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OPERAÇÕES UNITÁRIAS II DTA-ICTA-UFRGS Caciano Zapata Noreña 1. Deseja-se enlatar comercialmente um produto de soja (α=0,354cm2/min) em latas de 12cm de altura por 8cm de diâmetro numa autoclave que utiliza vapor a 120ºC. A lata está inicialmente a 20ºC. Qual será o tempo de processamento, considerando que as latas estão empilhadas, com grande resistência interna à troca de calor (Cl. botulinum é o microorganismo indicador). 2. No teste piloto de um determinado alimento submetido a um processo de esterilização (T1=140ºC), um microorganismo X conseguiu sobreviver ao tratamento térmico. Os testes de laboratório estabeleceram para esse microorganismo um valor D132,2ºC=20segundos e z=11,1ºC. A contagem inicial máxima de X no alimento foi estimada em 105células/g e a embalagem utilizada tinha capacidade de 1.000gramas. Dentro do processo é desejável encontrar menos de 1 esporo viável em 10.000 latas. Temperaturas determinadas num ponto selecionado do processo são: T (s) 0,5 2,0 3,5 5,0 6,5 8,0 9,5 11,0 12,5 14,0 T(ºC) 104,4 106,1 126,7 135,0 138,3 140,0 140,0 126,7 114,4 106,1 Qual é a sua opinião sobre o processo. Determinar o tempo mínimo necessário a 140ºC, se o resfriamento e o aquecimento são considerados como fator de segurança. 3. A partir de um termopar inserido no ponto de menor aquecimento num recipiente cilíndrico, contendo pasta de tomate, forma obtidos os seguintes dados: Tempo (min) 0 10 20 30 40 50 60 T (°C) 60 71 85,5 100 107 110 113 A temperatura da autoclave é 113ºC. Considerando desprezível o efeito total do resfriamento: a) Avaliar se o processo é adequado, do contrário que ações você realizaria. b) Calcular o tempo de processo se o valor de jcc é 1,4. Considerar F100ºC=3min; z=10ºC. 4. Um produto alimentício é tratado termicamente numa autoclave contínua a 130ºC, onde os dados no ponto de mais lento aquecimento são: Tempo (min) 0 5,0 10 15 20 25 30 35 40 T (°C) 30 40 50 60 80 100 110 120 125 Se a carga microbiana inicial é de 10ufc/recipeinte e deseja-se diminuir para 10-5 ufc/recipiente e considerando que jch=jcc, calcular o tempo de processo. Dados: D121ºC=2min; z=10ºC. 5. Num experimento mediante esterilização a altas temperaturas, uma sopa (pH=6,5) foi bombeada através de dois trocadores de calor tubular colocados em série a uma taxa de 0,078l/s. Cada trocador tem 1,0 metro de comprimento e um diâmetro interno de 1,0cm. O primeiro é encamisado com vapor a 150ºC e o segundo com água a 20ºC. Termopares, colocado em intervalos regulares, foram inseridos no centro dos tubos e registraram-se as temperaturas (ver tabela). Pode-se considerar esse processo adequado para efetuar uma preservação da sopa com respeito ao Cl. botulinum, se ela for embalada assepticamente. Se positivo, qual a margem de segurança. cm. ºC cm. ºC 0 67 100 148 10 71 110 147 20 76 115 146 30 87 120 143 40 99 125 138 45 106 130 134 50 112 135 129 55 118 140 124 60 124 145 117 65 125 150 110 70 134 160 92 75 138 170 76 80 143 180 65 85 146 190 57 90 147 200 48 6. Purê de ervilhas, elaborado a partir de ervilhas congeladas, foram processadas em latas 211x300 e os dados de penetração de calor foram: T1=255ºF; Tw= 54ºF; Tih=66,5ºF; Tg=216,6ºF; B=30min. Calcular a porcentagem de retenção de tiamina no processo (Dr=160min; zr=46ºF). 7. Os dados para o processamento de um produto alimentício embalados em recipientes 603x409 são: T1=255ºF; Tih=160ºF; jh=1,8; jc=2,0; fh=fc=200min; CUT=5min; B=254min. Calcular a porcentagem de retenção de tiamina no processo (Dr=154min; zr=46ºF). 8. No exercício anterior determinar o valor de F integrado para o caso do Clostridium botulinum. 9. Calcule o coeficiente de transferência de calor por convecção em uma superfície esférica de maçã com 10 mm de diâmetro que é transportado por água através de um tubo isotérmico em um processamento asséptico. A velocidade relativa entre a partícula e o fluido é 0,002 m/s. O fluido possui densidade de 1050 kg/m3, calor específico de 3,9 kJ/kg.K, condutividade térmica de 0,57 W/m.K e viscosidade de 1,6 x 10-2 Pa.s. 10. Um fluido não-newtoniano utilizado na produção de sopas de vegetais tem um índice de comportamento de fluxo n=0,65 e seu coeficiente k é igual a 2,2. Calcule a velocidade máxima, sob condições tanto de regime laminar quanto de turbulento, existente no interior de um tubo de 5 cm de diâmetro interior. A velocidade média necessária para que exista escoamento turbulento é de 148 m/s. O fluido tem densidade de 950 kg/m3, calor específico de 4.1 kJ/kg.K e condutividade térmica de 0,62 W/m.K. A velocidade média que proporciona números de Reynolds generalizados menores que 103 é de 0,2 m/s. 11. Se esteriliza uma máquina de envase asséptico com vapor a 130°C. O microrganismo mais resistente termicamente é um esporo com D121 = 5 min e z = 10°C. Determine o tempo necessário no equipamento de esterilização para uma redução de 12D na população de esporos. Calcule a população inicial de esporos que produz uma deterioração superior a um esporo a cada 10000 envases. 12. Compare o comprimento do tubo isotérmico necessário para obter uma esterilização de 12 D121 em um líquido de alta viscosidade (µ = 0,03 Pa.s) sob condições de escoamento laminar e turbulento. O diâmetro do tubo isotérmico é de 4 cm e a densidade do líquido é de 1050 kg/m3. O valor D para a redução de microrganismos é de 0,02 min a 121°C. Considere Reynolds generalizado igual a 103 para regime laminar, e 104 para turbulento. 13. Um sistema de processamento asséptico possui um tubo isotérmico de 100 m de comprimento e 5 cm de diâmetro interno. O sistema processa uma solução de amido com partículas esféricas de 10 mm de diâmetro contendo pedaços de carne. A solução entra no tubo isotérmico a 135°C e as partículas encontram-se a uma temperatura uniforme de 65°C. A vazão mássica do produto é 40 kg/min e a velocidade relativa entre o líquido e as partículas é 1 m/min. O microrganismo decompositor presente no produto tem um tempo de redução decimal D de 5 min a 121 °C e z = 7°C. A solução de amido tem as seguintes propriedades: viscosidade: 0,02 Pa.s; condutividade térmica: 0,75 W/m.K; densidade: 950 kg/m3 ; calor específico: 3,8 kJ/kg.K. As partículas esféricas possuem α = 1,5x10-7 m2/s e condutividade térmica de 0,554 W/m.K. Calcule a população final de microrganismos para o produto processado neste sistema quando a população inicial de microrganismos é de 105 por envase. 6.6 – Utilizando as equações propostas por Palmer e Jones (1976) desenvolver um programa utilizando uma planilha de cálculo para obter o quociente de velocidades se o número de Reynolds generalizado é 100000 e os valores de n são (a)0,2; (b) 0,75; (c)1,00; (d)1,25; (e)1,75. Nota: será necessário um cálculo iterativo para determinar o fator de atrito f com a finalidade de que se cumpra a equação (3) do artigo original.
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