Dados do Trabalho

Título

MODELAGEM MATEMÁTICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DO PROCESSO DE PASTEURIZAÇÃO DO LEITE EM TROCADOR DE CALOR BITUBULAR

Introdução

A pasteurização é um processo essencial para garantir a segurança microbiológica do leite. Trocadores de calor bitubulares são comuns nesse processo, preservando propriedades do leite, enquanto inativam microrganismos. Há escassez de trocadores de calor para pequena escala. Esta pesquisa desenvolveu modelos matemáticos para descrever a transferência de calor no processo de pasteurização em trocador de calor bitubular.

Material e Métodos

Os estudos foram realizados no Laboratório de Módulos Didáticos da UFPR/JA, utilizando tubos de cobre e silicone para montagem do trocador de calor, bem como um banho maria, uma bomba d'água, termopares, sensores de vazão, Arduinos e telas de LCD. As vazões foram validadas com cronômetro e proveta. Vinte simulações usando balanços de energia e modelos matemáticos de transferência de calor foram realizadas para pasteurizar o leite a 74 ºC, variando as vazões de água quente e fria de 2,5 a 4,6 L/min, no arranjo contracorrente. Planilhas no Excel foram usadas para análises experimental e teórica. Na validação experimental foram calculados o calor cedido, absorvido e médio, efetividade experimental, NTU e perda térmica. O coeficiente global de transferência de calor experimental (U) foi estimado usando a ferramenta Solver. Para validação teórica, a correlação empírica proposta por Gnielinski foi utilizada nos cálculos.

Resultados e Discussão

Os valores de U teóricos e experimentais variaram de 1588 a 2749 W/(m².°C) e 1472 a 2238 W/(m².°C), respectivamente. Os testes com os maiores valores de U foram obtidos nas maiores vazões dos fluidos quente e frio. Os valores de NTU teóricos e experimentais variaram de 3,49 a 4,49 e 2,84 a 4,28, respectivamente. Os testes com os melhores resultados de NTU foram obtidos nas menores vazões do fluido frio e maiores vazões do fluido quente. Os valores de efetividades teóricas e experimentais variaram de 77,90% a 91,10% e 73,60% a 92,10%, respectivamente. Os testes com as maiores efetividades foram obtidos nas menores vazões do fluido frio e maiores vazões do fluido quente.

Conclusão

Concluímos que o trocador de calor bitubular apresentou resultados experimentais satisfatórios em relação aos parâmetros da transferência de calor analisados. Portanto, esse sistema pode ser empregado para o processo de pasteurização do leite em pequena escala.