AULA 2 - Balanço Material e Energético

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A arte de processar alimentos é antiga, nas civilizações antigas muito se utilizava de
processos fermentativos visando melhor armazenamento, vida de prateleira e poder
transportar a longas distâncias.
Quando falamos de processar alimentos, envolvemos uma série de operações, e esse
processo muitas das vezes são muito distintos, se você utilizar um produto de origem animal
ou vegetal, e muitas das vezes, complexo.
Processar um alimento, tem alguns objetivos, não apenas aumentar a vida útil. Temos como
exemplos, tornar o alimento mais digerível, inativar toxinas naturais do alimento e produzir
novos produtos, entre outros objetivos.
Então, para chegar no produto final, temos um processo como um todo, ele é separado por
operações.
Na produção da Cerveja temos da Malteação até a Pasteurização e Envase.
Introdução
Do início do processo de produção de cerveja até o produto final, ele passa por algumas
etapas e cada uma dessas etapas representa uma operação unitária.
Na produção da Cerveja temos da Malteação até a Pasteurização e Envase.
Então, o conjunto dessas operações unitárias formará o nosso processo, e isso que
estudaremos durante este curso, como vocês podem ver na ementa e no conteúdo
programático.
As operações unitárias são aplicações dos fenômenos. Por exemplo, quais são as
operações unitárias mais importantes da indústria de alimentos? Essas operações
compreendem o escoamento de fluídos, você transportar esse fluído de um ponto a outro.
O processamento térmico utilizar a energia em forma de calor para processar um
determinado material. A evaporação, em determinados processos de concentração.
Operações que envolvem equilíbrio de fases, como secagem, destilação, extração sólido-
líquido e líquido-líquido, cristalização. Operações unitárias que envolvem separações
mecânicas, como filtração, centrigugação, sedimentação, e peneiramento.
Essas são as operações unitárias mais aplicadas na indústria de alimentos.
Introdução
O processo de produção de alimentos envolve um conjunto de operações unitárias, como
foi representado no diagrama acima. Esses esquemas são muito importantes para nossa
disciplina.
Temos então a entrada de matéria prima, entrando no processo, passa por uma primeira
operaçõ unitária, processou, saiu e entrou na segunda operação unitári, processou e e saiu
para a próxima operação unitária até o produto final.
Independente da natureza as operações unitárias obedeceraão dois princípios
fundamentais.
É importante aprender as leis de Conservação de Massa e Energia!
De uma forma geral, o que se calcula em massa e energia, é exatamente saber as
quantidades necessárias em cada processo. Se eu pretendo produzir uma tonelada de suco
com uma determinada composição e característica eu tenho que calcular, o quanto eu
tenho de matéria prima e insumo. Faremos isso para Massa e Energia.
Qualquer processo de alimentos e, independente da complexidade que ele tiver, pode ser
representado de forma esquemática por meio de diagrama de processo.
Assim como temos na imagem abaixo.
Introdução
Neste exemplo, temos o diagrama de processo para pasteurização de leite integral.
Podemos observar que a operação unitária mais importante envolvida é a troca de calor,
isso geralmente ocorre em trocadores de calor, que estudaremos na disciplina. 
Essa operação requer dois sistemas auxiliares, o de suprimento de água quente para
aquecer o leite até a temperatura de pasteurização necessária, e o suprimento de água
gelada para resfriar o leite que será estocado sobre refrigeração.
Aqui a o processo de pasteurização, onde ao aquecimento leite até uma determinada
temperatura e tempo, por isso que eu preciso de um suprimento de água quente, pode
perceber na seta que mostra para entrada dessa água. Após esse tempo imediatamente eu
preciso resfriar esse leite, para que eu cesse essa temperatura para não alterar qualquer
característica sensorial do meu leite, por isso eu necessito de água gelada que também
podemos ver com a seta, a entrada.
Após o processo de pasteurização vemos no diagrama a saída do leite para
armazenamento intermediário e em seguida para embalagem.
Nesse diagrama partimos da entrada do leite, que será armazenado na forma de leite cru,
esse leite cru entrará no tratamento térmico. O processamento térmico envolverá água
quente, água gelada, um processo de clarificação e depois disso sairá para o
armazenamento intermediário e finalmente embalado.
Neste diagrama enxergamos todo o processo de entrada e saída, porém não tem como
identificar as informações sobre quantidades.
Eu consigo enxergar o fluxo do processo porém não consigo enxergar nenhum dado
quantitativo desse processo. Por isso há a necessidade de um diagrama de processo que
apresente tanto o fluxo do processo como os dados quantitativos. Para a partir desses
dados eu consiga dimensionar o meu sistema, parece em aplicar os cálculos de balanço de
massa e energia.
Introdução
Nesse diagrama acima, já consigo identificar todos os valores necessários, volume,
temperatura, tempo, etc. A partir desses dados, consigo dimensionar o processo através
das equações do balanço de massa e energia e aplicar as leis de conservação de massa e
energia e dimensionar todo esses sistema.
Há diversos tipos de operações unitárias, haverá o estudo de Fenômenos de Transporte 1,
que abordará transferência de quantidade de movimento para assim estudar Operações
Unitárias 1. Chegando em Fenômenos de Transporte 2, que abordará tranferência de calor,
para assim estudar Operações Unitárias 2. Finalmente chegando em Fenômenos de
Transporte 3, que abordará transferência de massa, para assim estudar Operações
Unitárias 3.
Na disciplina de Balanço de Massa e Energia, é o início desse longo processo, aprender
sobre o fluxo de processos, se adaptar aos diagramas, calcular balanço de massa e
energia, as leis de conservação de massa e energia para esses processos e balanços,
calcular as quantidades necessárias, calcular perdas e etc. A introdução para o que vier a
seguir.