Control of final moisture content of food products baked in continuous tunnel ovens

There are well-known difficulties in making measurements of the moisture content of baked goods (such as bread, buns, biscuits, crackers and cake) during baking or at the oven exit; in this paper several sensing methods are discussed, but none of them are able to provide direct measurement with sufficient precision. An alternative is to use indirect inferential methods. Some of these methods involve dynamic modelling, with incorporation of thermal properties and using techniques familiar in computational fluid dynamics (CFD); a method of this class that has been used for the modelling of heat and mass transfer in one direction during baking is summarized, which may be extended to model transport of moisture within the product and also within the surrounding atmosphere. The concept of injecting heat during the baking process proportional to the calculated heat load on the oven has been implemented in a control scheme based on heat balance zone by zone through a continuous baking oven, taking advantage of the high latent heat of evaporation of water. Tests on biscuit production ovens are reported, with results that support a claim that the scheme gives more reproducible water distribution in the final product than conventional closed loop control of zone ambient temperatures, thus enabling water content to be held more closely within tolerance.

Aproveitamento de subprodutos da industrialização do escargot

The waste in the industries of escargot processing is very big. This is composed basically of escargot meat out of the commercialization patterns and the visceras. In this context, there is a need to take advantage to the use of these sub-products. A possibility should be drying them and transforming them in a certain form to be reused. Than, the present work has the objective of studying the reutilization of the sub-products of the escargot industrialization for by means of drying process. The samples were transformed in pastes, through a domestic processor for approximately 1 minute and compacted in trays of aluminum without perforations with three different heights (5 mm, 10 mm and 15 mm). The drying was accomplished in a tray dryer with air circulation and transverse flow at a speed of 0,2 m/s and three temperature levels (70°C, 80°C and 90ºC). A drying kinetics study was accomplished for the obtained curves and for the heat and mass transfer coefficients using experimental procedures based in an experimental planning of 22 factorial type. Microbiological and physiochemical analysis were also accomplished for the in nature and the dehydrated sub-products. In the drying process, it was observed the great importance of the external resistances to the mass transfer and heat in the period of constant tax influenced by the temperature. The evaporation taxes indicated a mixed control of the mass transfer for the case of the thickest layers. As already expected, the drying constant behavior was influenced by the temperature and thickness of the medium, increasing and decreasing. The statistical analysis of the results, in agreement with the factorial planning 22, showed that the fissures, the shrinking of the transfer area and the formation of a crust on the surface might have contributed to the differences between the practical results and the linear model proposed. The temperature and the thickness influenced significantly in the answers of the studied variables: evaporation tax and drying constant. They were obtained significant statistical models and predictive ones for evaporation tax for the meat as well as for the visceras

Time reduction in a forced-convection thermal process using simplified transient analysis

This study investigates the utilisation of a simplified model in the transient analysis of a thermal cooling process. In such process the external thermal resistance between the surface and the surroundings is high compared to the system internal thermal resistance, so that the first controls the heat transfer process. In this case the Biot number is lower than 0.1. Aluminium reels were utilised, which, with proper internal instrumentation, furnished experimental results for the thermal cooling process. Based on experimental data, a simplified model for the determination of the process film coefficient was used. Subsequently, experimental and theoretical results were compared. The change of the airflow direction was also investigated for the cooling process, aiming at process time optimisation. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd.

The Chemical Percolation Devolatilization Model Applied to the Devolatilization of Coal in High Intensity Acoustic Fields

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Effective thermal conductivity of beans via a steady-state method

Steady-state concentric cylinder equipment was used to determine the effective thermal conductivity of beans (Phaseolus vulgaris). The measuring cell had no heated end guards and its length to diameter ratio was 10.5. Glass beads were employed to assess the accuracy and repeatability of the experimental system under heat transfer conditions. The results agree well with those reported in the literature so that the system can be considered reliable. Corn was used to verify the system's accuracy under heat and mass transfer conditions. Again the results were satisfactory. Moisture migration was observed and measured during the tests with beans, but this behavior does not compromise thermal conductivity values if both thermal and mass transfer steady-states are correctly interpreted. The effective thermal conductivity increases linearly with increasing grain moisture content. Statistical regression leads to good estimates of the fitted parameters.

Investigation of food grain drying with pulsating air flows

In this article we investigate experimentally the potential of using pulsating flows for drying of food grains. A Rijke type oscillator with an electrical heater was used to dry batches of soybean grains. Drying temperatures were 60 degreesC. We observed a decrease on the drying time for pulsating flows when compared with the conventional non-pulsating regime. This decrease depended on sample initial moisture content and weight, and on final sample moisture content. (C) 2004 Elsevier B.V. Ltd.

A finite element free convection model for the side wall heated cavity

This paper presents a finite element numerical solution of free convection in a cavity with side walls maintained at constant but different temperatures. The predictions from the model and the method of solution were validated by comparison with the 'bench mark' solution and Vahl Davis' results and good agreement was found. The present model was used to obtain additional results over a wide range of Rayleigh number (10(3)-10(6)) and L/H ratios varying from 0.1 to 1.0. The predicted stream function patterns, temperature and velocity profiles as well as the mean Nusselt number were presented and discussed. (C) 2000 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Theoretical analysis of aqueous residues incineration with oxygen enriched flames

The use of oxygen to enrich the oxidizer can be an attractive alternate to increase incineration rates of a combustion chamber originally designed to operate with air. For a certain fuel now rate, if some incineration parameters are held constant (as combustion chamber temperature, turbulence level, and residence time), an increase of incineration rates becomes possible with injection of oxygen. This work presents a theoretical evaluation of combustion air enrichment in a combustion chamber designed to incinerate aqueous residues using methane as fuel and air as oxidizer. Detailed chemistry was employed to predict pollutants formation. The overall process was investigated using the PSR routine from the CHEMKIN library. (C) 1999 Elsevier B.V. Ltd.

Influência de fontes de N na produção de ácido clavulânico por Streptomyces clavuligerus

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise numérica e experimental na determinação da potência térmica dissipada em componentes eletrônicos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Interação CFD-DEM em fluidização: aplicação para o setor mineral

A fluidização de partículas é amplamente utilizada na indústria, principalmente devido às altas taxas de transferência de calor e massa entre as fases. O acoplamento entre a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD – Computational Fluid Dynamics) e o Método dos Elementos Discretos (DEM – Discrete Element Method) tem se tornado atrativo para a simulação de fluidização, já que nesse caso o movimento das partículas é analisado de forma mais direta do que em outros tipos de abordagens. O grande problema do acoplamento CFD-DEM é a alta exigência computacional para rastrear todas as partículas do sistema, o que leva ao uso de estratégias de redução do tempo de simulação que em caso de utilização incorreta podem comprometer os resultados. O presente trabalho trata da aplicação do acoplamento CFD-DEM na análise de fluidização de alumina, que é um problema importante para o setor mineral. Foram analisados diversos parâmetros capazes de influenciar os resultados e o tempo de simulação como os passos de tempo, os modelos de arrasto, a distribuição granulométrica das partículas, a constante de rigidez, a utilização de partículas representativas com tamanho maior que o das partículas reais, etc. O modelo de força de interação DEM utilizado foi o modelo de mola e amortecedor lineares (LSD – Linear Spring Dashpot). Todas as simulações foram realizadas com o software ANSYS FLUENT 14.5 e os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e da literatura. Tais resultados permitiram comprovar a capacidade do modelo linear LSD em predizer o comportamento global de leitos de alumina e reduzir o tempo de simulação, desde que os parâmetros do modelo sejam definidos de forma adequada.

Cinética de crescimento do fungo termófilo Myceliophthora thermophila M. 7.7 em cultivo no estado sólido

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Hygroscopic properties of solid agro-industrial by-products used in solid-state fermentation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modeling of continuous thermal processing of a non-Newtonian liquid food under diffusive laminar flow in a tubular system

The classic conservative approach for thermal process design can lead to over-processing, especially for laminar flow, when a significant distribution of temperature and of residence time occurs. In order to optimize quality retention, a more comprehensive model is required. A model comprising differential equations for mass and heat transfer is proposed for the simulation of the continuous thermal processing of a non-Newtonian food in a tubular system. The model takes into account the contribution from heating and cooling sections, the heat exchange with the ambient air and effective diffusion associated with non-ideal laminar flow. The study case of soursop juice processing was used to test the model. Various simulations were performed to evaluate the effect of the model assumptions. An expressive difference in the predicted lethality was observed between the classic approach and the proposed model. The main advantage of the model is its flexibility to represent different aspects with a small computational time, making it suitable for process evaluation and design. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Analisi sperimentale e modellazione della conducibilità termica in materiali per la protezione passiva da incendio esterno

Numerosi incidenti verificatisi negli ultimi dieci anni in campo chimico e petrolchimico sono dovuti all’innesco di sostanze infiammabili rilasciate accidentalmente: per questo motivo gli scenari incidentali legati ad incendi esterni rivestono oggigiorno un interesse crescente, in particolar modo nell’industria di processo, in quanto possono essere causa di ingenti danni sia ai lavoratori ed alla popolazione, sia alle strutture. Gli incendi, come mostrato da alcuni studi, sono uno dei più frequenti scenari incidentali nell’industria di processo, secondi solo alla perdita di contenimento di sostanze pericolose. Questi eventi primari possono, a loro volta, determinare eventi secondari, con conseguenze catastrofiche dovute alla propagazione delle fiamme ad apparecchiature e tubazioni non direttamente coinvolte nell’incidente primario; tale fenomeno prende il nome di effetto domino. La necessità di ridurre le probabilità di effetto domino rende la mitigazione delle conseguenze un aspetto fondamentale nella progettazione dell’impianto. A questo scopo si impiegano i materiali per la protezione passiva da fuoco (Passive Fire Protection o PFP); essi sono sistemi isolanti impiegati per proteggere efficacemente apparecchiature e tubazioni industriali da scenari di incendio esterno. L’applicazione dei materiali per PFP limita l’incremento di temperatura degli elementi protetti; questo scopo viene raggiunto tramite l’impiego di differenti tipologie di prodotti e materiali. Tuttavia l’applicazione dei suddetti materiali fireproofing non può prescindere da una caratterizzazione delle proprietà termiche, in particolar modo della conducibilità termica, in condizioni che simulino l’esposizione a fuoco. Nel presente elaborato di tesi si è scelto di analizzare tre materiali coibenti, tutti appartenenti, pur con diversità di composizione e struttura, alla classe dei materiali inorganici fibrosi: Fibercon Silica Needled Blanket 1200, Pyrogel®XT, Rockwool Marine Firebatt 100. I tre materiali sono costituiti da una fase solida inorganica, differente per ciascuno di essi e da una fase gassosa, preponderante come frazione volumetrica. I materiali inorganici fibrosi rivestono una notevole importanza rispetto ad altri materiali fireproofing in quanto possono resistere a temperature estremamente elevate, talvolta superiori a 1000 °C, senza particolari modifiche chimico-fisiche. Questo vantaggio, unito alla versatilità ed alla semplicità di applicazione, li rende leader a livello europeo nei materiali isolanti, con una fetta di mercato pari circa al 60%. Nonostante l’impiego dei suddetti materiali sia ormai una realtà consolidata nell’industria di processo, allo stato attuale sono disponibili pochi studi relativi alle loro proprietà termiche, in particolare in condizioni di fuoco. L’analisi sperimentale svolta ha consentito di identificare e modellare il comportamento termico di tali materiali in caso di esposizione a fuoco, impiegando nei test, a pressione atmosferica, un campo di temperatura compreso tra 20°C e 700°C, di interesse per applicazioni fireproofing. Per lo studio delle caratteristiche e la valutazione delle proprietà termiche dei tre materiali è stata impiegata principalmente la tecnica Transient Plane Source (TPS), che ha consentito la determinazione non solo della conducibilità termica, ma anche della diffusività termica e della capacità termica volumetrica, seppure con un grado di accuratezza inferiore. I test sono stati svolti su scala di laboratorio, creando un set-up sperimentale che integrasse opportunamente lo strumento Hot Disk Thermal Constants Analyzer TPS 1500 con una fornace a camera ed un sistema di acquisizione dati. Sono state realizzate alcune prove preliminari a temperatura ambiente sui tre materiali in esame, per individuare i parametri operativi (dimensione sensori, tempi di acquisizione, etc.) maggiormente idonei alla misura della conducibilità termica. Le informazioni acquisite sono state utilizzate per lo sviluppo di adeguati protocolli sperimentali e per effettuare prove ad alta temperatura. Ulteriori significative informazioni circa la morfologia, la porosità e la densità dei tre materiali sono state ottenute attraverso stereo-microscopia e picnometria a liquido. La porosità, o grado di vuoto, assume nei tre materiali un ruolo fondamentale, in quanto presenta valori compresi tra 85% e 95%, mentre la frazione solida ne costituisce la restante parte. Inoltre i risultati sperimentali hanno consentito di valutare, con prove a temperatura ambiente, l’isotropia rispetto alla trasmissione del calore per la classe di materiali coibenti analizzati, l’effetto della temperatura e della variazione del grado di vuoto (nel caso di materiali che durante l’applicazione possano essere soggetti a fenomeni di “schiacciamento”, ovvero riduzione del grado di vuoto) sulla conducibilità termica effettiva dei tre materiali analizzati. Analoghi risultati, seppure con grado di accuratezza lievemente inferiore, sono stati ottenuti per la diffusività termica e la capacità termica volumetrica. Poiché è nota la densità apparente di ciascun materiale si è scelto di calcolarne anche il calore specifico in funzione della temperatura, di cui si è proposto una correlazione empirica. I risultati sperimentali, concordi per i tre materiali in esame, hanno mostrato un incremento della conducibilità termica con la temperatura, da valori largamente inferiori a 0,1 W/(m∙K) a temperatura ambiente, fino a 0,3÷0,4 W/(m∙K) a 700°C. La sostanziale similitudine delle proprietà termiche tra i tre materiali, appartenenti alla medesima categoria di materiali isolanti, è stata riscontrata anche per la diffusività termica, la capacità termica volumetrica ed il calore specifico. Queste considerazioni hanno giustificato l’applicazione a tutti i tre materiali in esame dei medesimi modelli per descrivere la conducibilità termica effettiva, ritenuta, tra le proprietà fisiche determinate sperimentalmente, la più significativa nel caso di esposizione a fuoco. Lo sviluppo di un modello per la conducibilità termica effettiva si è reso necessario in quanto i risultati sperimentali ottenuti tramite la tecnica Transient Plane Source non forniscono alcuna informazione sui contributi offerti da ciascun meccanismo di scambio termico al termine complessivo e, pertanto, non consentono una facile generalizzazione della proprietà in funzione delle condizioni di impiego del materiale. La conducibilità termica dei materiali coibenti fibrosi e in generale dei materiali bi-fasici tiene infatti conto in un unico valore di vari contributi dipendenti dai diversi meccanismi di scambio termico presenti: conduzione nella fase gassosa e nel solido, irraggiamento nelle superfici delle cavità del solido e, talvolta, convezione; inoltre essa dipende fortemente dalla temperatura e dalla porosità. Pertanto, a partire dal confronto con i risultati sperimentali, tra cui densità e grado di vuoto, l’obiettivo centrale della seconda fase del progetto è stata la scelta, tra i numerosi modelli a disposizione in letteratura per materiali bi-fasici, di cui si è presentata una rassegna, dei più adatti a descrivere la conducibilità termica effettiva nei materiali in esame e nell’intervallo di temperatura di interesse, fornendo al contempo un significato fisico ai contributi apportati al termine complessivo. Inizialmente la scelta è ricaduta su cinque modelli, chiamati comunemente “modelli strutturali di base” (Serie, Parallelo, Maxwell-Eucken 1, Maxwell-Eucken 2, Effective Medium Theory) [1] per la loro semplicità e versatilità di applicazione. Tali modelli, puramente teorici, hanno mostrato al raffronto con i risultati sperimentali numerosi limiti, in particolar modo nella previsione del termine di irraggiamento, ovvero per temperature superiori a 400°C. Pertanto si è deciso di adottare un approccio semi-empirico: è stato applicato il modello di Krischer [2], ovvero una media pesata su un parametro empirico (f, da determinare) dei modelli Serie e Parallelo, precedentemente applicati. Anch’esso si è rivelato non idoneo alla descrizione dei materiali isolanti fibrosi in esame, per ragioni analoghe. Cercando di impiegare modelli caratterizzati da forte fondamento fisico e grado di complessità limitato, la scelta è caduta sui due recenti modelli, proposti rispettivamente da Karamanos, Papadopoulos, Anastasellos [3] e Daryabeigi, Cunnington, Knutson [4] [5]. Entrambi presentavano il vantaggio di essere stati utilizzati con successo per materiali isolanti fibrosi. Inizialmente i due modelli sono stati applicati con i valori dei parametri e le correlazioni proposte dagli Autori. Visti gli incoraggianti risultati, a questo primo approccio è seguita l’ottimizzazione dei parametri e l’applicazione di correlazioni maggiormente idonee ai materiali in esame, che ha mostrato l’efficacia dei modelli proposti da Karamanos, Papadopoulos, Anastasellos e Daryabeigi, Cunnington, Knutson per i tre materiali analizzati. Pertanto l’obiettivo finale del lavoro è stato raggiunto con successo in quanto sono stati applicati modelli di conducibilità termica con forte fondamento fisico e grado di complessità limitato che, con buon accordo ai risultati sperimentali ottenuti, consentono di ricavare equazioni predittive per la stima del comportamento, durante l’esposizione a fuoco, dei materiali fireproofing in esame. Bologna, Luglio 2013 Riferimenti bibliografici: [1] Wang J., Carson J.K., North M.F., Cleland D.J., A new approach to modelling the effective thermal conductivity of heterogeneous materials. International Journal of Heat and Mass Transfer 49 (2006) 3075-3083. [2] Krischer O., Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik (The Scientific Fundamentals of Drying Technology), Springer-Verlag, Berlino, 1963. [3] Karamanos A., Papadopoulos A., Anastasellos D., Heat Transfer phenomena in fibrous insulating materials. (2004) Geolan.gr http://www.geolan.gr/sappek/docs/publications/article_6.pdf Ultimo accesso: 1 Luglio 2013. [4] Daryabeigi K., Cunnington G. R., and Knutson J. R., Combined Heat Transfer in High-Porosity High-Temperature Fibrous Insulation: Theory and Experimental Validation. Journal of Thermophysics and Heat Transfer 25 (2011) 536-546. [5] Daryabeigi K., Cunnington G.R., Knutson J.R., Heat Transfer Modeling for Rigid High-Temperature Fibrous Insulation. Journal of Thermophysics and Heat Transfer. AIAA Early Edition/1 (2012).