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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30764| Título: | Desenvolvimento de um protótipo laboratorial de baixo custo para a secagem a frio de alimentos |
| Título(s) alternativo(s): | Development of a low-cost laboratory prototype for cold-drying foods |
| Autor(es): | Moretti, Guilherme |
| Orientador(es): | Garcia, Carolina Castilho |
| Palavras-chave: | Secagem por congelação Cinética química Alimentos desidratados Freeze-drying Chemical kinetics Dried foods |
| Data do documento: | 22-Nov-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Medianeira |
| Citação: | MORETTI, Guilherme. Desenvolvimento de um protótipo laboratorial de baixo custo para a secagem a frio de alimentos. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia de Alimentos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2022. |
| Resumo: | A secagem é uma operação em que ocorre transferência de calor e massa, na qual há a difusão da água do material para uma fase gasosa não saturada. A secagem de produtos alimentícios é utilizada para diminuir a atividade de água e assim aumentar o tempo de prateleira do produto e para diminuir seu peso e volume. Nessas operações normalmente são utilizadas altas temperaturas, ainda que abaixo do ponto de ebulição da água, entretanto em muitos casos, o aquecimento excessivo causa danos nutricionais e/ou sensoriais ao produto. Para contornar esta questão, a secagem a frio, como a liofilização, é uma opção muito utilizada industrialmente sendo utilizadas baixas pressões e temperaturas para a secagem do alimento. Porém, a liofilização é uma operação de alto custo, tanto em relação a equipamentos como energético. Assim, alguns estudos propõem a liofilização sem o uso de vácuo, também chamada de liofilização atmosférica, para reduzir os custos com equipamentos e os gastos energéticos. Nessa operação, a secagem ocorre pelo gradiente de umidade entre a corrente de ar insaturada e o alimento a ser seco. Este trabalho teve como objetivo a construção de um protótipo de liofilizador à pressão atmosférica de baixo custo para uso laboratorial e/ou por pequenos e médios agricultores e a avaliação de sua eficiência de secagem com base na modelagem matemática da operação. O secador foi construído utilizando dois recipientes cilíndricos com fechamento hermético, sendo um para armazenar a amostra e outro o material dissecante, nesse caso a sílica gel. Um compressor foi utilizado para a circulação do ar na vazão de 8 L min-1 que era acionado por uma fonte de energia de 15 V. Os recipientes cilíndricos e o compressor foram acondicionados em um freezer doméstico para a liofilização à pressão atmosférica de fatias de maçã. Tubos plásticos conectaram o compressor e os recipientes cilíndricos. O ar fluiu do compressor para o cilindro contendo o dissecante e deste para aquele contendo o alimento a ser seco. As maçãs foram adquiridas em comércio local, na cidade de Medianeira e foram cortadas em fatias retangulares de 22 mm por 18 mm, em média, com 5 mm de espessura. As amostras foram acomodadas no protótipo de secador e a perda de massa foi acompanhada a cada 12 em12 h pesando as amostras até atingir a umidade de equilíbrio com o ar de secagem (cerca de168 h). Foram realizados dois experimentos de secagem. A secagem foi modelada com base na segunda lei de Fick. A umidade final média das amostras foi de 33% tendo sido observada redução de volume das amostras, aferida visualmente. O coeficiente de difusão médio da água foi 1,53·10-10 m2 s-1. O custo final do protótipo foi de 1.981,00 reais. O protótipo mostrou potencial para a liofilização à pressão atmosférica de alimentos, devido ao baixo custo de construção e de manutenção e facilidade de operação. |
| Abstract: | Drying is an operation in which heat and mass transfer occur and in which there is the diffusion of water from the material to an unsaturated gaseous phase. Drying of food products is used to decrease the water activity and thus increase the shelf life of the product and decrease its weight and volume. In these operations, high temperatures are normally used, even if below the boiling point of water, however in many cases, excessive heating causes nutritional and/or sensory damage to the product. To get around this issue, cold drying, such as freeze drying, is an option that is widely used industrially, with low pressures and temperatures being used for drying food. However, freeze drying is a costly operation, both in terms of equipment and energy. Thus, some studies propose freeze drying without the use of a vacuum, also called atmospheric freeze drying, to reduce equipment costs and energy expenditure. In this operation, drying occurs by the moisture gradient between the unsaturated air stream and the food to be dried. The objective of this work was the construction of a prototype of a low-cost atmospheric pressure freeze drier for laboratory use and/or by small and medium farmers and the evaluation of its drying efficiency based on the mathematical modeling of the operation. The dryer was built using two cylindrical containers with hermetic closure, one for storing the samples and the other for the desiccant material, in this case, silica gel. A compressor was used for air circulation at a flow rate of 8 L min-1, which was driven by a 15 V power source. The cylindrical containers and the compressor were placed in a domestic freezer for freeze drying at atmospheric pressure of apple slices. Plastic tubes connected the compressor and the cylindrical vessels. The air flowed from the compressor to the cylinder containing the desiccant and from there to the cylinder containing the food to be dried. The apples were purchased at a local market in the city of Medianeira and were cut into rectangular slices measuring 22 mm by 18 mm, on average, with a thickness of 5 mm. The samples were accommodated in the dryer prototype and the mass loss was monitored every 12 h by weighing the samples until reaching equilibrium moisture with the drying air (about 168 h). Two drying experiments were carried out. Drying was modeled based on Fick's second law. The average final moisture of the samples was 33%, and a reduction in the volume of the samples was visually observed. The average diffusion coefficient of water was 1.53·10- 10 m2 s-1. The final cost of the prototype was 1.981,00 reais. The prototype showed potential for freeze drying at atmospheric pressure of foods, due to the low cost of construction and maintenance and ease of operation. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30764 |
| Aparece nas coleções: | MD - Engenharia de Alimentos |
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