Estudo da distribuição do tempo de residência e da transferência de calor em um trocador usado para resfriamento de alimentos líquidos

• Processo: 25/03310-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Operações Industriais e Equipamentos para Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Jorge Andrey Wilhelms Gut
• Beneficiário: João Pedro Balbino da Silva
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Engenharia de alimentos Transferência de calor Trocadores de calor
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Distribuição do tempo de residência | Engenharia de alimentos | Escoamento em tubos | Transferência de Calor | troca térmica | Trocador de Calor | Trocadores de calor

Resumo

Dados os baixos coeficientes globais de transferência de calor em trocadores de calor para aquecimento ou resfriamento de produtos em escoamento laminar, elementos de promovam a mistura, como superfícies corrugadas, misturadores estáticos ou tubos curvos, são uteis para aumento de eficiência e redução de tamanho. No escoamento helicoidal em tubos espiralados, a força centrífuga gera vórtices que promovem a mistura radial melhorando a convecção e reduzindo a dispersão na distribuição do tempo de residência (DTR), importante para escoamento reativo. Nesta pesquisa, a transferência de calor e a DTR em um trocador de calor helicoidal usado como resfriador no processamento térmico de alimentos líquidos em escala piloto, serão estudadas usando como fluidos a água e um alimento simulado com propriedades próximas a de sucos e polpas de frutas e reologia pseudoplástica (vazões entre 0,5 e 2,0 L/min). Para a DTR serão usados traçadores com resposta em condutividade elétrica ou cor, com ajuste de modelos e correlação dos parâmetros e do tempo médio de residência com a vazão. Para a transferência de calor serão realizados ensaios de resfriamento para correlação do coeficiente global de troca com as condições operacionais do trocador. Correlações ajustadas serão usadas para calcular o histórico de temperatura de uma partícula no sistema e o valor de esterilização. Será analisada a influência do escoamento helicoidal na DTR e na roca de calor em relação a um tubo reto, comparando também resultados para água e para o alimento simulado. Este estudo contribui com o projeto de pesquisa "Desenvolvimento de aplicador de micro-ondas para processamento térmico contínuo de alimentos líquidos" (FAPESP 2023/1316-4, CNPq 409472/2021-2) na etapa de validação da modelagem do processo, além de contribuir com a formação em engenharia química do proponente.