Processos Unitários

Processos Unitários
Docente: Profª Ana Xavier
Ano Lectivo: 2003/04
Curso(s): Licenciatura em Bioquímica e Química Alimentar
Escolaridade: 3h T - 1h TP - 0h P
Unidades de Crédito: 3.5
OBJECTIVOS
Nesta disciplina o aluno deve adquirir as noções básicas de transferência de massa, de
transferência de calor e de transferência de quantidade de movimento para poder aprender
as várias operações unitárias utilizadas nos processos de fabrico de alimentos. A
abordagem será não só qualitativa mas também quantitativa de modo a poder, face a
exemplos concretos, decidir e projectar o processamento de alimentos atendendo ao tipo
de produto, volumes envolvidos, equipamentos necessários, investimentos e riscos
próprios de cada operação.
METODOLOGIA
Nesta disciplina a metodologia de ensino é feita à base de três aulas teóricas onde são
expostas as matérias e se dão exemplos concretos e de uma aula teórico-prática onde se
resolvem alguns problemas de aplicação. Para complementar e enriquecer a
aprendizagem há ainda visitas de estudo a certas indústrias alimentares da região e
trabalhos de grupo sobre determinadas operações unitárias ou processos de fabrico ou
tipos de produtos.
PROGRAMA
Introdução:
Noções básicas de Processamento. Características físicas, sensoriais ou organolépticas e nutricionais dos
alimentos. Alteração destas características com o processamento.
Área, densidade, concentração, fracção ponderal, fracção molar.
Unidades e dimensões: Unidades básicas, unidades derivadas e sistemas de unidades. Análise dimensional.
Números adimensionais: Reynolds e outros.
Regra dos algarismos significativos.
Leis da termodinâmica: 1ª e 2ª leis
Sistema: propriedades intensivas e propriedades extensivas.
Equação dos gases perfeitos.
Diagrama de fases da água.
Conservação da massa e energia nos processos unitários
Balanços de massa, aplicação e cálculos de casos simples da indústria alimentar.
Processos contínuos, processos descontínuos e processos semi-contínuos. Diagrama de fluxos. Energia,
entalpia e pressão. Trabalho. Potência. Energia em trânsito. Trabalho mecânico e calor. Calor sensível e
calor latente.
Transporte de fluidos
Fluxo e funcionamento de bombas centrífugas e de bombas de deslocamento positivo. Densidade e
viscosidade, sua medição e influência da temperatura. Tensão de corte, velocidade de corte e
características de fluxo.
Nº de Reynolds. Líquidos Newtonianos e não Newtonianos. Modelo de Hershel- Bulkley para fluidos
Escoamento de fluidos. Perfil de velocidades do escoamento em tubagens. Escoamento com perfil
parabólico e regime laminar e com perfil planar e regime turbolento. Forças de fricção e factor de fricção.
Variação do factor de fricção com o nº de Reynolds e com a rugosidade da tubagem - Diagrama de Moody.
Preparação das matérias primas
Limpeza, classificação e descasque. Exemplos práticos.
Mistura e agitação
Mistura de sólidos. Controle do grau de mistura. Velocidade de mistura. Mistura de líquidos. Equipamento
utilizado na mistura de líquidos, massas e sólidos.
Redução do tamanho de partículas
Redução do tamanho de alimentos sólidos: Corte e Moagem. Energia necessária para a moagem; exemplos
de aplicação. Equipamento utilizado. Efeito do corte e moagem nas características dos alimentos. Redução
do tamanho de partículas em alimentos líquidos: Emulsificação e Homogeneização. Emulsões:
características, agentes emulsionantes e estabilizantes. Equipamento utilizado. Efeito nas características dos
alimentos.
Sedimentação
Separação por sedimentação. Movimento de particulas num fluido; Lei de Stokes. Exemplos de aplicação.
Equipamento utilizado: Tanques sedimentadores e separadores de ciclone.
Centrifugação
Separação por centrifugação. Força centrífuga numa partícula de uma suspensão. Força centrífuga numa
centrífuga com escoamento laminar. Equipamento utilizado. Problemas de aplicação.
Filtração
Separação por Filtração. Tratamentos prévios à filtração: Aquecimento, adição de electrólitos, adição de
agentes adsorventes. Optimização da Filtração. Equipamento utilizado: filtros-prensa e tambores rotativos;
Velocidade de filtração; Bolos incompressíveis; Bolos compressíveis. Lavagem do bolo. Exemplos de
aplicação.
Extracção
Processos de separação por equilíbrio de contacto. Fases destes processos e exemplos práticos da indústria
alimentar. Extracção: extracção por etapas e extracção diferencial. Fluido pesado e fuido leve. Coeficiente
de partição. Aplicações na indústia alimentar.
Transferência de calor
Modos de transferência de calor. Velocidade de transferência de calor (estado estacionário). Condução.
Condutividades térmicas dos alimentos e materiais envolvidos no processamento dos alimentos. Condução
em série e condução em paralelo. Exemplo. Convecção. Convecção natural e convecção forçada. Radiação.
Coeficientes globais de transferência de calor. Balanços de energia e diferentes formas de energia. Fontes
de calor utilizadas na indústria alimentar. Características do vapor de água.
Extrusão
Extrusão fria e quente. Equipamento e parâmetros operacionais importantes.
Matérias primas alimentos e efeitos da extrusão.
Tratamento Térmico dos Alimentos
Tratamento térmico dos alimentos. Curvas de nº de sobreviventes em função do tempo para temperaturas
determinadas. Tempo de redução decimal ou de redução efectiva ou de morte térmica - D. Curvas de tempo
de morte térmica em função da temperatura. Definição dos parâmetros F e Z.
Branqueamento. Pre-tratamento para a conserva, secagem e desidratação de frutos, legumes e vegetais.
Efeito nos alimentos: conteúdo nutritivo, sabor, cor e textura.
Pasteurização. Objectivos e exemplos. Comparação dos processos convencionais e processos HTST
(pasteurização flash). Efeito nas características nutricionais dos alimentos. Pasteurização. Equipamento.
Pasteurizadores de placas.
Esterilização. Teoria e aplicações. Esterilização a alta temperatura e curto tempo. Equipamento. Efeito nos
alimentos.
Refrigeração: princípios básicos e mecanismo. Factores importantes no processamento na Indústria
Alimentar. Factores importantes no processamento realizado na Indústria Alimentar e no transporte e
armazenamento dos produtos.
Congelação: princípios básicos e mecanismo. Factores importantes no processamento na Indústria
Alimentar. Factores importantes no processamento realizado na Indústria Alimentar e no transporte e
armazenamento dos produtos.
Humidificação
Nomenclatura e definições: humidade absoluta, humidade de saturação, percentagem de humidade,
humidade relativa, volume molar húmido, capacidade molar húmida, entalpia molar húmida, temperatura
de orvalho, temperatura de saturação adiabática e temperatura de termómetro húmido.
Carta psicrométrica. Uso da carta psicrométrica em alguns cálculos fundamentais: aquecimento e
arrefecimento de gases; mistura de correntes gasosas; saturação adiabática e secagem de materiais.
Secagem e desidratação
Processos de secagem. Tipos de água nos alimentos. Secagem por ar quente. Mecanismo. Cinética de
secagem. Secagem por contacto. Secagem por congelamento (liofilização). Equipamento. Efeito da
secagem convencional nos alimentos. Comparação com a liofilização.
Evaporação
Objectivos e utilizações na indústria alimentar. Principais tipos de evaporadores. Considerações de
equilíbrio: diagrama entalpia-composição e Linhas de Dühring (elevação ebulioscópica). Vapor de
aquecimento. Evaporador de efeito simples: Equações de balanço material, balanço entálpico e projecto.
Cálculo do consumo de vapor e área de transferência. Introdução aos evaporadores de efeito múltiplo:
Métodos de circulação (contracorrente e co-corrente), capacidade e economia; gradientes de pressão
impostos para reutilização do vapor gerado.
Separações em membrana: Osmose Inversa, Micro, Ultra e Nanofiltração, Pervaporação,
Diálise e Electrodiálise.
Introdução: definições, nomenclatura, tipos de membranas. Domínios de utilização de membranas.
Módulos de membranas. Critérios de selecção de membranas e módulos de membranas.
Transporte em membranas: Permeabilidade, permeância e força directriz; Mecanismos de transporte em
membranas porosas (escoamento viscoso, difusão nos poros – molecular, Knudsen e configuracional – e
difusão restrita); Modelo da sorção-difusão de Londsale-Merten-Riley para o transporte em membranas
não-porosas (densas).
Polarização por concentração: formação de camada limite e camada gel.
Relações e cálculos fundamentais para diálise, ultrafiltração e nanofiltração.
Osmose Inversa: descrição e aplicações; pressão osmótica e equação de Merten; relações e cálculos
fundamentais.
Breve descrição da pervaporação e electrodiálise.
BIBLIOGRAFIA
Food Processing Technology - P Fellows, Ellis Horwood, 1988.
Unit Operations in Food Processing - R.L. Earle, Pergamon Press, 1983.
Introduction to Food Engineering - R.P. Sing, D.R. Heldman, Academic Press, 1993.
Unit Operations for the Food Industries - W.A.Gould, CTIPublications, 1996.
Principles of Food Processing – D.R. Heldman, Chapman&Hall, 1997.
Food Processing Engineering - D.R. Heldman, R.P.Singh, AVI Publishing company, inc., 1981.
Tecnologia Química Vol ll Operações Unitárias - J.M.Coulson e J.F. Richardson, Fundação Calouste
Gulbenkien, 1968.
The technology of dairy products 2ªed – R. Early, Blackie Academic & Professional, 1998.
Enciclopedia of Food Science and Technology - Y.H.Hui, John Wiley, 1991, 4º vol.
O Regente da Disciplina