EVAPORAÇÃO. Profa. Marianne Ayumi Shirai EVAPORAÇÃO

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Londrina Operações Unitárias na Indústria de Alimentos EVAPORAÇÃO Profa. Marianne Ayumi Shirai EVAPORAÇÃO É a remoção parcial da água de mistura de líquidos, por meio de fervura e liberação do vapor d água; Aumenta o número de sólidos da mistura e aumenta sua durabilidade pela diminuição da atividade de água; Pré-concentração de alimentos antes de secagem, congelamento ou esterilização; Economiza energia nas operações subsequentes e reduz custos de transporte, armazenamento e distribuição. 1

2 EVAPORAÇÃO Consome mais energia que concentração por membrana ou por congelamento, mas apresenta maior grau de concentração; EVAPORAÇÃO Alterações na qualidade dos componentes da mistura são minimizadas pelo projeto e operação do equipamento; O processo pode ser conduzido à vácuo. 2

3 TEORIA Durante a evaporação, ocorre a transferência de calor sensível do vapor para a mistura para elevar a temperatura até seu ponto de ebulição; O calor latente de vaporização é fornecido pelo vapor para formar bolhas de vapor que deixam a superfície do líquido em ebulição; A taxa de evaporação é determinada pela taxa de transferência de calor no interior da mistura e pela transferência de massa de vapor da mistura. FATORES QUE INFLUENCIAM A TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Diferença de temperatura entre o vapor d água e o líquido em ebulição Aumentar a pressão e a temperatura do vapor Reduzir a temperatura de ebulição do líquido sob vácuo parcial Depósitos nas superfícies de transferência de calor Incrustações => reduzem a taxa de transferência de calor Diferença de temperatura, viscosidade e composição química do alimento 3

4 FATORES QUE INFLUENCIAM A TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Filmes-limite Principal resistência de troca térmica viscosidade concentração sólidos => nº Reynolds e troca térmica Espessura reduzida por correntes de convecção e por turbulência Sólidos dissolvidos Quanto mais concentrada a solução, maior será seu ponto deebulição; Diagrama de Dühring: PE da solução em diferentes concentrações frente ao PE do solvente puro na mesma pressão 4

5 FATORES QUE INFLUENCIAM A TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Altura hidrostática do líquido Aumento da Temperatura de Ebulição (pressão exercida pelo peso do líquido) Formação de espuma e arraste de líquido de vapor Causam perda de produto Separação ineficiente entre vapor e concentrado Fina névoa de concentrado é produzida durante a fervura violenta, sendo carregada pelo vapor ECONOMIA DE ENERGIA Alta quantidade de energia: 2257 kj/kg de água evaporada a 100 C; A economia pode ser melhorada com cuidados no projeto e na operação do equipamento e pelo planejamento cuidadoso do uso de energia; Regeneração de calor contido nos vapores produzidos pela fervura de alimentos Recompressão de vapor: compressor ou válvula venturi Pré-aquecimento: Vapor condensado utilizado na caldeira ou no aquecimento do licor de alimentação Evaporação de múltiplo efeito: O vapor d água de um efeito é usado diretamente como meio de aquecimento do seguinte 5

6 CONSUMO DE VAPOR COM RECOMPRESSÃO DE VAPOR E EVAPORAÇÃO DE MÚLTIPLO EFEITO Consumo de vapor (kg/kg de água evaporada) Nº de efeitos Sem recompressão de vapor Com recompressão de vapor 1 1,1 0,6 2 0,6 0,4 3 0,4 0,3 EQUIPAMENTOS Os evaporadores consistem em: Trocador de calor Um meio para separar o vapor produzido Uma bomba de vácuo mecânica ou ejetor de vapor A seleção de equipamentos deve considerar: Capacidade de produção (kg de água removidos/hora) Grau de concentração requerido (% sólidos secos) Sensibilidade ao calor do produto em relação ao tempo de permanência à temperatura de evaporação Necessidade de recuperação de voláteis Facilidade de limpeza Segurança e simplicidade de operação Custos de investimentos e operação em relação à capacidade e à qualidade do produto 6

7 EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO NATURAL Tacho aberto Tacho fechado EVAPORADORES DE TUBOS CURTOS HORIZONTAIS E VERTICAIS Vídeo: VH81LuYIMSDUbUfGpka 7

8 EVAPORADORES EXTERNOS TIPO CALANDRA EVAPORADORES DE PELÍCULA ASCENDENTE E DESCENDENTE Vídeo: 8

9 EVAPORADORES DE PLACA EVAPORADORES DE FLUXO EXPANDIDO Vídeo: 9

10 EVAPORADOR DE MÚLTIPLO EFEITO EVAPORADORES DE MÚLTIPLO EFEITO ALIMENTAÇÃO DIRETA ALIMENTAÇÃO INVERSA 10

11 EVAPORADORES DE MÚLTIPLO EFEITO ALIMENTAÇÃO PARALELA ALIMENTAÇÃO MISTA EFEITO NOS ALIMENTOS Perda de componentes voláteis (aroma); Redução das características sensoriais da maioria dos concentrados; A perda de voláteis desagradáveis melhora a qualidade do produto (ex. cacau e leite); Alguns voláteis podem ser recuperados e retidos no produto: Por condensação do vapor e destilação fracionada Pela retirada de voláteis do licor de alimentação com gás inerte e readição depois da evaporação 11

12 EFEITO NOS ALIMENTOS Perda de nutrientes; Escurecimento Aumento na concentração de sólidos; Redução da atividade de água que promove mudanças químicas (reação de Maillard). Solução: tempo de residência mais curtos e temperaturas de ebulição mais baixas produzem concentrados com uma boa retenção da qualidade nutricional e sensorial. EXERCÍCIO 1) Suco de maçã com concentração inicial de sólidos de 11% é concentrado em um evaporador de único efeito até 75% de sólidos. O suco é alimentado no evaporador a vazão mássica de 0,67 kg/s. Os valores de calor específico do suco diluído e concentrado são de 3,9 e 2,3 kj/kg. C, respectivamente. A pressão de vapor é de 304,42 kpa e a temperatura de alimentação do suco é de 43,3 C. A temperatura de ebulição é de 62,2 C e o coeficiente global de transferência de calor é de 943 W/m 2 C. Calcule as vazões mássicas do suco concentrado e do vapor gerado e a economia de vapor do processo. 12

13 EXERCÍCIO 2) Leite contendo 3,7% de gordura e 12,8% de sólidos totais é evaporado para produzir um produto contendo 7,9% de gordura. Qual o rendimento de produto de 100 kg de leite e qual é a concentração de sólidos totais no produto final, assumindo que não hajam perdas durante o processo? 13