Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

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Tese de doutoramento. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-28T14:43:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_MariaAssimaBittar_D.pdf: 6337689 bytes, checksum: 421becd48dddc4a2253ca048c37f690f (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A aplicação de reatores aír-lift em tratamento de águas residuárias é muito atrativa, pois estes reatores apresentam em relação aos convencionais, altas taxas de transferência de oxigênio do ar para água, com grande possibilidade de tratar águas com altas concentrações de carga poluidora com custos moderados. A utilização de venturis e bombas centrífugas para promover a aeração de reatores aír-lift, como forma de evitar o uso de compressores que são máquinas caras, pode tornar o uso destes reatores mais vantajoso, já que eles são equipamentos de custo baixo em comparação aos compressores. O objetivo deste trabalho foi estudar a utilização de venturi no tubo de alimentação de um do reator aír-lift, como forma de promover a aeração do mesmo, bem como determinar o coeficiente e a eficiência de transferência de massa da unidade de aeração. Com o objetivo de aumentar o coeficiente de transferência de massa, foram inseridas no tubo de alimentação do reator peças para reduzir a área de seção transversal do tubo, de forma a provocar o cisalhamento do líquido e bolhas de ar em circulação e conseqüentemente, aumentar a área interfacial de transferência de massa. Os experimentos foram realizados com vazões diferentes de líquido e ar, em três temperaturas com e sem a inserção das peças para promover o cisalhamento da mistura, no tubo de alimentação do reator. As medidas de concentração de oxigênio dissolvido foram realizadas através de eletrodo específico. Em algumas condições experimentais, com o uso de peças cisalhantes no tubo de alimentação do reator, o valor do coeficiente de transferência de oxigênio dobrou e a eficiência da unidade de aeração atingiu valores ao redor de 1,5 kg O2/kWh para água. Embora os experimentos tenham sido direcionados para estudar a transferência de oxigênio para a água, outras aplicações como carbonatação de bebidas, sulfitação de caldo de cana, etc. podem ser implementadas por este sistema. / Abstract: The application of air-lift reactors in wastewater treatment is very attractive, when compared to the conventional ones, as they show high air to water oxygen transfer rates from, with great possibility of treating wastewater with high pollutants concentration with moderate costs. The use of venturis and centrifugal pumps as means of promoting air-lift reactors aeration, as a form of avoiding compressors use which are expensive machines, can turn the use of these reactors more advantageous, since those are equipments of low cost in comparison with the compressors. In this sense, this work aims at studing the effect of application of a venturi in the feeding tube of the air-lift reactor, as a form of promoting its aeration, as well as to determine the mass transfer coefficient and efficiency of the aeration unit. With the purpose of increasing the mass transfer coefficient, pieces were inserted in the reactor' s feeding tube to reduce its section area and promote the liquid and air bubbles shearing and, consequent1y, to increase the interfacial area of mass transfer. The experiments were accomplished with different liquid and air rates in three different temperatures, with and without shearing pieces into the feeding tube. The dissolved oxygen concentration were measured by means of a polarograph probe. In some experimental conditions, with the use of shearing pieces in the reactor' s feeding tube, the value of the oxygen transfer coefficient doubled and the aeration unit efficiency reached values up to 1,5 kg O2/kWh for water. Although the experiments had been made to study the air to water oxygen transfer, other applications like carbonation of beverages, cane juice sulphiting, etc can be done by this system. / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Estágio realizado no CeNTI e orientado pelo Doutor Tiago Sotto Mayor / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Muitos estudos têm sido realizados para melhor compreender a transferência interna de massa na desidratação osmótica de alimentos e para modelar o mecanismo do processo. A desidratação osmótica é um processo em que os alimentos são colocados em contato com soluções concentradas de sólidos solúveis que possuem maior pressão osmótica e menor atividade da água. Assim, ocorrem dois fluxos de transferência de massa em contracorrente: perda de água do alimento para a solução e transferência de soluto da solução para o alimento. A taxa de perda de água e de incorporação de solutos depende de vários fatores: concentração, composição e temperatura da solução osmótica, nível de agitação da solução, geometria e dimensão da amostra e razão mássica entre solução osmótica e produto. O objetivo deste trabalho foi modelar a cinética da difusão de água e de solutos e determinar a difusividade mássica efetiva da água, da sacarose e do NaCl, baseado na solução analítica da Segunda Lei de Fick, durante a desidratação osmótica de bananas (Musa sapientum, shum.) em diferentes concentrações de soluções ternárias de sacarose/NaCl/água e em diferentes temperaturas de processo. Para a realização de cada tratamento, a temperatura (25 - 55 °C) e as concentrações de açúcar (30 - 60 % m/m) e de sal (0 - 10 % m/m) foram determinadas através de um planejamento experimental. Bananas do tipo Prata foram cortadasem cilindros de 1,8 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento. Análises de conteúdo de umidade, teor de sacarose e teor de cloretos foram realizadas. O teor de umidade foi determinado através de um método gravimétrico da AOAC; o teor de sacarose e o teor de cloretos foram determinados através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e condutividade elétrica, respectivamente. Como as condições de equilíbrio não são completamente alcançadas em 10 h de tratamento, o modelo de Peleg (1988) foi utilizado para predizer o ponto de equilíbrio, obtendo boa performance para perda de água e para incorporação de sacarose e NaCl. Os resultados mostraram que a perda de água é favorecida pelo aumento da concentração de sal e de açúcar e pelo aumento da temperatura. O modelo de difusão cilíndrico baseado na solução da Segunda Lei de Fick demonstrou ser adequado para determinar a difusividade efetiva da água e dos solutos em bananas. As variáveis do processo apresentaram grande influência sobre os valores de difusividade mássica efetiva. Os resultados mostraram que o emprego de soluções osmóticas ternárias aumenta a difusividade mássica efetiva da água, quando comparado com a utilização de soluções osmóticas binárias. Para as condições acima mencionadas, a difusividade mássica efetiva da água ficou na faixa de 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, a difusividade mássica efetiva da sacarose variou de 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 e a difusividade mássica efetiva do NaCl encontra-se entre 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1. / Studies have been carried out to better understand the internal mass transfer occurring during osmotic dehydration of foods and to model the mechanism of process. Osmotic dehydration is a water removal process, which is accomplished placing foods, such as fruits and vegetables, into concentrated solutions of soluble solids having higher osmotic pressure and lower water activity. The complex cellular structure of food could be considered as semi-permeable membrane and the difference in the chemical potential of water between the food and osmotic medium is the driving force for dehydration. Thus, two counter-current mass transfer flows in cell wall of the food take place: water loss from food to solution and solute gain from solution to food. The rate of water loss depends on several factors: the temperature and solution concentration, the level of agitation, the sample size and geometry and the solution to solid volume ratio. The objective of this work is to evaluate the effective diffusivities, based on the analytical solution of Fick's second law, for solvent and solutes transfer during osmotic dehydration of banana in ternary solutions of sucrose/NaCl/water at different concentrations and temperatures. In the set of experiments, the temperature (25 - 55 °C), sugar concentration (30-60 %) and salt concentration (0 - 10 %) of each run were set according to a central composite experimental planning. Bananas of the prata variety were cut in cylinders of 1.8 cm in diameter and 10 cm in length Analyses were conducted for moisture, sugar contents and salt contents. Moisture content was determined by heating in a drying oven according to an AOAC method. Sugar and salt content were determined by using HPLC and a conductivity meter, respectively. Since the experimental equilibrium conditions were not completely reached in 10 h osmosis of bananas, the Peleg's model was used to predict the equilibrium pointed out, which had a good performance for both water loss and solute uptake. The results showed that water loss increased with the increase of temperature and salt and sugar concentrations. Fick's unsteady state diffusion equation showed to be suitable to determine the mass effective diffusivity of water and solutes in bananas. Process variables, such as the concentration and temperature of the osmotic medium, showed strong effects on the mass effective diffusivities values. Results showed that the use of a ternary osmotic solution has enhanced the water effective diffusivity when compared to the use of binary osmotic solutions. For the above conditions of osmotic dehydration, the effective diffusivity of water was found to be in the ranged between 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, the sucrose effective diffusivity between 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 and that of NaCl between 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1.

Muitos estudos têm sido realizados para melhor compreender a transferência interna de massa na desidratação osmótica de alimentos e para modelar o mecanismo do processo. A desidratação osmótica é um processo em que os alimentos são colocados em contato com soluções concentradas de sólidos solúveis que possuem maior pressão osmótica e menor atividade da água. Assim, ocorrem dois fluxos de transferência de massa em contracorrente: perda de água do alimento para a solução e transferência de soluto da solução para o alimento. A taxa de perda de água e de incorporação de solutos depende de vários fatores: concentração, composição e temperatura da solução osmótica, nível de agitação da solução, geometria e dimensão da amostra e razão mássica entre solução osmótica e produto. O objetivo deste trabalho foi modelar a cinética da difusão de água e de solutos e determinar a difusividade mássica efetiva da água, da sacarose e do NaCl, baseado na solução analítica da Segunda Lei de Fick, durante a desidratação osmótica de bananas (Musa sapientum, shum.) em diferentes concentrações de soluções ternárias de sacarose/NaCl/água e em diferentes temperaturas de processo. Para a realização de cada tratamento, a temperatura (25 - 55 °C) e as concentrações de açúcar (30 - 60 % m/m) e de sal (0 - 10 % m/m) foram determinadas através de um planejamento experimental. Bananas do tipo Prata foram cortadasem cilindros de 1,8 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento. Análises de conteúdo de umidade, teor de sacarose e teor de cloretos foram realizadas. O teor de umidade foi determinado através de um método gravimétrico da AOAC; o teor de sacarose e o teor de cloretos foram determinados através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e condutividade elétrica, respectivamente. Como as condições de equilíbrio não são completamente alcançadas em 10 h de tratamento, o modelo de Peleg (1988) foi utilizado para predizer o ponto de equilíbrio, obtendo boa performance para perda de água e para incorporação de sacarose e NaCl. Os resultados mostraram que a perda de água é favorecida pelo aumento da concentração de sal e de açúcar e pelo aumento da temperatura. O modelo de difusão cilíndrico baseado na solução da Segunda Lei de Fick demonstrou ser adequado para determinar a difusividade efetiva da água e dos solutos em bananas. As variáveis do processo apresentaram grande influência sobre os valores de difusividade mássica efetiva. Os resultados mostraram que o emprego de soluções osmóticas ternárias aumenta a difusividade mássica efetiva da água, quando comparado com a utilização de soluções osmóticas binárias. Para as condições acima mencionadas, a difusividade mássica efetiva da água ficou na faixa de 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, a difusividade mássica efetiva da sacarose variou de 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 e a difusividade mássica efetiva do NaCl encontra-se entre 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1. / Studies have been carried out to better understand the internal mass transfer occurring during osmotic dehydration of foods and to model the mechanism of process. Osmotic dehydration is a water removal process, which is accomplished placing foods, such as fruits and vegetables, into concentrated solutions of soluble solids having higher osmotic pressure and lower water activity. The complex cellular structure of food could be considered as semi-permeable membrane and the difference in the chemical potential of water between the food and osmotic medium is the driving force for dehydration. Thus, two counter-current mass transfer flows in cell wall of the food take place: water loss from food to solution and solute gain from solution to food. The rate of water loss depends on several factors: the temperature and solution concentration, the level of agitation, the sample size and geometry and the solution to solid volume ratio. The objective of this work is to evaluate the effective diffusivities, based on the analytical solution of Fick's second law, for solvent and solutes transfer during osmotic dehydration of banana in ternary solutions of sucrose/NaCl/water at different concentrations and temperatures. In the set of experiments, the temperature (25 - 55 °C), sugar concentration (30-60 %) and salt concentration (0 - 10 %) of each run were set according to a central composite experimental planning. Bananas of the prata variety were cut in cylinders of 1.8 cm in diameter and 10 cm in length Analyses were conducted for moisture, sugar contents and salt contents. Moisture content was determined by heating in a drying oven according to an AOAC method. Sugar and salt content were determined by using HPLC and a conductivity meter, respectively. Since the experimental equilibrium conditions were not completely reached in 10 h osmosis of bananas, the Peleg's model was used to predict the equilibrium pointed out, which had a good performance for both water loss and solute uptake. The results showed that water loss increased with the increase of temperature and salt and sugar concentrations. Fick's unsteady state diffusion equation showed to be suitable to determine the mass effective diffusivity of water and solutes in bananas. Process variables, such as the concentration and temperature of the osmotic medium, showed strong effects on the mass effective diffusivities values. Results showed that the use of a ternary osmotic solution has enhanced the water effective diffusivity when compared to the use of binary osmotic solutions. For the above conditions of osmotic dehydration, the effective diffusivity of water was found to be in the ranged between 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, the sucrose effective diffusivity between 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 and that of NaCl between 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1.

Muitos estudos têm sido realizados para melhor compreender a transferência interna de massa na desidratação osmótica de alimentos e para modelar o mecanismo do processo. A desidratação osmótica é um processo em que os alimentos são colocados em contato com soluções concentradas de sólidos solúveis que possuem maior pressão osmótica e menor atividade da água. Assim, ocorrem dois fluxos de transferência de massa em contracorrente: perda de água do alimento para a solução e transferência de soluto da solução para o alimento. A taxa de perda de água e de incorporação de solutos depende de vários fatores: concentração, composição e temperatura da solução osmótica, nível de agitação da solução, geometria e dimensão da amostra e razão mássica entre solução osmótica e produto. O objetivo deste trabalho foi modelar a cinética da difusão de água e de solutos e determinar a difusividade mássica efetiva da água, da sacarose e do NaCl, baseado na solução analítica da Segunda Lei de Fick, durante a desidratação osmótica de bananas (Musa sapientum, shum.) em diferentes concentrações de soluções ternárias de sacarose/NaCl/água e em diferentes temperaturas de processo. Para a realização de cada tratamento, a temperatura (25 - 55 °C) e as concentrações de açúcar (30 - 60 % m/m) e de sal (0 - 10 % m/m) foram determinadas através de um planejamento experimental. Bananas do tipo Prata foram cortadasem cilindros de 1,8 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento. Análises de conteúdo de umidade, teor de sacarose e teor de cloretos foram realizadas. O teor de umidade foi determinado através de um método gravimétrico da AOAC; o teor de sacarose e o teor de cloretos foram determinados através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e condutividade elétrica, respectivamente. Como as condições de equilíbrio não são completamente alcançadas em 10 h de tratamento, o modelo de Peleg (1988) foi utilizado para predizer o ponto de equilíbrio, obtendo boa performance para perda de água e para incorporação de sacarose e NaCl. Os resultados mostraram que a perda de água é favorecida pelo aumento da concentração de sal e de açúcar e pelo aumento da temperatura. O modelo de difusão cilíndrico baseado na solução da Segunda Lei de Fick demonstrou ser adequado para determinar a difusividade efetiva da água e dos solutos em bananas. As variáveis do processo apresentaram grande influência sobre os valores de difusividade mássica efetiva. Os resultados mostraram que o emprego de soluções osmóticas ternárias aumenta a difusividade mássica efetiva da água, quando comparado com a utilização de soluções osmóticas binárias. Para as condições acima mencionadas, a difusividade mássica efetiva da água ficou na faixa de 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, a difusividade mássica efetiva da sacarose variou de 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 e a difusividade mássica efetiva do NaCl encontra-se entre 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1. / Studies have been carried out to better understand the internal mass transfer occurring during osmotic dehydration of foods and to model the mechanism of process. Osmotic dehydration is a water removal process, which is accomplished placing foods, such as fruits and vegetables, into concentrated solutions of soluble solids having higher osmotic pressure and lower water activity. The complex cellular structure of food could be considered as semi-permeable membrane and the difference in the chemical potential of water between the food and osmotic medium is the driving force for dehydration. Thus, two counter-current mass transfer flows in cell wall of the food take place: water loss from food to solution and solute gain from solution to food. The rate of water loss depends on several factors: the temperature and solution concentration, the level of agitation, the sample size and geometry and the solution to solid volume ratio. The objective of this work is to evaluate the effective diffusivities, based on the analytical solution of Fick's second law, for solvent and solutes transfer during osmotic dehydration of banana in ternary solutions of sucrose/NaCl/water at different concentrations and temperatures. In the set of experiments, the temperature (25 - 55 °C), sugar concentration (30-60 %) and salt concentration (0 - 10 %) of each run were set according to a central composite experimental planning. Bananas of the prata variety were cut in cylinders of 1.8 cm in diameter and 10 cm in length Analyses were conducted for moisture, sugar contents and salt contents. Moisture content was determined by heating in a drying oven according to an AOAC method. Sugar and salt content were determined by using HPLC and a conductivity meter, respectively. Since the experimental equilibrium conditions were not completely reached in 10 h osmosis of bananas, the Peleg's model was used to predict the equilibrium pointed out, which had a good performance for both water loss and solute uptake. The results showed that water loss increased with the increase of temperature and salt and sugar concentrations. Fick's unsteady state diffusion equation showed to be suitable to determine the mass effective diffusivity of water and solutes in bananas. Process variables, such as the concentration and temperature of the osmotic medium, showed strong effects on the mass effective diffusivities values. Results showed that the use of a ternary osmotic solution has enhanced the water effective diffusivity when compared to the use of binary osmotic solutions. For the above conditions of osmotic dehydration, the effective diffusivity of water was found to be in the ranged between 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, the sucrose effective diffusivity between 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 and that of NaCl between 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7701_1.pdf: 3153175 bytes, checksum: deeacbe5958e453595698eb679dc4ba8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / O estado de Pernambuco detém a quase totalidade das reservas de gipsita do Brasil. A exploração comercial destas reservas numa escala nacional não tem mais de três décadas. No início toda atividade comercial era basicamente exportar a matéria prima para ser beneficiada no sul do país, a um preço muito barato. A consciência de que era necessário agregar valor ao gesso, e a seus produtos derivados, fez com que as empresas do pólo gesseiro de Pernambuco, buscassem desenvolvimento tecnológico para processo e produtos. Numa tentativa de participar desse processo de desenvolvimento, a Universidade Federal de Pernambuco vem desenvolvendo vários trabalhos de pesquisa. Dentro deste contexto, e detectada a carência de tecnologia de secagem na elaboração dos produtos moldados de gesso, foi iniciado um processo de negociações e captação de recursos, que propiciaram o desenvolvimento deste trabalho, cujo objetivo foi de desenvolver um secador de laboratório que permita fazer secagem de placas planas de gesso. O secador é composto de um túnel de seção quadrada, de 40 cm de lado com 6m de comprimento, composto por seis módulos, dentre eles um módulo de entrada do ar, um para o tratamento do ar tendo um ventilador e um banco de resistência com a potência total de 8 KW, um módulo de laminação do fluxo de ar, e uma secção de testes para até cinco placas. Para levantar os dados sobre a secagem, foram colocados no corpo do secador, sensores de umidade, de temperatura e de pressão, e uma balança digital com 0,01g de precisão, cuja aquisição dos dados foram feitas por um sistema DataLogger, com um módulo de condicionamento de sinal de vinte canais. De modo a avaliar a secagem da placa, foram medidas a vazão de ar, o conteúdo de umidade, e a temperatura. Esta última foi medida em diversos níveis de profundidade no interior da placa, através de termopares, de modo a levantar um perfil de temperatura desta. Com exceção das medições supracitadas o peso da placa, a temperatura e umidade relativa do ar do ambiente externo, foram registrados ao longo do processo de secagem através de imagens do painel da balança e do higrotermógrafo digital, conforme será detalhado no capítulo 5. Os dados experimentais obtidos permitiram avaliar o comportamento de parâmetros importantes num processo de secagem, como a curva do conteúdo de umidade, a curva da taxa de secagem e, com o auxílio dos modelos matemáticos, comparar os tempos de secagem teóricos com os experimentais. O experimento possibilitou ainda, o cálculo da difusividade média do gesso, o conteúdo de umidade crítica, e a de equilíbrio. Os dados experimentais possibilitaram também a avaliação da influência do espaçamento entre as placas no tempo de secagem. Esses resultados certamente permitirão, a posteriori, uma comparação, ainda que qualitativa, com os resultados obtidos no processo de fabricação industrial

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009