Balanço de massa para sucos concentrados

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RESPOSTA TÉCNICA – Balanço de massa para sucos concentrados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Abril/2009 
Edição atualizada em: 05/01/2022 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Balanço de massa para sucos 
concentrados 
Informações referentes ao cálculo do balanço de 
massa para sucos concentrados. 
Instituto de Tecnologia do Paraná – TECPAR 
RESPOSTA TÉCNICA – Balanço de massa para sucos concentrados 
 
 O Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas – SBRT fornece soluções de informação tecnológica sob medida, relacionadas aos 
processos produtivos das Micro e Pequenas Empresas. Ele é estruturado em rede, sendo operacionalizado por centros de 
pesquisa, universidades, centros de educação profissional e tecnologias industriais, bem como associações que promovam a 
interface entre a oferta e a demanda tecnológica. O SBRT é apoiado pelo Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas 
Empresas – SEBRAE e pelo Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação – MCTI e de seus institutos: Conselho Nacional de 
Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq e Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia – IBICT. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Resposta Técnica FONTANA, Lisiane Pancotti 
Balanço de massa para sucos concentrados 
 
 Instituto de Tecnologia do Paraná – TECPAR 
29/4/2009 
 
 Informações referentes ao cálculo do balanço de massa para 
sucos concentrados. 
 
 Demanda Estamos concentrando sucos de frutas para elaborar os 
preparados líquidos para refresco. Existe algum material que 
possa nos auxiliar na parte de balanço de massa? Relação 
de dosagens de açúcar, aditivos, etc. 
 
 Assunto Fabricação de sucos concentrados de frutas, hortaliças e 
legumes 
 
 Palavras-chave Balanço de massa; evaporador; legislação sanitária; 
processamento do alimento; suco concentrado 
 
 Atualização Em: 05/01/2022 Por: Mariela Thaiane da Silva 
 
 
 
 
 
 
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Solução apresentada 
 
Balanço de massa 
 
O balanço de massa consiste na determinação das quantidades de cada espécie molecular 
que entra e sai de cada bloco da unidade produtiva. Para relacionar as quantidades de 
materiais envolvidos em um processo, é realizado um balancete das massas totais 
envolvidas e um balancete das massas de cada componente, sempre levando em 
consideração a conservação de massa (MARTIM, [201-?]). 
 
Um diagrama de blocos consiste em representar por um bloco cada uma das operações da 
unidade produtiva, laboratorial ou industrial. Esses blocos são ligados entre si por linhas que 
representam a transferência de substância entre os blocos (FARIAS, [200-?]). 
 
Evaporadores 
 
Existe uma infinidade de tipos de evaporadores, sendo que a escolha do tipo adequado para 
a realização de uma determinada tarefa depende das condições e das características da 
solução a concentrar como também das características que se deseja para o produto final 
(BRAGANTE, [200-?]). 
 
A Figura 1 apresenta um exemplo de evaporador de simples efeito. 
 
 
Figura 1 – Evaporador de simples efeito 
Fonte: (BRAGANTE, [200-?]) 
 
O vapor saturado 𝑇𝑠 entra no trocador de valor acima da entrada do alimento 𝑇𝑓. A troca 
térmica começa a ocorrer e o alimento entra em ebulição a uma temperatura 𝑇𝑝 
(temperatura de equilíbrio com a temperatura do vapor), ou seja, a quantidade de calor 
transferida ao alimento é diretamente proporcional à quantidade de vapor que condensa. 
Esta quantidade pode ser calculada pela equação (BRAGANTE, [200-?]): 
 
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 
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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 (BRAGANTE, 
[200-?]): 
 
 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 controlada 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 (BRAGANTE, [200-?]): 
 
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 se quer 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. São conhecidos os seguintes 
valores (BRAGANTE, [200-?]): 
 
𝑃𝑣 = 0,1994 bar (pressão de vapor) 
𝑇𝑠 = 120ºC (temperatura do vapor saturado) 
𝑈 = 1000 W/m2 (coeficiente de transferência de calor, fornecida pelo fabricante do 
equipamento) 
𝑀 = 342 kg (área superfície de troca térmica) 
𝑊𝑝 = 60% (concentração final do suco) 
𝑊𝑠 = 15% (concentração inicial do suco) 
𝑀𝑓 = 10.000 kg/h; 𝑃𝑣 = 0,1994 bar; 𝑇𝑣 = 60ºC (temperatura do vapor de aquecimento). 
 
𝑃𝐸 = 0,71 𝑥 𝑚 = 0,51 𝑥 4,39 (𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜) = 2,24º𝐶 
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𝑇𝑝 = 𝑇𝑣 + 𝑃𝐸 = 60 + 2,24 = 62,24º𝐶 (temperatura do produto). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Cálculo do balanço de massa 
 
Ws X Mf = Wp X Mp 
 
0,15 X Mf = 0,60 Mp 
 
𝑀𝑝 = 
5 𝑋 𝑀𝑓
0,60
 
 
𝑀𝑝 = 
5 𝑋 10.000
0,60
 
 
𝑀𝑝 = 2.500 𝑘𝑔/ℎ 
 
Onde 𝑀𝑝 é a quantidade obtida de produto na concentração de 60% de sólidos solúveis 
(BRAGANTE, [200-?]). 
 
 Água evaporada no processo 
 
𝑀𝑓 = 𝑀𝑝 + 𝑀𝑣 −> 𝑀𝑣 = 𝑀𝑓 − 𝑀𝑝 
𝑀𝑣 = 10.000 − 2.500 −> 𝑀𝑣 = 7.500 𝑘𝑔/ℎ 
 
Onde 𝑀𝑣 é a quantidade de água evaporada no processo (BRAGANTE, [200-?]). 
 
Legislação 
 
BRASIL. Decreto n. 6.871, de 04 de junho de 2009. Regulamenta a Lei no 8.918, de 14 de 
julho de 1994, que dispõe sobre a padronização, a classificação, o registro, a inspeção, a 
produção e a fiscalização de bebidas. Diário Oficial da União, Brasília, 04 jun. 2009. 
Disponível em: <https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-
2010/2009/decreto/d6871.htm>. Acesso em: 05 jan. 2022. 
 
BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Portarian. 17, de 19 de junho 
de 2013. Estabelecer em todo o território nacional a complementação dos padrões de 
identidade e qualidade para as seguintes bebidas: I - Preparado Sólido para Refresco; e II - 
Preparado Sólido para Bebida Composta. Diário Oficial da União, Brasília, 20 jun. 2013. 
Disponível em: 
<http://sistemasweb.agricultura.gov.br/sislegis/action/detalhaAto.do?method=consultarLegisl
acaoFederal>. Acesso em: 05 jan. 2022. 
 
Conclusões e recomendações 
 
Sugere-se a leitura dos documentos listados nas fontes consultadas para visualizar os 
cálculos de balanço de massa de evaporadores de múltiplo efeito. No documento 
“Tecnologia da evaporação em alimentos” encontram-se todas as equações já apresentadas 
para evaporador simples, bem como os para evaporador de múltiplo efeito. 
 
Evaporador 
Entrada 
Mf = 10.000kg 
Ws = 0,15 
Saída água 
evaporada 
Saída Mp 
Wp = 0,60 
http://www.respostatecnica.org.br/
https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2009/decreto/d6871.htm
https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2009/decreto/d6871.htm
http://sistemasweb.agricultura.gov.br/sislegis/action/detalhaAto.do?method=consultarLegislacaoFederal
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Sugere-se contatar um Engenheiro Químico ou um Engenheiro de Alimentos para poder 
acompanhar o processo e auxiliar nos cálculos de balanço de massa de acordo com os 
parâmetros encontrados no processamento. 
 
O SBRT possui em seu banco de informação, Respostas Técnicas que abordam o tema em 
questão e que complementam os dados aqui prestados. 
 
Para visualizar esses arquivos, acesse o site <www.respostatecnica.org.br> com seu login e 
senha e realize a Busca Avançada utilizando as palavras-chave a seguir para encontrar os 
arquivos recomendados para leitura: balanço de massa; processamento do alimento; suco 
concentrado. 
 
Fontes consultadas 
 
BRAGANTE. Tecnologia da evaporação em alimentos. [S.I.], [200-?]. Disponível em: 
<http://bragante.br.tripod.com/evaporacao.html>. Acesso em: 05 jan. 2022. 
 
FARIAS, Pedro. Processos químicos. [S.I.], [200-?]. Disponível em: 
<https://sites.google.com/site/profpedrofarias/home/PROCESSOS-QUMICOS>. Acesso em: 
05 jan. 2022. 
 
MARTIM, Emerson. Fundamentos de balanço de material. Curitiba, [201-?]. Disponível 
em: <https://pt.slideshare.net/ThassioNbrega/balan-o-de-massa-1-73925916>. Acesso em: 
05 jan. 2022. 
 
http://www.respostatecnica.org.br/
http://www.respostatecnica.org.br/
http://bragante.br.tripod.com/evaporacao.html
https://sites.google.com/site/profpedrofarias/home/PROCESSOS-QUMICOS
https://pt.slideshare.net/ThassioNbrega/balan-o-de-massa-1-73925916