Transferência de calor e distribuição do tempo de residência no processamento térmico de alimentos líquidos por micro-ondas

• Processo: 24/23364-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos - Engenharia de Alimentos
• Pesquisador responsável: Jorge Andrey Wilhelms Gut
• Beneficiário: Maria Luiza Pequeno Cláudio
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Alimentos Micro-ondas Modelos matemáticos Pasteurização Tratamento térmico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Alimentos | Micro-ondas | modelagem matematica | Pasteurização | tratamento térmico | Tratamento térmico

Resumo

A eletrificação de processos industriais de aquecimento, associada ao uso de fontes renováveis e limpas de energia elétrica, tem potencial para a redução de emissões e aumento de eficiência energética. A irradiação por micro-ondas é uma eletro-tecnologia promissora e comercialmente viável para a indústria de alimentos. Nesse contexto, um aplicador de micro-ondas para aquecimento em fluxo contínuo de alimentos líquidos foi desenvolvido em uma parceria USP/IMT com apoio financeiro FAPESP e CNPq. Uma linha de processamento assistido por micro-ondas está em montagem para o tratamento térmico de produtos como sucos e polpas. O produto escoa em tubos helicoidais ou espiralado no aplicador de micro-ondas, no tubo de retenção e no resfriador. No escoamento laminar helicoidal, há a formação de vórtices que promovem a mistura radial e redução da dispersão no tempo de residência, características importantes para o processo. Com este projeto objetiva-se desenvolver a modelagem matemática do processo de pasteurização (aquecimento, retenção e resfriamento) considerando distribuição unidimensional e bidimensional de temperatura do produto levando em consideração características do escoamento helicoidal, como um uso de um fator de aumento da difusividade térmica radial e achatamento do perfil de velocidade no tubo (modelo y-laminar). Experimentos de distribuição do tempo de residência (DTR) e de processamento utilizando um alimento simulado para vazões entre 0,5 e 2,0 L/min e temperaturas entre 50 e 90 °C permitirão o ajuste de parâmetros dos modelos, correlacionados com as condições experimentais. A alimento simulado é constituído de água, sacarose, cloreto de sódio e carboximetl celulose (CMC) com uma composição que mimetize propriedades dielétricas, reológicas e termofísicas de um suco ou polpa. Os modelos consolidados serão testados em ensaios de validação, sendo analisados quanto à confiabilidade, facilidade de uso e aplicação prática. Simulação permitirá a análise do processo quanto à distribuição de temperatura do produto e o consequente efeito sobre inativação de enzimas e micro-organismos e efeitos deletérios sobre parâmetros de qualidade. A interação com pesquisadores do grupo permitirá um estudo de caso de simulação de um alimento real, e ajustes do modelo da cavidade de micro-ondas quanto à distribuição da taxa de geração de calor. Resultados dessa pesquisa contribuirão para o desenvolvimento dessa tecnologia que pode beneficiar pequenos e médios produtores.