Modelagem matemática e simulação numérica do resfriamento rápido de morango com ar forçado

This work approaches the forced air cooling of strawberry by numerical simulation. The mathematical model that was used describes the process of heat transfer, based on the Fourier's law, in spherical coordinates and simplified to describe the one-dimensional process. For the resolution of the equation expressed for the mathematical model, an algorithm was developed based on the explicit scheme of the numerical method of the finite differences and implemented in the scientific computation program MATLAB 6.1. The validation of the mathematical model was made by the comparison between theoretical and experimental data, where strawberries had been cooled with forced air. The results showed to be possible the determination of the convective heat transfer coefficient by fitting the numerical and experimental data. The methodology of the numerical simulations was showed like a promising tool in the support of the decision to use or to develop equipment in the area of cooling process with forced air of spherical fruits.

Projecto de optimização de unidade de secagem de bacalhau por ar forçado

Este Projecto consiste na Concepção de uma Unidade Industrial de Secagem de Bacalhau, no qual serão projectados túneis de secagem, e consequentemente toda a explicação da dinâmica incutida na secagem do bacalhau. Este trabalho começará com uma introdução à secagem artificial do bacalhau, onde se fará referência aos factores envolventes que directa ou indirectamente influenciam a secagem, de onde se realça, de entre outros, as condições termodinâmicas da secagem. De seguida, será feita uma abordagem clara sobre a decomposição do pescado salgado seco, no qual abordaremos a temática relativa às diferentes formas de decomposição que poderão ocorrer nos mesmos, como a muscosidade, bactérias vermelhas ou fungos. Posteriormente, e de um ponto de vista claro e pragmático, apresentar-se-á a memória descritiva do projecto propriamente dito. Neste ponto descreve-se-á todo o projecto, começando-se pelo seu objectivo, pela descrição da Unidade e pela explicação do processo tecnológico. De seguida, faremos uma breve explicação sobre o sistema de segurança do HACCP, no qual fazer-se-á referência às regras higio – sanitárias e técnico-funcionais da Unidade, passando-se depois, ao dimensionamento das câmaras frigorificas e dos túneis de secagem. Após o dimensionamento das instalações serão realizados os balanços térmicos, a partir dos quais, as instalações frigoríficas das câmaras e túneis de secagem serão dimensionadas. No âmbito dos componentes inseridos nas instalações frigoríficas da Unidade Industrial iremos proceder a uma explicação clara e sucinta dos mesmos. Na parte final, mas não menos importante, far-se-á um resumo do funcionamento das instalações das câmaras frigoríficas e túneis de secagem.

Resfriamento de banana-prata com ar forçado

Este trabalho apresenta as curvas de resfriamento de banana-prata (Musa balbisiana Colla) e os valores do tempo de meio e sete oitavos de resfriamento, partindo do cálculo da Taxa Adimensional de Temperatura. Os frutos foram resfriados num sistema com ar forçado a 7ºC, umidade relativa de 87,6±3,8%, e velocidade do ar entre 1 e 0,2 m/s. Aplicou-se um delineamento experimental inteiramente casualizado, usando um esquema fatorial 2x2 (dois fluxos de ar (fatores) e duas embalagens (níveis)), para um nível de significância de 10%. Os fluxos de ar foram 1.933 a 1.160 m³/h, e as embalagens se diferenciaram pela porcentagem de área de abertura disponível para a ventilação (40 e 3,2%). Foi constatada uma diferença significativa no tempo de resfriamento, tanto quando aplicadas as duas taxas de ar como quando usadas as duas embalagens. O menor tempo de resfriamento foi atingido no tratamento que combinou a maior taxa de ar (1.933 m³/h) com a embalagem de maior área de aberturas (40%). O maior tempo de resfriamento foi atingido no tratamento que combinou a menor taxa de ar (1160 m³/h) com a embalagem de 3,2% de área efetiva de abertura. Os resultados obtidos demonstram que o tempo de resfriamento depende, em grande medida, da taxa de ar e do tipo de embalagem usada. O tempo de resfriamento variou em média entre 117 a 555 min, dependendo do tratamento aplicado. Não se constatou diferença significativa nas perdas de massa entre os diferentes tratamentos.

Modelagem matemática e simulação numérica do resfriamento rápido de morango com ar forçado

Este trabalho abordou o resfriamento rápido com ar forçado de morango via simulação numérica. Para tanto, foi empregado o modelo matemático que descreve o processo de transferência de calor, com base na lei de Fourier, escrito em coordenadas esféricas e simplificado para descrever o processo unidimensional. A resolução da equação expressa pelo modelo matemático deu-se por meio da implementação de um algoritmo, fundamentado no esquema explícito do método numérico das diferenças finitas, executado no ambiente de computação científica MATLAB 6.1. A validação do modelo matemático foi realizada a partir da comparação de dados teóricos com dados obtidos num experimento, no qual morangos foram resfriados com ar forçado. Os resultados mostraram que esse tipo de investigação para a determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção é promissora como ferramenta no suporte à decisão do uso ou desenvolvimento de equipamentos na área de resfriamento rápido de frutos esféricos com ar forçado.

GRADIENTE DE PRESSÃO ESTÁTICA DO AR FORÇADO EM CAMADAS DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MISTURADOS COM DIFERENTES PROPORÇÕES DE CAMA DE FRANGO

RESUMO Neste trabalho, teve-se como objetivo o ajuste de equações que possibilitassem a estimativa do gradiente de pressão estática do ar, quando insuflado em camadas de resíduos orgânicos misturados com diferentes proporções de cama de frango. As medições do gradiente de pressão estática do ar foram realizadas em um protótipo, submetido a vazões específicas, que variaram de 0,02 a 0,13 m3 s-1 m-2, em camadas de bagaço de cana-de-açúcar, palha de café e serragem de madeira, misturadas com cama de frango, nas proporções de 0; 10; 20; 30 e 40% (base volumétrica). Os dados de gradiente de pressão estática do ar e vazão específica ajustaram-se bem aos modelos de Shedd, Hukill & Ives e Hunter, podendo ser utilizados para predizer o gradiente de pressão estática do ar ao ser insuflado em camadas de resíduos orgânicos. Menores valores de gradientes de pressão estática do ar foram obtidos em camadas sem adição de cama de frango e os maiores gradientes obtidos nas camadas constituídas pela mistura com cama de frango, na proporção de 40%.

ESTUDO TEÓRICO DO RESFRIAMENTO COM AR FORÇADO DE FRUTAS DE GEOMETRIAS DIFERENTES

Neste trabalho apresenta-se um estudo numérico para a obtenção das curvas de resfriamento de laranja Valência, (Citrus sinensis O.) e banana prata (Mussa balbisiana Colla), em posições diferentes ao longo do leito e acondicionadas em embalagens com 40% de área efetiva de abertura. Os frutos foram resfriados num sistema de circulação com ar forçado (1.933m³/h), à temperatura de 1°C e 7°C, umidade relativa de 88,4 ± 2,0% e velocidade do ar em torno de 1m/s. Um modelo matemático bidimensional, em coordenadas esferoidais prolato, foi aplicado para predizer a condução de calor transiente dentro das frutas, assumindo-se condição de contorno convectiva na superfície do corpo. As equações geradas foram resolvidas numericamente pelo método de volumes finitos e o coeficiente convectivo de transferência de calor foi obtido aplicando o método de ajuste do erro quadrático mínimo, entre os dados experimentais e numéricos. A análise comparativa das curvas teóricas e experimentais mostrou uma concordância satisfatória, com valores de erro entre 5% e 7%. Notou-se que o coeficiente de transferência de calor varia com a posição dos frutos no leito e que o tempo de resfriamento apresenta uma variação de aproximadamente 38% entre os diferentes pontos. A distribuição espacial de temperatura no interior dos frutos, para três instantes de tempo, demonstrou a existência de um diferencial de temperatura entre o centro e a superfície de aproximadamente 30%. O modelo matemático prediz que a taxa de resfriamento nas bananas é muito mais alta nas pontas que nas outras regiões do fruto. O número de Bi e de Fo mostraram-se adequados e representativos do processo estudado, caracterizando adequadamente o resfriamento de corpos em qualquer relação de área/volume diferente.

Estudo comparativo do resfriamento de laranja valência com ar forçado e com água

Este trabalho apresenta um estudo para comparar o resfriamento rápido de laranja Valência (Citrus sinensis O.), com ar forçado e com água gelada. O sistema de resfriamento rápido com ar forçado operou com um fluxo de ar de 1.933m³/h (3 l/s por kg de produto resfriado), a uma temperatura de 1ºC e UR=88,4 ± 2,0%, com uma velocidade do ar em torno de 1m/s. Nos experimentos com água gelada foi utilizado um sistema de imersão, com uma capacidade de 0,23m³ de água a uma temperatura de aproximadamente 1ºC. Foi determinando o tempo meio e de sete oitavos do resfriamento, partindo das leituras de temperatura, perfazendo-se duas repetições em cada experimento. Os resultados mostraram que, o resfriamento do leito de frutas com ar forçado não é homogêneo, obtendo-se um tempo de sete oitavos do resfriamento que variaram de 107min a 170min, dependendo da posição do fruto no interior da embalagem. Já no sistema com água gelada, o resfriamento acontece uniformemente em todo em todo o leito de frutos, sendo o tempo médio de resfriamento de 57min.

Modelagem matemática e simulação numérica do resfriamento rápido de morango com ar forçado

Este trabalho abordou o resfriamento rápido com ar forçado de morango via simulação numérica. Para tanto, foi empregado o modelo matemático que descreve o processo de transferência de calor, com base na lei de Fourier, escrito em coordenadas esféricas e simplificado para descrever o processo unidimensional. A resolução da equação expressa pelo modelo matemático deu-se por meio da implementação de um algoritmo, fundamentado no esquema explícito do método numérico das diferenças finitas, executado no ambiente de computação científica MATLAB 6.1. A validação do modelo matemático foi realizada a partir da comparação de dados teóricos com dados obtidos num experimento, no qual morangos foram resfriados com ar forçado. Os resultados mostraram que esse tipo de investigação para a determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção é promissora como ferramenta no suporte à decisão do uso ou desenvolvimento de equipamentos na área de resfriamento rápido de frutos esféricos com ar forçado.

Utilização de 1-metilciclopropeno e resfriamento rápido na conservação de pêssegos

Postharvest losses vary among the different vegetable products. However, among fruits and vegetables the losses generally range from 30% to 50%. Thus, this paper aimed the application of 1-methylcycloprene (1-MCP) and fast cooling with forced air (PC) on peaches, in order to estimate their effects in the ripening process of this fruit. Physiological analyses were performed, such as loss of fresh mass, firmness, pH, titratable acidity, soluble solids, ratio and CO2 production, as well as sensorial analyses such as color, texture and flavor. The experiment was divided in two phases. In the first one, concentrations of 30, 60, and 90 nL/L 1-MCP, applied at 0 ºC and 20 ºC, were tested. The fruits treated without 1-MCP were denominated control for both temperatures studied. The second phase was composed by the following treatments: cold storage (CS) or control, cooling with forced air (CFA), cooling with forced air followed by 1-MCP application (CFA + 1-MCP) and 1-MCP application (1-MCP). Among these, the CFA + 1-MCP treatment provided more firmness of the fruits in comparison to the control fruits. The respiratory rate of peaches under CFA and CFA + 1-MCP treatments decreased in comparison to the control fruit respiratory rates.

Projeto de caixa de madeira para manga (Mangifera Indica L.)

Losses of horticulture product in Brazil are significant and among the main causes are the use of inappropriate boxes and the absence of a cold chain. A project for boxes is proposed, based on computer simulations, optimization and experimental validation, trying to minimize the amount of wood associated with structural and ergonomic aspects and the effective area of the openings. Three box prototypes were designed and built using straight laths with different configurations and areas of openings (54% and 36%). The cooling efficiency of Tommy Atkins mango (Mangifera Indica L.) was evaluated by determining the cooling time for fruit packed in the wood models and packed in the commercially used cardboard boxes, submitted to cooling in a forced-air system, at a temperature of 6ºC and average relative humidity of 85.4±2.1%. The Finite Element Method was applied, for the dimensioning and structural optimization of the model with the best behavior in relation to cooling. All wooden boxes with fruit underwent vibration testing for two hours (20 Hz). There was no significant difference in average cooling time in the wooden boxes (36.08±1.44 min); however, the difference was significant in comparison to the cardboard boxes (82.63±29.64 min). In the model chosen for structural optimization (36% effective area of openings and two side laths), the reduction in total volume of material was 60% and 83% in the cross section of the columns. There was no indication of mechanical damage in the fruit after undergoing the vibration test. Computer simulations and structural study may be used as a support tool for developing projects for boxes, with geometric, ergonomic and thermal criteria.

Qualidade do pequi submetido ao cozimento após congelamento por diferentes métodos e tempos de armazenamento

O pequi um fruto do Cerrado, de alto valor nutricional e potencial econômico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade do pequi cozido após ter sido submetido a diferentes métodos de congelamento e tempos de armazenamento. Os frutos, oriundos de Bocaiúva, Norte de Minas Gerais, foram selecionados, lavados, sanificados, descascados, branqueados, resfriados, embalados em sacos de polietileno, selados a vácuo, em parcelas de 300g, submetidos ao congelamento por ar estático e por ar forado e armazenados em congelador (-18ºC ±2ºC) por seis meses. A cada dois meses (0, 2, 4 e 6 meses), os frutos foram analisados após cozimento, em água, por 20 minutos (300g . L-1), em panelas de aço inox. As seguintes análises foram realizadas: microscopia eletrônica de varredura, firmeza, umidade, cor (L*, h* e C*), carotenoides totais, β-caroteno e vitamina C. Houve diferença significativa entre os dois métodos de congelamento apenas para as variáveis vitamina C e β-caroteno. As demais variáveis sofreram influência apenas do fator tempo de armazenamento. Conclui-se que o pequi cozido após congelamento é influenciado mais pelo tempo de armazenamento do que pelo método de congelamento, sendo o congelamento eficiente para preservação da qualidade desse fruto.

Avaliação preliminar dos custos de resfriamento de laranja in natura

Este trabalho apresenta um estudo para determinar os custos do resfriamento de laranja Valência (Citrus Sinensis Osbeck) num sistema com ar forçado (Ta=1ºC e UR=88,4±2,0%) e numa câmara convencional. Os frutos foram resfriados condicionados em dois tipos de embalagens, com área efetiva de abertura de 3,5% e 40%. O custo total anual foi determinado com o cálculo dos custos fixos e variáveis da instalação, e o custo total de resfriamento, baseado na quantidade de frutos que podem ser resfriados em cada sistema, num mesmo período. Comprovou-se que o custo de resfriamento chega a ser de 20% a 40% menor quando os frutos são resfriados no sistema com ar forçado, se comparado com o custo quando os frutos foram resfriados no sistema convencional.

Simulação computacional aplicada ao desenvolvimento de embalagens para bananas

Este trabalho propõe um método de projeto de embalagem para produtos hortícolas, buscando uma otimização integrada dos aspectos geométricos, estruturais e térmicos, ligados à facilitação do resfriamento e armazenamento refrigerado. Para o dimensionamento e otimização estrutural, foi utilizado o Método dos Elementos Finitos implementado pelo programa ANSYS, obtendo-se oito modelos virtuais de embalagens, com 10% e 14% de área efetiva de aberturas e geometria quadrada, retangular e circular. Para o desenvolvimento dos experimentos, que avaliaram a relação da área de aberturas com o tempo de sete-oitavos de resfriamento, foram construídos protótipos de tábuas de madeira (Pinnus elliotti) de reflorestamento. Nas embalagens, foram acondicionados aproximadamente 13 kg de banana variedade Nanica (Musa cavendishii, cultivar nanica), resfriada num túnel de ar forçado (vazão de ar de 0,32 m³ s-1, temperatura de 8,0±1,2ºC e umidade relativa de 84,5±2,6%). O tempo de resfriamento também foi comparado com aquele obtido quando a mesma quantidade de frutas foi resfriada em embalagens de papelão (2,5% de área efetiva de abertura) e madeira (18% de área efetiva de abertura). Os resultados demonstraram que, entre os protótipos propostos, não houve diferença significativa no tempo de resfriamento dos frutos acondicionados nas embalagens desenvolvidas, sendo o tempo médio de resfriamento de 40,71±2,81 min. Na comparação com as embalagens de papelão e madeira, houve diferenças significativas, sendo que as embalagens comerciais tiveram tempos de resfriamento de 1,25 e 2 vezes maiores. Concluiu-se que a simulação estrutural computacional, aliada a algoritmos de otimização, além de procedimentos experimentais ligados à cadeia do frio, são recursos promissores no auxílio de projetos para embalagens de transporte de produtos hortícolas.

Utilização de 1-metilciclopropeno e resfriamento rápido na conservação de pêssegos

As perdas pós-colheita variam entre os diversos produtos vegetais, porém, de modo geral, entre as frutas e hortaliças, têm-se perdas da ordem de 30 a 50%. Assim, este trabalho teve como objetivo a aplicação de 1-metilciclopropeno (1-MCP) e de resfriamento rápido com ar forçado (RR) em pêssegos, a fim de avaliar seus efeitos no processo de amadurecimento dessa fruta. Foram feitas análises fisiológicas: perda de massa fresca, firmeza, pH, acidez titulável, sólidos solúveis, razão SS/AT e produção de CO2, e análises sensoriais: cor, textura e sabor. O experimento foi dividido em duas etapas. Na primeira, testaram-se as concentrações de 30; 60 e 90 nL L-1 de 1-MCP aplicadas nas temperaturas de 0 ºC e 20 ºC. As frutas não-tratadas com 1-MCP foram denominadas de controle para as duas temperaturas estudadas. Na segunda, foram conduzidos os tratamentos: armazenamento refrigerado (AR) ou controle, resfriamento rápido com ar-forçado (RR), resfriamento rápido seguido da aplicação do 1-MCP (RR + 1-MCP) e aplicação de 1-MCP (1-MCP). Dentre esses, o tratamento RR + 1-MCP proporcionou frutas mais firmes em relação às frutas do tratamento-controle. A taxa respiratória dos pêssegos submetidos ao RR e ao RR + 1-MCP foi reduzida, se comparada à taxa respiratória das frutas do tratamento-controle.

Processo de congelamento em túnel portátil com convecção forçada por exaustão e insuflação para paletes

Este trabalho propôs a montagem experimental de um túnel portátil de congelamento por ar forçado composto por um ventilador que produz uma região de alta ou baixa pressão em um palete com produto, onde se pode avaliar o processo com a utilização de insuflação, exaustão de ar e uma combinação mista destes dois processos. O equipamento foi alocado no interior de uma câmara de estocagem de produtos congelados, buscando-se melhorar a distribuição do ar, potencializando-se a troca térmica entre o ar e o produto. Durante o congelamento, foram comparados os processos e analisada a transferência de calor entre o ar de resfriamento e o produto em diferentes posições e camadas do palete, bem como a distribuição do ar de resfriamento em circulação ao redor do produto. O processo de exaustão apresentou uma redução de 14% do tempo para o congelamento em relação à insuflação e 10% em relação ao misto.