LEQ3-Prática04-DOCE DE LEITE

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Universidade Federal de Viçosa (UFV) 
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas 
Departamento de Química e Engenharia Química (DEQ) 
ENQ 273 – Laboratório de Engenharia Química III 
 
 
NOMES: Isabella Cristina de Castro 
 Júlia Gabriela Alves Nogueira Gonçalves 
 Roni Júnior Simplício Marques 
 
 
Matrículas: 78147 
 83023 
 83034 
 
TURMA: P03 
 
 
PRÁTICA: Prática 04 – Doce de Leite. 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
O doce de leite, tradicional em muitos países da américa latina e muito consumido 
no Brasil, possui um processo de fabricação simples que varia entre métodos manuais 
caseiros e métodos industrializados em batelada. A principal etapa do processo consiste 
no aquecimento de leite e açúcar, podendo ou não conter aromatizantes e conservantes, a 
altas temperaturas até a mistura atingir a consistência e coloração desejada. As etapas 
consistem na padronização do leite a partir do controle da acidez e da quantidade de 
gordura, a adição de açúcar, o controle da concentração, cozimento e enlatamento. 
 De forma geral o doce de leite fabricado industrialmente passa por um processo 
simples, no qual a evaporação da água ocorre por aplicação de calor na forma de vapor 
injetado em tanques abertos encamisados, os evaporadores, conforme Figura 1. Esse tipo 
de evaporador está entre os trocadores de calor mais simples e é o mais utilizado na 
fabricação deste produto (PERRONE, 2012). 
 
Figura 1.1 – Esquema de um evaporador. 
FONTE: PERRONE, 2012. 
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Para manter a qualidade do produto é necessário que as etapas do processo sejam 
bem conhecidas e controladas. O controle no processo de fabricação do doce de leite deve 
acontecer desde o início, desde a seleção do leite, verificação da pressão de trabalho do 
equipamento até o controle da temperatura. Os devidos cuidados durante todo o processo 
devem ser tomados para que as exigências de padronização e qualidade do produto final 
sejam atendidas, bem como se enquadrar nas regras da legislação e de segurança 
(PERRONI, 2012). 
Para garantir que as características finais do produto, que são avaliadas ao fim do 
cozimento, saiam como desejadas, é necessário que a concentração de sólidos solúveis 
esteja entre valores desejados de 62,5º Brix e 66,67° Brix, em temperatura pouco superior 
a 100°C. Valores de concentração acima do recomendado favorecem a cristalização da 
lactose, levando a um produto final indesejado. Além disso, o pH deve estar entre 5,9 e 
6,1 (KRUG, 2007). Assim, para controlar a acidez utiliza-se bicarbonato de sódio a fim 
de evitar a formação de grumos (PERRONE, 2012). 
O primeiro passo na tecnologia de fabricação do doce de leite corresponde à 
mistura entre leite, açúcar e os demais ingredientes, o que vai formar uma calda a ser 
submetida à desidratação no evaporador. Esta calda é aquecida pela troca de calor com o 
vapor proveniente de uma caldeira, que circula na camisa de vapor, e a mistura permanece 
em constante movimento através do auxílio de agitadores mecânicos durante todo o 
processo de fabricação, impedindo que o produto queime ou se deposite na parede do 
equipamento. O tempo de cozimento é um fator determinante na concentração final e 
coloração do doce. (PERRONE, 2012; VIEIRA e JÚNIOR, 2004). 
A prática realizada teve como objetivo determinar-se a massa de vapor saturado 
necessária para o processo de fabricação do doce de leite no evaporador. 
 
2 MATERIAIS E METODOLOGIA 
 
A prática de produção do doce de leite foi realizada no edifício do Departamento 
de Tecnologia de Alimentos da UFV. Para isto, fez-se necessário os seguintes materiais 
e reagentes: 
• 50,0 L de leite integral e padronizado; 
• 8,0 kg de açúcar cristal; 
• 30,0 g de bicarbonato de sódio; 
• Balança, refratômetro, termômetro, fita métrica, baldes; 
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• Evaporador do tipo tacho aberto operando com sistema de aquecimento a 
vapor. (Figura 2.1). 
 
Primeiramente os 50 L leite foram acondicionados em um balde. Adicionou-se os 
30,0 g de bicarbonato de sódio ao leite e misturou-se o mesmo para homogeneização da 
mistura. A adição do bicarbonato de sódio ao leite faz-se necessário para a correção da 
acidez do mesmo, evitando-se assim, um possível azedamento do leite em seu processo 
de aquecimento. 
A temperatura inicial do leite, já com o bicarbonato de sódio, foi aferida utilizando 
um termômetro comum de álcool. Essa temperatura foi anotada. A adição de leite e açúcar 
no evaporador deve ser feita de maneira gradual, de forma a não se adicionar totalmente 
e de uma só vez o leite e o açúcar. 
Permitiu-se então a passagem de vapor saturado pela camisa de aquecimento do 
tacho do evaporador tomando-se o cuidado de recolher o condensado em um balde para 
posterior medida de seu volume. A pressão manométrica do vapor saturado também foi 
aferida em dois locais distintos: tanto na sala de produção do doce na linha de distribuição, 
quanto na saída da caldeira que fornece o vapor para a sede do laticínios. 
O teor de sólidos solúveis no leite é determinado pelo ºBrix com o uso de um 
equipamento denominado refratômetro. Esse teor foi monitorado, desde o início na 
mistura do leite antes de ir para o evaporador e no decorrer do processo de concentração 
do doce no evaporador. De acordo com a literatura, quando o “ponto ótimo” do ºBrix para 
o qual o doce está pronto é atingido, desliga-se o aquecimento do evaporador. 
O doce estando pronto faz-se a medida de sua massa através de baldes tarados e 
balança e a sua temperatura. Além disso, o volume de condensado recolhido da camisa 
de aquecimento do evaporador também foi determinada, assim como sua temperatura. 
 
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Figura 2.1 – Evaporador do tipo tacho aberto usado na prática. 
 
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Partindo de 50 litros de leite e 8 kg de açúcar, foram produzidos 19,37 kg de doce 
de leite em 70 minutos de processamento, atingindo um teor de sólidos solúveis igual a 
66° Brix. As informações coletadas no processo estão apresentadas na Tabela 3.1. 
 
Tabela 3.1 – Informações experimentais obtidas no experimento. 
Item Verificado Valor e Unidade 
Temperatura inicial do leite 9°C 
Temperatura final do doce 86°C 
Pressão do vapor da caldeira 3,3 atm* 
Massa inicial do tacho 58 kg 
Massa produzida de doce 19,37 kg 
Massa de água evaporada 38,63 kg 
Raio do tacho 40 cm 
Brix inicial da mistura 11 °Brix 
Brix final do doce 66°Brix 
Tempo de processamento 70 min. 
Massa de vapor condensado 41,0 kg 
*Pressão média. A pressão do vapor da caldeira oscilava muito, por isso, o valor obtido de 3,3 
atm foi a média das pressões manométricas aferidas. 
 
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3.1 Determinação da Massa de Vapor Utilizada 
 
 A massa de vapor utilizada para o processo, é determinada por dois métodos. O 
primeiro envolve o coeficiente global de transferência de calor representado pela seguinte 
equação: 
 
q = U.A. ΔT = q vapor U.A. ΔT =S.λ Equação 1 
 
 Onde U é o coeficiente global de transferência de calor (W.m-2.K-1), A é a área 
de troca térmica (m2), ΔT é a diferença de temperatura entre a temperatura do vapor da 
caldeira e a temperatura de ebulição da água, S é a quantidade de vapor necessária para 
o processo (Kg/h) e λ é o calor latente a uma dada pressão (kJ/kg). 
Para a resolução deste método, o valor de U adotado é de 575 W/m2.K-1, foi 
determinado por FONTAN et al. (2006) em condições semelhantes a este experimento. 
A área de transferência de calor é considerada como um semi-esfera e a equação 
que a descreve é:A= 2.π.R2 Equação 2 
 
 Onde R é o raio do tacho (m2). 
A temperatura de ebulição da água é calculada somando a temperatura de 
saturação da água na pressão atmosférica com a elevação do ponto de ebulição, 
relacionada com o teor de sólidos solúveis, X: 
 
T= 100 + (1,78.X + 6,22.X) Equação 3 
 
 Para um teor de sólidos solúveis de 66 °Brix, o valor encontrado da temperatura 
de ebulição da água foi de 105,28°C. 
 Os valores das propriedades termodinâmicas do vapor da caldeira foram 
encontrados nas tabelas de vapor saturado do Apêndice F do SMITH, VAN NESS e 
ABBOTT (2007) a partir da pressão absoluta do fluido. A Tabela 3.2 dispõe os valores 
encontrados através de interpolações. 
 
 
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Tabela 3.2 – Valores das propriedades do vapor saturado. 
Propriedade Valor e Unidade 
Temperatura do vapor 146,74 °C 
Hs (entalpia vapor saturado) 2741,5 kJ.kg-1 
hs(entalpia líquido saturado ) 618,1 kJ.kg-1 
λ (calor latente) 2123,4 kJ.kg-1 
 
 A equação 1 rearranjada é: 
 
𝑆 = 
𝑈 . 𝐴 .(𝑇𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟−𝑇𝑒𝑏𝑢𝑙𝑖çã𝑜)
λ 
 Equação 4 
 
 Substituindo os valores encontrados acima na equação 4, obtêm-se que a 
quantidade de vapor necessária para o processo é de 40,428 kg.h-1 ou 47 kg de vapor em 
70 minutos de processamento. 
 O segundo método envolve o balanço de energia do processo, resultando na 
equação: 
 
F.hf + S.λ = D.hd + V1.H1 Equação 5 
 Em que F é a massa da mistura de alimentação (kg), hf é a entalpia da mistura 
(kJ.kg-1), D é a massa de doce produzida (kg), hd é a entalpia do doce (kJ.kg
-1), V1 é a 
massa de água evaporada no processo e H1 a entalpia relacionada a V1 (kJ.kg
-1). 
 A entalpia da mistura é calculada pela fórmula: 
 
hf = cpF.(TF – Tref ) Equação 6 
 
Onde cpF é o calor específico da mistura. Esse valor é estimado através da fórmula 
do cp do leite que é relacionada com o teor de sólidos solúveis na mistura. 
 
Cp = 4,2 – 2,35.X Equação 7 
 
A entalpia do doce também é obtida pelas fórmulas 6 e 7, mudando apenas os 
valores de temperatura final e teor de sólidos solúveis. 
A entalpia relacionada a massa de água evaporada foi obtida pelas tabelas de 
vapor, e seu valor encontrado foi de 2684,2 kJ.kg-1. As demais informações necessárias 
para o cálculo foram mencionadas nas Tabelas 3.1 e 3.2. 
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Assim substituindo os valores encontrados na equação 5, encontra-se que a massa 
de vapor necessária é de 50 kg. 
 A Tabela 3.3 compara os resultados obtidos pelos dois métodos com o resultado 
experimental. 
 
 Tabela 3.3 – Resultados calculados e obtido no experimento. 
 Massa de vapor (kg) 
1° Método 47 
2° Método 50 
Experimento 41 
 
 De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que tanto o 1° método 
quanto o 2° método resultaram em valores próximos da massa de vapor obtida 
experimentalmente para a produção de doce de leite. Os desvios percentuais de cada 
método são: 
 
% (1°método) = 
| 47−41| 
41
 𝑥 100 = 14,6 % 
 
% (2°método) = 
| 50−41| 
41
 𝑥 100 = 22,0% 
 
Os métodos apresentaram desvios consideráveis se comparados com o valor 
experimental. Isso ocorre devido os erros do experimento. Durante o processo houve 
grandes perdas de vapor condensado, sendo esta a fonte de erro mais relevante do 
processo. 
. 
4 CONCLUSÃO 
 
 Com a prática foi possível conhecer o processo de fabricação do doce de leite em 
visita ao Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV. Nessa oportunidade pode-
se estudar e analisar o funcionamento de um evaporador do tipo tacho para concentração 
do leite e produção do doce. Da mesma forma também foi observado vários aspectos 
correspondentes às etapas do processo. 
 O evaporador utiliza vapor saturado fornecido da caldeira visitada em prática 
anterior, também inerente à disciplina de ENQ 273. Desse modo, a partir de propriedades 
8 
 
termofísicas do leite e do vapor, foi possível determinar que a massa de vapor saturado 
necessário para a produção da massa de 19,37 kg de doce, foi de 41 kg. 
 Percebe-se que, pela utilização do método do coeficiente global de transferência 
de calor, a massa de vapor requerida para o processo de produção do doce de leite foi de 
47 kg. Já para o método do balanço de energia, a massa de vapor requerida foi de 50 kg. 
Os desvios observados nestes valores decorrem do fato de ter havido perdas do 
condensado durante o procedimento experimental, mas satisfazem ao objetivo da prática. 
 É de suma importância, para o engenheiro químico, o conhecimento de processos 
industriais que operam utilizando vapor de água saturado em seus processos térmicos. 
Além disso, a oportunidade de se conhecer na prática o funcionamento de um evaporador 
possibilitou o cálculo da massa de vapor necessário para a produção do doce de leite de 
maneira satisfatória. 
 
5 REFERÊNCIAS 
 
Disponível em: 
<http://www.ital.sp.gov.br/tecnolat/arquivos/artigos/producao_de_doce_de_leite_tradici
onal_light_e_diet.pdf> Acesso em 03 mai. 2019. 
 
FONTAN, R. C. J.; ZANIN, A.; CARVALHO, M. M.; COIMBRA, J. S. R.; MINIM, R. 
A.; CONDE, F. M. Determinação rápida do coeficiente global médio de transferência de 
calor na produção de doce de leite pastoso. Revista do Instituto de Laticínios Cândido 
Tostes., 61, 353, 2006. 
 
KLUG, T.B. Controle de Qualidade em Doces. Relatório final de estágio do curso de 
Química de alimentos, para obtenção do título de Bacharel em Química de alimentos. 
Pelotas, 2007. 
 
PERRONE, I.T; STEPHANI.R; NEVES,B.S; SÁ,J.F.O; CARVALHO, A.F. Atributos 
tecnológicos para produção do doce de leite. Revista Instituto Laticínio Cândido Tostes. 
Viçosa, 2012. 
 
SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C. e ABBOTT, M. M. Introdução à Termodinâmica da 
Engenharia Química, 7a Ed., LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de 
Janeiro, 2007. 
 
VIEIRA, L.C; JÚNIOR, J.B.L. Tecnologias de fabricação dos Doces de Leite Pastoso 
em Tabletes. Comunidade Técnico, p.1, Belém, 2004.