A solução-modelo de Berto et al. (2003c) foi preparada e diluída a 12oBrix para o estudo de suas propriedades físicas. Sua densidade a 12 oBrix foi calculada por medições de massa e volume em picnômetros de volume nominal de 25 mL, calibrados com água destilada, e comparadas com valores tabelados de densidade de soluções de sacarose de mesma concentração e com valores de densidade de sucos de laranja obtidos em literatura.
A viscosidade cinemática da solução modelo a 12 oBrix foi determinada através de medição do tempo de escoamento da mesma em viscosímetro capilar do tipo Cannon- Fenske, esquematizado na Figura I.1, calibrados com água destilada.
Figura I.1 -Viscosímetro Cannon-Fenske
O valor da viscosidade cinemática assumida para água (Eq. I.1) a 20 oC foi de 1 cS, a densidade de 1 g/cm3, sendo portanto, a viscosidade dinâmica de 1 cP=10-3 Pa.s. As medidas foram feitas em uma sala com temperatura ambiente controlada em 21±0,5 oC. As amostras foram colocadas no viscosímetro e succionadas acima do nível superior de leitura por meio de vácuo. Após cessar o vácuo, foi medido em cronômetro digital o tempo de escoamento para o fluido percorrer as duas marcas do viscosímetro. Todas as medidas foram feitas em quadriplicata.
marca superior marca inferior
ρ η =
ν (I.1)
onde: η = viscosidade dinâmica [Pa.s]; ρ= densidade [kg/m3];
ν= viscosidade cinemática [m/s].
A viscosidade dinâmica da solução foi calculada diretamente pela divisão do tempo medido para cada solução pelo tempo medido pela água. O valor da viscosidade da solução-modelo foi comparado com os valores das viscosidades de soluções de sacarose a 12 oBrix e com valores de viscosidade de sucos de laranja obtidos na literatura.
Os picnômetros e o viscosímetro utilizados para a medição da densidade e viscosidade das amostras foram previamente calibrados com água destilada:
¾Picnômetro
A calibração dos três picnômetros utilizados para a medida de densidade das soluções foi realizada baseada em seu volume com água destilada na temperatura de 22,8 oC. Foram medidas as massas dos picnômetros vazios e com água destilada. A densidade da água (ρ) a 22,8 oC foi considerada 997,62 kg/m3 e o volume (V) calculado pela relação V=m/ρ.
Com os dados dos volumes dos picnômetros, foram medidas as massas de solução colocadas em cada um deles e realizados os cálculos das densidades das mesmas.
¾Viscosímetro Cannon-Fenske
Para a calibração do viscosímetro Cannon-Fenske utilizado para a medida de viscosidade das soluções modelo de suco de laranja natural, foi medido o tempo de escoamento da água destilada na temperatura de 21,5 oC. O valor da viscosidade da água destilada nesta temperatura foi de 0,972 cP. Os tempos de escoamento da água destilada foram feitos em quadriplicata.
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O processo integrado consiste em: sistema de pasteurização com trocador de calor a placas sanitário, sistema de refrigeração para resfriamento de líquido e sistema de aquecimento.
Baseado no levantamento bibliográfico realizado foi objetivado o binômio tempo/temperatura de pasteurização aplicado nas indústrias processadoras de suco e que garanta a eficiência do processo, tanto em relação à inativação microbiológica quanto à inativação da enzima pectinesterase. Para isto, estipulou-se para o processo, o tratamento de 91oC/40 s para uma redução de dois ciclos logarítmicos na atividade da pectinesterase (F=2D), binômio este equivalente aos tratamentos indicados por Eargman & Rouse (1976), Kimball (1991) e Correa Neto (1998).
A Tabela I.1 mostra as faixas de operação objetivadas para os experimentos bem como a capacidade das bombas dos fluidos envolvidos.
Tabela I. 1±Parâmetros de operação do processo de pasteurização HTST
3DUkPHWURGHRSHUDomR )DL[DGHRSHUDomR
Temperatura inicial do suco 20 °C à 30 °C
Temperatura de pasteurização 91 °C
Tempo no tubo de retenção 40 s
Temperatura após o resfriamento Inferior a 3 °C
Capacidade da bomba de produto 100 a 250 L/h
Capacidade da bomba de solução de propileno-glicol na concentração de 25% 800 a 2800 L/h
Capacidade da bomba de água quente 350 a 700 L/h
Os dados apresentados na Tabela I.1 foram utilizados para a especificação e aquisição do pasteurizador a placas (ANEXO I).
O pasteurizador utilizado nos ensaios experimentais foi adquirido da empresa GEA Tuchennhagen do Brasil Ltda, o qual consiste num tubo de retenção e três seções de troca térmica entre fluidos, conforme mostra a Figura I.2, as quais são:
• Seção de resfriamento na qual ocorre a troca de calor do produto com o refrigerante secundário à baixa temperatura, produzido em sistema de refrigeração e que alimentará esta seção do trocador;
• Seção de aquecimento do trocador de calor sanitário, onde ocorre a troca de calor do produto com fluido de arrefecimento, água de aquecimento;
• Seção intermediária, ou de regeneração, na qual ocorre a troca de calor com o produto já aquecido (pasteurizado) e produto inicial (cru); e
• Tubo de retenção, no qual a temperatura do produto na saída da seção de aquecimento do pasteurizador é mantida pelo tempo especificado no binômio.
A capacidade projetada foi para uma vazão de produto de 150 L/h. O pasteurizador e tubo de retenção, representados na Figura I.2, foram construídos em aço inox, com conexões sanitárias.
TE TE TE TE TE TE TE TE TE TE TE
Elemento primário de Temperatura Válvula de 3 vias
Propileno-glicol Água quente Produto
Tubo de rentenção
Figura I. 2 – Esquema do pasteurizador a placas
A Tabela II.2 mostra as temperaturas e vazões do processo de pasteurização projetadas pelo fabricante, sendo que o termo “ produto cru” representa o produto a ser pasteurizado.
Para a armazenagem do produto cru e pasteurizado, a planta piloto dispõe de 3 tanques de 500 L construídos de aço inoxidável e encamisados, para permitir alterações da temperatura do produto através da água quente ou fria na camisa. Dois deles possuem agitador para homogeneização do produto. Um grupo de válvulas, estrategicamente instaladas, possibilita várias combinações da condução do produto.
O esquema geral da planta piloto, englobando o pasteurizador é mostrado na Figura I.3. Detalhes sobre a montagem, instrumentação de sensores e controladores serão mostrados no capítulo seguinte.
Tabela I. 2 – Temperaturas e vazões de projeto do processo de pasteurização (GEA) Seção de Regeneração Produto Vazão volumétrica, L/h Temperatura entrada, oC Temperatura saída, oC Produto cru 150 25 67,2 Produto pasteurizado 149,9 91 52,3 Seção de Aquecimento
Produto Produto pré-aquecido Água de aquecimento
Vazão volumétrica, L/h Temperatura entrada, oC Temperatura saída, oC 150 67,2 91,3 400 92,5 82,98 Seção de Resfriamento
Produto Água fria Produto semi-resfriado
Vazão volumétrica, L/h Temperatura entrada, oC Temperatura saída, oC 2000 1,00 4,11 150 52,73 2,96
Figura I. 3 – Esquema da planta piloto de pasteurização de fluidos. , 'HILQLokRGDVROXomRPRGHOR 60
Primeiramente preparou-se a solução modelo de suco de laranja concentrado com 0,1 % de CMC a 65 oBrix, conforme Berto et al. (2003a). A partir desta solução, foram feitas diluições até a concentração final de 12 oBrix, e medidas a densidade e viscosidade das amostras.
*+,-./ 010,-./ 23 ,4./ 35 ,-./ 35 ,-.6 +7,-.1 +7,-.6 +7,-./ +7#,4./ Chiller Seção de resfriamento
I.4.2.1. CALIBRAÇÃO DO PICNÔMETRO E DO VISCOSÍMETRO COM ÁGUA