Lista 3_2023

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Universidade de São Paulo 
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” 
 
LAN2662 - Operações Unitárias no Processamento de Alimentos II 
 
Profa. Gabriela Feltre 
 
 
3ª Lista de Exercícios 
Transferência de Massa: Secagem (psicrometria) 
 
 
 
 
1. Explique a curva típica de secagem de alimentos, dizendo o que ocorre em cada um de seus períodos. 
Se a secagem de rodelas de frutas for realizada de forma errônea, corre-se o risco de ocorrer formação 
de crosta com permanência do interior úmido. Por que isso ocorre? Explique. 
 
2. Uma câmara de incubação possui sistema de controle de umidade relativa e temperatura do ar. 
Sabendo que uma lâmpada deve ser acesa para avisar o operador quando a UR estiver em 70% e que 
outra deve ser acesa em 30%, como tal controle poderia ser feito? Suponha que o ar no seu interior deve 
ser mantido à 35ºC. 
 
3*. Deseja-se reduzir a umidade de uma corrente de ar com 37 °C, 60% de umidade relativa e 100 m³/h 
de vazão. Para tal, o ar passa por um processo de resfriamento em condições de saturação até 20 °C. 
Qual é o fluxo de água condensada? 
 
4*. Em um determinado processo, ar saturado a 14 °C deve ser condicionado à 30% de umidade 
relativa e 40 °C. Para isso, o ar é preaquecido até 30°C, seguido de uma umidificação adiabática e 
finalmente aquecido até atingir as condições desejadas. Considerando 50 kg ar/h, calcule: 
a) A energia ministrada por unidade de massa de ar. 
b) A quantidade de água ministrada por unidade de massa de ar durante a umidificação. 
 
 
5. Uma corrente de ar com Tbu = 25ºC e 80% de UR é passada em uma coluna preenchida com sílica 
até 20% de UR. 
a) Qual a temperatura de saída da massa gasosa? 
b) Qual a quantidade de água absorvida do ar pela sílica? 
 
 
6. Em um determinado processo, deve-se resfriar ar nas condições ambientes (80% UR e 25ºC) até sua 
temperatura de orvalho. Qual deve ser a taxa de transferência de calor para processamento de 100 kg/h 
desse ar? 
 
7. Um alimento com 70% de umidade precisa ser seco até 20% de umidade em uma câmara de 
secagem utilizando ar seco e quente (50ºC e 30% UR). 
a) Supondo que são produzidos 200 kg/h de produto final e que a UR do ar na saída da câmara é 
60%, determine a vazão mássica de ar necessária. 
b) Qual deveria ser a taxa de deslocamento volumétrico de um ventilador centrífugo colocado na 
entrada da câmara? 
c) Qual deveria ser a taxa de aquecimento das resistências elétricas instaladas anteriormente ao 
ventilador? (Condições iniciais do ar: 88% UR e 30ºC). 
 
8. Uma empresa deseja realizar secagem de fatias de frutas de 92% de umidade (150 kg/h) para 18% 
de umidade utilizando ar a 50ºC. 
a) Calcule a vazão de produto final e de água retirada do produto. 
b) Partindo de ar a 25ºC e Tbu = 21ºC, qual a UR do mesmo antes e após aquecimento? 
c) Qual a vazão mássica de ar seco necessária? Sabe-se que a UR do ar na saída da câmara de 
secagem é 60%. 
d) Qual a potência necessária para o aquecimento do ar? Supondo rendimento de 85% nas 
resistências elétricas, qual a potência consumida? 
e) Calcule a temperatura final do ar através do uso de seu Cp médio (~0,24 kcal/kg·K) e compare 
com o valor obtido na carta psicrométrica. O que você observa? 
 
9. (Exercício 9.10**; Singh, Heldman, 2009) Ar ambiente com temperatura de orvalho de 1ºC e umidade 
relativa de 60% é bombeado a uma vazão de 1,5 m³/s através de resistências elétricas, sendo aquecido 
até temperatura de bulbo seco de 50 ºC. O ar é então passado por um secador de bandejas que contém 
200 kg de maçãs fatiadas, cuja umidade é 80%, saindo do equipamento com temperatura de orvalho de 
20,2ºC. 
a) Supondo que o custo de energia elétrica seja 5 centavos por kWh, calcule o custo de energia 
elétrica gasta por hora de processo para aquecer o ar. 
b) Calcule a quantidade de água removida pelo ar das maçãs por hora de processo. 
c) Se o secador operar por 2 h, qual será a umidade final das fatias de maçãs? 
** indica um avançado nível de dificuldade para resolução. 
 
 
10*. 200 kg de batata com 15% de sólidos são desidratadas até 13% de umidade utilizando 12.000 kg 
de ar quente em um processo realizado em duas etapas. O ar se encontra inicialmente a 29 °C, sendo 
aquecido até 50°C e 10% de umidade. Na primeira etapa de secagem, retira-se 70% da umidade do 
produto. Na segunda etapa, realiza-se o reaproveitamento do ar da etapa anterior. Para tal, o ar é 
novamente aquecido, até 40 °C, para finalização do processo. 
a) Quais são as condições finais do ar ao finalizar a primeira etapa de secagem? E ao finalizar o 
processo? 
b) Qual é a quantidade de energia utilizada no processo? 
 
11. Suponha um produto elaborado a 
partir da mistura de quatro matérias 
primas (A, B, C, D) e posterior 
secagem com ar até umidade de 
3,5%. O ar utilizado inicialmente 
possui umidade relativa de 70% e temperatura de 20ºC, entrando na câmara de secagem à 55ºC e saindo 
com 60% de umidade relativa. Determine a energia necessária para aquecimento do ar em uma batelada 
de processo. Dados: Cada batelada processa 100 kg de mistura; considere a formulação descrita na 
tabela. 
 
12. Suponha que uma empresa deseje produzir 100 kg/h de leite em pó (7% de umidade) diretamente a 
partir do leite pasteurizado (87% de umidade), utilizando um atomizador (“spray dryer”). A empresa 
capta ar a 30ºC e 30% de umidade relativa, o filtra e o aquece à 110ºC, para então introduzi-lo na câmara 
de secagem do atomizador. Sabendo que o ar deixa a câmara de secagem com 9% de umidade 
relativa, calcule a vazão de ar necessária e potência de aquecimento. 
 
13. (Baseado no trabalho de Tonon, et al., 2010) Deseja-se produzir açaí instantâneo em pó (4% 
umidade) a partir de polpa de açaí (14% de sólidos) usando o processo de atomização (escala de 
laboratório). Para isso a polpa é filtrada para eliminar sólidos em suspensão, reduzindo em 79% os sólidos 
iniciais. Antes de começar o processo de atomização, com o objetivo de proteger compostos sensíveis e 
conferir propriedades desejáveis, a polpa filtrada (70 kg) é misturada com maltodextrina (considere 100% 
sólidos) em uma proporção de 2:1 em relação aos sólidos da polpa filtrada. A mistura é então alimentada 
na câmara de atomização principal através de uma bomba peristáltica na vazão de 9 kg/h. O ar se 
encontra inicialmente com umidade relativa de 70% e 26 °C. A temperatura de entrada do ar de secagem 
é 120 °C com vazão de 73 m3/h, e a temperatura de saída do ar de secagem é 78 °C. Calcule a quantidade 
de produto e a água retirada em 6 h de processo e a energia necessária para o aquecimento do ar. 
 
* por Profa. Dra. Meliza Lindsay Rojas 
Matéria Prima Proporção na Mistura (%) Umidade (%) 
A 30,8 5,0 
B 12,4 3,2 
C 5,3 15,3 
D 51,5 4,8 
 
 
Respostas 
3. 0,93 kg água/h 
4. a) 1.750 kJ/h; b) 0,175 kg água/h 
5. a) 45ºC; b) 7 g de água/kg ar seco; 
6. 375 kJ/h; 
7. a)  74.067 kg/h; b)  70x103 m3/h; c)  
1.573.923 kJ/h; 
8. a) 14,6 kg/h de produto final e 135,4 kg/h de 
água; b) 70 % e 19%; c)  20.831 kg/h; d)  464.786 
kJ/h 
9. a) R$ 4,22 / h; b) 74,25 kg/h; c) ~28%. 
10. a) Etapa 1: 75% de UR e 27,5 °C; ao finalizar 
o processo: 80% UR, 30°C; b) 4,4∙105 kJ 
11. 7.435 kJ 
 
12. 43.956 kg/h de ar seco; 3,8 MJ/h 
13. 4.56 kg de açaí em pó, 49.44 kg de água; 
~8.025 kJ/h. 
 
Referências 
Singh, R. P.; Heldman, D. R. Introduction to Food 
Engineering. San Diego: Academic Press, 4thed., 
2009. 
Tonon, R. V.; Brabet, C.; Hubinger, M. D. Anthocyanin 
stability and antioxidant activity of spray-dried açai 
(Euterpe oleracea Mart.) juice produced with different 
carrier agents. Food Research International, 43(3), 
907-914, 2010.