Os trocadores de calor tubulares são muito utilizados para o processamento térmico de alimentos líquidos viscosos por possuírem um maior diâmetro hidráulico em comparação aos trocadores de calor a placas. O cálculo da letalidade neste tipo de trocador está diretamente relacionado ao perfil de velocidade e à distribuição do tempo de residência (DTR). Para escoamento laminar de fluidos viscosos, Newtonianos e não-Newtonianos, geralmente adota-se um perfil de velocidade laminar e de lei de potência, respectivamente. No entanto, algumas características do equipamento como irregularidades na tubulação, a corrugação do tubo ou as curvas podem modificar o perfil de velocidade ideal. Esse desvio da idealidade pode ser caracterizado através da determinação experimental da distribuição do tempo de residência do processo. Este trabalho teve como objetivo a determinação experimental da DTR de fluidos viscosos em um equipamento bitubular de processamento térmico e o ajuste do perfil de velocidade associado. Modelos clássicos de DTR foram ajustados aos dados, assim como foram propostos e testados novos modelos generalizados de DTR, a fim de caracterizar o escoamento laminar não ideal em tubos. A determinação da DTR experimental foi realizada para vazões entre 10 e 50 L/h utilizando água, solução de carboximeticelulose 1,0% (pseudoplástico) e mistura glicerina/água 80%. Os dados de DTR foram obtidos através de duas técnicas: condutimétrica e colorimétrica. A primeira técnica baseia-se na injeção de solução saturada de cloreto de sódio e detecção online por um condutivímetro, porém, não apresentou resultados satisfatórios mostrando que o método não é adequado para fluidos viscosos. Já a segunda técnica utilizada se baseia na injeção de corante e posterior detecção em espectrofotômetro. Os modelos que melhor se ajustaram aos dados experimentais para os três fluidos estudados foram os modelos generalizados y-laminar e exponencial. A letalidade foi calculada a partir da distribuição de temperatura no trocador de calor em estado estacionário e do tempo médio de residência obtido experimentalmente e permitiu detectar o sobreprocessamento no processo estudado. / Tubular heat exchangers are widely used for thermal processing of viscous liquid foods because they have larger hydraulic diameters than the plate heat exchangers. The calculation of lethality in this type of exchanger is directly related to velocity profile and the residence time distribution (RTD). For the laminar flow of viscous fluids, Newtonian and non-Newtonian, generally laminar and power law velocity profiles are used, respectively. However, some features of the equipment as irregularities in the pipe, the corrugation of the pipe or the presence of curves can change the ideal velocity profile. This ideality deviation can be characterized through the experimental determination of the residence time distribution of the process. The aim of this work was the experimental determination of the RTD of a viscous fluid in a bitubular thermal processing equipment and the determination of the associated velocity profile. Classic models of RTD were fitted to the data, as well as were proposed and tested new generalized models of RTD, in order to characterize the non ideal laminar flow in tubes. The experimental determination of RTD was performed to volumetric flow rates between 10 and 50 L/h using water, carboximeticelulose solution 1,0% (pseudoplastic) and glycerin/water mixture 80%. The RTD data were obtained through two techniques: conductimetric and colorimetric. The first technique is based on injection of saturated solution of sodium chloride and online detection with a conductivimeter however, unsatisfactory results showed that the method was not suitable for viscous fluids. The second technique is based on the injection of dye and subsequent detection with a spectrophotometer. The best fitted models to the experimental data for the three studied fluids were: ylaminar and exponential generalized models. The lethality was calculated from the temperature distribution in the heat exchanger at steady state and average residence time obtained experimentally and allowed the evaluation of the overprocessing of this process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-10052012-122241 |
| Date | 02 March 2012 |
| Creators | Pegoraro, Paula Rossato |
| Contributors | Gut, Jorge Andrey Wilhelms |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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