Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-12T20:27:50Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ VIEIRA DA SILVA – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 3956370 bytes, checksum: bb7bbea5e31bda7d9464ab4275ea11d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-12T20:27:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ VIEIRA DA SILVA – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 3956370 bytes, checksum: bb7bbea5e31bda7d9464ab4275ea11d2 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / CNPq / Este trabalho teve como objetivo estudar numericamente e experimentalmente a transferência de calor e massa durante a secagem de grãos de arroz em casca da cultivar BRSMG-CONAI. Um modelo matemático tridimensional transiente foi apresentado para predizer a transferência de massa e calor e simular a distribuição do teor de umidade e temperatura no interior do sólido, considerando a simetria do sólido, propriedades termofísicas e volume constantes. Foram realizados experimentos de secagem com grão de arroz em casca nas temperaturas de secagem de 40, 50, 60 e 70ºC doados pelo IPA (Instituto Agronômico de Pernambuco), localizado no município de Goiana-PE. O grão foi considerado como um elipsóide de revolução. Os resultados de teor de umidade obtido via CFD foram comparados com dados experimentais de secagem. Verificou-se que para baixas temperaturas a velocidade de secagem é menor, diminuindo os riscos de defeitos no produto e que, para temperaturas elevadas surgem altos gradientes de temperatura e umidade no interior do grão que geram tensões termo-hídricas, ocasionando grandes fissuras e trincas, principalmente no início do processo. Foram feitas comparações entre os dados teóricos e experimentais do teor de umidade médio e um bom ajuste foi obtido, que resultou na estimativa do coeficiente de difusão de massa em diversas condições de secagem. / This work aims to study numerically and experimentally heat and mass transfer during drying of rice grains (BRSMG-CONAI cultivar). A transient three-dimensional mathematical model to predict mass and heat transfer and simulate the moisture content and temperature distributions inside the solid considering solid symmetry, and constants thermophysical properties and volume is presented. Were performed drying experiments with rough rice grain in the drying temperatures 40, 50, 60 and 70°C supported by IPA (Agronomic Institute of Pernambuco), placed in Goiana-PE, Brazil. The grain was considered as an ellipsoid of revolution. Results of moisture content obtained via CFD were compared to experimental. It was found that at low temperatures the drying rate is lower, decreasing of risks in defects on the product and that for higher temperatures we have higher temperature and moisture content gradients inside the grain which generate thermal-hydric stresses, causing cracks and fissures mainly in the early stages of the process. Were made comparisons between theoretical and experimental data of average moisture content and a good fit was obtained, which resulted in the estimation of the mass diffusion coefficient in several drying conditions.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-13T15:23:53Z No. of bitstreams: 1 JOSEDITE SARAIVA DE SOUZA - TESE (PPGEP) 2014.pdf: 5001055 bytes, checksum: b013c909ca0b39d1d6548d97afc484ce (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-13T15:23:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSEDITE SARAIVA DE SOUZA - TESE (PPGEP) 2014.pdf: 5001055 bytes, checksum: b013c909ca0b39d1d6548d97afc484ce (MD5) Previous issue date: 2014-02-24 / Tecnologias inovadoras são necessárias para atender as normas de tratamento de águas produzidas cada vez mais rígidas, visto que a maioria dos processos de separação é limitada a partículas superiores a 10 m. Os processos de separação utilizando membranas cerâmicas veem despertando grande interesse da comunidade acadêmica e industrial. Mesmo assim, têm sido reportados poucos estudos, especialmente numéricos, referentes à aplicação de membranas inorgânicas na separação água/óleo. Nesse sentido, realizou-se um estudo da fluidodinâmica do escoamento de fluidos em tubos permeáveis (membrana cerâmica porosa tubular), em regime laminar. As equações de conservação de massa, momento linear e transporte de massa foram resolvidas com auxilio de uma malha estruturada usando o pacote comercial ANSYS CFX 12. A velocidade de permeação local foi determinada usando o modelo das resistências em série. A resistência específica da camada polarizada foi obtida pela equação de Carman-Kozeny. Os resultados numéricos foram comparados e avaliados utilizando-se de resultados analíticos e numéricos disponíveis na literatura apresentando boa concordância entre si. Os resultados numéricos indicam que, ao se utilizar o módulo de separação casco/membrana tubular proposto, há um favorecimento da transferência de massa e uma redução da espessura da camada limite polarizada. / Innovative technologies are needed to attend the requirements increasingly strict for produced waters treatment, whereas the most separation processes are limited to particles larger than 10 μm. Separation processes using ceramic membranes is attracting great interest from academic and industrial community. Nevertheless, it has been reported few studies, especially numerical, regarding the inorganic membranes application in the separation water/petroleum. Accordingly, a study of fluid-flow dynamics in porous tubes (tubular porous ceramic membrane) was performed, in a laminar regime. The mass, momentum and mass transport conservation equations were solved with the aid of a structured mesh using ANSYS commercial package CFX 12. The permeation velocity local was determined by using the resistance in series model. The specific resistance of the polarized layer was obtained by Carman-Kozeny equation. The numerical results were compared and evaluated using analytical and numerical results available in the literature presenting good agreement with each other. The numerical results indicate that, using the proposed separation module (shell / tube membrane), there is a mass transfer favoring and a reduction in the thickness boundary layer polarized.

Este trabalho trata de um estudo experimental da transferência de calor e de massa de um condensador evaporativo, bem como, da relação existente entre as grandezas envolvidas durante a sua operação. Para o desenvolvimento da pesquisa foi construído um condensador evaporativo de pequeno porte com dimensões proporcionais a condensadores comercialmente fabricados no Brasil para operar com R-22 como fluido refrigerante. Este condensador tem 35 colunas e 12 fileiras de tubos de cobre de 6,35 mm de externo e opera junto a uma instalação que proporciona o escoamento de R-22 por termossifao. O distribuidor de água também foi construído em cobre e o eliminador de gotas em alumínio, assim como a estrutura do condensador. As laterais e a bandeja de recolhimento de água foram construídas em vidro para permitir a visualização do escoamento da água que e aspergida sobre os tubos. A fim de variar as condições operacionais, este condensador foi acoplado a um ventilador centrifugo acionado por um conversor de freqüência e a um circuito que permitiu a variação da vazão de água aspergida sobre os tubos. Dos ensaios resultaram 79 amostras de medição, que serviram para verificar a relação existente entre grandezas, bem como avaliar os coeficientes de transferência de calor e massa. Foram determinados os coeficientes de transferência de calor médio e local para o R-22. Alem disso, foram verificadas as regiões onde ocorrem o dessuperaquecimento, a mudança de fase e o subresfriamento do fluido refrigerante, e foram confrontados os coeficientes globais de transferência de calor obtidos a partir dos dados experimentais com aqueles obtidos por correlações para as regiões de condensação e subresfriamento. Destas investigações, resultou uma correlação para o coeficiente global de transferência de calor que visa determinar esta grandeza através das condições operacionais e das características geométricas do condensador. O Maximo desvio encontrado entre os valores provenientes dos dados experimentais e aqueles calculados pela correlação foi inferior a 10%. / This work presents an experimental heat and mass transfer study of an evaporative condenser, as well as, the relationship between measured quantities obtained during its operation. A small scale evaporative condenser was built in agreement to the real size equipment geometric similarity. The small scale condenser has a bundle of 210 copper tubes, with the outer diameter equal to ¼ inch, which were arranged in 35 columns and 6 rows and operating connected to the thermosifon facility that promote R-22 flow. The spray water distributor is also built on copper and the drift eliminator on aluminum, as well as the evaporative condenser structure. This condenser bounds were constructed as a glass enclosure to allow for the spray water flow visualization. To evaluate the operational conditions, the equipment was attached to a centrifugal fan controlled by a frequency inverter and a spray water circuit which allows for water quantity changing. From the carried out tests, 79 measuring samples were obtained and used to verify the quantities relationship, as well as, to evaluate the heat and mass transfer coefficients For the R-22 were determined the local and average heat transfer coefficients. Furthermore, the dessuperheating, condensation and subcooling regions were verified and compared both, the experimental overall heat transfer coefficient and those calculated by correlations at condensation and subcooling zones. From these investigations a correlation for the overall heat transfer coefficient is proposed. Its application allows determining the coefficient using the operational conditions and the geometric condenser features. The higher deviation found between the experimental data and the presented correlation is lower to 10%.

Este trabalho propõe um modelo de transferência de calor e massa para prever a formação de gelo em um container preenchido com legumes congelados. O problema físico é modelado como um meio poroso composto pelo próprio produto e o ar em seu entorno. O regime de convecção natural é assumido dentro do container, o qual promove o transporte de massa. Como uma primeira validação, o modelo é simulado considerando diferentes temperaturas de ar externo, causadas por flutuações da vizinhança. Resultados para quatro ciclos de temperaturas foram comparados, variando separadamente a temperatura média do ar, amplitude e frequência de oscilação. De modo geral, é observado que a temperatura do produto se comporta assim como era esperado e este resultado é diretamente associado à formação de gelo dentro do container. A formação de gelo cresce com uma maior amplitude de oscilação, porém decresce com um aumento na frequência e na temperatura média. Os parâmetros do modelo foram obtidos para dois diferentes produtos: fatias de cenouras congeladas e vagens congeladas, ambos em meio ao ar. As definições de parâmetros são oriundas de revisão bibliográfica, medições experimentais e simulações numéricas. Os parâmetros encontrados para a caracterização desses meios porosos foram similares para ambos os produtos, mesmo eles possuindo diferentes geometrias. A validação experimental foi feita para as fatias de cenoura considerando dois ciclos de temperatura O modelo numérico é capaz de prever o campo de velocidades do ar, as temperaturas do produto e a formação de gelo local. Os resultados foram validados em relação a um grupo independente de resultados numéricos, tal comparação apresentou uma boa concordância. A circulação de ar encontrada é, de fato, devido à convecção natural. O comportamento da temperatura dos produtos simulados concorda com os valores medidos e os valores de temperaturas diferem por menos de 12%. Com respeito à formação de gelo, o modelo é capaz de prevê-la corretamente nas regiões mais suscetíveis a este fenômeno. Porém, a quantidade de gelo formado prevista pelo modelo (1,56 g/semana) é menor do que a experimental (4,67 g/semana), apesar de serem de mesma ordem de magnitude. O efeito de cada parâmetro no modelo é estudado visando detectar maneiras de aprimorar o modelo. Foi encontrado que os parâmetros mais importantes para a formação de gelo total são a difusividade de massa efetiva e o coeficiente de transferência de calor convectivo dentro do container. Ajustando estes parâmetros duas vezes foi possível encontrar resultados melhores com respeito à formação de gelo (3,09 g/semana). / A model of heat and mass transfer is proposed in order to predict frost formation into a closed container filled with frozen vegetables. The physical problem is modeled as a macroporous media composed by the product itself and the surrounding air. Natural convection air flow is assumed into the container, who promotes water mass transport. As a first validation, the model is simulated for several exterior air temperatures, under environmental fluctuations (boundary conditions). Results of four temperature cycles were compared, varying average air temperature, amplitude and frequency of oscillation, one by one. As a general result, it is observed that the product temperature behavior is as expected, and it is directly associated with frost formation into the container. Frost formation increases with large amplitude of oscillation, but decreases with higher frequencies and higher mean temperatures. Model parameters were obtained for two assembling: frozen slices of carrots and air, and frozen extra thin green beans and air. Parameter definition and evaluation combines literature review, measurements and numerical simulation. In general, parameters which characterize these porous media were similar for both products, even though they display different geometries. The experimental validation is performed for carrot slices with two temperature cycles The numerical model is able to predict air velocity field, air and product temperatures, and local frost formation. Results are validated in respect to a set of independent experimental results that shown a good agreement. Air flow circulation is as expected due to natural convection. Product temperature simulated behavior agrees with measurements, and temperature values differ by less than 12%. Respect to frost formation predictions, the model predicts correctly the most susceptible regions to frost formation. However, the quantity of frost formed predicted by the model (1.56 g/ week)is lower than the experimental one (4.67g/week), despite being of the same order of magnitude. The effect of each parameter in the model is study in order to detect how to improve the model. The most important parameters affecting total frost formation are effective mass diffusivity and convective heat coefficient into the storage container. Adjusting these parameters to twice, better results in terms of frost formation could be obtained (3.09 g/ week).

Este trabalho trata de um estudo experimental da transferência de calor e de massa de um condensador evaporativo, bem como, da relação existente entre as grandezas envolvidas durante a sua operação. Para o desenvolvimento da pesquisa foi construído um condensador evaporativo de pequeno porte com dimensões proporcionais a condensadores comercialmente fabricados no Brasil para operar com R-22 como fluido refrigerante. Este condensador tem 35 colunas e 12 fileiras de tubos de cobre de 6,35 mm de externo e opera junto a uma instalação que proporciona o escoamento de R-22 por termossifao. O distribuidor de água também foi construído em cobre e o eliminador de gotas em alumínio, assim como a estrutura do condensador. As laterais e a bandeja de recolhimento de água foram construídas em vidro para permitir a visualização do escoamento da água que e aspergida sobre os tubos. A fim de variar as condições operacionais, este condensador foi acoplado a um ventilador centrifugo acionado por um conversor de freqüência e a um circuito que permitiu a variação da vazão de água aspergida sobre os tubos. Dos ensaios resultaram 79 amostras de medição, que serviram para verificar a relação existente entre grandezas, bem como avaliar os coeficientes de transferência de calor e massa. Foram determinados os coeficientes de transferência de calor médio e local para o R-22. Alem disso, foram verificadas as regiões onde ocorrem o dessuperaquecimento, a mudança de fase e o subresfriamento do fluido refrigerante, e foram confrontados os coeficientes globais de transferência de calor obtidos a partir dos dados experimentais com aqueles obtidos por correlações para as regiões de condensação e subresfriamento. Destas investigações, resultou uma correlação para o coeficiente global de transferência de calor que visa determinar esta grandeza através das condições operacionais e das características geométricas do condensador. O Maximo desvio encontrado entre os valores provenientes dos dados experimentais e aqueles calculados pela correlação foi inferior a 10%. / This work presents an experimental heat and mass transfer study of an evaporative condenser, as well as, the relationship between measured quantities obtained during its operation. A small scale evaporative condenser was built in agreement to the real size equipment geometric similarity. The small scale condenser has a bundle of 210 copper tubes, with the outer diameter equal to ¼ inch, which were arranged in 35 columns and 6 rows and operating connected to the thermosifon facility that promote R-22 flow. The spray water distributor is also built on copper and the drift eliminator on aluminum, as well as the evaporative condenser structure. This condenser bounds were constructed as a glass enclosure to allow for the spray water flow visualization. To evaluate the operational conditions, the equipment was attached to a centrifugal fan controlled by a frequency inverter and a spray water circuit which allows for water quantity changing. From the carried out tests, 79 measuring samples were obtained and used to verify the quantities relationship, as well as, to evaluate the heat and mass transfer coefficients For the R-22 were determined the local and average heat transfer coefficients. Furthermore, the dessuperheating, condensation and subcooling regions were verified and compared both, the experimental overall heat transfer coefficient and those calculated by correlations at condensation and subcooling zones. From these investigations a correlation for the overall heat transfer coefficient is proposed. Its application allows determining the coefficient using the operational conditions and the geometric condenser features. The higher deviation found between the experimental data and the presented correlation is lower to 10%.

Neste trabalho, estudou-se a produção das enzimas endo e exo-poligalacturonases (endo e exo-PG) pela linhagem t0005/007-2 de Aspergillus niger em meio sólido, em um biorreator de bandeja de dupla superfície, analisando-se as seguintes condições de operação: variação da espessura do meio sólido, uso de aeração superficial do meio, aplicação de pulsos de pressão e alteração da configuração do biorreator incluindo um duto central. Adicionalmente, foram avaliados parâmetros de recuperação das enzimas produzidas, como razão entre solvente e massa de meio e tempo de extração, sendo também analisada a influência da temperatura sobre a atividade e a estabilidade de endo e exo-PG. Inicialmente, foram avaliadas diferentes razões solvente/massa na recuperação de exo-PG, verificando-se que com menor volume de solvente utilizado (razão solvente/massa de 7,5:1), foi possível recuperar a mesma atividade enzimática obtida nas demais condições. Com um tempo de extração de 15 min foi alcançado o mesmo nível de recuperação de enzima que em tempos maiores. Com relação à espessura do meio sólido, maiores concentrações de biomassa (100 a 120 mg de massa celular por g de meio sólido seco; mg/gms) foram obtidas com espessuras entre 5 e 14 cm. Quando a espessura de meio foi aumentada para 17 cm, a biomassa decresceu (92 mg/gms), sugerindo-se que a transferência de massa até as regiões mais profundas do leito foi dificultada. Maiores atividades de exo-PG (80 a 115 U/gms) foram alcançadas com espessuras de leito entre 5 e 17 cm. Elevados gradientes de temperatura foram observados em todos os ensaios, com pico de temperatura de 50ºC. Quando aeração superficial forçada foi aplicada sobre o cultivo, no intuito de melhorar a transferência de calor e massa, observou-se que o crescimento microbiano foi afetado negativamente com fluxo de aeração de 8,5 L.min-1.kg-1mu (litros de ar/kg de meio úmido/minuto), observando-se biomassa de 75 mg/gms. Maior crescimento microbiano foi observado nas condições 1,4 e 2,8 L.min-1.kg-1mu, com biomassa de 103 mg/gms. A maior produção de endo-PG se deu na condição de 1,4 L.min-1.kg-1mu em 96 h (63 U/gms). Gradientes de temperatura semelhantes aos obtidos nas condições de diferentes espessuras de leito (50ºC), foram observados neste experimento. No processo em que foi utilizado sistema de pulso de pressão, acoplado à aeração superficial, verificou-se que a produção das enzimas endo e exo-PG foi negativamente afetada. Maior atividade de endo-PG foi observada em 72 h (24 U/gms), ao passo que para exo-PG maior título enzimático foi obtido em 96 h (55 U/gms). O crescimento microbiano também foi prejudicado, verificando-se que a máxima concentração celular foi de 73 mg/gms. Constatou-se, também, que o sistema utilizado não foi eficiente na remoção de calor do leito de meio de cultivo. No ensaio em que foi adaptado um duto central no biorreator, verificou-se maior colonização nas regiões mais profundas do leito. A concentração fúngica máxima foi de aproximadamente 100 mg/gms e maior produção de endo e exo-PG foi observada em 78 e 140 U/gms, respectivamente, embora o sistema não tenha se mostrado eficiente no que diz respeito à remoção de calor. Com relação à atividade das enzimas endo e exo-PG frente à temperatura, verificou-se valores máximos a 50 e 60ºC, respectivamente. Para endo-PG, constatou-se que, sob a condição de temperatura ótima, a atividade dobrou em comparação a condição padrão, enquanto que para exo-PG o incremento foi de 75%. Quanto à termoestabilidade das enzimas, verificou-se que exo-PG é estável a 60 e 70ºC, temperaturas nas quais se observou completa inativação de endo-PG após 15 min. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-15T16:04:28Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Diogo Henrique Hendges.pdf: 832878 bytes, checksum: 0ee5b7e289b74928c53b1f2438bbf5ac (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-15T16:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Diogo Henrique Hendges.pdf: 832878 bytes, checksum: 0ee5b7e289b74928c53b1f2438bbf5ac (MD5) / In this work, the production of enzymes endo and exo-polygalacturonase (endo and exo-PG) by the strain Aspergillus niger t0005/007-2, in solid medium in a double-surface bioreactor, was studied. The following operational conditions were analyzed: variation of solid medium thickness, use of medium surface aeration, application of pulse of pressure to the medium, and alteration of bioreactor design by introducing a central shaft. Furthermore, enzyme-recovery parameters, such as the solvent/mass of medium rate and the extraction time, and the influence of temperature on both the activity and the stability of endo and exo-PG were evaluated. Initially, different solvent/mass of medium rates for pectinase recovery were evaluated. With the smallest volume of solvent used (rate of 7.5/1), the same enzyme activity was recovered in comparison to the further conditions with higher rates. With a time of extraction of 15 min, the same enzyme recovery achieved in tests with longer periods was achieved. With respect to the thickness of solid medium, higher biomass concentrations (100 to 120 mg of cell biomass/g of dry medium; mg/gdm) were obtained with layers of 5 to 14 cm. When the thickness was increased to 17 cm, biomass concentration decreased and the difficulty to transfer oxygen to the deeper regions of the medium was augmented. Maximum exo-PG activities (between 80 and 115 U/gdm) were achieved with medium layers from 5 to 17 cm. In all experiments, high temperature gradients were observed with peak temperatures around 50ºC. When medium surfaces were aerated, as an attempt to increase heat and mass transfer, microbial growth was hindered at an air flux of 8.5 L.min-1.kg-1mm (air liter/min/kg mm) and a biomass concentration of 75 mg/gdm was reached. Best cell growth was achieved at 1.4 and 2.8 L.min-1.kg-1mm with a biomass concentration of 103 mg/gdm. The highest endo-PG activity occurred at an air flux of 1.4 L.min-1.kg-1mm in 96 h (63 U/gdm). In this experiment, temperature gradients similar to those observed in previous non-aerated tests were measured. In the process in which pulse of pressure was applied to the medium, a negative effect on both endo and exo-PG was noticed. The highest endo-PG activity was measured after 72 h of process (24 U/gdm), whereas for exo-PG the best titer was attained in 96 h (55 U/gdm). Cell growth was also hindered with a maximum cell concentration of only 73 mg/gdm. The system was not efficient for heat removal from the medium. In the experiment with the central shaft placed in the medium, the colonization of the deeper regions of the medium was favored, although the system was not efficient with respect to heat transfer. A maximum fungal concentration of 100 mg/gdm and endo and exo-PG titers of 78 and 140 U/gdm, respectively, were achieved. With respect to the influence of temperature on the activity of endo and exo-PG, maximum titers were measured at 50 e 60ºC, respectively. For endo-PG, under the optimal temperature, it was noticed that the activity was twice that measured under the standard condition (30ºC), whereas for exo-PG activity was increased in 75%. Exo-PG showed thermal stability at 60 and 70ºC. At the same temperatures, endo-PG was completely inactivated after 15 minutes.

Este trabalho propõe um modelo de transferência de calor e massa para prever a formação de gelo em um container preenchido com legumes congelados. O problema físico é modelado como um meio poroso composto pelo próprio produto e o ar em seu entorno. O regime de convecção natural é assumido dentro do container, o qual promove o transporte de massa. Como uma primeira validação, o modelo é simulado considerando diferentes temperaturas de ar externo, causadas por flutuações da vizinhança. Resultados para quatro ciclos de temperaturas foram comparados, variando separadamente a temperatura média do ar, amplitude e frequência de oscilação. De modo geral, é observado que a temperatura do produto se comporta assim como era esperado e este resultado é diretamente associado à formação de gelo dentro do container. A formação de gelo cresce com uma maior amplitude de oscilação, porém decresce com um aumento na frequência e na temperatura média. Os parâmetros do modelo foram obtidos para dois diferentes produtos: fatias de cenouras congeladas e vagens congeladas, ambos em meio ao ar. As definições de parâmetros são oriundas de revisão bibliográfica, medições experimentais e simulações numéricas. Os parâmetros encontrados para a caracterização desses meios porosos foram similares para ambos os produtos, mesmo eles possuindo diferentes geometrias. A validação experimental foi feita para as fatias de cenoura considerando dois ciclos de temperatura O modelo numérico é capaz de prever o campo de velocidades do ar, as temperaturas do produto e a formação de gelo local. Os resultados foram validados em relação a um grupo independente de resultados numéricos, tal comparação apresentou uma boa concordância. A circulação de ar encontrada é, de fato, devido à convecção natural. O comportamento da temperatura dos produtos simulados concorda com os valores medidos e os valores de temperaturas diferem por menos de 12%. Com respeito à formação de gelo, o modelo é capaz de prevê-la corretamente nas regiões mais suscetíveis a este fenômeno. Porém, a quantidade de gelo formado prevista pelo modelo (1,56 g/semana) é menor do que a experimental (4,67 g/semana), apesar de serem de mesma ordem de magnitude. O efeito de cada parâmetro no modelo é estudado visando detectar maneiras de aprimorar o modelo. Foi encontrado que os parâmetros mais importantes para a formação de gelo total são a difusividade de massa efetiva e o coeficiente de transferência de calor convectivo dentro do container. Ajustando estes parâmetros duas vezes foi possível encontrar resultados melhores com respeito à formação de gelo (3,09 g/semana). / A model of heat and mass transfer is proposed in order to predict frost formation into a closed container filled with frozen vegetables. The physical problem is modeled as a macroporous media composed by the product itself and the surrounding air. Natural convection air flow is assumed into the container, who promotes water mass transport. As a first validation, the model is simulated for several exterior air temperatures, under environmental fluctuations (boundary conditions). Results of four temperature cycles were compared, varying average air temperature, amplitude and frequency of oscillation, one by one. As a general result, it is observed that the product temperature behavior is as expected, and it is directly associated with frost formation into the container. Frost formation increases with large amplitude of oscillation, but decreases with higher frequencies and higher mean temperatures. Model parameters were obtained for two assembling: frozen slices of carrots and air, and frozen extra thin green beans and air. Parameter definition and evaluation combines literature review, measurements and numerical simulation. In general, parameters which characterize these porous media were similar for both products, even though they display different geometries. The experimental validation is performed for carrot slices with two temperature cycles The numerical model is able to predict air velocity field, air and product temperatures, and local frost formation. Results are validated in respect to a set of independent experimental results that shown a good agreement. Air flow circulation is as expected due to natural convection. Product temperature simulated behavior agrees with measurements, and temperature values differ by less than 12%. Respect to frost formation predictions, the model predicts correctly the most susceptible regions to frost formation. However, the quantity of frost formed predicted by the model (1.56 g/ week)is lower than the experimental one (4.67g/week), despite being of the same order of magnitude. The effect of each parameter in the model is study in order to detect how to improve the model. The most important parameters affecting total frost formation are effective mass diffusivity and convective heat coefficient into the storage container. Adjusting these parameters to twice, better results in terms of frost formation could be obtained (3.09 g/ week).

Os óleos essenciais cítricos possuem uma ampla variedade de aplicações em diversos ramos das indústrias químicas, farmacêuticas, de alimentos, entre outras. Na indústria de cosméticos, mais precisamente no ramo de perfumaria, os ativos naturais cítricos (provenientes dos óleos de bergamota, limão, lima, mandarina, laranja, etc) são empregados nas formulações de colônias, cremes hidratantes e loções. Além disso, estes compostos são largamente utilizados como agentes aromatizantes nas indústrias alimentícias e farmacêuticas e empregados como matéria-prima para as indústrias de aromas. Com o objetivo de melhorar a qualidade dos óleos essenciais e sua capacidade aromatizante, alguns processos têm sido desenvolvidos para enriquecer a mistura com compostos oxigenados, os quais são reportados como os principais responsáveis pelo aroma característico da fruta. Tal processo é comumente conhecido como desterpenação e consiste na concentração destes compostos pela retirada de hidrocarbonetos terpênicos do óleo e pode ser realizado por meio da extração líquida ou extração por solvente. Neste contexto, esta dissertação de mestrado teve como finalidade estudar da viabilidade técnica do processo de desterpenação de óleo essencial cítrico modelo composto por limoneno e linalol. Os experimentos foram conduzidos em coluna de discos rotativos perfurados (PRDC) sob condição de temperatura controlada e pressão ambiente local. O equipamento operou de modo contínuo e contracorrente, utilizado como solventes soluções de etanol com teores de água de 30 e 40% (em massa), velocidade de rotação dos discos de 150, 200 e 250 rpm e razão entre a vazão mássica de solvente e alimentação de 0,5; 1,25; 2,5 e 3,0. Avaliou-se, também, o comportamento da densidade e viscosidade das fases extrato e rafinado oriundas da coluna de extração. Através deste estudo foi possível verificar que a tecnologia de desterpenação de óleos essenciais por meio da extração líquido-líquido é viável podendo ser aplicada à processos contínuos utilizando equipamento PRDC, por exemplo, sendo possível a obtenção de frações enriquecidas do composto oxigenado (linalol). / Citrus essential oils are used in a wide variety of applications in various branches of the chemical, pharmaceutical, food and other industries. In the cosmetics industry, specifically in the field of perfumery, natural citrus assets (from the essential oils of bergamot, lemon, lime, mandarin, orange, etc.) are used in the formulations of colonies, moisturizing creams and lotions. Furthermore, these compounds are widely used as flavoring agents in food and pharmaceutical industries and as raw material for the flavor industry. With the aim to improve the quality of essential oils and its flavoring ability, some processes have been developed to enrich the mixture with oxygenated compounds, which are reported as the main responsible for the characteristic aroma of the fruit. Such process is commonly known as deterpenation, and consists in concentration of these compounds by the removal of terpene compounds from the essencial oil and can be performed by liquid or solvent extraction. In this context, the purpose of this dissertation of master\'s degree was to carry out a study of the technical feasibility of deterpenation process of a citrus essential oil model composed by a mixture of limonene and linalool. The experiments of deterpenation were conducted in a perforated rotating discs contactor (PRDC) under controlled conditions of temperature and local environment al pressure. The equipment was operated in continuously and countercurrently mode, using as solvents ethanol solutions with 30 and 40% of water contents (by mass), rotation of discs speed of 150, 200 and 250 rpm and the mass flow rate of the solvent and feed ratio of 0.5, 1.25, 2.5 and 3.0. The behavior of the density and viscosity of the extract and raffinate phases from the extraction column was also evaluated. It was found that the deterpenation of essential oils by liquid-liquid extraction technology is feasible and can be applied to continuous processes using PRDC column extraction type, for instance, being possible to obtain enriched fractions of oxygenated compounds (linalool).

Este trabalho trata de um estudo experimental da transferência de calor e de massa de um condensador evaporativo, bem como, da relação existente entre as grandezas envolvidas durante a sua operação. Para o desenvolvimento da pesquisa foi construído um condensador evaporativo de pequeno porte com dimensões proporcionais a condensadores comercialmente fabricados no Brasil para operar com R-22 como fluido refrigerante. Este condensador tem 35 colunas e 12 fileiras de tubos de cobre de 6,35 mm de externo e opera junto a uma instalação que proporciona o escoamento de R-22 por termossifao. O distribuidor de água também foi construído em cobre e o eliminador de gotas em alumínio, assim como a estrutura do condensador. As laterais e a bandeja de recolhimento de água foram construídas em vidro para permitir a visualização do escoamento da água que e aspergida sobre os tubos. A fim de variar as condições operacionais, este condensador foi acoplado a um ventilador centrifugo acionado por um conversor de freqüência e a um circuito que permitiu a variação da vazão de água aspergida sobre os tubos. Dos ensaios resultaram 79 amostras de medição, que serviram para verificar a relação existente entre grandezas, bem como avaliar os coeficientes de transferência de calor e massa. Foram determinados os coeficientes de transferência de calor médio e local para o R-22. Alem disso, foram verificadas as regiões onde ocorrem o dessuperaquecimento, a mudança de fase e o subresfriamento do fluido refrigerante, e foram confrontados os coeficientes globais de transferência de calor obtidos a partir dos dados experimentais com aqueles obtidos por correlações para as regiões de condensação e subresfriamento. Destas investigações, resultou uma correlação para o coeficiente global de transferência de calor que visa determinar esta grandeza através das condições operacionais e das características geométricas do condensador. O Maximo desvio encontrado entre os valores provenientes dos dados experimentais e aqueles calculados pela correlação foi inferior a 10%. / This work presents an experimental heat and mass transfer study of an evaporative condenser, as well as, the relationship between measured quantities obtained during its operation. A small scale evaporative condenser was built in agreement to the real size equipment geometric similarity. The small scale condenser has a bundle of 210 copper tubes, with the outer diameter equal to ¼ inch, which were arranged in 35 columns and 6 rows and operating connected to the thermosifon facility that promote R-22 flow. The spray water distributor is also built on copper and the drift eliminator on aluminum, as well as the evaporative condenser structure. This condenser bounds were constructed as a glass enclosure to allow for the spray water flow visualization. To evaluate the operational conditions, the equipment was attached to a centrifugal fan controlled by a frequency inverter and a spray water circuit which allows for water quantity changing. From the carried out tests, 79 measuring samples were obtained and used to verify the quantities relationship, as well as, to evaluate the heat and mass transfer coefficients For the R-22 were determined the local and average heat transfer coefficients. Furthermore, the dessuperheating, condensation and subcooling regions were verified and compared both, the experimental overall heat transfer coefficient and those calculated by correlations at condensation and subcooling zones. From these investigations a correlation for the overall heat transfer coefficient is proposed. Its application allows determining the coefficient using the operational conditions and the geometric condenser features. The higher deviation found between the experimental data and the presented correlation is lower to 10%.

Neste trabalho, estudou-se a produção das enzimas endo e exo-poligalacturonases (endo e exo-PG) pela linhagem t0005/007-2 de Aspergillus niger em meio sólido, em um biorreator de bandeja de dupla superfície, analisando-se as seguintes condições de operação: variação da espessura do meio sólido, uso de aeração superficial do meio, aplicação de pulsos de pressão e alteração da configuração do biorreator incluindo um duto central. Adicionalmente, foram avaliados parâmetros de recuperação das enzimas produzidas, como razão entre solvente e massa de meio e tempo de extração, sendo também analisada a influência da temperatura sobre a atividade e a estabilidade de endo e exo-PG. Inicialmente, foram avaliadas diferentes razões solvente/massa na recuperação de exo-PG, verificando-se que com menor volume de solvente utilizado (razão solvente/massa de 7,5:1), foi possível recuperar a mesma atividade enzimática obtida nas demais condições. Com um tempo de extração de 15 min foi alcançado o mesmo nível de recuperação de enzima que em tempos maiores. Com relação à espessura do meio sólido, maiores concentrações de biomassa (100 a 120 mg de massa celular por g de meio sólido seco; mg/gms) foram obtidas com espessuras entre 5 e 14 cm. Quando a espessura de meio foi aumentada para 17 cm, a biomassa decresceu (92 mg/gms), sugerindo-se que a transferência de massa até as regiões mais profundas do leito foi dificultada. Maiores atividades de exo-PG (80 a 115 U/gms) foram alcançadas com espessuras de leito entre 5 e 17 cm. Elevados gradientes de temperatura foram observados em todos os ensaios, com pico de temperatura de 50ºC. Quando aeração superficial forçada foi aplicada sobre o cultivo, no intuito de melhorar a transferência de calor e massa, observou-se que o crescimento microbiano foi afetado negativamente com fluxo de aeração de 8,5 L.min-1.kg-1mu (litros de ar/kg de meio úmido/minuto), observando-se biomassa de 75 mg/gms. Maior crescimento microbiano foi observado nas condições 1,4 e 2,8 L.min-1.kg-1mu, com biomassa de 103 mg/gms. A maior produção de endo-PG se deu na condição de 1,4 L.min-1.kg-1mu em 96 h (63 U/gms). Gradientes de temperatura semelhantes aos obtidos nas condições de diferentes espessuras de leito (50ºC), foram observados neste experimento. No processo em que foi utilizado sistema de pulso de pressão, acoplado à aeração superficial, verificou-se que a produção das enzimas endo e exo-PG foi negativamente afetada. Maior atividade de endo-PG foi observada em 72 h (24 U/gms), ao passo que para exo-PG maior título enzimático foi obtido em 96 h (55 U/gms). O crescimento microbiano também foi prejudicado, verificando-se que a máxima concentração celular foi de 73 mg/gms. Constatou-se, também, que o sistema utilizado não foi eficiente na remoção de calor do leito de meio de cultivo. No ensaio em que foi adaptado um duto central no biorreator, verificou-se maior colonização nas regiões mais profundas do leito. A concentração fúngica máxima foi de aproximadamente 100 mg/gms e maior produção de endo e exo-PG foi observada em 78 e 140 U/gms, respectivamente, embora o sistema não tenha se mostrado eficiente no que diz respeito à remoção de calor. Com relação à atividade das enzimas endo e exo-PG frente à temperatura, verificou-se valores máximos a 50 e 60ºC, respectivamente. Para endo-PG, constatou-se que, sob a condição de temperatura ótima, a atividade dobrou em comparação a condição padrão, enquanto que para exo-PG o incremento foi de 75%. Quanto à termoestabilidade das enzimas, verificou-se que exo-PG é estável a 60 e 70ºC, temperaturas nas quais se observou completa inativação de endo-PG após 15 min. / In this work, the production of enzymes endo and exo-polygalacturonase (endo and exo-PG) by the strain Aspergillus niger t0005/007-2, in solid medium in a double-surface bioreactor, was studied. The following operational conditions were analyzed: variation of solid medium thickness, use of medium surface aeration, application of pulse of pressure to the medium, and alteration of bioreactor design by introducing a central shaft. Furthermore, enzyme-recovery parameters, such as the solvent/mass of medium rate and the extraction time, and the influence of temperature on both the activity and the stability of endo and exo-PG were evaluated. Initially, different solvent/mass of medium rates for pectinase recovery were evaluated. With the smallest volume of solvent used (rate of 7.5/1), the same enzyme activity was recovered in comparison to the further conditions with higher rates. With a time of extraction of 15 min, the same enzyme recovery achieved in tests with longer periods was achieved. With respect to the thickness of solid medium, higher biomass concentrations (100 to 120 mg of cell biomass/g of dry medium; mg/gdm) were obtained with layers of 5 to 14 cm. When the thickness was increased to 17 cm, biomass concentration decreased and the difficulty to transfer oxygen to the deeper regions of the medium was augmented. Maximum exo-PG activities (between 80 and 115 U/gdm) were achieved with medium layers from 5 to 17 cm. In all experiments, high temperature gradients were observed with peak temperatures around 50ºC. When medium surfaces were aerated, as an attempt to increase heat and mass transfer, microbial growth was hindered at an air flux of 8.5 L.min-1.kg-1mm (air liter/min/kg mm) and a biomass concentration of 75 mg/gdm was reached. Best cell growth was achieved at 1.4 and 2.8 L.min-1.kg-1mm with a biomass concentration of 103 mg/gdm. The highest endo-PG activity occurred at an air flux of 1.4 L.min-1.kg-1mm in 96 h (63 U/gdm). In this experiment, temperature gradients similar to those observed in previous non-aerated tests were measured. In the process in which pulse of pressure was applied to the medium, a negative effect on both endo and exo-PG was noticed. The highest endo-PG activity was measured after 72 h of process (24 U/gdm), whereas for exo-PG the best titer was attained in 96 h (55 U/gdm). Cell growth was also hindered with a maximum cell concentration of only 73 mg/gdm. The system was not efficient for heat removal from the medium. In the experiment with the central shaft placed in the medium, the colonization of the deeper regions of the medium was favored, although the system was not efficient with respect to heat transfer. A maximum fungal concentration of 100 mg/gdm and endo and exo-PG titers of 78 and 140 U/gdm, respectively, were achieved. With respect to the influence of temperature on the activity of endo and exo-PG, maximum titers were measured at 50 e 60ºC, respectively. For endo-PG, under the optimal temperature, it was noticed that the activity was twice that measured under the standard condition (30ºC), whereas for exo-PG activity was increased in 75%. Exo-PG showed thermal stability at 60 and 70ºC. At the same temperatures, endo-PG was completely inactivated after 15 minutes.