Tecnologia da Evaporação em Alimentos

Tecnologia da Evaporação em Alimentos

Na indústria de alimentos e sucos, evaporação se refere à operação que consiste em remover a água existente nos alimentos in natura (todo alimento contém água natural em sua composição.

Para a evaporação, usa-se transferência de calor para ferver o alimento, e obter um produto aquoso de concentração mais elevada. Este processo é utilizado para retirada da água dos alimentos mais variados como:

-Fabricação de leite condensado.

-Sucos de frutas concentrado (laranja, abacaxi, uva, etc).

-Extrato e Catchup de tomate.

-Polpas de frutas (banana, morango, manga, etc).

-Doces em massas (goiabada, marmelada, batata doce, etc).

O evaporador tem a função principal de fornecer calor para evaporar a água do alimento (troca térmica), através da ebulição. Para que o alimento não perca a sua cor, aromas e ingredientes nutritivos, esta operação de fervura é realizada sob vácuo no interior do evaporador isto é, o alimento entra em ebulição a baixa temperatura. Alguns fatores são importante na evaporação da água do alimento e que, deve ser observado:

Viscosidade do Produto Alimentício

Quanto mais concentrado o produto mais viscoso ele fica, até um ponto em que a troca térmica não é mais possível.

Pressão no Evaporador

A temperatura do produto no interior do evaporador é função da pressão interna ou seja, a temperatura do vapor é igual a temperatura de saturação na mesma pressão.

Vácuo Interno

Aumentando o vácuo interno no evaporador, aumenta a troca térmica no alimento e evita a degradação do mesmo como: perda de sabor, aromas, cor e nutrientes.

Evaporadores de Um Efeito

Neste tipo de evaporador também chamado de simples efeito, o vapor liberado da concentração isto é, não é reaproveitado para um pré aquecimento do alimento. Veja o esquema:

f = entrada do alimento

p = alimento concentrado

v = água evaporada

s = vapor de aquecimento

c = saída do condensado M = quantidade de alimento

T = temperatura

P = pressão absoluta

W = concentração final

O vapor saturado Ts entra no trocador de valor acima da entrada do alimento Tf. A troca térmica começa a ocorrere o alimento entra em ebulição a uma temperatura Tp (temperatura de equilibrio com a temperatura do vapor) ou seja, a quantidade de calor transferida ao alimento, é diretamente proporcional à quantidade de vapor que condensa. Está quantidade pode ser calculada pela equação:

Q = V x A (Ts - Tp ) = Ms ( Hs - Hc )

Q = quantidade total de vapor

U = coeficiente global de transferência de calor

A = área da superfície de aquecimento

Ts = temperatura do vapor

Tp = temperatura do alimento

Ms = quantidade de vapor

Hs = entalpia do vapor de aquecimento

Hc = entalpia do condensado liberado

As equações para o cálculo do processo de evaporação, são as seguintes:

- Balanço de Massa

Mf + Ms = Mp + Mv + Mc (com Ms = Mc)

- Concentração final do Alimento

Mf x Wf = Mp x Wp

- Balanço de Energia (Equação da Concentração)

Mf Hf + Ms Hs = Mp Hp + Mv Hv + Mc Hc

Ms (Hs - Hc) = Mp Hp + Mv Hv - Mf Hf

Ms (Hs - Hc) = Mp Hp + Mv - Mf Hc = U x A (Ts - Tp)

- Temperatura do Vapor

Tv = f x Pv

A temperatura do vapor é controlado pela pressão mantida no evaporador.

- Temperatura do Produto

O alimento no evaporador em ebulição, vai estar em equilíbrio com a temperatura do valor de aquecimento, portanto:

Tp = Tv x PE x m

PE = ponto de ebulição do alimento (PE=0,51).

m = 1000 x Wp / M (1 - Wp)

M = peso molecular do alimento concentrado

m = peso específico do alimento

O exemplo a seguir, ilustra os resultados obtidos pelas equações

Em um evaporador queremos concentrar suco de laranja, numa proporção de 10.000 kg/h (T=30ºC). A concentração inicial do suco é de 15% de sólidos solúveis e deve ser concentrado até 60% de sólidos solúveis. Calcular a temperatura de concentração do produto, balanço de massa, a água evaporada no processo, balanço energético do evaporador, área de aquecimento. É conhecido os seguintes valores:

Pv = 0,1994 bar (pressão de vapor)

Ts = 120ºC (temperatura do vapor saturado)

U = 1000 W/m2 (coeficiente de transferência de calor, fornecida