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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.3.2013.tde-10072014-153408
Document
Auteur
Nom complet
Carola Gean Carla Cavero Gutierrez
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2013
Directeur
Jury
Gut, Jorge Andrey Wilhelms (Président)
Novazzi, Luís Fernando
Romero, Javier Telis
Scariot, Marlei Roling
Tadini, Carmen Cecília
Titre en portugais
Análise dinâmica de um processo contínuo de pasteurização em trocadores de calor a placas.
Mots-clés en portugais
Incrustação
Modelagem matemática
Pasteurização
Simulação dinâmica
Trocador de calor a placas
Resumé en portugais
A pasteurização é um processo térmico para inativar micro-organismos patogênicos e deterioradores em alimentos líquidos. O controle do processo é fundamental para a manutenção da temperatura de pasteurização, de forma que a modelagem dinâmica se torna útil no desenvolvimento, nos testes de controladores e nos procedimentos de operação. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a validação experimental da modelagem dinâmica de um pasteurizador a placas com três seções de troca térmica para estudar sua operação em regime transiente. A modelagem consiste em balanços diferenciais de energia entre canais e placas do trocador, perda de calor para o ambiente do tubo de retenção e conexões e as respectivas condições iniciais e de contorno. Os coeficientes de troca térmica do equipamento foram determinados experimentalmente. Na simulação foram adotados métodos de diferenças finitas e a resolução matemática foi realizada através do software gPROMS. O modelo foi aplicado para representar o comportamento de um pasteurizador a placas de escala laboratorial (Armfield FT43A), operando em duas condições: sem e com a influência da incrustação na seção de aquecimento do trocador. Para a validação do modelo foram realizados ensaios experimentais da partida e de perturbação das vazões de alimentação do processo. Foram inseridos termopares em diversos pontos do equipamento e as temperaturas foram registradas com um sistema de aquisição de dados. Para estudar a influência da incrustação na pasteurização, foram realizados ensaios experimentais com dois tipos de leite para se ter alta e baixa incrustação. As placas do trocador foram pesadas e fotografadas antes e depois dos ensaios de incrustação para avaliar o depósito formado. Foram utilizados modelos genéricos de incrustação para a simulação desse efeito sobre o processo de pasteurização. Através da comparação dos resultados experimentais e simulados foi verificada que a modelagem matemática para a operação transiente do processo de pasteurização analisado foi muito satisfatória.
Titre en anglais
Dynamic analysis of a continuous pasteurization process in plate heat exchangers.
Mots-clés en anglais
Dynamic simulation
Fouling
Mathematical modeling
Pasteurization
Plate heat exchanger
Resumé en anglais
Pasteurization is a thermal process used to inactivate pathogenic and deteriorative microorganisms in liquid foods. Process control is essential for the temperature maintenance of pasteurization, so that the dynamic model is an important tool in the development, controller tests, and also in the procedure of operation. The aim of this work was the development and experimental validation of the dynamic model of a plate pasteurizer with three sections of heat exchange studying the transient state operation. The model consists of differential equations of thermal energy balance between channels and plates of heat exchanger, heat loss to the environment of the holding tube and connections and their respective initial and boundary conditions. The heat transfer coefficients of plate heat exchanger and tubes were determined experimentally. In the simulation, finite difference methods were adopted and the math solving was performed using the gPROMS software. The model was applied to represent the behavior of a plate pasteurizer in laboratory scale (Armfield FT43A), operating in two conditions: free of fouling and with fouling influence on the heating section of the heat exchanger. Experimental tests of the start-up and of disturbances in flow rates of the process were performed for the model validation. Thermocouples were inserted at various points of the equipment and the temperatures were recorded with a data acquisition system. In order to study the influence of the fouling, experimental tests were performed with two kinds of milk to obtain high and low fouling. Plates of the heat exchanger were weighed and photographed before and after of the fouling tests for evaluate the deposit formed. Generic models of fouling were used to simulate the effect of fouling on the pasteurization process. Through the comparison of experimental and simulated results, it was verified that the mathematical modeling for the transient operation of the pasteurization process was very satisfactory.
 
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Date de Publication
2014-07-16
 
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  • GUTIERREZ, C.G.C.C., GUT, J.A.W., and DINIZ, G.N. Dynamic Simulation of a Plate Pasteurizer Unit: Mathematical Modeling and Experimental Validation [doi:10.1016/j.jfoodeng.2014.01.029]. Journal of Food Engineering [online], 2014, p. 124-134.
  • GUTIERREZ, C.G.C.C., DINIZ, G.N., e GUT, J.A.W. Modelagem e estudo da operação transiente de um pasteurizador a placas. In XVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Foz do Iguaçu, 2010. Anais do Congresso Brasileiro de Engenharia Química.São Carlos : Cubo Multimidia, 2010. Dispon?vel em: http://www.cobeq2010.com.br.
  • BLANCO, C.P., GUTIERREZ, C.G.C.C., e GUT, J.A.W. Comportamento dinâmico de um pasteurizador a placas: resultados experimentais e de simulação. In 20 Simpósio Internacional de Iniciação Científica da USP, São Paulo, 2012. 20 SIICUSP., 2012. Resumo.
  • DINIZ, G.N., GUTIERREZ, C.G.C.C., e GUT, J.A.W. Modelagem e simulação dinâmica de pasteurizador a placas. In VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica, Uberlândia, 2009. Anais do VIII COBEQ-IC.Uberlândia : FEQ-UFU, 2009.
  • GUTIERREZ, C.G.C.C., BLANCO, C.P., and GUT, J.A.W. Experimental validation of the dynamic modeling of a HTST pasteurization process with plate heat exchangers. In 16th IUFoST World Congress of Science and Technology, Foz do Iguaçu, 2012. 16th IUFoST Abstracts. : TecArt, 2012. Abstract.
  • GUTIERREZ, C.G.C.C., e GUT, J.A.W. Estudo do efeito da incrustação sobre o desempenho térmico de trocador de calor a placas na pasteurização de leite. In IV Simpósio em Ciência e Tecnologia de Alimentos, João Pessoa, 2012. Anais do IV SICTA., 2012. Resumo.
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