evaporacao

CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS

POR EVAPORAÇÃO

CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS POR EVAPORAÇÃO

A evaporação consiste em concentrar os alimentos líquidos por ebulição,

aumentando a concentração dos sólidos totais para reduzir a aw, contribuindo para a

conservação.

CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS POR EVAPORAÇÃO

Concentração de líquidos antes da aplicação de outras operações (desidratação, congelamento,

esterilização): facilita o processamento e proporciona considerável economia de energia.

Redução do peso e do volume dos alimentos para facilitar e baratear os custos de transporte,

armazenamento e distribuição.

Facilitar o uso e diversificar a oferta de produtos.

EVAPORAÇÃO

Fundamentos

A evaporação, como procedimento de eliminação da água por ebulição, necessita de

um meio de aquecimento que transmita o calor requerido para a mudança de estado.

Na indústria alimentícia, normalmente utiliza-se como fluido calefator vapor d’água saturado (vapor primário), que condensa cedendo ser calor latente

ao produto que se evapora.

EVAPORAÇÃO

Fatores que modificam o ponto de ebulição e a transferência de energia

A força motriz da transferência calórica no trocador de calor de um evaporador é a diferença de temperatura entre o meio de aquecimento e o

líquido a evaporar (∆T).

Utilizando o mesmo fluido calefator, os evaporadores que trabalham em pressão reduzida apresentam maior diferença de temperatura (devido à queda do ponto de

ebulição do líquido processado).

EVAPORAÇÃO


Depósito de resíduos nas superfícies do trocador de calor e formação de crostas:

favorecido por elevadas temperaturas e baixa velocidade de fluxo do líquido.

Alimentos propensos a sofrer problemas de desnaturação e precipitação de componentes

são processados em evaporadores de circulação forçada.

EVAPORAÇÃO


Película superficial: cria-se em torno da superfície de aquecimento do evaporador, constituindo a maior

resistência à transmissão de calor.

Viscosidade do alimento: os coeficientes de transferência de calor e a velocidade de circulação dos líquidos no evaporador diminuem com o aumento da

viscosidade. À medida que avança a evaporação, diminui a velocidade de transferência de calor.

EVAPORAÇÃO


Formação de espuma estável: é favorecida pela presença de proteínas e carboidratos no

alimento. A espuma, além de diminuir a transferência de calor, dificulta a separação de

vapor e favorece que esse arraste parta do concentrado em forma de finas gotículas.

EVAPORAÇÃO


Pressão externa: um líquido ferve quando a pressão de vapor que exerce é igual a pressão

externa a que está submetido.

EVAPORAÇÃO


Concentração de solutos dissolvidos: no evaporador, o ponto de ebulição do líquido tratado

aumenta à medida que cresce a concentração.

Gráficos de Dühring para

diferentes soluções de

hidróxido de sódio

EVAPORAÇÃO


Pressão hidrostática: a temperatura de ebulição do líquido tratado em um evaporador varia

conforme a profundidade. Em qualquer nível abaixo da superfície livre, é necessário, para

iniciar a ebulição, que se ultrapasse a pressão do meio e a correspondente à que é exercida pela

coluna do líquido situada acima do nível considerado (pressão ou cabeça hidrostática).

EVAPORAÇÃO

Efeitos nas propriedade dos alimentos

Ajustar os equipamentos de modo que as temperaturas de ebulição se mantenham baixas e os tempos de permanência do produto nas zonas

de aquecimento sejam curtas.

Emprego de evaporadores que operam a pressões reduzidas e permitem grande

desenvolvimento superficial.

EVAPORAÇÃO


Perda de aroma: a maioria dos compostos responsáveis pelo aroma e, em alguns casos,

pelo sabor dos alimentos é mais volátil do que a água. Em alguns casos, essa perda pode ser

benéfica, ao se eliminarem voláteis desagradáveis (cacau, leite).

EVAPORAÇÃO


Mudanças de cor: os alimentos evaporados geralmente apresentam cor mais intensa: aumento da concentração dos sólidos e a

diminuição da aw favorece algumas reações químicas (escurecimento não-enzimático).

EVAPORAÇÃO

Equipamentos e aplicações

1. O trocador de calor, que permite a transmissão de calor entre o fluido calefator e o alimento.

Elementos básicos

Podem ser tubulares, placas, cônico.

EVAPORAÇÃO


Elementos básicos

2. O separador, no qual o vapor é separado da fase líquida concentrada.

Podem ser simplesmente espaços que possibilitem ao vapor secundário se separa do líquido concentrado.

Algumas instalações apresentam os chamados separadores de arraste.

EVAPORAÇÃO


Elementos básicos

3. O condensador, que permite eliminar o vapor d’água em forma de condensado. Nos sistemas

que operam com pressão atmosférica, esse elemento pode ser omitido.


Elementos auxiliares

EVAPORAÇÃO

Nos sistemas que operam com pressão reduzida, requer-se um equipamento adicional que inclui, além dos condensadores de vapor,

as correspondentes bombas de vácuo ou ejetores de vapor.


Elementos auxiliares: bombas de vácuo e ejetores de vapor

EVAPORAÇÃO

O equipamento de vácuo é responsável pela eliminação do sistema de gases não-condensáveis.

Diagrama de ejetor de jato de vapor de

fase única


Elementos auxiliares: coletores de condensado e purgadores

EVAPORAÇÃO

Esses elementos são essenciais para que a transferência de energia seja adequada nos

trocadores de calor.

Dispositivos que permitem controlar a saída dos condensados do vapor primário e dos gases inertes.


Sistemas de economia de energia

EVAPORAÇÃO

A eliminação da água dos alimentos por evaporação requer aporte considerável de energia (2,257 kJ por kg de água evaporada a 100 oC), que

geralmente é proporcionado com vapor d’água.

Os métodos para a conservação da energia nos sistemas de evaporação baseiam-se

justamente no aproveitamento de calor contido no vapor extraído do alimento.



EVAPORAÇÃO

Efeitos múltiplos: consiste em conectar diversos evaporadores (efeitos) entre si, de forma que o vapor

secundário produzido em um deles seja utilizado como vapor primário (ou fluido calefator) em outro, e

assim sucessivamente.

Evaporadores de efeito múltiplo.

Métodos de alimentação:

a) concorrente, b) em contracorrente,

c) em paralelo e d) mista.



EVAPORAÇÃO

Alimentação para frente ou concorrente: é o procedimento mais simples, barato e fácil de manejar, já que não necessita de bombas de

alimentação entre os diferente efeitos. O avanço do líquido e o aproveitamento do vapor produzido

realizam-se no mesmo sentido.



EVAPORAÇÃO

Alimentação para frente ou concorrente: o vapor secundário tem energia apenas para permitir que o líquido ferva a uma temperatura inferior à do efeito

do qual procede, e a concentração do líquido aumenta ao avançar pelos efeitos, é necessário que

o sistema funcione a pressões progressivamente mais baixas.

Funcionamento de evaporador de efeito triplo com alimentação para frente. F, alimentação; Vv, vapor

primário; V, vapor secundário; q, calor transmitido; P, pressão; t, temperatura; Ac, condensado; P, produto.



EVAPORAÇÃO

Alimentação para trás ou contracorrente: o avanço do líquido tratado e o aproveitamento do vapor

liberado realizam-se em sentido contrário. Aquece-se o alimento mais diluído com vapor procedente de um efeito no qual se tratou produto mais concentrado, e

assim sucessivamente.



EVAPORAÇÃO

Alimentação em paralelo: é indicado para a cristalização de alguns produtos, pois dispensa o uso

de bombas para ser transversado. O produto é levado a termo em cada efeito, embora o vapor

liberado passe de um efeito a outro.



EVAPORAÇÃO

Alimentação mista: é utilizado nas instalações com grande número de efeitos. Trata-se de uma combinação da alimentação para frente (nas

primeiras etapas da evaporação) e de contracorrente (nas últimas fases da concentração).



EVAPORAÇÃO

Recompressão mecânica do vapor: é outra forma de aproveitamento do vapor secundário. Trata-se de

aumentar a pressão e, conseqüentemente, a temperatura de condensação do vapor secundário procedente de um evaporador para prosseguir a

evaporação do produto. A recompressão pode ser feita utilizando bomba mecânica ou recorrendo ao

compressor de jato de vapor.

Diagrama de ejetor de jato de vapor de fase única

Evaporador de vários efeitos com outros sistemas de

aproveitamento de energia. a) Evaporador de dois efeitos

e termocompressor: 1. Preaquecedor 1; 2.

Preaquecedor 2; 3. Primeira etapa de evaporação; 4. Separador de vapor. 1a.

Etapa; 5. Segunda etapa de evaporação; 6. Separador de

vapor, 2 ª etapa; 7. Termocompressor.

b) Evaporador de três efeitos com compressão mecânica:

1. Termocompressor; 2. Bomba de vácuo; 3.

Compressor de vapor.



EVAPORAÇÃO

Preaquecimento: uma forma simples de conservação energética na evaporação consiste em

utilizar o vapor secundário do evaporador para pré-aquecer o alimento antes de iniciar seu processamento. Esse procedimento permite incrementar entre 5 e 10% a capacidade do

evaporador seguinte.

Métodos de evaporação mais empregados na indústria alimentícia

EVAPORAÇÃO

Evaporadores de circulação natural

Evaporadores de circulação forçada

Evaporadores de baixa temperatura,

de ciclo de refrigeração ou de bomba calorífica

EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO

NATURAL

1. Evaporadores abertos e fechados

2. Evaporadores de tubos curtos ou de tubo e carcaça

Evaporadores de tubos curtos horizontais

Evaporadores de tubos curtos verticais

3. Evaporadores de tubos longos

Evaporadores de tubos longos de película ascendente

Evaporadores de tubos longos de película descendente

Evaporadores de película ascendente-descendente

4. Evaporadores de calandra externa

EVAPORAÇÃO

Evaporadores de Circulação Natural

O movimento do líquido tratado deve-se às correntes de convecção e à força de ascensão das borbulhas de vapor, que o arrastam ao longo do trocador de

calor. A separação do vapor do líquido é favorecida pelo movimento centrífugo do produto, ocorrendo na

zona superior do evaporador.

EVAPORAÇÃO


Recipiente de forma esférica que se aquece com gás, com resistência elétrica ou com vapor d’água que circula por uma serpentina ou por uma camisa externa.

Evaporadores abertos e fechados

Em alguns casos (evaporadores fechados), possuem uma tampa que lhes permite funcionar a vácuo.

EVAPORAÇÃO


São utilizados na elaboração de sopas, concentrados de polpa de tomate, molhos variados, marmeladas e produtos de confeitaria e similares.

Evaporadores abertos e fechados

EVAPORAÇÃO


Constam de recipiente ou carcaça com trocador de tubos em sua parte inferior.

Evaporadores de tubos curtos ou de tubo e carcaça

Os evaporadores de tubos curtos verticais costumam ser utilizados para a concentração de xaropes (solução de açúcar de cana, de beterraba, glicose), extrato de

malte, sal e suco de frutas.

Evaporadores de tubos curtos: a) evaporador de tubos curtos horizontais; b) evaporador de tubos curtos verticais; e c) evaporador de tubos de cesta.

EVAPORAÇÃO


São formados por uma câmera vertical provida de trocadores de calor de tubos verticais com 2,5 a 5,0 cm

de diâmetro e 3 a 15 m de altura. Esse tipo de evaporador pode ser de película ascendente ou

descendente, dependendo da disposição da entrada de líquido no trocador de calor.

Evaporadores de tubos longos

Evaporadores de tubos longos: a) evaporador de tubos longos de película descendente; b) evaporador de tubos longos de película ascendente-descendente.

Ebulição no interior do evaporador de tubos longos de película ascendente.

EVAPORAÇÃO


Caracterizam-se geralmente por tempo curto de permanência na zona de aquecimento, por altos

coeficientes de transferência de calor e por grande eficácia energética.

Evaporadores de tubos longos

São indicados para o tratamento de produtos sensíveis ao calor, como na elaboração de sucos

cítricos, de produtos lácteos, de extratos de leveduras e na fabricação do amido.

EVAPORAÇÃO


Sua característica é que o sistema de separação de vapor secundário é externo à calandra.

Evaporadores de calandra externa

Evaporador de circulação natural com calandra externa e separador de ciclone.

EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO

FORÇADA

1. Evaporadores de placas

2. Evaporadores de fluxo expandido

3. Evaporadores de película mecânica ou rotatórios

EVAPORAÇÃO

Evaporadores de Circulação Forçada

Possuem bombas centrífugas (para líquidos menos viscosos), bombas de deslocamento positivo (para

líquidos de maior viscosidade) ou diversos dispositivos (como uma hélice impulsora nos evaporadores de

cristalização) que distribuem o líquido no interior do trocador de calor e aumentam a velocidade de fluxo ao

longo das superfícies de aquecimento.

Evaporadores de circulação forçada

com calandra externa.

EVAPORAÇÃO


Utilizado para alimentos termossensíveis, como extratos de leveduras, produtos lácteos e

extratos de carne.

Evaporadores de placas

Evaporador de placas

EVAPORAÇÃO


O intercâmbio calórico realiza-se sobre cones invertidos sobrepostos. Operam a vácuo.

Evaporadores de fluxo expandido

Evaporador de fluxo expandido

EVAPORAÇÃO


Dispõem de um sistema mecânico que permite distribuir o líquido a ser evaporado em

fina película.

Evaporadores de película fina mecânica ou rotatórios

Evaporadores de película fina mecânica:

a) evaporador de película fina; e

b) evaporador de superfície varrida

horizontal.

EVAPORAÇÃO


São muito adequados para alimentos termossensíveis, viscosos e com tendência a formar espuma ou a aderir às superfícies quentes (polpa e suco de algumas frutas, massa de tomate, estrato

de carne, cremes de cacau e café).

Evaporadores de película fina mecânica ou rotatórios

Em geral, utilizam-se como evaporadores de acabamento de produtos previamente concentrados

em outro tipo de instalações.

EVAPORAÇÃO

Evaporadores de baixa temperatura, de ciclo de refrigeração ou de bomba calorífica

Esses equipamentos trabalham a baixa pressão, conseguido temperaturas de ebulição muito baixas, da ordem de 20 oC, e tempos de evaporação curtos.

Evaporador de baixa temperatura, de ciclo de refrigeração ou de bomba calorífica

evaporacao

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