O Trabalho Escolar

Análise do comportamento de um evaporador de suco de laranja utilizando um simulador industrial de processos

Resumo. Os simuladores de processo são cada vez mais aplicados nas atividades de projeto e análise de operações da indústria. Nas últimas décadas, vários simuladores comerciais foram desenvolvidos, entre eles o HYSYS, que foi desenvolvido inicialmente para aplicações voltadas à petroquímica, mas que com adaptações pode ser utilizado na simulação das condições operacionais de outras áreas como da indústria alimentícia. A evaporação do suco de laranja é uma etapa do processamento de concentração que visa à separação da água com o aquecimento da mistura, com alto consumo de energia. Logo, a modelagem e simulação de processos utilizando simuladores como o HYSYS, se torna muito atrativa devido à possibilidade de estudos na planta industrial sem necessidade de experimentação, uma vez o processo estando modelado, e com isso é possível obter informações rápidas e confiáveis. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o suco hipotético de laranja modelado no HYSYS através da solução de sacarose em água representou bem o suco real obtendo-se desvio menor 10% para a propriedade condutividade térmica. O modelo do evaporador de filme descendente para concentração de suco de laranja construído no HYSYS pela associação do trocador de calor e do vaso separador flash mostrou-se através das simulações bastante coerente com os dados experimentais do processo o que indica grande potencial para ser utilizado como ferramenta de análise, simulação e otimização da operação de concentração de sucos de laranja em evaporadores industriais.

Palavras-chave: Evaporadores; Modelagem; Simulação; Suco de laranja; HYSYS

Abstract. The process simulators are increasingly used in the activities of design and analysis of industry operations. Recently, several commercial simulators have been developed, including HYSYS, which was initially developed for applications related to petrochemicals, but with modifications can be used to simulate the operating conditions of other areas such as the food industry. The evaporation of orange juice is a processing step that aims to concentrate the separation of water by heating the mixture, with high energy consumption. Therefore, modeling and simulation processes using simulators such as HYSYS, it becomes very attractive due to the possibility of studies in the plant without the need for experimentation, since the process being modeled, and it is possible to obtain fast and reliable information. The results of this study showed that orange juice hypothetical modeled in HYSYS through the sucrose solution in water and juice represented by obtaining real deviation less than 10% for thermal conductivity property. The model of falling film evaporator for concentrating orange juice built in HYSYS by the association of the heat exchanger and flash separator vessel proved to be fairly consistent through the simulations with the experimental data of the process which indicates great potential for use as analysis tool, simulation and optimization of the concentration of orange juice in industrial evaporators.

1. Introdução

As frutas tropicais sempre geraram grande interesse, sobretudo internacional. A fruticultura é estratégica para o agronegócio brasileiro. Com um superávit de US$ 267 milhões em 2003, o setor ocupa uma área de 3,4 milhões de hectares. Hoje, o mercado interno absorve 21 milhões de toneladas/ano e o excedente exportável é de cerca de 17 milhões de toneladas. Com uma fruticultura diversificada, o Brasil é um dos maiores pólos mundiais de produção de sucos de frutas.  No ano de 2004, as exportações do setor alcançaram US$ 1,25 bilhão (REZZADORI e BENEDETTI, 2009).

A laranja representa aproximadamente 49% da produção brasileira de frutas. Em 2007, a produção de laranja foi de 18.500.478 t e no ano de 2008 a safra ultrapassou 18.580.908 t. Dentre os estados brasileiros que mais se destacam na produção de cítricos estão São Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais, Sergipe, Rio Grande do Sul, Paraná e Goiás.  A maior parte da produção brasileira de laranjas destina-se à indústria de suco, e está concentrada no estado de São Paulo, sendo responsável por 70% das laranjas e 98% do suco que o Brasil produz (REZZADORI e BENEDETTI, 2009).

O Brasil é o maior produtor mundial de suco de laranja, sendo responsável por 80% do comércio mundial de suco de laranja concentrado congelado de um total global de 1,4 milhões de toneladas métricas em 2001 (FILHO, 2005; MARTINS, 2006). Neste contexto o mercado para os sucos concentrados possui um grande potencial de expansão, e esta é uma das motivações para se estudar processos que mantenham as características da fruta no produto final, já que os requisitos de qualidade e as regulações fitossanitárias têm importância fundamental para os grandes importadores, Estados Unidos, União Européia e Japão, os quais têm as regras mais rígidas de controle (MARTINS, 2006).

Muitas aplicações de simulação de processos são encontradas voltadas a processos químicos industriais, no entanto pouquíssimas aplicações são encontradas voltadas a modelagem e simulação de processos alimentícios industriais (CHAWANKUL et al., 2001). Considerando esse argumento, a modelagem e simulação de processos alimentícios utilizando simuladores como o HYSYS, que se destaca pela qualidade do seu banco de dados e relativa facilidade na utilização, pode contribuir de forma decisiva, auxiliando na determinação das melhores condições de processamento e de projeto, visando à redução de custos nas indústrias já instaladas. Tais condições podem propiciar um consumo menor de energia e um nível mais elevado de qualidade no produto final.

Entretanto assim como os outros principais simuladores comerciais, também o HYSYS possui os seus blocos de simulação e banco de dados voltados à indústria petroquímica, evidenciando a necessidade de comprovar e, ou, adequar a aplicabilidade destes simuladores a outros seguimentos industriais, como o setor de concentração de sucos (SEIDER et al., 1999).

A evaporação, empregada no setor de sucos, tem por objetivo aumentar a concentração de sólidos totais para reduzir a atividade de água, contribuindo para a conservação do produto final. Também pode ser função da evaporação como etapa antecedente a outras operações unitárias tais como a desidratação, o congelamento e a esterilização visando à redução do peso e volume dos alimentos facilitando e reduzindo os custos de transporte, armazenamento e distribuição (ORDONEZ, 2005).