Simulações numéricas do processamento asséptico de polpas de morango num aquecedor óhmico contínuo

Abstract

Neste trabalho efectuaram-se simulações numéricas dos padrões de fluxo num aquecedor óhmico contínuo, em estado estacionário, com recurso ao programa Fluent™. Para tal, criou-se uma grelha hexagonal (não estruturada) com base na geometria do aquecedor óhmico. A precisão dos resultados simulados foi optimisada através da diminuição do espaçamento entre as células junto às paredes. O número total de células na grelha foi minimizado por aplicação de uma condição de simetria axial (378 348 células). Para um fluido newtoniano (água) e um outro não newtoniano (polpa de morango) simularam-se diversas condições de escoamento, correspondendo a valores do número de Reynolds (Re) inferiores a 2000 (regime de escoamento laminar). Para a simulação com polpa de morango foi necessário determinar experimentalmente a dependência da viscosidade com a temperatura, cujo efeito foi expresso num modelo reológico do tipo “plástico de Bingham”. Após obter os padrões de fluxo no interior do aquecedor, calculou-se a distribuição dos tempos de residência (DTR) do fluido em todo o seu volume. Recorrendo à DTR exclusivamente na zona de aquecimento (entre os eléctrodos) foi possível prever o perfil térmico do fluido tratado no final da etapa de aquecimento. Consequentemente, obteve-se uma equação de projecto que relaciona a temperatura final com as variáveis operacionais (caudal de fluido, voltagem aplicada e tipo de fluido), conseguindo-se optimizar as condições de operação do aquecedor óhmicode acordo com a segurança microbiológica dos produtos processados e na minimização dos gastos energéticos. No final do estudo concluiu-se que a aplicação deste aquecedor às polpas de morango está limitada a caudais máximos de 2 kg/min e voltagens mínimas de 100 V.