Como fazer uma sopa melhor – com matemática
Uma prática comum para designers de trocadores de calor é o uso das mesmas ferramentas de cálculo tradicionais para alimentos com e sem partículas. O problema é que a presença de partículas muda a dinâmica de fluxo e calor significativamente em um trocador de calor. Uma nova pesquisa feita pela Tetra Pak investigou exatamente como as partículas afetam a transferência de calor.
A pesquisa mostra que algumas fórmulas convencionais podem resultar em desvios de até 12 °C entre a temperatura de saída calculada e a temperatura medida real do alimento com partículas que sai de um trocador de calor. Para evitar isso, o trocador de calor geralmente é superdimensionado.
Por outro lado, se a temperatura real é muito maior do que a esperada, o alimento com partículas pode ser parcialmente destruído, ocorrendo perda de sabor e cor. Em termos de custos de investimento, o trocador de calor pode ser superdimensionado para sua finalidade e isso é um desperdício de dinheiro e espaço.
A pesquisa, que foi realizada ao longo de mais de dois anos no Centro de desenvolvimento de produto da Tetra Pak em Lund, na Suécia, envolveu um grupo de cerca de 10 especialistas, incluindo um professor externo e associados de pesquisa especializados na transferência de calor da Universidade de Lund. Diferentes tipos de alimentos com partículas foram testados, como preparações com manga, concentrados de sopa, chutneys e pastas de cenoura.
As descobertas mostraram claramente como o coeficiente da transferência de calor varia na presença de partículas. Como esperado, as partículas realmente melhoram a mistura nos tubos e, portanto, aumentam o coeficiente geral de transferência de calor na fase líquida.
Uma ferramenta para otimizar o design do processo
Agora, a influência das partículas foi quantificada, e a Tetra Pak conseguiu elaborar uma nova fórmula de coeficiente de transferência de calor para partículas e uma nova ferramenta de cálculo para alimentos com partículas. A nova ferramenta se chama PartCalc e foi validada por dados experimentais. Agora ela é usada para ajudar os clientes a otimizar seu design de processo para alimentos com partículas.
Os experimentos da Tetra Pak mostram que a temperatura do líquido da transportadora de uma variedade de alimentos com partículas que sai de um trocador de calor, conforme calculada pela PartCalc, tem um desvio de menos de 3 °C em média em relação à temperatura real. Essa é uma melhoria considerável em cálculos tradicionais e oferece uma boa correlação com as temperaturas reais, permitindo que a Tetra Pak dimensione com mais precisão os sistemas de trocador de calor para alimentos com partículas.
Os benefícios potenciais para o setor de processamento de alimentos incluem:
» Melhor qualidade com segurança de alimentos garantida
» Redução dos custos operacionais e de manutenção
» Redução das perdas de produtos
» Redução da pegada ecológica
Otimização do tratamento térmico de alimentos com partículas
Otimização do tratamento térmico de alimentos com partículas
Eliminar a adivinhação
"O coeficiente que expressa a eficiência da transferência de calor da parede para o líquido era conhecido, mas o coeficiente entre o líquido e a partícula não era", ela acrescentou. "As pessoas faziam adivinhações sobre isso ou eram forçadas a fazer testes individuais com cada produto particulado para resolver esses cálculos. Porém, com o trabalho de pesquisa que realizamos recentemente e apresentamos no white paper, agora temos modelos para saber como esse coeficiente de transferência de calor muda, dependendo do tamanho da partícula, da concentração da partícula e da viscosidade do líquido".
Saiba as últimas novidades aqui.
Faça download do nosso white paper, As últimas novidades sobre o tratamento térmico de alimentos particulados, janeiro de 2016, que contém novas descobertas da Tetra Pak e mais sobre a nova fórmula da Tetra Pak para calcular o coeficiente de transferência de calor.
