Separador de vapor. 1a.
Etapa; 5. Segunda etapa de evaporação; 6. Separador de
vapor, 2 ª etapa; 7. Termocompressor.
b) Evaporador de três efeitos com compressão mecânica:
1. Termocompressor; 2. Bomba de vácuo; 3.
Compressor de vapor.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
Preaquecimento: uma forma simples de conservação energética na evaporação consiste em
utilizar o vapor secundário do evaporador para pré-aquecer o alimento antes de iniciar seu processamento. Esse procedimento permite incrementar entre 5 e 10% a capacidade do
evaporador seguinte.
Métodos de evaporação mais empregados na indústria alimentícia
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de circulação natural
Evaporadores de circulação forçada
Evaporadores de baixa temperatura,
de ciclo de refrigeração ou de bomba calorífica
EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO
NATURAL
1. Evaporadores abertos e fechados
2. Evaporadores de tubos curtos ou de tubo e carcaça
Evaporadores de tubos curtos horizontais
Evaporadores de tubos curtos verticais
3. Evaporadores de tubos longos
Evaporadores de tubos longos de película ascendente
Evaporadores de tubos longos de película descendente
Evaporadores de película ascendente-descendente
4. Evaporadores de calandra externa
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
O movimento do líquido tratado deve-se às correntes de convecção e à força de ascensão das borbulhas de vapor, que o arrastam ao longo do trocador de
calor. A separação do vapor do líquido é favorecida pelo movimento centrífugo do produto, ocorrendo na
zona superior do evaporador.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
Recipiente de forma esférica que se aquece com gás, com resistência elétrica ou com vapor d’água que circula por uma serpentina ou por uma camisa externa.
Evaporadores abertos e fechados
Em alguns casos (evaporadores fechados), possuem uma tampa que lhes permite funcionar a vácuo.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
São utilizados na elaboração de sopas, concentrados de polpa de tomate, molhos variados, marmeladas e produtos de confeitaria e similares.
Evaporadores abertos e fechados
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
Constam de recipiente ou carcaça com trocador de tubos em sua parte inferior.
Evaporadores de tubos curtos ou de tubo e carcaça
Os evaporadores de tubos curtos verticais costumam ser utilizados para a concentração de xaropes (solução de açúcar de cana, de beterraba, glicose), extrato de
malte, sal e suco de frutas.
Evaporadores de tubos curtos: a) evaporador de tubos curtos horizontais; b) evaporador de tubos curtos verticais; e c) evaporador de tubos de cesta.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
São formados por uma câmera vertical provida de trocadores de calor de tubos verticais com 2,5 a 5,0 cm
de diâmetro e 3 a 15 m de altura. Esse tipo de evaporador pode ser de película ascendente ou
descendente, dependendo da disposição da entrada de líquido no trocador de calor.
Evaporadores de tubos longos
Evaporadores de tubos longos: a) evaporador de tubos longos de película descendente; b) evaporador de tubos longos de película ascendente-descendente.
Ebulição no interior do evaporador de tubos longos de película ascendente.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
Caracterizam-se geralmente por tempo curto de permanência na zona de aquecimento, por altos
coeficientes de transferência de calor e por grande eficácia energética.
Evaporadores de tubos longos
São indicados para o tratamento de produtos sensíveis ao calor, como na elaboração de sucos
cítricos, de produtos lácteos, de extratos de leveduras e na fabricação do amido.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
Sua característica é que o sistema de separação de vapor secundário é externo à calandra.
Evaporadores de calandra externa
EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO
FORÇADA
1. Evaporadores de placas
2. Evaporadores de fluxo expandido
3. Evaporadores de película mecânica ou rotatórios
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Forçada
Possuem bombas centrífugas (para líquidos menos viscosos), bombas de deslocamento positivo (para
líquidos de maior viscosidade) ou diversos dispositivos (como uma hélice impulsora nos evaporadores de
cristalização) que distribuem o líquido no interior do trocador de calor e aumentam a velocidade de fluxo ao
longo das superfícies de aquecimento.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
Utilizado para alimentos termossensíveis, como extratos de leveduras, produtos lácteos e
extratos de carne.
Evaporadores de placas
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
O intercâmbio calórico realiza-se sobre cones invertidos sobrepostos. Operam a vácuo.
Evaporadores de fluxo expandido
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
Dispõem de um sistema mecânico que permite distribuir o líquido a ser evaporado em
fina película.
Evaporadores de película fina mecânica ou rotatórios
Evaporadores de película fina mecânica:
a) evaporador de película fina; e
b) evaporador de superfície varrida
horizontal.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
São muito adequados para alimentos termossensíveis, viscosos e com tendência a formar espuma ou a aderir às superfícies quentes (polpa e suco de algumas frutas, massa de tomate, estrato
de carne, cremes de cacau e café).
Evaporadores de película fina mecânica ou rotatórios
Em geral, utilizam-se como evaporadores de acabamento de produtos previamente concentrados
em outro tipo de instalações.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de baixa temperatura, de ciclo de refrigeração ou de bomba calorífica
Esses equipamentos trabalham a baixa pressão, conseguido temperaturas de ebulição muito baixas, da ordem de 20 oC, e tempos de evaporação curtos.