Congelamento modificado de alimentos

Orientador: Vivaldo Silveira Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: O processo de congelamento de alimentos depende de uma série de fatores como composição, forma e propriedades termo-físicas do produto, e também das condições operacionais do processo, como velocidade e temperatura do meio, potência de resfriamento e capacidades dos equipamentos envolvidos. Estes fatores tornam o processo bastante complexo, sendo difícil fazer estimativas quanto a condições operacionais e duração. Em geral, as condições dos processos e equipamentos são superdimensionadas, visando a obtenção de um produto de qualidade, o que torna a operação muito custosa em termos energéticos. Levando isso em conta, é desejável o desenvolvimento de um sistema que permita a redução do consumo de energia, sem depreciar a qualidade do produto. Para tanto, propõe-se aplicar uma estratégia de alteração das condições operacionais em cada etapa do processo de congelamento (resfriamento, congelamento e têmpera), mediante a modificação da temperatura e vazão do ar. Foi estudado o processo de congelamento, em túnel com ar forçado, de morangos frescos acondicionados em caixas. As propriedades termo-físicas dos morangos foram estimadas por modelos matemáticos, levando em conta a composição do produto e a temperatura em que este se encontra ao longo do processo. A partir das propriedades, foi determinada a capacidade térmica a ser removida e foi realizada a predição do tempo de processo para cada etapa. Foram determinadas equações que regem o comportamento do compressor e ventilador do sistema de refrigeração, obtendo seus consumos energéticos em função das condições de processo. Foi avaliado o tempo de processo e consumo energético em cada etapa em função da temperatura e vazão do ar na câmara de congelamento. Observou-se que a variação da vazão do ar tem pouca influência no consumo energético do sistema, embora afete o tempo de processo, sendo que, na faixa estudada, quanto maior a vazão do ar, menor o tempo de processo. A temperatura do ar afetou tanto o consumo quanto os tempos das etapas, sendo que, quanto menor a temperatura, maior o consumo e menor o tempo. Foram então escolhidas as condições de operação para cada etapa que resultassem no melhor desempenho global do sistema. Para a operação com vazão de ar de 2000 m³ h-1, os melhores resultados foram obtidos com temperaturas do ar de -7 ºC para a etapa de resfriamento, -27 ºC para o congelamento, e -24 ºC para a têmpera. Foi possível obter uma redução percentual de 5,9% no consumo energético, quando comparado com o processo global em condição única na temperatura de -27 ºC. Foi observado aumento do tempo de 30,2% nessas condições, porém sem afetar o tempo da etapa crítica do processo (congelamento). A estratégia proposta mostrou bons resultados para o processo em questão, e apresenta potencial para o uso em diferentes produtos e equipamentos, mediante as devidas alterações na metodologia Abstract: The freezing process of food products depends on product¿s composition, shape and thermophysical properties, and also on the operating conditions, such as air speed, temperature, system power and capacity. These factors enhance the process complexity and make the freezing rates difficult to estimate. In order to obtain a high quality product, the operations involved in freezing processes use to be overdimensioned, increasing the energetic costs. Thus, the development of a system which allows a reduction in energy consumption, and also the maintenance of product quality, is essential. Therefore, a strategy of operating condition modification in each stage of the process (pre-cooling, freezing step and sub-cooling) is proposed, regarding air flow rate and temperature change. The freezing of strawberries placed in boxes in a forced air tunnel was studies. Thermo-physical properties of the strawberries were estimated by mathematical models, considering product composition and temperature thru the process. The thermal load was determined, and the prediction of freezing time at each stage was made. Behavior equations of the refrigeration system (compressor and fan) were determined, making it possible to calculate the energy consumption at each operating condition. Time and energy consumption behaviors, due to air temperature and flow rate conditions in the tunnel, were evaluated. The air flow rate variation showed no significant effect on the energy consumption, although it did affect time process: at the studied range, the higher the flow rate, the lower the time. Air temperature affected both energy consumption and time, enhancing consumption and reducing time as it decreases. The best operating conditions for each stage were chosen, regarding system global performance. Considering an air flow rate of 2000 m³ h-1, the best results were obtained when air temperatures were -7 ºC at the pre-cooling stage, -27 ºC at the freezing step and -24 ºC at the sub-cooling stage. A reduction of 5.9% on energy consumption was achieved, comparing to the global process at a single condition of -27 ºC. A rise of 30.2% on process time was observed in such conditions; however, it did not affect the process time at the critical stage (freezing step). The proposed strategy did produce good results for the studied process, and it shows potential to be applied on different products and equipment with appropriate changes in the methodology Mestrado Engenharia de Alimentos Mestra em Engenharia de Alimentos CAPES