Concentração de Alimentos por Evaporação

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CONCENTRAÇÃO 
DOS ALIMENTOS 
POR EVAPORAÇÃO
CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS 
POR EVAPORAÇÃO
A evaporação consiste em concentrar os 
alimentos líquidos por ebulição, 
aumentando a concentração dos sólidos 
totais para reduzir a aw, contribuindo para a 
conservação. 
CONCENTRAÇÃO DOS ALIMENTOS 
POR EVAPORAÇÃO
 Concentração de líquidos antes da aplicação de 
outras operações (desidratação, congelamento, 
esterilização): facilita o processamento e 
proporciona considerável economia de energia.
 Redução do peso e do volume dos alimentos 
para facilitar e baratear os custos de transporte, 
armazenamento e distribuição.
 Facilitar o uso e diversificar a oferta de produtos.
EVAPORAÇÃO
Fundamentos
 A evaporação, como procedimento de 
eliminação da água por ebulição, necessita de 
um meio de aquecimento que transmita o 
calor requerido para a mudança de estado.
 Na indústria alimentícia, normalmente utiliza-se 
como fluido calefator vapor d’água saturado (vapor 
primário), que condensa cedendo ser calor latente 
ao produto que se evapora.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 A força motriz da transferência calórica no 
trocador de calor de um evaporador é a diferença 
de temperatura entre o meio de aquecimento e o 
líquido a evaporar (∆T).
 Utilizando o mesmo fluido calefator, os evaporadores 
que trabalham em pressão reduzida apresentam maior 
diferença de temperatura (devido à queda do ponto de 
ebulição do líquido processado).
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 Depósito de resíduos nas superfícies do 
trocador de calor e formação de crostas: 
favorecido por elevadas temperaturas e baixa 
velocidade de fluxo do líquido.
 Alimentos propensos a sofrer problemas de 
desnaturação e precipitação de componentes 
são processados em evaporadores de 
circulação forçada.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 Película superficial: cria-se em torno da superfície 
de aquecimento do evaporador, constituindo a maior 
resistência à transmissão de calor.
 Viscosidade do alimento: os coeficientes de 
transferência de calor e a velocidade de circulação dos 
líquidos no evaporador diminuem com o aumento da 
viscosidade. À medida que avança a evaporação, 
diminui a velocidade de transferência de calor.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 Formação de espuma estável: é favorecida 
pela presença de proteínas e carboidratos no 
alimento. A espuma, além de diminuir a 
transferência de calor, dificulta a separação de 
vapor e favorece que esse arraste parta do 
concentrado em forma de finas gotículas.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 Pressão externa: um líquido ferve quando a 
pressão de vapor que exerce é igual a pressão 
externa a que está submetido.
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 Concentração de solutos dissolvidos: no 
evaporador, o ponto de ebulição do líquido tratado 
aumenta à medida que cresce a concentração.
Gráficos de 
Dühring para 
diferentes 
soluções de 
hidróxido de sódio
EVAPORAÇÃO
Fatores que modificam o ponto de ebulição 
e a transferência de energia
 Pressão hidrostática: a temperatura de ebulição 
do líquido tratado em um evaporador varia 
conforme a profundidade. Em qualquer nível 
abaixo da superfície livre, é necessário, para 
iniciar a ebulição, que se ultrapasse a pressão do 
meio e a correspondente à que é exercida pela 
coluna do líquido situada acima do nível 
considerado (pressão ou cabeça hidrostática).
EVAPORAÇÃO
Efeitos nas propriedade dos alimentos
 Ajustar os equipamentos de modo que as 
temperaturas de ebulição se mantenham baixas e 
os tempos de permanência do produto nas zonas 
de aquecimento sejam curtas.
 Emprego de evaporadores que operam a 
pressões reduzidas e permitem grande 
desenvolvimento superficial.
EVAPORAÇÃO
Efeitos nas propriedade dos alimentos
 Perda de aroma: a maioria dos compostos 
responsáveis pelo aroma e, em alguns casos, 
pelo sabor dos alimentos é mais volátil do que a 
água. Em alguns casos, essa perda pode ser 
benéfica, ao se eliminarem voláteis 
desagradáveis (cacau, leite).
EVAPORAÇÃO
Efeitos nas propriedade dos alimentos
 Mudanças de cor: os alimentos evaporados 
geralmente apresentam cor mais intensa: 
aumento da concentração dos sólidos e a 
diminuição da aw favorece algumas reações 
químicas (escurecimento não-enzimático).
EVAPORAÇÃO
Equipamentos e aplicações
1. O trocador de calor, que permite a transmissão 
de calor entre o fluido calefator e o alimento.
Elementos básicos
Podem ser tubulares, placas, cônico.
EVAPORAÇÃO
Equipamentos e aplicações
Elementos básicos
2. O separador, no qual o vapor é separado da 
fase líquida concentrada.
Podem ser simplesmente espaços que possibilitem ao 
vapor secundário se separa do líquido concentrado. 
Algumas instalações apresentam os chamados 
separadores de arraste.
EVAPORAÇÃO
Equipamentos e aplicações
Elementos básicos
3. O condensador, que permite eliminar o vapor 
d’água em forma de condensado. Nos sistemas 
que operam com pressão atmosférica, esse 
elemento pode ser omitido.
Equipamentos e aplicações
Elementos auxiliares
EVAPORAÇÃO
 Nos sistemas que operam com pressão 
reduzida, requer-se um equipamento adicional 
que inclui, além dos condensadores de vapor, 
as correspondentes bombas de vácuo ou 
ejetores de vapor.
Equipamentos e aplicações
Elementos auxiliares: bombas de vácuo e 
ejetores de vapor
EVAPORAÇÃO
 O equipamento de vácuo é responsável pela 
eliminação do sistema de gases não-condensáveis.
Diagrama 
de ejetor 
de jato de 
vapor de 
fase única
Equipamentos e aplicações
Elementos auxiliares: coletores de condensado 
e purgadores
EVAPORAÇÃO
 Esses elementos são essenciais para que a 
transferência de energia seja adequada nos 
trocadores de calor.
 Dispositivos que permitem controlar a saída dos 
condensados do vapor primário e dos gases inertes.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 A eliminação da água dos alimentos por 
evaporação requer aporte considerável de energia 
(2,257 kJ por kg de água evaporada a 100 oC), que 
geralmente é proporcionado com vapor d’água.
 Os métodos para a conservação da energia 
nos sistemas de evaporação baseiam-se 
justamente no aproveitamento de calor contido 
no vapor extraído do alimento.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Efeitos múltiplos: consiste em conectar diversos 
evaporadores (efeitos) entre si, de forma que o vapor 
secundário produzido em um deles seja utilizado 
como vapor primário (ou fluido calefator) em outro, e 
assim sucessivamente.
Evaporadores de 
efeito múltiplo. 
Métodos de 
alimentação: 
a) concorrente, 
b) em contracorrente, 
c) em paralelo e 
d) mista.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Alimentação para frente ou concorrente: é o 
procedimento mais simples, barato e fácil de 
manejar, já que não necessita de bombas de 
alimentação entre os diferente efeitos. O avanço do 
líquido e o aproveitamento do vapor produzido 
realizam-se no mesmo sentido.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Alimentação para frente ou concorrente: o vapor 
secundário tem energia apenas para permitir que o 
líquido ferva a uma temperatura inferior à do efeito 
do qual procede, e a concentração do líquido 
aumenta ao avançar pelos efeitos, é necessário que 
o sistema funcione a pressões progressivamente 
mais baixas.
Funcionamento de evaporador de efeito triplo com 
alimentação para frente. F, alimentação; Vv, vapor 
primário; V, vapor secundário; q, calor transmitido; P, 
pressão; t, temperatura; Ac, condensado; P,produto.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Alimentação para trás ou contracorrente: o avanço 
do líquido tratado e o aproveitamento do vapor 
liberado realizam-se em sentido contrário. Aquece-se 
o alimento mais diluído com vapor procedente de um 
efeito no qual se tratou produto mais concentrado, e 
assim sucessivamente.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Alimentação em paralelo: é indicado para a 
cristalização de alguns produtos, pois dispensa o uso 
de bombas para ser transversado. O produto é 
levado a termo em cada efeito, embora o vapor 
liberado passe de um efeito a outro.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Alimentação mista: é utilizado nas instalações com 
grande número de efeitos. Trata-se de uma 
combinação da alimentação para frente (nas 
primeiras etapas da evaporação) e de contracorrente 
(nas últimas fases da concentração).
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Recompressão mecânica do vapor: é outra forma 
de aproveitamento do vapor secundário. Trata-se de 
aumentar a pressão e, conseqüentemente, a 
temperatura de condensação do vapor secundário 
procedente de um evaporador para prosseguir a 
evaporação do produto. A recompressão pode ser 
feita utilizando bomba mecânica ou recorrendo ao 
compressor de jato de vapor.
Diagrama de ejetor de jato de vapor de fase única
Evaporador de vários efeitos 
com outros sistemas de 
aproveitamento de energia. 
a) Evaporador de dois efeitos 
e termocompressor: 1. 
Preaquecedor 1; 2. 
Preaquecedor 2; 3. Primeira 
etapa de evaporação; 4. 
Separador de vapor. 1a. 
Etapa; 5. Segunda etapa de 
evaporação; 6. Separador de 
vapor, 2 ª etapa; 
7. Termocompressor. 
b) Evaporador de três efeitos 
com compressão mecânica: 
1. Termocompressor; 2. 
Bomba de vácuo; 3. 
Compressor de vapor.
Equipamentos e aplicações
Sistemas de economia de energia
EVAPORAÇÃO
 Preaquecimento: uma forma simples de 
conservação energética na evaporação consiste em 
utilizar o vapor secundário do evaporador para 
pré-aquecer o alimento antes de iniciar seu 
processamento. Esse procedimento permite 
incrementar entre 5 e 10% a capacidade do 
evaporador seguinte.
Métodos de evaporação mais empregados 
na indústria alimentícia
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de 
circulação natural
Evaporadores de 
circulação forçada
Evaporadores de 
baixa temperatura, 
de ciclo de 
refrigeração ou de 
bomba calorífica
EVAPORADORES 
DE CIRCULAÇÃO 
NATURAL
1. Evaporadores abertos e fechados
2. Evaporadores de tubos curtos ou de 
tubo e carcaça
Evaporadores de tubos curtos horizontais
Evaporadores de tubos curtos verticais
3. Evaporadores de tubos longos
Evaporadores de tubos longos de 
película ascendente
Evaporadores de tubos longos de 
película descendente
Evaporadores de película ascendente-
descendente
4. Evaporadores de calandra externa
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
O movimento do líquido tratado deve-se às correntes 
de convecção e à força de ascensão das borbulhas 
de vapor, que o arrastam ao longo do trocador de 
calor. A separação do vapor do líquido é favorecida 
pelo movimento centrífugo do produto, ocorrendo na 
zona superior do evaporador.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 Recipiente de forma esférica que se aquece com 
gás, com resistência elétrica ou com vapor d’água que 
circula por uma serpentina ou por uma camisa externa. 
Evaporadores abertos e fechados
 Em alguns casos (evaporadores fechados), possuem 
uma tampa que lhes permite funcionar a vácuo.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 São utilizados na elaboração de sopas, 
concentrados de polpa de tomate, molhos variados, 
marmeladas e produtos de confeitaria e similares. 
Evaporadores abertos e fechados
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 Constam de recipiente ou carcaça com trocador de 
tubos em sua parte inferior.
Evaporadores de tubos curtos ou de tubo e carcaça
 Os evaporadores de tubos curtos verticais costumam 
ser utilizados para a concentração de xaropes (solução 
de açúcar de cana, de beterraba, glicose), extrato de 
malte, sal e suco de frutas.
Evaporadores 
de tubos curtos: 
a) evaporador 
de tubos curtos 
horizontais; 
b) evaporador 
de tubos curtos 
verticais; e 
c) evaporador 
de tubos de 
cesta.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 São formados por uma câmera vertical provida de 
trocadores de calor de tubos verticais com 2,5 a 5,0 cm 
de diâmetro e 3 a 15 m de altura. Esse tipo de 
evaporador pode ser de película ascendente ou 
descendente, dependendo da disposição da entrada de 
líquido no trocador de calor.
Evaporadores de tubos longos
Evaporadores de tubos longos: 
a) evaporador de tubos longos de película 
descendente; b) evaporador de tubos 
longos de película ascendente-descendente.
Ebulição no interior do evaporador de 
tubos longos de película ascendente.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 Caracterizam-se geralmente por tempo curto de 
permanência na zona de aquecimento, por altos 
coeficientes de transferência de calor e por grande 
eficácia energética.
Evaporadores de tubos longos
 São indicados para o tratamento de produtos 
sensíveis ao calor, como na elaboração de sucos 
cítricos, de produtos lácteos, de extratos de leveduras 
e na fabricação do amido.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 Sua característica é que o sistema de separação de 
vapor secundário é externo à calandra.
Evaporadores de calandra externa
Evaporador de circulação natural com calandra externa e 
separador de ciclone.
EVAPORADORES 
DE CIRCULAÇÃO 
FORÇADA
1. Evaporadores de placas
2. Evaporadores de fluxo 
expandido
3. Evaporadores de película 
mecânica ou rotatórios
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Forçada
 Possuem bombas centrífugas (para líquidos menos 
viscosos), bombas de deslocamento positivo (para 
líquidos de maior viscosidade) ou diversos dispositivos 
(como uma hélice impulsora nos evaporadores de 
cristalização) que distribuem o líquido no interior do 
trocador de calor e aumentam a velocidade de fluxo ao 
longo das superfícies de aquecimento.
Evaporadores de 
circulação forçada 
com calandra 
externa.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 Utilizado para alimentos termossensíveis, 
como extratos de leveduras, produtos lácteos e 
extratos de carne.
Evaporadores de placas
Evaporador de placas
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 O intercâmbio calórico realiza-se sobre cones 
invertidos sobrepostos. Operam a vácuo.
Evaporadores de fluxo expandido
Evaporador de fluxo expandido
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 Dispõem de um sistema mecânico que 
permite distribuir o líquido a ser evaporado em 
fina película.
Evaporadores de película fina mecânica ou rotatórios
Evaporadores de 
película fina mecânica: 
a) evaporador de 
película fina; e 
b) evaporador de 
superfície varrida 
horizontal.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de Circulação Natural
 São muito adequados para alimentos 
termossensíveis, viscosos e com tendência a formar 
espuma ou a aderir às superfícies quentes (polpa e 
suco de algumas frutas, massa de tomate, estrato 
de carne, cremes de cacau e café). 
Evaporadores de película fina mecânica ou rotatórios
 Em geral, utilizam-se como evaporadores de 
acabamento de produtos previamente concentrados 
em outro tipo de instalações.
EVAPORAÇÃO
Evaporadores de baixa temperatura, de ciclo 
de refrigeração ou de bomba calorífica
 Esses equipamentos trabalham a baixa pressão, 
conseguido temperaturas de ebulição muito baixas, 
da ordem de 20 oC, e tempos de evaporação curtos.
Evaporador de baixa temperatura, de ciclo de refrigeração 
ou de bomba calorífica