ads:
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS
CLARICE DE ÁVILA SANTOS
ESTUDO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DURANTE O
CONGELAMENTO DE CORTES DE AVES EM CAIXAS DE
PAPELÃO ONDULADO
FLORIANÓPOLIS
2005
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
CLARICE DE ÁVILA SANTOS
ESTUDO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DURANTE O
CONGELAMENTO DE CORTES DE AVES EM CAIXAS DE PAPELÃO
ONDULADO
Dissertação apresentada como requisito parcial à
obtenção do grau de Mestre em Engenharia de
Alimentos, Curso de Pós-Graduação em Engenharia de
Alimentos, Centro Tecnológico, Universidade Federal de
Santa Catarina.
Orientador: Prof. Dr.-Ing. Haiko Hense
Co-orientador: Prof. Dr. Sc. João Borges Laurindo
FLORIANÓPOLIS
2005
ads:
ii
CLARICE DE ÁVILA SANTOS
ESTUDO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DURANTE O CONGELAMENTO DE
CORTES DE AVES EM CAIXAS DE PAPELÃO ONDULADO
Dissertação aprovada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Engenharia de
Alimentos, Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Centro Tecnológico da
Universidade Federal de Santa Catarina.
___________________________________
Prof. Dr.-Ing. Haiko Hense
Orientador
___________________________________
Profa. Dra. Gláucia M. Falcão Aragão
Coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos
Banca Examinadora:
___________________________________
Prof. Dr.-Ing. Haiko Hense
___________________________________
Prof. Dr. Vivaldo Silveira Júnior
___________________________________
Prof. Dr. Sc. José Carlos Cunha Petrus
___________________________________
Profª. Dra. Sandra R. S. Ferreira (suplente)
Florianópolis, 21 de março de 2005
iii
A Deus
Aos meus queridos pais, por todo amor e dedicação
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, sempre, por ter me propiciado saúde e sabedoria para
alcançar os meus objetivos e concluir com êxito mais uma etapa da minha vida.
Ao Professor Haiko Hense, pela orientação, disponibilidade, atenção prestada, total apoio
e amabilidade demonstrada desde o início do curso. Professor, obrigada por todos os
ensinamentos e pela compreensão.
Ao Professor João Borges Laurindo, pelo incentivo, pela disponibilidade à co-orientação e
por me permitir a realização dos experimentos em seu laboratório. Professor, agradeço de coração
por todo esse apoio, você não sabe o quanto as suas valiosas sugestões e críticas me motivaram.
Você me fez enxergar além!!
Ao Alexandre Beló pelo companheirismo, participação e por toda a contribuição dada a
este trabalho, e sem o qual muitos experimentos não teriam sido concretizados.
Às minhas queridas amigas do Laboratório de Extração Supercrítica (LATESC),
companheiras incondicionais, parceiras para todos os momentos, sejam de alegria ou aflição.
Gabi Jahn, Zi, Lu, Fê, vocês sabem o quanto adoro vocês!! Obrigada por tudo!!
A todos os colegas do Laboratório de Propriedades Físicas (PROFI), testemunhos das
muitas dificuldades e limitações enfrentadas durante a realização de experimentos.
Ao meu pai Elzio e à minha mãe, Selma, pela dedicação, incentivo, reconhecimento,
apoio, compreensão, por tudo!! Papi e Mami, eu não seria nada sem vocês!!! Vocês são a minha
maior motivação!! Obrigada por me fazerem chegar até aqui, por me motivarem a ir muito além e
por me proporcionarem uma vida tão maravilhosa!
Aos meus irmãos Cristiano, Ana Cristina e Cláudia, por estarem sempre presentes, se
preocupando e apoiando a minha escolha. Amo muito vocês!
À minha amiga Camila, cujo exemplo de compreensão, amizade, dedicação e
responsabilidade me fizeram crescer para encarar todas as dificuldades.
A todos os amigos que fiz durante essa caminhada.
v
Nada acontece por acaso...
vi
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS............................................................................................................
viii
LISTA DE TABELAS...........................................................................................................
xii
RESUMO...............................................................................................................................
xiii
ABSTRACT...........................................................................................................................
xiv
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................
1
2 REVISÃO DA LITERATURA.........................................................................................
3
2.1 O Congelamento de Alimentos.........................................................................................
3
2.2 Tempos de Congelamento e Influência sobre a Estrutura dos Produtos...........................
4
2.3 Propriedades Termofísicas dos Alimentos Congelados....................................................
6
2.4 Produção do Frio...............................................................................................................
7
2.5 Sistemas de Congelamento...............................................................................................
8
2.5.1 Sistemas de contato indireto.................................................................................
9
2.6 Perfil de Velocidades do Ar..............................................................................................
10
2.7 Transferência de Calor......................................................................................................
11
2.8 Congelamento de Cortes de Aves.....................................................................................
13
3 ESTUDO EMPÍRICO DA INFLUÊNCIA DA CAIXA DE PAPELÃO
ONDULADO NO TEMPO DE CONGELAMENTO DE CORTES DE
AVES EM TÚNEIS COM CIRCULAÇÃO FORÇADA DE AR......................................
16
3.1 Resumo..............................................................................................................................
16
3.2 Introdução..........................................................................................................................
16
3.3 Material e Métodos............................................................................................................
18
3.3.1 Escolha e padronização do produto......................................................................
18
3.3.2 Caixas de papelão ondulado.................................................................................
18
3.3.3 Confecção das caixas teladas................................................................................
19
3.3.4 Leitura e registro das temperaturas......................................................................
20
3.3.5 Túneis de congelamento........................................................................................
20
3.3.5.1 Túnel de congelamento automático 1 (TCA-1)...............................................
21
3.3.5.2 Túnel de congelamento automático 2 (TCA-2)...............................................
22
3.3.6 Procedimento experimental...................................................................................
23
3.3.7 Análise das resistências térmicas..........................................................................
25
3.4 Resultados e Discussão......................................................................................................
27
3.4.1 Túnel de congelamento automático 1 (TCA-1) ....................................................
28
3.4.2 Túnel de congelamento automático 2 (TCA-2).....................................................
33
vii
3.5 Conclusão..........................................................................................................................
39
4 DESENVOLVIMENTO DE UMA METODOLOGIA PARA A
DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DOS COEFICIENTES DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONVECTIVOS EM TÚNEIS DE
CONGELAMENTO .............................................................................................................
40
4.1 Resumo..............................................................................................................................
41
4.2 Introdução..........................................................................................................................
41
4.3 Material e Métodos...........................................................................................................
43
4.3.1 Montagem e instrumentação do dispositivo usado para a determinação de
h
....
43
4.3.2 Obtenção de dados tempo/ temperatura...............................................................
45
4.3.3 Túneis de congelamento........................................................................................
46
4.3.3.1 Túneis de congelamento semi-contínuos A, B, C, D, E e F ...........................
48
4.3.3.2 Túnel de congelamento semi-contínuo duplo (SD).........................................
49
4.3.4 Procedimento experimental .................................................................................
49
4.3.5 Determinação dos coeficientes convectivos de transferência de calor (h) .........
52
4.4 Resultados e Discussão....................................................................................................
54
4.5 Conclusão.........................................................................................................................
63
5 ESTUDO EMPÍRICO DA RESISTÊNCIA TÉRMICA EFETIVA DE
EMBALAGENS DE PAPELÃO ONDULADO ................................................................
65
5.1 Resumo.............................................................................................................................
66
5.2 Introdução.........................................................................................................................
66
5.3 Material e Métodos...........................................................................................................
67
5.3.1 Montagem e instrumentação dos dispositivos usados para a determinação de
_
efet pap
R .........................................................................................................................
67
5.3.2 Obtenção de dados tempo/ temperatura...............................................................
69
5.3.3 Túneis de congelamento.......................................................................................
70
5.3.4 Procedimento experimental..................................................................................
70
5.3.5 Determinação da resistência térmica efetiva do papelão ondulado....................
72
5.4 Resultados e Discussão....................................................................................................
79
5.5 Conclusão.........................................................................................................................
88
6 CONCLUSÕES GERAIS E SUGESTÕES.....................................................................
89
REFERÊNCIAS BILBIOGRÁFICAS................................................................................
91
ANEXOS................................................................................................................................
94
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1. Esquema do produto padronizado (asas de frango com interfolhamento e
embalagem primária de PEBD), com as respectivas dimensões da caixa.de papelão
ondulado (embalagem secundária..................................................................................
19
Figura 3.2. Caixa confeccionada para os testes: telas de aço inoxidável................................
19
Figura 3.3. (a) Sensor de temperatura; (b) Interface para transferência dos dados para o
computador....................................................................................................................
20
Figura 3.4. Diagrama esquemático do TCA-1, ilustrando a posição dos ventiladores, os
fluxos de ar frio e dos produtos, além das posições das caixas de produtos nos níveis
do túnel..........................................................................................................................
22
Figura 3.5. Diagrama esquemático do TCA-2, , ilustrando a posição dos ventiladores, os
fluxos de ar frio e dos produtos, além das posições das caixas de produtos nos níveis
do túnel..........................................................................................................................
23
Figura 3.6. Resistências térmicas envolvidas durante a etapa de congelamento do
produto..........................................................................................................................
25
Figura 3.7. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível inferior do TCA-1 (posição mais distante dos ventiladores)...........................
28
Figura 3.8. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível inferior do TCA-1 (posição intermediária)......................................................
29
Figura 3.9. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível inferior do TCA-1 (posição mais próxima dos ventiladores)..........................
29
Figura 3.10. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível intermediário do TCA-1 (posição mais distante dos ventiladores).................
30
Figura 3.11. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível intermediário do TCA-1 (posição intermediária)............................................
31
Figura 3.12. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível intermediário do TCA-1 (posição mais próxima dos ventiladores)..................
31
Figura 3.13. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível mais elevado do TCA-1 (posição mais distante dos ventiladores)...................
32
ix
Figura 3.14. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível mais elevado do TCA-1 (posição mais próxima dos ventiladores)..................
33
Figura 3.15. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível inferior do TCA-2 (posição da primeira caixa)................................................
34
Figura 3.16. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível inferior do TCA-2 (posição da última caixa)...................................................
35
Figura 3.17. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível mais elevado do TCA-2 (posição da primeira caixa a entrar).........................
36
Figura 3.18. Curvas de resfriamento e congelamento na caixa de papelão e na caixa telada,
no nível mais elevado do TCA-2 (posição da última caixa a entrar).............................
36
Figura 3.19. Comparação entre as curvas de resfriamento e congelamento obtidas a partir
do congelamento do produto em caixas de papelão e em caixas teladas metálica e
influência na distribuição espacial dos tempos de congelamento no TCA-1................
38
Figura 4.1. Tanque de aço galvanizado com o sensor de temperatura inserido no centro
geométrico do sistema...................................................................................................
44
Figura 4.2. (a) Sensor de temperatura; (b) Interface para transferência dos dados para o
computador....................................................................................................................
46
Figura 4.3. Esquema de um carrinho de 9 níveis....................................................................
47
Figura 4.4. Esquema da disposição e sentido de movimentação dos carrinhos (total de 25)
nos túneis (vista superior)...............................................................................................
47
Figura 4.5. Esquema dos túneis semi-contínuos, vista frontal: (a) túneis A a E; (b) túnel
F......................................................................................................................................
48
Figura 4.6. Esquema do túnel semi-contínuo duplo (vista frontal).........................................
49
Figura 4.7. Disposição dos tanques e caixas no carrinho e dos sensores nos tanques…....…
51
Figura 4.8. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel A............................
55
Figura 4.9. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel C.............................
56
Figura 4.10. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel D...........................
57
Figura 4.11. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel E...........................
57
x
Figura 4.12. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel F...........................
59
Figura 4.13. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel B...........................
60
Figura 4.14. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel SD1......................
61
Figura 4.15. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel SD2.......................
62
Figura 5.1. (a) Sensor de temperatura; (b) Interface para transferência dos dados para o
computador....................................................................................................................
69
Figura 5.2. Tanque de aço galvanizado (tanque 3) totalmente recoberto com papelão
ondulado (Sistema 2) e com o sensor de temperatura inserido em seu centro
geométrico.....................................................................................................................
70
Figura 5.3. Esquema geral da disposição dos tanques no carrinho dentro dos túneis, vista
superior. (a) túneis E (1° e 2° teste) e SD1; (b) túnel SD2.............................................
72
Figura 5.4. Transferência de calor através de uma das faces do Sistema 1. Distribuição de
temperaturas e circuito térmico equivalente...................................................................
74
Figura 5.5. Transferência de calor através de uma das faces do Sistema 2 e a distribuição
de temperatura................................................................................................................
77
Figura 5.6. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo,
no experimento 1 do túnel E..........................................................................................
80
Figura 5.7. Valores das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência
térmica efetiva, no experimento 1 do túnel E.................................................................
81
Figura 5.8. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo
útil para o experimento 1 do túnel E. .............................................................................
82
Figura 5.9. Valores das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência
térmica efetiva para o experimento 1 do túnel E durante o tempo útil do
experimento....................................................................................................................
83
Figura 5.10. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as
temperaturas da solução e do ar, para o experimento 1 do túnel E................................
84
Figura 5.11. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as
temperaturas da solução e do ar para o experimento 1 do túnel E.................................
84
Figura A.1. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo
útil para o experimento 2 do túnel E..............................................................................
95
xi
Figura A.2. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da
resistência térmica efetiva para o experimento 2 do túnel E durante o tempo útil
do experimento..............................................................................................................
95
Figura A.3. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as
temperaturas da solução e do ar para o experimento 2 do túnel E.................................
96
Figura A.4. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo
útil, no experimento 3, túnel SD2...................................................................................
96
Figura A.5. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da
resistência térmica efetiva no experimento 3, túnel SD2...............................................
97
Figura A.6. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da
resistência térmica efetiva para o experimento 3, túnel SD2, durante o tempo útil
do experimento...............................................................................................................
97
Figura A.7. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as
temperaturas da solução e do ar para o experimento 3, túnel SD2.................................
98
Figura A.8. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo
útil para o experimento 4, túnel SD1.............................................................................
98
Figura A.9. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da
resistência térmica efetiva para o experimento 4, túnel SD1, durante o tempo útil
do experimento...............................................................................................................
99
Figura A.10. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as
temperaturas da solução e do ar para o experimento 4, túnel SD1.................................
99
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1. Características dos tanques utilizados para os testes...........................................
44
Tabela 4.2. Características dos ventiladores nos túneis semi-contínuos.................................
48
Tabela 4.3. Valores de
h
obtidos experimentalmente..............................................................
63
Tabela 5.1. Características dos tanques utilizados para os testes............................................
66
Tabela 5.2. Valores experimentais estimados.........................................................................
86
Tabela 5.3. Comparação entre as resistências térmicas totais e os coeficientes convectivos
de transferência de calor nos túneis estudados...............................................................
87
xiii
RESUMO
O congelamento de produtos alimentícios é um processo complexo que envolve transferência de
calor com mudança de fase e ocorre em uma faixa de temperaturas. É realizado,
predominantemente, em túneis com convecção forçada de ar, onde o escoamento de ar ocorre em
regime turbulento e a transferência de calor do produto para o ar em regime transiente. Quando se
trata de produtos cárneos in natura, o congelamento pode provocar alterações na qualidade final
do produto, dentre elas, o ressecamento da superfície do mesmo. Por esse motivo, faz-se
necessário o uso de embalagens apropriadas, que minimizem essas alterações e que mantenham a
sua integridade, sem interferir em seu tempo de processamento. No caso de cortes de aves, são
utilizadas comercialmente as caixas de papelão ondulado, que permitem, além da proteção, o
transporte por todo o túnel. O papelão ondulado é conhecidamente um material de condutividade
térmica relativamente baixa, o que pode prolongar o tempo de congelamento do produto. Por esse
motivo, este trabalho teve como objetivo estudar a transferência de calor ocorrida do produto para
o ar durante o congelamento de cortes de aves embalados em caixas de papelão ondulado. Como
são envolvidos processos condutivos e convectivos de transferência de calor, este trabalho foi
dividido em três estudos. Inicialmente foi estudada empiricamente a influência da resistência
oferecida pela caixa de papelão no tempo de congelamento do produto, através da comparação
com o congelamento em caixas metálicas totalmente perfuradas. Foram verificadas reduções de
18 a 45% no tempo de congelamento. Além disso, o platô definido pela perda de calor latente de
solidificação, bem como a heterogeneidade de temperaturas finais dos produtos congelados em
diferentes posições dos túneis, foram drasticamente reduzidos através da utilização da
embalagem alternativa. Em um segundo momento, a distribuição espacial do ar ao redor dos
produtos nos túneis foi estudada, com a finalidade de se verificar se o processo de transferência
de calor convectivo variava com a posição do produto no túnel. Para tanto, foi desenvolvida uma
metodologia para a determinação experimental dos coeficientes convectivos de transferência de
calor (
h
), através da confecção de dispositivos de aço galvanizado contendo uma solução
anticongelante, cuja evolução temporal das temperaturas foi monitorada em diferentes posições
nos túneis. Foi possível fazer um mapeamento dos túneis de congelamento. Foram obtidas
variações de até 40 a 281 W/m
2
.°C em um mesmo túnel, o que permitiu inferir sobre as variações
nas distribuições de velocidades do ar nos mesmos. A técnica desenvolvida mostrou-se uma
alternativa ao uso de anemômetros quando se deseja obter o diagnóstico dos fluxos de ar em
grandes plantas industriais. Em seguida, a mesma metodologia foi utilizada para a análise
quantitativa da resistência térmica efetiva da embalagem de papelão. Para esse estudo, as taxas de
transferência de calor durante o resfriamento da solução anticongelante nos tanques de aço foram
comparadas àquelas em tanques recobertos com o papelão ondulado. Foram estimados valores
de resistência térmica efetiva média da embalagem variando entre 0,226 e 0,328 °C/W, coerentes
com aqueles calculados a partir de dados encontrados na literatura. Com todos esses resultados,
foi possível avaliar globalmente o processo de transferência de calor do produto para o ar do
túnel durante o congelamento de cortes de aves.
Palavras-chave: congelamento, transferência de calor, resistência térmica do papelão ondulado,
túneis de congelamento, distribuição espacial do ar em túneis, cortes de frango.
xiv
ABSTRACT
The food freezing is a complex process that involves heat transfer with phase change and it
occurs in a range of temperatures. This process is performed mainly in air blast freezers, where
the airflow is turbulent and the heat transfer through the product to the air occurs in unsteady
state. When treating with meat products, the freezing can promote alterations in the final quality
of the product, among them, the drying of its surface. For that reason, it is necessary the use of
appropriate packaging, that minimize those alterations and that maintain the product integrity,
without interfering in the time of processing. In the case of chicken cuts, boxes of wavy
cardboard are commercially used. They provide, besides the protection, the transport for the
whole tunnel. The wavy cardboard is a material of relatively low thermal conductivity, which can
to increase the food-freezing time. For that reason, the objective of this work is to study the heat
transfer that occurs from the product to the cold air during the freezing of chicken cuts inside the
cardboard boxes. Since conductive and convective heat transfer processes are involved, this work
was divided in three studies. Initially, the influence of the resistance empirically offered by the
cardboard box in the product freezing time was studied, through the comparison with the freezing
time in metallic boxes totally screened. Reductions from 18 to 45% were verified in the freezing
time. The plateau defined by the loss of heat latent of fusion, as well as the heterogeneity of final
temperatures of the frozen products in different positions in the air blast freezers, were drastically
reduced when using the alternative packaging. In a second moment, the air space distribution
around of the products in the air blast freezers was studied, with the purpose to verify if the
process of convective heat transfer varied with the position of the product in the tunnel. For that,
a methodology was developed for the experimental measures of the convective heat transfer
coefficients (
h
), with the use of galvanized steel devices containing an antifreeze solution, whose
temperatures temporary evolution was evaluated in different positions in the tunnels. It was
possible to map the freezing tunnels. Variations since 40 to 281 W/m2.°C in a same freezing
tunnel were obtained, that allowed the estimation of variations in the rate distributions of the air
in these. The developed technique showed an alternative for the use of anemometers, when the
diagnosis of the air flows in great industrial plants is wanted. Then, the same methodology was
used for the quantitative analysis of the effective thermal resistance of the cardboard packaging.
For that study, the rates of heat transfer during the cooling of the antifreeze solution in the steel
tanks were compared to those in tanks covered with the wavy cardboard. Values of mean
effective thermal resistance of the packaging were estimated. These values varied from 0,226 to
0,328 °C/W, according to those calculated from data found in the literature. With all those
results, it was possible to evaluate the global heat transfer process through the product for the
cold air in the air blast freezers during the freezing of chicken cuts.
Key-words: freezing, heat transfer, wavy cardboard thermal resistance, air blast freezers, chicken
cuts.
Introdução
1
1 INTRODUÇÃO
O congelamento é uma operação unitária que visa a extensão da vida de prateleira de um
alimento perecível. É uma etapa indispensável na manipulação e distribuição de alimentos em
muitos países desenvolvidos. Trata-se de um processo extremamente complexo, em função de um
grande número de variáveis, e por envolver numerosos aspectos de engenharia. Necessita de
manutenção das condições ao redor do produto, o que é feito por um sistema de congelamento em
um local fechado. São vários os tipos de sistemas de congelamento, classificados pela maneira na
qual o produto se encontra em contato com o fluido refrigerante. As condições necessárias para
manter a temperatura e movimento à superfície do produto determinam a eficiência do sistema de
congelamento.
Os produtos cárneos in natura são predominantemente congelados em túneis de
congelamento com convecção forçada de ar. Por se tratar de produtos com estrutura química mais
complexa, podem sofrer alterações desagradáveis, com redução da qualidade final. Necessitam,
dessa forma, do uso de embalagens apropriadas e de um tempo de congelamento rápido para que
não ocorra o rompimento da estrutura celular e conseqüente formação de exsudado durante o
descongelamento. Por ser um processo caro e que envolve elevado gasto energético, a redução do
tempo de congelamento de produtos alimentícios é um objetivo almejado por muitos frigoríficos.
Motivados pelo interesse da indústria em minimizar os custos durante o processo de
congelamento, mantendo-se a qualidade e integridade do produto final, optou-se por transformar
esse complexo problema no tema de estudo deste trabalho. Para isso, selecionou-se como objeto
de estudo o congelamento de cortes de aves envolvidos por uma camada de polietileno de baixa
densidade e embalados em caixas de papelão ondulado, congelados em túneis com convecção de
ar forçada. O congelamento desse produto envolve as transferências de calor condutiva e
convectiva do produto para o ar do túnel. A estrutura desse produto em si já é bastante complexa,
por se tratar do corte da asa do frango, que contém pele, osso e carne. Além disso, envolve a
utilização de dois tipos de embalagens diferentes. Ocorre também que os coeficientes convectivos
de transferência de calor, necessários ao conhecimento do processo de transferência de calor,
podem variar de acordo com a posição do produto dentro do túnel. Dessa forma, este trabalho
teve como objetivos o estudo das resistências térmicas oferecidas ao fluxo de calor durante o
Introdução
2
congelamento e a análise empírica do perfil de velocidades do ar nos túneis através da obtenção
de valores experimentais dos coeficientes de transferência de calor convectivos.
Visando facilitar o acompanhamento deste trabalho, os estudos realizados encontram-se
divididos basicamente em três capítulos, 3, 4 e 5, que podem ser analisados independentemente.
Esses capítulos são autoconsistentes e foram escritos na forma de artigos a serem publicados. No
capítulo 3, a influência da caixa de papelão ondulado no tempo de congelamento dos cortes de
aves é estudada empiricamente. No capítulo 4, é desenvolvida uma metodologia para o estudo da
transferência de calor convectiva, através da determinação experimental dos coeficientes de
transferência de calor convectivos em túneis de congelamento. Já no capítulo 5, a mesma
metodologia desenvolvida no capítulo 4 é utilizada para a determinação quantitativa da
resistência térmica oferecida pelo papelão ondulado. As conclusões gerais de todo o conteúdo do
trabalho e as sugestões propostas são apresentadas no capítulo 6, enquanto as referências acerca
de todo o material bibliográfico utilizado são oferecidas ao final do trabalho.
Revisão Bilbiográfica
3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 O CONGELAMENTO DE ALIMENTOS
O congelamento é um método de conservação de alimentos bastante utilizado, uma vez
que é capaz de manter mais próximas todas as características originais dos produtos. É um
processo que tem como propósito reduzir a temperatura do produto tanto quanto economicamente
possível, na tentativa de minimizar as atividades microbiana e enzimática. Dessa forma, retarda
as taxas de reação de deterioração, promovendo uma extensão de sua vida de prateleira
(ASHRAE, 1998).
Durante o congelamento, ocorre a conversão da maior parte de água contida no produto
em gelo, fenômeno que depende da composição e estrutura do mesmo, forma física, temperatura
e condições do meio empregado (HELDMAN e HARTEL, 1998; SINGH e HELDMAN, 1997).
Muitos tipos diferentes de alimentos podem ser preservados pelo congelamento. Frutas e
vegetais são congelados e armazenados até o momento da preparação para o consumo. Vários
produtos cárneos, aves e peixes são congelados para estender a sua vida de prateleira (ASHRAE,
1998; HELDMAN e HARTEL, 1998).
HELDMAN e LUND (1992) citam muitos documentos indicando que o congelamento
como conservação surgiu nos últimos 160 anos, e o processo se tornou uma etapa indispensável
na manipulação e distribuição de alimentos em muitos países desenvolvidos. SILVA (2000)
lembra que a produção do frio em circuito fechado foi proposta por Olivier Evans em 1805.
Entretanto, a produção mecânica do frio industrial teve o seu início somente na segunda metade
do século XIX, juntamente com a circulação do ar forçado. Inicialmente, esse método de
conservação era muito caro. Como o conhecimento de seus benefícios ainda não era de domínio
popular, o consumidor resistiu à aquisição de alimentos conservados pelo frio. Só há
relativamente pouco tempo, os alimentos conservados a temperaturas reduzidas ocuparam lugar
de destaque no comércio dos gêneros alimentícios, crescendo a uma velocidade considerável em
face ao crescimento populacional nos grandes centros urbanos e do afastamento gradativo dos
locais de produção.
Revisão Bilbiográfica
4
O congelamento é um processo que deve ser feito a uma temperatura 10 a 12 °C abaixo
da temperatura em que o alimento será armazenado. A temperatura recomendada para o
armazenamento é –18°C. Temperaturas inferiores a esse valor podem ser utilizadas, porém
elevam bastante o custo de manutenção do produto. As flutuações de temperatura devem ser
evitadas, uma vez que poderão provocar recristalizações, com o aumento do tamanho dos cristais
de gelo, o que é muito prejudicial para a textura do produto (EVANGELISTA, 1989; PARDI et
al, 2001).
A conservação dos alimentos pelo congelamento não se restringe apenas à manutenção do
produto em uma câmara com temperaturas reduzidas. Esse processo inclui ainda transportes,
armazenamentos intermediários e balcões de vendas, formando uma verdadeira cadeia de frio.
Para que a qualidade dos produtos congelados seja mantida, essa cadeia não deve ser
interrompida. O produto deve ser mantido a baixas temperaturas sem oscilações, desde a
produção até o consumo (ASHRAE, 1998).
2.2 TEMPOS DE CONGELAMENTO E INFLUÊNCIA SOBRE A ESTRUTURA DOS
PRODUTOS
O congelamento de alimentos é um processo extremamente complexo, em função do
grande número de variáveis. A temperatura em que a água contida no produto começa a congelar
depende do seu teor de sólidos solúveis (SINGH e HELDMAN, 1997). Ao contrário das
substâncias puras, o congelamento de alimentos não se dá a uma temperatura determinada, mas
em uma faixa de temperaturas. Inicialmente, há o estágio de resfriamento, compreendendo o
período decorrido entre o início do processo, com o produto a uma temperatura relativamente
alta, até que se atinja a temperatura na referida região onde se inicia a cristalização da água. Em
seguida, ocorre o estágio de congelamento, fenômeno decorrente da liberação de calor latente de
solidificação, período no qual a temperatura sofre pequena variação. Finalmente, há o período de
redução de temperatura. O aumento da concentração de solutos na água que ainda não se
encontra congelada provoca o abaixamento do ponto de congelamento e a temperatura cai
rapidamente até próxima à temperatura do congelador. A quantidade de água que permanece sem
congelar e as temperaturas de congelamento comercial dependem da composição do alimento e
Revisão Bilbiográfica
5
da temperatura de armazenamento (ASHRAE, 1998; HELDMAN e HARTEL, 1998; HENSE,
1993).
O tempo de congelamento pode ser definido como o tempo decorrido desde o início do
estágio de resfriamento até que a temperatura final seja atingida. O tempo necessário para o
congelamento é inversamente proporcional à temperatura utilizada no processo. Dependendo
dessa temperatura e de outras condições, o processo pode ser considerado lento ou rápido. O
tempo de congelamento depende de vários fatores. Além da temperatura, pode-se citar o
tamanho, a geometria do produto e a condutividade térmica do material da embalagem.
A velocidade de congelamento pode ser avaliada pela velocidade de deslocamento da
frente do gelo através do produto. É maior próximo à superfície e mais lento próximo ao centro
térmico do produto. No congelamento lento, a temperatura do produto vai decrescendo
gradativamente até chegar ao valor desejado. Há formação de grandes cristais de gelo no interior
das células e principalmente nos espaços intercelulares. Tais cristais atingem grandes dimensões
devido à concentração de sólidos nos espaços intercelulares e do conseqüente deslocamento da
água do interior para fora das células, fenômeno responsável por alterações irreversíveis. Além
disso, pode ocorrer o rompimento das membranas celulares, o que irá colaborar ainda mais com
estas alterações, assim como oferecer um produto, após o descongelamento, com textura inferior
à desejada (BRENNAN, 1980; SINGH e HELDMAN, 1997).
No congelamento rápido ocorre um abaixamento brusco de temperatura, formando
pequenas estruturas de gelo amorfo, principalmente no interior da célula, o que é menos
prejudicial ao alimento. Dessa forma, para se obter produtos de boa qualidade, a redução de sua
temperatura deve ser rápida, o que pode ser viabilizado utilizando-se equipamentos com alta
capacidade de refrigeração. O gelo amorfo, dentro ou fora da célula, mesmo com o aumento
distribuído de volume de aproximadamente 9% após o congelamento da água, não lesiona as
células, mantendo os tecidos inalterados, não prejudicando a estrutura do alimento congelado
(ASHRAE, 1998).
Segundo RAMAKRISHNAN et al. (2004), a determinação dos tempos de congelamento é
crítica na operação e controle de sistemas criogênicos. Diferentes modelos termodinâmicos
foram desenvolvidos para descrever o processo de congelamento e fornecer métodos para o
cálculo do “tempo de residência” necessário para um produto ser congelado. Os dois modelos
Revisão Bilbiográfica
6
termodinâmicos principais são o “modelo de condução de calor com temperatura dependente das
propriedades térmicas” e o “modelo de frente de mudança de fase única”. O último modelo é
baseado na hipótese de que todo o calor latente de solidificação é liberado a uma temperatura
única de frente fria de mudança de fase, que se move do exterior para o centro térmico do produto
congelado. O outro modelo assume que as propriedades termofísicas nas regiões antes e depois
da frente são constantes, mas diferentes. Segundo RAMAKRISHNAN et al. (2004), o primeiro
modelo é considerado mais realístico que o segundo.
Para a estimação dos tempos de congelamento de alimentos processados industrialmente,
já foram usados com limitado sucesso vários métodos analíticos e empíricos que assumiam a
existência de estado estacionário e requerimento de propriedades constantes do produto.
RAMAKRISHNAN et al. (2004) citam ainda que, independente do método adotado para calcular
os tempos de congelamento, o controle do sistema de congelamento é um ponto crítico que
precisa ser considerado. Dessa maneira, sugeriram que um controle de alimentação envolvendo a
monitoração contínua da quantidade de produto que entra possa ser usado para controlar o
congelamento em túneis e obter consideráveis economias de energia. Controlando-se também o
fluxo de refrigerante e/ou a velocidade da esteira transportadora, o congelamento adequado de
todos os produtos é garantido.
2.3 PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DOS ALIMENTOS CONGELADOS
As propriedades de interesse quando se considera o processo de congelamento incluem a
densidade, calor específico, condutividade térmica, entalpia e calor latente de solidificação. O
conhecimento dessas propriedades é necessário para o desenvolvimento de cálculos de
transferência de calor envolvidos nos projetos de equipamentos de congelamento e
armazenamento de alimentos, além dos equipamentos de refrigeração. Essas propriedades devem
ser consideradas também para o cálculo dos tempos de congelamento necessários para assegurar
um adequado “tempo de residência” dos produtos nos sistemas de congelamento. As
aproximações sugeridas na quantificação da magnitude das propriedades durante o processo de
congelamento dependem diretamente da relação entre fração não congelada de água no produto e
Revisão Bilbiográfica
7
a temperatura do mesmo (ASHRAE, 1998; HELDMAN e LUND, 1992; RESENDE e
SILVEIRA JÚNIOR, 2002).
Geralmente, nas determinações experimentais das propriedades termofísicas dos
alimentos, a maior dificuldade é atribuída à sua grande dependência com a temperatura e a suas
grandes variações em relação às baixas temperaturas características dos processos de
congelamento (HENSE, 1993). A temperaturas acima do ponto de início de congelamento, as
propriedades termofísicas geralmente têm um comportamento bem definido. Entretanto, a
temperaturas abaixo desse ponto, elas variam muito. Como estão intimamente relacionadas à
composição química e temperatura do produto, é praticamente impossível determinar
experimentalmente e tabular as propriedades dos alimentos para todas as possíveis condições e
composições dos mesmos (HENSE, 1990). Devido a essas dificuldades, os esforços estão
concentrados em construir modelos matemáticos baseados nas propriedades termodinâmicas de
uma solução ideal. A correlação matemática das propriedades térmicas de alimentos como uma
função de sua composição química básica e conteúdo de água tem sido uma alternativa para a
realização experimental. Equações para a estimativa de propriedades termofísicas para sistemas
com e sem mudanças de fase podem ser facilmente encontradas na literatura (ASHRAE, 1998).
RESENDE e SILVEIRA JÚNIOR (2002), por exemplo, determinaram
experimentalmente a condutividade e difusividade térmica em função da temperatura de um
sistema modelo durante o processo de congelamento e comparou-os com propriedades estimadas,
usando modelos encontrados na literatura.
2.4 PRODUÇÃO DO “FRIO”
O “frio” industrial é geralmente produzido pela expansão de uma substância de baixo
ponto de ebulição. Essa substância é mantida sob pressão em um circuito fechado e, ao se
expandir, retira calor do ambiente e dos produtos nele contidos. Os mecanismos de produção de
“frio” têm evoluído bastante. Porém, os princípios básicos continuam sendo a compressão,
liquefação e expansão de uma substância em um sistema fechado (SILVA, 2000).
As principais propriedades exigidas para que uma substância possa ser utilizada como
refrigerante são o baixo ponto de ebulição e elevado calor latente de vaporização; a elevada
Revisão Bilbiográfica
8
densidade de vapor, permitindo a utilização de pequenos e econômicos compressores, a baixa
toxicidade, a não inflamabilidade, a baixa capacidade de mistura com o óleo do compressor e o
baixo custo (SILVA, 2000).
2.5 SISTEMAS DE CONGELAMENTO
Para a construção dos sistemas de congelamento, é necessário o conhecimento acerca das
mudanças ocorridas na estrutura do produto durante o processo de redução da temperatura e a
influência dessas mudanças em suas propriedades. Além disso, para alcançar as reduções de
temperatura desejadas, exige-se o conhecimento da quantidade de calor sensível e latente de
solidificação do produto removida durante o processo de resfriamento e congelamento. Segundo
HELDMAN e LUND (1992), essas condições são necessárias para que se possa conservar a
temperatura e movimento à superfície do produto. Elas determinam a eficiência do sistema de
congelamento.
Existem vários métodos de congelamento, e a sua escolha depende de uma série de
fatores. Os mais importantes são a composição do alimento, o custo do processo, a finalidade do
congelamento, a qualidade do produto após o descongelamento e o tempo em que se deseja
preservar o produto congelado (HELDMAN e HARTEL, 1998; SILVA, 2000).
Em geral, os sistemas de congelamento podem ser divididos em 2 classes: sistemas de
contato indireto e sistemas de contato direto. Essa classificação é distinguida pela maneira na
qual o produto se encontra em contato com o fluido refrigerante. A separação entre o produto e o
refrigerante varia de acordo com o tipo de embalagem do produto e o tipo de refrigerante
utilizado (HELDMAN e LUND, 1992).
Os métodos de congelamento mais utilizados são o congelamento por resfriamento com ar
estático ou em circulação, congelamento por contato indireto com superfícies super resfriadas e o
congelamento por imersão em líquidos refrigerantes (SILVA, 2000). Uma atenção maior será
dada aos sistemas de congelamento de contato indireto por ter sido o tipo de sistema utilizado
neste trabalho.
Revisão Bilbiográfica
9
2.5.1 Sistemas de contato indireto
Neste tipo de sistema o alimento é separado do fluido refrigerante primário por meio de
um tipo de barreira, podendo ser as superfícies da embalagem do produto, como também
componentes estruturais do sistema de congelamento (HELDMAN e LUND, 1992).
De acordo com HELDMAN e HARTEL (1998), em muitos casos o meio utilizado para a
redução da temperatura do produto é o ar “frio”. Os congeladores com circulação de ar são
baseados no princípio de transferência de calor por convecção. Após o resfriamento do ar, o
mesmo é insuflado em alta velocidade por meio de ventiladores. Dessa forma, curtos tempos de
congelamento são possíveis pela manutenção de altas velocidades do ar (3 a 8 m/s) na câmara
frigorífica, baixas temperatura do ar (-35 a –45°C) e bom contato entre a embalagem e a
superfície do produto. Além de esteiras transportadoras, o produto pode ser transportado através
de bandejas, esteiras espirais e esteiras rolantes (ASHRAE, 1998; HELDMAN e HARTEL, 1998;
HELDMAN e LUND, 1992). Além disso, esse tipo de sistema pode ser construído das mais
diferentes formas: gabinete fechado, seqüência de gabinetes ou túnel horizontal ou helicoidal
(vertical). Embora esse sistema possa funcionar em batelada, o sistema contínuo é mais utilizado
(ASHRAE, 1998).
As características de qualidade final do produto são refletidas pela eficiência do processo
de congelamento. O tempo durante o qual o produto permanece no processo (“tempo de
residência”) é um dos principais fatores para a sua preservação. Os processos industriais usam, na
maioria dos casos, as mesmas condições de operação para diferentes tipos de produtos, e o tempo
de congelamento é pré-estabelecido em acordo com a quantidade e propriedades de produtos a
serem processados (HELDMAN e LUND, 1992).
O produto deve permanecer no túnel apenas o tempo necessário para que a temperatura no
seu centro térmico seja reduzida a um nível desejável. A partir daí, o processo pode ser
interrompido e o equilíbrio de temperatura é mantido na câmara de estocagem. Para se obter o
melhor resultado, é necessário que o equipamento seja ocupado até sua capacidade teórica, o que
significa que, no caso do túnel, a esteira deverá ser ocupada completamente onde o fluido é
aspergido. Além disso, a operação não deverá ser interrompida, pois cada parada requer novo
resfriamento com conseqüente aumento dos gastos (HELDMAN e HARTEL, 1998).
Revisão Bilbiográfica
10
2.6 PERFIL DE VELOCIDADES DO AR
A direção do fluxo de ar é função do projeto do congelador, podendo fluir
longitudinalmente ou transversalmente ao produto, oferecendo uma distribuição de temperaturas
ao longo do trajeto.
Em túneis de congelamento, o escoamento do ar ocorre em regime turbulento e a
transferência de calor em regime transiente. Devido à forte variabilidade da velocidade do ar no
espaço e no tempo, a sua medida é tida como um grande problema, produzindo resultados não
muito confiáveis e indispensáveis na determinação da vazão e cálculos de transferência de calor.
Dessa forma, o controle do fluxo de ar é um ponto crítico em grandes plantas industriais, já que
determina a eficiência e a homogeneidade dos tratamentos aos quais os produtos devem ser
submetidos. É importante então analisar a distribuição do ar em relação à geometria da câmara e
a uniformidade da trajetória do escoamento (RESENDE et al.,2002a).
MIRADE e DAUDIN (1998) relataram dificuldades relacionadas às medidas da
velocidade do ar nas plantas industriais, como a instabilidade do escoamento, a influência da
presença de objetos na direção do escoamento do ar e a influência da temperatura utilizada pelo
fabricante para calibrar o aparelho (anemômetro), que freqüentemente está em torno de 20ºC,
muito diferente da praticada nos túneis.
Buscando eliminar essas dificuldades e as fontes de erros inerentes ao escoamento,
RESENDE et al. (2002a) desenvolveram uma metodologia para medir a velocidade do ar e
analisar o seu perfil em câmaras de congelamento carregadas com caixas contendo polpas de
frutas. Analisaram também a influência da quantidade de produto no interior das caixas sobre a
resistência ao fluxo de ar. Para isso, mediram as velocidades do ar em um número de pontos
relativamente grande ao longo da seção do escoamento, com a finalidade de se ter uma
representação consistente do perfil de velocidade. Como resultados, obtiveram medidas muito
heterogêneas, às quais atribuíram à presença de obstáculos. Na tentativa de amenizar estas
dificuldades, os resultados experimentais foram ajustados através de regressão não linear, pelo
uso de um software. Essa técnica promoveu uma varredura dos valores pontuais das medidas da
velocidade do ar por toda a seção de escoamento, levando-se em conta a presença de fluxos
localizados, permitindo assim uma estimativa da vazão por meio de um tratamento matemático.
Revisão Bilbiográfica
11
Isso possibilitou a detecção e visualização de distúrbios, fenômenos e problemas inerentes do
escoamento através de métodos estatísticos simples.
Em um outro estudo, RESENDE et al. (2002b) desenvolveram um método de predição
dos tempos de congelamento de formas regulares levando-se em conta a presença de caminhos
preferenciais do ar, vácuo e irregularidades que possam existir no produto ou em sua forma
durante o seu processamento. Verificaram com os resultados obtidos experimentalmente, que o
comportamento da taxa de resfriamento dos produtos nas caixas está diretamente relacionado à
posição das caixas no empilhamento. Com isso, mostraram que a negligência da existência de
canais preferenciais do ar pode levar a erros comuns na estimação de tempos de congelamento, já
que os coeficientes de transferência de calor afetam fortemente a precisão dos métodos de
determinação desses tempos. Dessa forma, constataram também que a transferência de calor
ocorre em todas as direções e não é uniforme em toda a superfície.
2.7 TRANSFERÊNCIA DE CALOR
A transferência de calor na superfície de um produto pode ocorrer por uma combinação
da condução, convecção, radiação e evaporação. Apesar disso, a maioria dos métodos usados
para estimar as exigências de tempo de congelamento assume que a transferência de calor durante
o congelamento ocorre principalmente devido à condução e à convecção.
O conhecimento dos coeficientes de transferência de calor e massa ar-produto faz-se
absolutamente necessário para a construção de sistemas de congelamento ou para adaptar ou
mudar condições de operação de sistemas já existentes. Os coeficientes são essenciais para
estimar o tempo de processo, assim como a perda de massa provocada pela evaporação ou
sublimação da água na superfície do alimento (TOCCI E MASCHERONI, 1995).
O coeficiente de transferência de calor global entre a superfície do produto e o ar frio é
um parâmetro importante. Em sistemas na qual o meio de transferência é o ar frio, como em
túneis de congelamento, um dos fatores que controlam a taxa de congelamento é o coeficiente de
transferência de calor convectivo. Em condições normais, esses coeficientes variam com a
temperatura, umidade do ar e principalmente com a velocidade do mesmo (RESENDE et al.,
2003).
Revisão Bilbiográfica
12
KONDJOYAN e DAUDIN (1997) lembram que o coeficiente de transferência de calor
efetivo engloba, além do calor transferido por convecção, o calor transferido por condução entre
os corpos em contato, por radiação ou aquele removido durante a mudança de fase, quando esta
ocorre. De acordo com RESENDE et al. (2003), poucos valores experimentais de coeficientes de
transferência de calor foram obtidos nos últimos anos e estes freqüentemente são relacionados a
um tipo de operação específico.
Em situações industriais, o processo de congelamento de carnes dentro de caixas com
grandes quantias de produto pode ser muito complexo, principalmente quando a estrutura do
produto possui composição química muito variada. A temperatura inicial antes de ser submetido
ao processo de congelamento pode ser uniforme ou não, a sua homogeneidade não é garantida,
além de haver a possibilidade da existência de vácuo, bolsas de ar ou bolhas cheias de gás dentro
do produto e das embalagens. Além disso, a forma e tamanho do produto são normalmente
irregulares. A transferência de calor externa pode ser constante através da superfície inteira do
produto, mas grandes variações nos coeficientes de transferência de calor, principalmente
convectivos, podem ocorrer em diferentes posições do produto no sistema de congelamento
(RESENDE et al., 2002b; RESENDE et al.,2003).
RESENDE et al. (2003) analisaram seus trabalhos anteriores, encontrando dados acerca
da diferença significativa entre os coeficientes de transferência de calor efetivos para amostras
colocadas em diferentes posições dentro das caixas. Isso sugere que em diferentes condições de
processamento não seja possível obter uma transferência de calor uniforme em todo a superfície
do produto e o centro térmico é modificado, certamente não coincidindo com o centro geométrico
das formas consideradas.
Dessa forma, é necessário considerar a presença de canais preferenciais, zonas de baixas
pressões e irregularidades que possam existir no produto ou em sua forma durante o
processamento. Os mesmos autores verificaram experimentalmente que o comportamento da taxa
de resfriamento em caixas colocadas em diferentes posições varia muito, e que a transferência de
calor ocorre em todas as direções e não é uniforme em toda a superfície. Quando os detalhes
acerca do fluxo de ar não são levados em conta, erros comuns na estimação de tempos de
congelamento ocorrem em 100% dos casos. Por outro lado, a configuração utilizada no trabalho
de RESENDE et al. (2003), que considera a existência de canais preferenciais no leito, rendeu
Revisão Bilbiográfica
13
bons resultados em todos os níveis de temperatura testados, resultando em erros médios de
valores preditos abaixo de 10%.
2.8 CONGELAMENTO DE CORTES DE AVES
Nos últimos 20 anos, a avicultura brasileira passou por extraordinárias transformações,
tornando o Brasil um dos maiores produtores e exportadores de aves do mundo. São utilizadas
modernas técnicas em toda cadeia produtiva. Dispõe-se também de um moderno parque industrial
para efetuar o abate e processamento dos produtos avícolas, sendo a maioria dos frigoríficos
habilitados para exportar carne de aves e seus derivados para os mais exigentes mercados
internacionais.
Acompanhando as mudanças no estilo de vida na sociedade no exterior e no Brasil, as
necessidades e preferências dos consumidores foram se modificando e a indústria teve que se
adaptar a elas. Maiores volumes de frangos em corte ou desossados passaram a ser requeridos
pelos consumidores em substituição às aves comercializadas inteiras. Na industrialização houve a
necessidade de minimizar defeitos causados pelo processamento, que se tornam evidentes quando
a ave é comercializada na forma com osso ou desossada (DICKEL,2004).
Durante o abate de aves e seu processamento, as funções vitais dos animais são
interrompidas, tendo-se início uma série de transformações que adquirem características de
fenômenos putrefativos. Tais processos sucedem-se rapidamente à temperatura ambiente, com a
conseqüente inutilização do produto. O abaixamento da temperatura da matéria-prima deve ser
feito imediatamente após a morte dos animais. Algumas horas de atraso no abatedouro poderão
ocasionar perdas na qualidade dos produtos. À medida que se provoca o abaixamento da
temperatura, retardam-se consideravelmente os fenômenos promovidos pela ação de agentes
deteriorantes, como microrganismos e também por enzimas e reações químicas (DICKEL,2004).
Convém lembrar que o “frio” não é um agente de esterilização. Quando o produto já
resfriado ou congelado tem sua temperatura elevada, os microrganismos aí existentes e que
estavam em estado de latência, passam a se desenvolver mais rapidamente, à medida que se
aproximam da temperatura ótima de crescimento. Acredita-se que a letalidade do método de
congelamento ocorre em função da desnaturação e precipitação de proteínas e enzimas
Revisão Bilbiográfica
14
indispensáveis ao metabolismo celular dos microrganismos, possivelmente em função do
aumento da concentração de solutos, após o congelamento da água. Outra parte pode sofrer
lesões físicas ocasionadas pelos cristais de gelo que se formam no interior de suas células. O
congelamento rápido dos microrganismos, abaixo da temperatura ótima de crescimento, para
temperaturas abaixo de 0°C, também pode provocar sua morte, em virtude do choque térmico que
esse procedimento provoca, modificando a permeabilidade da membrana celular com liberação
de enzimas inibidoras do restabelecimento da célula (PARDI et al., 2001).
Os produtos cárneos devem ser embalados para evitar a desidratação durante o
congelamento e armazenamento congelado. Caso isso não seja feito, poderá ocorrer o
ressecamento da superfície do produto, além de alterações da cor, textura, sabor e valor
nutricional do mesmo (HELDMAN e HARTEL, 1998). O papel, papelão e materiais plásticos
têm sido usados com bastante eficiência na embalagem dos alimentos conservados pelo
congelamento (LAWRIE, 1985; SILVA, 2000).
O congelamento de carnes embaladas em caixas de papelão é uma característica da
indústria da carne há muitos anos. Vem sendo realizado desde o início da era da refrigeração.
Porém, segundo BOWATER (2004), o congelamento de tais produtos começou a ser
desenvolvido no Brasil somente nas décadas de 60 e 70, quando os países do hemisfério sul
começaram a desossar carcaças de carne em cortes primitivos para exportação. Dessa forma, a
indústria da refrigeração ainda projeta túneis de congelamento ineficientes e que não promovem o
uso final a que se destinam. Geralmente o processo é realizado em túneis com convecção forçada
de forma empírica e não possui controle sistemático dos parâmetros de operação, que podem
contribuir diretamente com a redução do tempo de congelamento e podem influenciar aspectos
econômicos do processo e da qualidade e segurança do produto (RESENDE et al., 2002b).
Capítulo 3
15
CAPÍTULO 3
Este capítulo apresenta-se sob a forma de artigo. A influência das embalagens de papelão
no tempo de congelamento de cortes de aves é avaliada. Aqui constam dados e resultados dos
experimentos realizados para a análise qualitativa da resistência térmica do papelão e a sua
influência no tempo de congelamento dos produtos.
Capítulo 3
16
TÍTULO: ESTUDO EMPÍRICO DA INFLUÊNCIA DA CAIXA DE PAPELÃO
ONDULADO NO TEMPO DE CONGELAMENTO DE CORTES DE AVES EM TÚNEIS
COM CIRCULAÇÃO FORÇADA DE AR
3.1 RESUMO
As variações de temperatura de cortes de aves embalados em polietileno de baixa densidade
(embalagem primária) e em caixas de papelão ondulado (embalagem secundária) durante o
congelamento em túneis contínuos com convecção de ar forçada foram estudadas através da
aquisição de dados de tempo/temperatura. O congelamento feito em caixas de papelão,
normalmente utilizada em frigoríficos, foi comparado ao congelamento em caixas teladas
confeccionadas de material metálico, com a finalidade de se verificar a influência das caixas de
papelão nessa etapa do processo produtivo. Dois túneis de congelamento automáticos (ou
contínuos - TCA) de diferentes dimensões, diferentes números e disposição de ventiladores, nos
quais os produtos eram arranjados de maneira diversa, foram avaliados. Os resultados
demonstraram que a redução do tempo de congelamento através da utilização da embalagem
alternativa é bastante significativa, variando de 18 a 45% nos dois túneis estudados. Além disso,
a utilização dessa embalagem metálica promoveu uma expressiva redução na heterogeneidade de
temperaturas finais dos produtos congelados em diferentes posições dos túneis.
Palavras chaves: caixas de papelão, caixas teladas, tempos de congelamento, túneis de
congelamento automáticos, asa de frango.
3.2 INTRODUÇÃO
O congelamento é uma operação unitária que visa a conservação de um alimento por um
grande período de tempo, mantendo-se grande parte das características originais do produto. O
congelamento de alimentos envolve um problema complexo de transferência de calor com
mudança de fase e conseqüente variação das propriedades termofísicas, ocorrendo a conversão da
Capítulo 3
17
maior parte da água contida no produto em gelo. Esse fenômeno não se dá a uma temperatura
determinada, mas em uma faixa de temperaturas, que depende da composição e estrutura do
produto, de sua forma física, da temperatura inicial e das condições do meio de
resfriamento/congelamento empregado (ASHRAE, 1998).
Quando se trata de produtos cárneos, a composição química é bastante complexa e o
congelamento do produto in natura pode provocar a perda de água por exudação quando é
descongelado, com conseqüente alteração da qualidade. Durante o congelamento, a formação de
gelo provoca a concentração dos solutos, fato que pode promover a migração da água para fora
da célula através da membrana celular, e até o rompimento da mesma. Em função disso, parte da
água após o descongelamento não permanece em sua posição original, podendo ocasionar as
perdas por exsudação. O exsudado contém componentes responsáveis pelo sabor e aroma,
nutrientes, e contribui para a suculência do produto. Para que o congelamento de produtos
cárneos in natura seja eficiente e sem alterações significativas na qualidade do produto final, faz-
se necessária a utilização de embalagens apropriadas, que protejam a camada superficial do
produto, impedindo o seu ressecamento e a conseqüente aparência “cadavérica”
(EVANGELISTA, 1989; LAWRIE, 1985). Além disso, quanto menor o tempo de congelamento,
definido como o tempo decorrido desde o início do estágio de resfriamento até que a temperatura
final (-18°C ou menos) seja atingida, menores serão os cristais de gelo formados e as perdas de
água por exudação serão minimizadas, tendo o produto final uma aparência uniforme
(BRENNAN, 1980; PARDI et al., 2001; SINGH, 1997).
O congelamento de aves e outros produtos cárneos é predominantemente realizado em
túneis de ar forçado. O método de circulação de ar é baseado no princípio da transferência de
calor por convecção, utilizando ar a alta velocidade (3 a 8 m/s) e baixa temperatura (-35 a -45°C).
Os túneis de congelamento são construídos nas mais diferentes formas, sendo o escoamento do ar
em regime turbulento e a transferência de calor do produto para o ar em regime transiente
(PARDI et al., 2001; RESENDE et al., 2002a). Para que a estrutura do produto não fique alterada
após o congelamento, é necessário que ele tenha, além de uma embalagem primária, uma
embalagem de material firme, que suporte o produto e o transporte por todo o túnel sem ser
danificada (ASHRAE, 1998; SILVA, 2000). Além disso, é desejável que o material dessa
Capítulo 3
18
embalagem permita uma rápida transferência de calor (alta condutividade térmica), para que o
tempo de congelamento seja o menor possível.
Devido à complexidade da interface entre o produto e as embalagens primária e
secundária, por onde ocorre a transferência de calor durante o congelamento, este trabalho teve
como objetivo a análise da influência das embalagens secundárias comercialmente utilizadas,
feitas de papelão ondulado, no processo de congelamento de cortes de aves em túneis contínuos
com convecção forçada de ar. Para isso, investigou-se a utilização de caixas metálicas perfuradas
(teladas) como acondicionamento, a fim de se reduzir drasticamente a resistência térmica das
mesmas.
3.3 MATERIAL E MÉTODOS
3.3.1 Escolha e padronização do produto
Para a realização dos testes fez-se a padronização do produto a ser congelado, a fim de se
obter reprodutibilidade nos resultados. O corte escolhido foi a asa do frango, sendo o peso de
cada peça entre 80 e 120 g. Essas asas eram divididas em duas camadas dentro da caixa,
separadas por uma folha de polietileno de baixa densidade (PEBD) com 0,6 mm de espessura, e
totalmente recobertas com outra folha de PEBD com 0,3 mm de espessura, evitando-se o contato
das peças com o ar ambiente. Após o recobrimento, o produto era colocado em uma caixa de
papelão ondulado com aproximadamente 15 kg de produto.
3.3.2 Caixas de papelão ondulado
As caixas de papelão ondulado utilizadas possuíam as dimensões de 570x365x100 mm.
Essas caixas eram colocadas sem a parte superior (tampa) nos túneis de congelamento, para uma
melhor transferência de calor entre o ar do túnel e o produto. Na Figura 3.1. mostra-se um
esquema representativo do produto utilizado, com as respectivas dimensões da caixa.
Capítulo 3
19
Figura 3.1. Esquema do produto padronizado (asas de frango com interfolhamento e embalagem
primária de PEBD), com as respectivas dimensões da caixa.de papelão ondulado (embalagem
secundária).
3.3.3 Confecção das caixas teladas
As caixas teladas foram confeccionadas especialmente para os testes, nas mesmas
dimensões das caixas de papelão para efeito de comparação dos resultados. Foram utilizadas por
terem resistência térmica próxima de zero, eliminando assim o efeito da embalagem secundária.
Cada furo da placa tinha 20 mm de diâmetro, o que significa que cerca de 81% da superfície da
caixa telada era vazada. Em cada caixa era colocado o produto na mesma disposição que na caixa
de papelão. A Figura 3.2 a seguir apresenta uma das caixas de tela de aço utilizadas nos testes.
Figura 3.2. Caixa confeccionada para os testes: telas de aço inoxidável.
Capítulo 3
20
3.3.4 Leitura e registro das temperaturas
Para a medida das temperaturas foram utilizados sensores do tipo PT-100 providos de
memória (marca Temprecord International Limited, modelo Multi-Trip, Nova Zelândia). Esses
instrumentos foram previamente programados para registrar e armazenar as temperaturas em
intervalos de tempo pré-definidos, para posterior leitura através de uma interface que se conecta a
um microcomputador. A programação dos sensores e posterior leitura foi feita com o auxílio do
software TempRecord for Windows versão 3.11. O intervalo de tempo escolhido foi de 2 minutos
entre cada leitura. Na Figura 3.3a apresenta-se a foto de um dos sensores utilizados, enquanto na
Figura 3.3b apresenta-se a interface que se conecta ao microcomputador para a aquisição e leitura
dos dados das evoluções temporais de temperatura.
(a) (b)
Figura 3.3. (a) Sensor de temperatura; (b) Interface para transferência
dos dados para o computador.
Após a programação de cada sensor de temperatura, fez-se a inserção e fixação do mesmo
no centro geométrico do produto (da caixa). Foi utilizado um sensor para cada caixa de produto.
3.3.5 Túneis de congelamento
O congelamento do produto em questão foi monitorado em dois 2 túneis de congelamento
com capacidades, disposição dos ventiladores e modo de operação diferentes. Os dois túneis em
questão eram do tipo contínuos, ou seja, alimentados por uma esteira.
Capítulo 3
21
3.3.5.1 Túnel de congelamento automático 1 (TCA-1)
O TCA-1 era constituído de 10 níveis (10 andares) nos quais as caixas de produto se
movimentavam através das esteiras transportadoras. A cada alimentação, 9 caixas de produto
entravam em cada nível. Essas caixas ficavam muito próximas umas das outras, quase não
permitindo a circulação de ar entre elas em um mesmo nível. A altura de cada nível era de
aproximadamente 200 mm.
O fluxo dos produtos durante o processo de congelamento ocorria somente na horizontal,
formando um ângulo teórico de 90° com o fluxo do ar frio.
O TCA-1 era composto por 35 ventiladores, todos situados em apenas uma das laterais do
túnel, conforme esquematizado na Figura 3.4. Esses ventiladores possuíam diâmetro de 900 mm
e potência de 3 cv (total de 105 cv de potência). O fluxo de ar frio ocorria perpendicularmente ao
fluxo de produtos, com o ar fluindo acima e abaixo, mas não lateralmente a cada caixa. A área
dos evaporadores era de 6000 m², distribuídos por todo o comprimento do túnel, em 10 blocos,
em sua parte superior. A temperatura de trabalho do túnel era de –38°C e o tempo de residência
dos produtos no mesmo era de aproximadamente 13,8 horas.
Capítulo 3
22
Figura 3.4. Diagrama esquemático do TCA-1, ilustrando a posição dos ventiladores, os fluxos de
ar frio e dos produtos, além das posições das caixas de produtos nos níveis do túnel.
3.3.5.2 Túnel de congelamento automático 2 (TCA-2)
O TCA-2 era constituído de 14 níveis. Entravam em cada nível cerca 15 caixas de produto
a cada alimentação, também muito próximas umas das outras, sendo a altura de cada nível de
aproximadamente 230 mm.
O fluxo dos produtos durante o processo de congelamento ocorria somente na horizontal,
em contra-corrente com o fluxo do ar frio, diferentemente do ocorrido com o TCA-1, onde os
fluxos de ar frio e de produtos eram perpendiculares.
O TCA-2 era constituído de 9 ventiladores, todos situados ao fundo do túnel, próximo à
saída dos produtos, conforme esquematizado na Figura 3.5. Esses ventiladores possuíam
diâmetro de 1200 mm e potência de 10 cv, num total de 90 cv de potência.
P1
P1
Capítulo 3
23
A área dos evaporadores era de 9324 m², sendo os blocos de serpentinas situados
próximos ao fundo do túnel, em sua parte superior, ocupando o espaço de retorno do ar. A
temperatura de operação do túnel era de –38°C e o tempo de residência dos produtos era de
aproximadamente 15,6 horas.
Figura 3.5. Diagrama esquemático do TCA-2, , ilustrando a posição dos ventiladores, os fluxos
de ar frio e dos produtos, além das posições das caixas de produtos nos níveis do túnel.
3.3.6 Procedimento experimental
Para a realização dos testes foram necessários alguns cuidados iniciais, como a
padronização dos sensores de temperatura e das caixas metálicas, para diminuir ao máximo a
9 VENTILADORES DE 120 mm DE DIÂMETRO DISTRIBUÍDOS EM TODA A PAREDE DO FIM DO TÚNEL
Capítulo 3
24
probabilidade de ocorrência de erros experimentais. Os sensores foram numerados e
posteriormente programados para a leitura das temperaturas a cada intervalo de tempo de 2
minutos. As caixas teladas também foram numeradas e identificadas. Para cada caixa telada havia
um sensor correspondente. Para cada teste eram utilizadas três caixas teladas. As dimensões e as
massas dessas caixas vazias também foram conferidas.
Após a programação de cada sensor de temperatura, fez-se a inserção e fixação do mesmo
no centro geométrico do produto. Ao mesmo tempo, três caixas de papelão com o produto, já
prontas para serem congeladas, foram numeradas e identificadas. Essas caixas foram utilizadas
para a comparação com as caixas teladas. A numeração foi feita de acordo com a numeração dos
sensores e das caixas teladas com as quais foram comparadas. Fez-se também a inserção e
fixação dos sensores de temperatura, sendo um sensor para cada caixa de papelão.
O procedimento seguinte foi adotado para a realização dos ensaios. Foram colocadas,
primeiramente, as 3 caixas de aço inoxidável nos níveis e nas posições desejadas. Assim que a
esteira retornava aos mesmos níveis, colocaram-se as 3 caixas de papelão nas mesmas posições
das caixas teladas. Essas caixas ficavam logo atrás das respectivas caixas teladas com as quais
foram comparadas. Os horários de início de cada teste foram registrados.
Quando as caixas de papelão e de aço saíram do túnel, retirou-se os sensores para a
aquisição dos dados das temperaturas obtidas pelos sensores. Isso foi realizado com o auxílio do
software TempRecord for Windows. A data de cada teste, seus horários inicial e final, o número
do teste e o túnel utilizado foram registrados para o controle dos dados, que depois foram
repassados para o programa Microsoft Excell, com o qual foram feitos os tratamentos e a análise
dos resultados.
No TCA-1 foram feitos testes com a finalidade de comparar os tempos de congelamento
entre cada dupla de caixas situadas em um mesmo nível (mesma altura), variando-se as posições
das caixas com relação à distância dos ventiladores, que se situavam em apenas uma das laterais
do túnel, conforme a Figura 3.4, caracterizando um fluxo cruzado. Colocando-se as caixas no
nível mais inferior do túnel (nível 1), comparou-se o tempo de congelamento entre as caixas de
papelão e as caixas teladas em 3 posições diferentes: posição 1 (P1), considerada a posição das
caixas mais distantes dos ventiladores, posição intermediária (P5 ou P6) e posição 10 (P10),
sendo esta última a posição das caixas situadas mais próximas aos ventiladores. O tempo de
Capítulo 3
25
residência de todas as caixas no TCA-1 foi aproximadamente o mesmo, cerca de 13,8 h. Houve
repetição dos testes para se observar a reprodutibilidade dos resultados.
3.3.7 Análise das resistências térmicas
Para a avaliação das diferentes resistências à transferência de calor, fez-se a comparação
entre os tempos de congelamento do produto congelado em caixas de aço inoxidável teladas e em
caixas de papelão ondulado (usadas como embalagem secundária). As aberturas de
aproximadamente 20 mm de diâmetro em toda a superfície das caixas de aço fazem com que a
resistência térmica dessa embalagem seja quase nula, pois o ar frio pode entrar em contato direto
com o produto protegido por sua embalagem primária. Além disso, o material que constitui a
caixa metálica possui condutividade térmica relativamente elevada (k
aço inoxidável
= 13,8 W/m.°C a
0°C, GEANKOPLIS, 1993). As variações de temperatura durante o congelamento foram
avaliadas para as duas situações. Com isso, verificou-se globalmente a resistência oferecida pelo
papelão à transferência de calor.
Estudando-se isoladamente cada caixa de papelão contendo o produto submetido ao
congelamento nos túneis, pôde-se identificar as diferentes resistências térmicas à transferência de
calor do produto para o ar frio. Essas resistências estão esquematizadas na Figura 3.6.
Figura 3.6. Resistências térmicas envolvidas durante a etapa de congelamento do produto.
A resistência R
1
relaciona-se à transferência de calor convectiva entre o produto e o ar do
túnel, sendo que A é a área da parede normal à direção da transferência de calor. R
1
varia de
h
1
h
2
q
R
1
= 1/hA
R
2
= L/kA
R
3
= (T
A
– T
B
)/q”
x
R
4
= L/kA
Capítulo 3
26
acordo com a posição da caixa dentro do túnel (valores de coeficientes convectivos de
transferência de calor, h, diferentes, devido à heterogeneidade na distribuição de velocidades do
ar no túnel). A resistência R
2
se deve à espessura (L) e ao material da caixa, sendo uma
resistência condutiva, sendo k a condutividade térmica do material. A resistência R
3
é a
resistência térmica média de contato, que engloba as resistências de contato caixa-filme plástico e
filme plástico-produto, sendo relacionada à rugosidade das superfícies de contato entre esses
materiais e à presença de ar ocluso entre o produto e a embalagem primária ou entre esta e a
embalagem secundária. T
A
e T
B
são as temperaturas das superfícies em contato e q”
x
é o fluxo de
calor da região de temperatura mais alta para a de temperatura mais baixa (INCROPERA e
DEWITT, 2003). Essa resistência é de difícil determinação. A resistência condutiva R
4
relaciona-
se ao produto, constituído de pele, osso e carne, além do material plástico separando as camadas
(interfolhamento). Verifica-se aí que, apesar da tentativa de se minimizar o número de
resistências envolvidas, através de simplificações, trata-se de um problema bastante complexo.
Então, para a avaliação da resistência térmica devida somente à caixa de papelão ondulado (R
2
),
deve-se fazer uma comparação entre a resistência total à transferência de calor ocorrida através
do produto embalado na caixa de papelão (R
total com papelão
)
com a resistência total através da caixa
telada (R
total com tela
), onde a resistência à transferência de calor oferecida pela superfície telada é
desprezível. Isso está representado na Equação 3.1.
R
total com papelão
– R
total com tela
= R
2
(3.1)
Neste trabalho a resistência R
2
foi analisada através da comparação entre os tempos de
congelamento dos produtos nas duas diferentes caixas, sob as mesmas condições nos túneis,
durante um mesmo período de tempo. Os testes foram feitos em diferentes posições dos túneis,
para minimizar a influência da heterogeneidade na distribuição de velocidades do ar. Não houve
aqui a pretensão de se calcular os valores da resistência térmica da caixa de papelão a partir da
determinação dos valores das outras resistências existentes. Pretendeu-se apenas avaliá-la
qualitativamente. Isso porque a presença de um produto de estrutura muito complexa dentro da
caixa dificulta a determinação do valor da resistência R
4.
Os valores das propriedades
termofísicas dos cortes, valores estes necessários aos cálculos, além de serem de difícil estimativa
Capítulo 3
27
devido à presença de pele, osso e carne no produto, mudam drasticamente a temperaturas perto
ou abaixo do ponto inicial de congelamento do mesmo, devido à influência que a mudança de
fase da água tem sobre as propriedades individuais (HELDMAN e LUND, 1992). Segundo
RESENDE e SILVEIRA JÚNIOR (2002), nas determinações experimentais das propriedades
térmicas de alimentos, a maior dificuldade é atribuída à grande variação destas propriedades com
a temperatura e às suas grandes variações a temperaturas próximas do congelamento. Como o
conhecimento das propriedades termofísicas do produto é necessário para o desenvolvimento de
cálculos de transferência de calor, não faz parte dos objetivos destes experimentos o cálculo da
resistência térmica da caixa.
O parâmetro utilizado para a comparação entre o tempo de congelamento da asa
interfolheada (caixa de 15 kg) embalada em caixas de papelão e o tempo de congelamento do
mesmo produto em telas de aço inoxidável foi a temperatura final no centro térmico, ou seja, –
18°C. Essa temperatura foi escolhida por ser a temperatura máxima que os produtos devem ter ao
término da etapa de congelamento. Em outras palavras, é a temperatura na qual mais de 85% da
água do produto já se encontra congelada, retardando e praticamente impedindo a deterioração de
origem microbiana e o desenvolvimento de atividades metabólicas. É a temperatura crítica do
produto destinado à comercialização (ASHRAE, 1998; EVANGELISTA, 1989; PARDI et al.,
2001). Produtos que saem dos túneis com temperatura muito acima de –18 °C devem ser
retornados aos mesmos. Perde-se, com isso, tempo e espaço útil no túnel, diminuindo a produção
industrial. Com os testes realizados, pretendeu-se demonstrar quantitativamente os ganhos
relativos que se pode obter com a modificação do material da embalagem.
3.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados referentes aos ensaios realizados para a análise da influência do papelão
ondulado no tempo de congelamento do produto, bem como o estudo da embalagem alternativa,
foram divididos de acordo com o túnel de congelamento em que foram realizados os testes.
Capítulo 3
28
3.4.1 Túnel de congelamento automático 1 (TCA-1)
A seguir são apresentados, seguidamente, os resultados mais interessantes de cada série
de experimentos referentes aos túneis TCA-1 e TCA-2, através das Figuras 3.7, 3.8 e 3.9.
Figura 3.7. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível inferior do TCA-1 (posição mais distante dos ventiladores).
Capítulo 3
29
Figura 3.8. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível inferior do TCA-1 (posição intermediária).
Figura 3.9. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível inferior do TCA-1 (posição mais próxima dos ventiladores).
Capítulo 3
30
Analisando-se as curvas dos ensaios realizados no nível 1, pôde-se verificar que mesmo
na posição mais próxima dos ventiladores, os produtos congelados nas caixas teladas tiveram o
seu tempo de congelamento reduzido em quase 45% quando se comparou o congelamento entre
as diferentes embalagens. Além disso, o congelamento nas caixas teladas fez com que o platô
definido pela perda de calor latente de fusão do produto diminuísse drasticamente (quase 70% em
algumas posições), o que provocou a redução do tempo total de congelamento, com provável
redução do tamanho dos cristais de gelo formados e manutenção da integridade do tecido
muscular (HENSE, 1990). Dessa maneira, a perda de água por exudação deve ser menor,
aumentando a qualidade do produto final. Observou-se também que o tempo de residência dos
produtos no TCA-1, praticado industrialmente (cerca de 13,8 horas), é maior do que o necessário,
o que leva a crer que esse tempo foi estipulado levando-se em consideração uma margem de 10%
de segurança.
Analisando-se o nível intermediário do túnel, comparou-se também as 3 diferentes
posições, conforme é apresentado nas Figuras 3.10, 3.11 e 3.12.
Figura 3.10. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível intermediário do TCA-1 (posição mais distante dos ventiladores).
Capítulo 3
31
Figura 3.11. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível intermediário do TCA-1 (posição intermediária).
Figura 3.12. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível intermediário do TCA-1 (posição mais próxima dos ventiladores).
Capítulo 3
32
Como pode ser observado nas figuras anteriores, a redução do tempo de congelamento
fica próximo aos 40% nas três diferentes posições do nível intermediário do TCA-1. Observou-se
também que a percentagem média de redução do tempo de congelamento com a utilização das
caixas teladas nesse mesmo nível é ainda maior que no nível inferior do túnel.
No nível mais elevado do túnel, as caixas foram colocadas nas posições mais distante
(P1) e mais próxima (P10) dos ventiladores, e também foram comparados os tempos de
congelamento e as variações de temperatura entre as caixas teladas e as caixas de papelão.
Verificou-se que a redução do tempo de congelamento chegou a 42% na posição mais próxima
dos ventiladores, conforme é apresentado nas Figuras 3.13 e 3.14.
Figura 3.13. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível mais elevado do TCA-1 (posição mais distante dos ventiladores).
Capítulo 3
33
Figura 3.14. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível mais elevado do TCA-1 (posição mais próxima dos ventiladores).
Verificou-se assim, com os testes realizados no TCA-1, que o tempo de congelamento do
produto (tempo para que o produto atingisse –18°C) ao se substituir as caixas comercialmente
utilizadas pelas caixas teladas de aço inoxidável, pôde ser reduzido em mais de 44 %.
3.4.2 Túnel de congelamento automático 2 (TCA-2)
Da mesma maneira que no TCA-1, os testes realizados no TCA-2 tiveram como objetivo
a comparação entre os tempos de congelamento dos mesmos produtos nas duas diferentes
embalagens citadas. Iniciando-se a comparação, foi fixado o nível mais inferior do túnel (N1) e as
caixas foram colocadas em duas diferentes posições. A diferença do TCA-2 com relação ao TCA-
1 está na disposição dos ventiladores, de maneira que as posições dos testes não serão aqui
mencionadas como próximas ou distantes dos ventiladores e sim pela ordem em que as caixas
foram colocadas, posto que se deslocam em contra-corrente com o fluxo de ar frio. Se a
distribuição de ar dentro do TCA-2 fosse comprovadamente homogênea, não seria necessária a
realização de testes em posições diferentes, já que a localização dos ventiladores deveria
influenciar da mesma maneira o tempo de congelamento dos produtos nas diferentes posições.
Capítulo 3
34
As Figuras 3.15 e 3.16 apresentam os resultados dos testes realizados nesse primeiro nível
(N1).
Figura 3.15. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível inferior do TCA-2 (posição da primeira caixa).
Capítulo 3
35
Figura 3.16. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível inferior do TCA-2 (posição da última caixa).
Nos testes realizados no TCA-2, a temperatura do produto congelado na caixa de papelão
na saída do túnel (fim do teste) não chegou a atingir os -18°C. Fazendo-se uma extrapolação dos
resultados, observa-se que o ganho aproximado foi de aproximadamente 5,0 horas no caso dos
resultados apresentados na Figura 3.15 e de 2,9 horas no caso dos resultados amostrados na
Figura 3.16. Assim como no TCA-1, o período do teste (tempo de residência do produto no
túnel) não foi modificado (15,6 horas). O que fixou esse tempo foram as condições de operação
do túnel, como a velocidade das esteiras transportadoras. Dessa maneira, a expressão “Fim do
teste”, presente nas figuras que apresentam os resultados dos testes realizados no TCA-2, refere-
se ao horário de saída do produto do túnel (tempo de residência).
Os testes foram realizados também no nível mais elevado do túnel, tomando-se as
posições da primeira e da última caixa a entrar. Nesses dois casos também o produto contido na
caixa de papelão não atingiu a temperatura crítica no período do teste. As Figuras 3.17 e 3.18
apresentam os resultados desses ensaios.
Capítulo 3
36
Figura 3.17. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível mais elevado do TCA-2 (posição da primeira caixa a entrar).
Figura 3.18. Curvas de resfriamento e congelamento do produto na caixa de papelão e na caixa
telada, no nível mais elevado do TCA-2 (posição da última caixa a entrar).
Capítulo 3
37
Outros ensaios similares foram realizados também nas posições centrais do túnel contínuo
2, mas os seus resultados apenas repetem o que já foi verificado até aqui. Os resultados obtidos a
partir de mais de trinta testes nos túneis contínuos 1 e 2, entendendo-se que cada teste equivale a
uma posição dentro do túnel, demonstraram reduções do tempo de congelamento de até 45 %
com a utilização das caixas teladas de aço inoxidável. Em alguns casos, o ganho foi de mais de 5
horas, ou seja, somente 5 horas após atingir –18°C na caixa telada, o produto contido na caixa de
papelão atingiu a mesma temperatura, sob as mesmas condições. Com esses dados pôde-se
também verificar qualitativamente a influência da resistência oferecida pela embalagem de
papelão à transferência de calor, já que essa embalagem foi comparada àquela em que o valor
dessa resistência é quase nulo. Isso significa ganhos consideráveis de produtividade industrial,
além da redução de reprocessamento de produtos. Ressalta-se que em grande parte dos testes o
produto contido nas caixas de papelão não atingiu a temperatura crítica (-18ºC) durante o tempo
de retenção no túnel, ao contrário daqueles congelados nas telas.
Outro resultado importante foi a diminuição do platô de temperatura constante
proporcionado pelo uso das caixas teladas. O platô é definido pela liberação do calor latente de
fusão/solidificação do produto durante a mudança de fase. O tamanho do platô está diretamente
relacionado ao tamanho dos cristais de gelo formados. Quanto mais rápida essa fase de liberação
do calor latente de solidificação, ou seja, quanto menor o platô, menores serão as dimensões dos
cristais de gelo formados. Conseqüentemente, menores serão os danos causados ao tecido
muscular da carne (LAWRIE, 1985).
Verificou-se também que a utilização das caixas teladas em substituição às caixas de
papelão fez com que a amplitude de tempos de congelamento dos produtos em diferentes
posições, amplitude esta devida à heterogeneidade de distribuição de velocidades do ar no túnel,
diminuísse sensivelmente. A Figura 3.19 ilustra essa diferença.
Capítulo 3
38
Figura 3.19. Comparação entre as curvas de resfriamento e congelamento obtidas a partir do
congelamento do produto em caixas de papelão e em caixas teladas metálica e influência na
distribuição espacial dos tempos de congelamento no TCA-1.
As curvas apresentadas na Figura 3.19 foram construídas a partir da comparação entre os
tempos de congelamento de produtos em diferentes níveis (N1, N6 e N10), em uma mesma
posição (posição intermediária - P6) do TCA-1. Com a utilização das caixas de papelão, os
tempos de congelamento foram de 11 a 12,8 horas (diferença/amplitude de 1,8 horas), enquanto
com a utilização das caixas teladas, essa diferença foi reduzida a 0,6 horas (6,4 a 7 horas de
congelamento) nas mesmas posições.
Todos os resultados obtidos só confirmaram que a troca do material da embalagem
utilizada durante o congelamento traz benefícios qualitativos e quantitativos para a operação de
congelamento. As caixas teladas, se confeccionadas do mesmo tamanho das caixas já utilizadas,
permitem uma perfeita movimentação nas esteiras e nos níveis dos túneis contínuos.
Capítulo 3
39
3.5 CONCLUSÃO
Os estudos realizados comprovaram empiricamente que as caixas de papelão, utilizadas
comercialmente como embalagens secundárias de carnes, apresentam elevada resistência à
transferência de calor. O congelamento realizado nessas caixas é um processo muitas vezes
demorado, e o tempo de residência dos produtos nos túneis pode não ser suficiente para o
congelamento dos mesmos. A substituição dessas embalagens pelas caixas teladas estudadas
neste trabalho apresentou resultados de grande impacto tecnológico e econômico, com ganhos de
tempo e produtividade para a empresa produtora de alimentos. Nos experimentos realizados,
conseguiu-se, com a utilização da embalagem alternativa, uma redução de quase 45% do tempo
de congelamento do produto em um dos túneis testados. O platô definido pela perda de calor
latente de solidificação também foi drasticamente reduzido com a utilização das caixas teladas, o
que implica em maior qualidade do produto após o descongelamento. Além disso, a utilização
das caixas teladas como embalagem alternativa promoveu a redução da heterogeneidade de
temperaturas dos produtos na saída dos túneis de congelamento. Esses produtos, por estarem
totalmente protegidos pela embalagem primária (PEBD), permaneceram com sua aparência
inalterada, sem ressecamento superficial. Os estudos foram feitos com produtos cárneos, mas são
perfeitamente aplicáveis também ao congelamento de outros gêneros alimentícios.
Capítulo 4
40
CAPÍTULO 4
Neste capítulo, também escrito sob a forma de artigo científico, é apresentada uma nova
metodologia para a determinação experimental dos coeficientes de transferência de calor
convectivos em túneis de congelamento. Através dos coeficientes estimados, é possível analisar a
heterogeneidade da distribuição espacial do ar nesses túneis e apontar a presença de zonas de
estagnação e de canais preferenciais de escoamento do ar, o que influencia no tempo de
congelamento dos produtos localizados em diferentes posições dos túneis.
Capítulo 4
41
TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE UMA METODOLOGIA PARA A
DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DOS COEFICIENTES DE TRANSFERÊNCIA DE
CALOR CONVECTIVOS EM TÚNEIS DE CONGELAMENTO
4.1 RESUMO
Foi desenvolvida uma metodologia para a determinação experimental dos coeficientes
convectivos de transferência de calor (h) em túneis de congelamento semi-contínuos com
convecção forçada de ar. Para isso, tanques de aço galvanizado preenchidos com solução de
álcool etílico a 93,1% em massa foram usados como meio modelo para o estudo da transferência
de calor nos túneis. O uso da referida solução é justificado pelo fato de a mesma possuir ponto de
fusão próximo a –112°C e não solidificar nas temperaturas de operação dos túneis, próximas de –
38°C. Através de medidas da evolução temporal da temperatura do sistema tanque-solução e da
aplicação do Método da Capacitância Térmica Concentrada, pôde-se determinar valores médios
para os coeficientes de transferência de calor por convecção. Os resultados mostraram a presença
de zonas preferenciais de escoamento do ar, através da existência de grandes variações nos
valores dos coeficientes de transferência de calor convectivos em diferentes posições de um
mesmo túnel de congelamento. Foram verificadas, por exemplo, variações de 40 a 281 W/m
2
.°C
em um mesmo túnel.
Palavras chaves: túneis semi-contínuos , transferência de calor, coeficientes convectivos,
distribuição espacial do ar em túneis.
4.2 INTRODUÇÃO
O ar é usado como meio de resfriamento em muitas situações, como nos túneis de
congelamento com circulação forçada. Deve-se analisar se o sistema permite uma distribuição
espacial uniforme das velocidades do ar ao redor do produto e uma distribuição espacial uniforme
do ar no interior do túnel de resfriamento/congelamento. Dentro deste contexto, qualquer que seja
Capítulo 4
42
o ramo de atividade, o controle do fluxo de ar é um ponto crítico em grandes plantas industriais
(RESENDE et al., 2002a).
Os túneis de congelamento com circulação forçada de ar são baseados no princípio da
transferência de calor por convecção, utilizando ar a alta velocidade (3 a 8 m/s) e baixa
temperatura (-35 a -45°C), sendo construídos nas mais diferentes formas (PARDI et al., 2001;
RESENDE et al., 2002a).
No congelamento de alimentos, o perfil de velocidade do ar ao redor do produto
determina a eficiência e a homogeneidade dos tratamentos aos quais o produto está sendo
submetido. O escoamento do ar é geralmente turbulento, com a transferência de calor do produto
para o mesmo ocorrendo em regime transiente. Devido à forte variabilidade da velocidade do ar
no espaço e no tempo, a sua medida é tida como um grande problema, mas indispensável na
determinação da vazão e cálculos de transferência de calor (RESENDE et al., 2002a). Por esse
motivo, é necessária a medida da velocidade média em numerosas regiões do túnel, o que é uma
operação demorada e incompatível com a precisão necessária. O anemômetro a laser, utilizado
para determinar o fluxo de ar em plantas industriais, é capaz de medir simultaneamente a
magnitude e a direção dos vetores de velocidade, mas é muito caro, de utilização extremamente
complexa e acima de tudo inadequada para grandes plantas (MIRADE e DAUDIN, 1998).
MIRADE e DAUDIN (1998) desenvolveram um método experimental rápido, preciso e
barato para visualizar o fluxo de ar e a distribuição espacial das velocidades médias do ar em
grandes plantas industriais de resfriamento de carnes através da utilização de um anemômetro
medindo as velocidades do ar a intervalos de tempo regulares. Este método torna possível
analisar com precisão o fluxo de ar e desenvolver diagnósticos para o funcionamento da planta
estudada, mas a necessidade da utilização de anemômetros torna o mesmo limitado, como será
discutido a seguir.
DAUDIN e VAN GERWEN (1996) resumiram as dificuldades relacionadas à medida de
velocidade de ar em plantas produtoras de alimentos, como segue:
A) o fluxo de ar é muito turbulento devido à presença de ventiladores e de obstáculos. Isto
significa que a direção do ar e a velocidade variam rapidamente com o tempo e seus valores
médios em um local são de difícil medição;
Capítulo 4
43
B) a direção do fluxo de ar varia com a posição espacial do produto no túnel. Por conseguinte,
anemômetros que são dependentes da direção do fluxo de ar não podem ser usados;
C) a velocidade média do ar também varia rapidamente com a posição espacial no túnel.
Conhecer o valor da velocidade em um ou vários pontos têm pouco significado,
particularmente se não foi calculada a média em um longo período de tempo. Além disso, a
velocidade do ar é, em algumas regiões do túnel, muito baixa e abaixo do limiar sensível de
anemômetros comuns.
RESENDE et al. (2002a) citam ainda outra dificuldade. As baixas temperatura do ar são,
em geral, muito diferentes daquela utilizada pelo fabricante para calibrar os anemômetros, que
freqüentemente está em torno de 20ºC.
O conhecimento dos coeficientes de transferência de calor ar-produto é absolutamente
necessário para o projeto de equipamentos de congelamento, refrigeração e estocagem, ou para
adaptar ou modificar condições de operação em unidades já existentes. Além disso, é essencial
para predizer o tempo de processo e a perda de massa provocada pela evaporação ou sublimação
da água na superfície do alimento (TOCCI e MASCHERONI, 1995). Dadas as dificuldades
mencionadas acima, este trabalho teve como objetivos (i) o desenvolvimento de uma metodologia
para a determinação de coeficientes de transferência de calor convectivos médios (
h
) em túneis
de congelamento semi-contínuos e (ii) a análise qualitativa e indireta da distribuição de
velocidades do ar em cada um dos túneis através da determinação experimental de
h
em
diferentes posições dos mesmos.
4.3 MATERIAL E MÉTODOS
4.3.1 Montagem e instrumentação do dispositivo usado para a determinação de
h
O dispositivo consistia de um tanque de aço galvanizado completamente preenchido por
uma solução anticongelante, na qual eram inseridos sensores de temperatura do tipo PT100. A
montagem desse dispositivo foi realizada com a confecção de tanques de aço galvanizado: caixas
fechadas e ocas com abertura central na superfície superior, para entrada de um sensor de
temperatura, e no canto da caixa, também na superfície superior, para entrada do fluido
anticongelante, como ilustrado na Figura 4.1.
Capítulo 4
44
Figura 4.1. Tanque de aço galvanizado com o sensor de temperatura inserido no centro
geométrico do sistema.
O aço foi o material escolhido por ter elevada condutividade térmica e facilidade de
obtenção e manuseio (k ~ 43W/m.K a 27°C, INCROPERA e DEWITT, 2003). Por ser
galvanizado, há a presença de uma fina película de zinco, cujo k = 116W/m.K a 27°C
(INCROPERA e DEWITT, 2003). Apesar de existirem materiais de condutividade térmica
maior, optou-se pela utilização do aço galvanizado devido a questões econômicas e à facilidade
de manuseio Ainda segundo INCROPERA e DEWITT (2003), o calor específico do aço (c
Ptq
) é
de aproximadamente 0,444 kJ/kg.K. Foram confeccionados 4 tanques com espessura da placa de
aço de 2.10
-
³ m e volume interno de aproximadamente 7 litros (7.10
-
³ m³). A Tabela 4.1 apresenta
as dimensões e as características de cada tanque. Os tanques eram quase idênticos, mas algumas
pequenas variações não puderam ser evitadas.
Tabela 4.1. Características dos tanques utilizados para os testes.
N° DO
TANQUE
DIMENSÕES
(m)
ÁREA
SUPERFICIAL
EXTERNA TOTAL
(m²)
MASSA DO
TANQUE VAZIO
(kg)
MASSA DO TANQUE
COM A SOLUÇÃO
ALCOÓLICA
(kg)
1 0,430x0,340x0,054
0,376 4,750 9,210
2 0,410x0,340x0,056
0,363 4,745 9,005
3 0,440x0,340x0,053
0,382 4,765 8,945
4 0,430x0,350x0,055
0,369 4,740 9,145
A solução alcoólica foi colocada nesses tanques, preenchendo-os completamente. Sua
temperatura foi monitorada durante a permanência nos túneis e os dados registrados. A solução
alcoólica utilizada foi o álcool etílico hidratado a 93,1 % (grau INPM), encontrado em postos de
Capítulo 4
45
combustível da Petrobrás. Essa solução foi escolhida porque se desejava uma solução que se
mantivesse no estado líquido durante todo o teste. A solução alcoólica utilizada possui calor
específico c
p
= 2,27 + 0,0981 kJ/kg.K, o qual foi determinado experimentalmente através do
Método Calorimétrico de Mistura (HENSE, 1990), e ponto de solidificação muito baixo
(T
solidificação
~ –112°C, segundo PERRY e CHILTON, 1980). As mudanças nas propriedades
termofísicas desse fluido a essa concentração podem ser consideradas desprezíveis quando este é
submetido às temperaturas utilizadas em câmaras industriais de congelamento (aproximadamente
-38°C), como foi verificado experimentalmente. Assim, pôde-se verificar a variação da
temperatura da solução durante o seu resfriamento nos túneis.
A temperatura de todo o volume do tanque foi considerada homogênea e igual à
temperatura medida pelo sensor. Assumiu-se que essa homogeneização foi provocada pelo
movimento dos carrinhos que transportavam as embalagens dentro dos túneis. A confirmação
dessa homogeneização poderá ser feita analisando-se a evolução da temperatura da solução
durante o seu resfriamento, nos testes realizados.Os carrinhos sofriam movimentos bruscos a
intervalos de tempos determinados. Como não foram verificadas variações bruscas na
temperatura da solução, medida pelo sensor, considerar-se-á homogênea. Os dados necessários
para a realização dos cálculos e determinação dos valores médios dos coeficientes convectivos de
transferência de calor (
h
) em cada posição do túnel foram as temperaturas do ar, da superfície
externa do dispositivo e da solução nele contida, tendo-se conhecimento dos valores das massas e
das propriedades termofísicas do fluido e do aço galvanizado, assim como as dimensões do
tanque. Destes dados foi inferido o coeficiente convectivo médio de transmissão de calor para
cada uma das posições dos tanques no interior dos túneis.
O Método da Capacitância Térmica Concentrada foi utilizado baseado no fato de a
solução alcoólica sofrer uma mistura com o movimento dos carrinhos dentro do túnel. Com essa
mistura, os gradientes internos de temperatura são eliminados, implicando em números de Biot
próximos de zero.
4.3.2 Obtenção de dados tempo/ temperatura
Sensores portáteis do tipo PT-100 (marca Temprecord International Limited, modelo
Multi-Trip, Nova Zelândia) foram utilizados para a medida das temperaturas da solução, do ar ao
Capítulo 4
46
redor de cada tanque e da superfície dos mesmos. Antes de serem utilizados, eles eram
identificados e programados para registrar e armazenar os dados a cada intervalo de tempo de 2
minutos, para posterior leitura através de uma interface ligada a um microcomputador. A
programação desses sensores e posterior leitura foi feita com o auxílio do software TempRecord
for Windows. Na Figura 4.2 são apresentadas as fotos de um sensor e de uma interface.
(a) (b)
Figura 4.2. (a) Sensor de temperatura; (b) Interface para transferência
dos dados para o computador.
Após a programação de cada sensor de temperatura, fez-se a fixação dos mesmos em 3
diferentes pontos do tanque. Foram utilizados três sensores de temperatura para cada tanque: um
para a tomada da temperatura da solução alcoólica, outro para a verificação da variação da
temperatura da placa (superfície externa do tanque) e outro para a tomada das temperaturas do ar.
4.3.3 Túneis de congelamento
Os testes foram realizados em sete túneis de congelamento com convecção de ar forçada,
utilizados para congelamento de cortes de aves. Tratavam-se de túneis de congelamento semi-
contínuos, onde o transporte dos produtos era feito com o auxílio de carrinhos. A disposição e a
quantidade de ventiladores variava de túnel para túnel.
Os carrinhos utilizados para promover o transporte dos produtos dentro dos túneis eram
feitos de material metálico, cujas grades serviam de apoio às diversas caixas de produtos a serem
congelados. Cada carrinho possuía 9 níveis de altura, nos quais eram colocados os produtos. As
dimensões dos carrinhos eram de 1,00 x 1,05 x 1,66 m, sendo a altura de 1,90 m quando se
Capítulo 4
47
consideram as rodas. A altura entre cada nível era de aproximadamente 0,18 m. Na Figura 4.3 é
apresentado um esboço dos carrinhos usados para os testes, enquanto na Figura 4.4 é apresentado
um esquema mostrando o sentido de movimentação dos mesmos nos túneis. Cabe lembrar que
esses carrinhos eram completamente gradeados, ou seja, o ar poderia circular também na direção
vertical.
Figura 4.3. Esquema de um carrinho de 9 níveis.
Figura 4.4. Esquema da disposição e sentido de movimentação dos carrinhos (total de 25) nos
túneis (vista superior).
O movimento dos carrinhos ocorria sempre que se colocava um novo carrinho dentro do
túnel, sendo que cada novo carrinho era responsável pela movimentação mecânica de todos os
outros.
A cada carrinho que entrava no túnel, um era retirado com o produto congelado. Não
havia espaço entre eles dentro dos túneis, pois estes sempre operavam em sua capacidade
máxima, que era de 25 carrinhos, o que foi rigorosamente monitorado durante a realização dos
testes. A velocidade média dos carrinhos era de aproximadamente 2,5 m/h, sendo o seu tempo de
Capítulo 4
48
residência nos túneis próximo a 10 horas. Como explicado anteriormente, a homogeneização da
solução contida nos tanques era promovida pelos abalos sofridos a cada entrada de um novo
carrinho no túnel.
Os túneis de congelamento possuíam temperatura de trabalho de –38°C.
4.3.3.1 Túneis de congelamento semi-contínuos A, B, C, D, E e F
Os túneis semi-contínuos A, B, C, D, E e F possuíam 25 metros de comprimento, nos
quais se movimentavam os 25 carrinhos. Os dados referentes à localização, número e
características principais dos ventiladores em cada um desses túneis podem ser visualizados na
Tabela 4.2.
Tabela 4.2. Características dos ventiladores nos túneis semi-contínuos.
TÚNEL SEMI-CONTÍNUO
NÚMERO
LOCALIZAÇÃO
(VISTA FRONTAL)
DIÂMETRO
(m)
POTÊNCIA
(cv)
A 14 Lateral superior direita 0,90 3
B 21 Parte superior e lateral
superior direita
0,90 3
C 14 Lateral superior direita 0,90 3
D 14 Lateral superior esquerda
0,90 3
E 14 Lateral superior esquerda
0,90 3
F 15 Lateral direita 0,70 2 e 3
Na Figura 4.5 são apresentados os desenhos esquemáticos dos túneis A a E e do túnel F,
com a disposição dos ventiladores e dos carrinhos.
(a) (b)
Figura 4.5. Esquema dos túneis semi-contínuos, vista frontal: (a) túneis A a E; (b) túnel F.
Capítulo 4
49
A área dos evaporadores era de 2210 m² nos túneis A, B, C e D; de 2491 m² no túnel E; e
de 2027 m² no túnel F.
4.3.3.2 Túnel de congelamento semi-contínuo duplo (SD)
O túnel de congelamento duplo também tinha comprimento de 25 metros, mas sua
capacidade era para 50 carrinhos, divididos em 2 grupos de 25 carrinhos, conforme
esquematizado na Figura 4.6. Esses carrinhos eram dispostos da mesma maneira que nos outros
túneis, ou seja, cada um em contato direto com o seu subseqüente. Nesse túnel duplo cada trilho
de carrinhos trabalhava independentemente, ou seja, cada metade do túnel tinha as suas portas de
entrada e saída independentes. Por esse motivo, esse túnel foi dividido em dois. O trilho com
carrinhos situados mais distantes dos ventiladores foi chamado de túnel SD1 e o situado mais
próximo dos ventiladores foi denominado túnel SD2. Era chamado de duplo porque a circulação
do ar em ambas as partes (metades) era provocada por 15 ventiladores localizados em apenas
uma de suas laterais Os ventiladores ali situados possuíam diâmetro de 0,90 m e potência de 3 e 4
cv.
Figura 4.6. Esquema do túnel semi-contínuo duplo (vista frontal).
O túnel duplo também possuía temperatura de trabalho de –38°C e temperatura máxima
de –28°C. A área dos evaporadores era de 2757 m².
4.3.4 Procedimento experimental
Para a realização dos experimentos os quatro tanques foram pesados e identificados. A
massa de cada tanque é dada na Tabela 4.1. Em seguida, os tanques foram completamente
Capítulo 4
50
preenchidos com a solução alcoólica e novamente pesados para o cálculo da massa de solução.
Os bocais de entrada do fluido no tanque foram posteriormente fechados e efetuou-se a
inserção/fixação dos sensores de temperatura (já identificados e programados para leitura) no
orifício central dos tanques. Outros dois sensores foram fixados de tal forma a medir e registrar as
temperaturas do ar frio e da superfície externa do tanque.
Os quatro tanques foram colocados em um mesmo carrinho de nove níveis de altura
(Figura 4.3), sendo dois dos tanques colocados no nível mais superior (altura mais elevada, N9) e
os outros dois no nível mais inferior do carrinho (N1), de maneira a captar as variações de
temperaturas em quatro condições/posições diferentes e específicas do túnel. O movimento dos
carrinhos ocorria somente no eixo x, ilustrado na Figura 4.7. Em cada nível do carrinho cabiam
quatro caixas. Os tanques foram colocados de uma forma que ficassem intercalados, em um
mesmo nível, com as caixas de papelão contendo os produtos submetidos ao congelamento. Os
níveis mais elevado (N9) e mais baixo (N1) de cada carrinho utilizado para o teste continham
juntos um total de oito caixas, sendo quatro delas de aço galvanizado (tanques) com a solução
alcoólica e quatro de produto. O produto em questão foi padronizado, sendo os outros níveis dos
carrinhos preenchidos com o mesmo produto, para simular uma condição de congelamento
próxima à real naqueles túneis. Escolheu-se como padrão o mesmo produto descrito no capítulo
anterior deste trabalho, a asa de frango interfolhada com polietileno de baixa densidade (PEBD).
Cada peça de asa tinha cerca de 120-180 g. As peças eram acomodadas em duas camadas dentro
de cada caixa, num total de aproximadamente 15 kg por caixa. A altura de cada caixa era de
0,106 m, sendo de aproximadamente 0,074 m o espaço vazio entre a caixa e o nível superior do
carrinho.
As posições dos tanques nos carrinhos (eixo z) e a posição dos sensores nos tanques são
ilustradas na Figura 4.7, que mostra também o esquema da parte interna de um túnel semi-
contínuo, onde os ventiladores se situam inclinados na lateral superior, voltados para os
defletores, do lado direito (túneis A, B e C).
Capítulo 4
51
Figura 4.7. Disposição dos tanques e caixas no carrinho e dos sensores nos tanques.
Os carrinhos totalmente cheios foram colocados nos túneis, dando-se início às leituras das
evoluções temporais das temperaturas. Os horários de entrada e saída dos testes foram
monitorados.
As posições avaliadas para a leitura das variações de temperaturas foram escolhidas por
representarem as posições, onde se pode obter os supostos valores máximo e mínimo dos
coeficientes de transferência de calor convectivos (h) dentro desse tipo de túnel de congelamento,
levando-se em conta as posições dos produtos. Com isso, calculou-se e estimou-se os valores de h
médios (
h
) obtidos em cada uma das quatro posições de cada túnel. O túnel semi-contínuo duplo
foi analisado como se fossem dois túneis independentes, apesar da localização dos ventiladores
Capítulo 4
52
apenas de um lado do túnel. Após o término do teste, procedeu-se à leitura dos sensores e à
análise dos resultados.
4.3.5 Determinação dos coeficientes convectivos de transferência de calor (h)
O Método da Capacidade Térmica Concentrada é aplicável quando a temperatura de um
sistema é espacialmente uniforme em qualquer instante durante o processo de transferência de
calor. Embora essa condição não seja nunca completamente satisfeita, ela é bem aproximada se a
resistência à condução no interior do sólido for pequena comparada à resistência à transferência
de calor entre o sólido e sua vizinhança (INCROPERA e DEWITT, 2003). Partindo desse
princípio, algumas considerações foram feitas neste trabalho, com a finalidade de se aplicar esse
método. A temperatura da placa (superfície do tanque) foi considerada homogênea em qualquer
ponto de sua superfície. As propriedades termofísicas do ar e da solução alcoólica também foram
consideradas constantes durante a realização dos ensaios.
Para a aplicação do Método da Capacidade Térmica Concentrada, a resistência térmica no
interior do tanque deve ser desprezível, quando comparada com a resistência à transferência de
calor entre o ar do túnel e a superfície externa do tanque. Isso é representado pelo número de
Biot, dado pela Equação 4.1
( / )
0,1
(1/ )
álc tq
c cond c
tq conv
T T
L kA R hL
Bi
T T hA R k
∞
−
= = = = <
−
(4.1)
Os valores T
álc,
T
tq
e T
∞
correspondem às temperaturas da solução alcoólica, da superfície
do tanque e do ar, respectivamente. L
c
é o comprimento característico do tanque (metade da sua
menor espessura); k é a condutividade térmica correspondente à solução e ao tanque e h é o
coeficiente convectivo de transferência de calor do tanque para o ar. O valor de R
cond
corresponde
à resistência à transferência de calor condutiva e R
conv
à resistência à transferência de calor
convectiva.
Se o número de Biot for inferior a 0,1, considera-se que praticamente toda a diferença de
temperatura ocorre entre o tanque e o ar que o circunda (ASHRAE, 1998; GEANKOPLIS, 1993;
INCROPERA e DEWITT, 2003). Assim, considerou-se que durante os ensaios de resfriamento,
Capítulo 4
53
as temperaturas do tanque e da solução nele contida evoluíram de modo homogêneo, o que
também foi confirmado experimentalmente.
Realizando-se um balanço de energia no tanque, pode-se determinar experimentalmente
os valores do coeficiente convectivo médio de transferência de calor (
h
) em cada posição dentro
do túnel. Assim, pode-se escrever que:
( )
tq álc s tq
q q hA T T
∞
+ = − (4.2)
Na Equação 4.2, q
tq
e q
álc
são as taxas de transferência de calor perdidas pelo tanque e
pela solução alcoólica, respectivamente, e A
s
é a área de superfície de troca térmica do tanque. Os
valores de q
tq
e q
álc
podem ser obtidos pelas Equações 4.3 e 4.4.
( )
tq
tq p f i tq
tq
m c T T
q
t
−
=
∆
(4.3)
( )
álc
álc p f i álc
álc
m c T T
q
t
−
=
∆
(4.4)
Os valores de m
tq
e m
álc
correspondem às massas do tanque vazio e da solução alcoólica;
c
Ptq
e c
Pálc
são os calores específicos do material constituinte do tanque e da solução alcoólica;
T
f
e T
i
são as temperaturas final e inicial, respectivamente, para um dado intervalo de tempo de
ensaio (10 min). Esse intervalo foi escolhido de modo a ser suficiente para se medir uma variação
de temperatura com precisão. Por outro lado, o mesmo não deve ser muito grande, de modo a
modificar significativamente o valor da força motriz (T
tq
– T
∞
). O valor médio dessa diferença foi
usado no cálculo de
h
pela Equação 4.6. Substituindo-se as Equações 4.3 e 4.4 na Equação 4.2,
tem-se:
( ) ( )
( )
p tq p álc
s tq
mc T mc T
hA T T
t t
∞
∆ ∆
+ = −
∆ ∆
(4.5)
Capítulo 4
54
ou, explicitando
h
,
( )
tq álc
tq p tq álc p álc
s tq
m c T m c T
h
A T T t
∞
∆ + ∆
=
− ∆
(4.6)
A disposição dos sensores após a fixação nos tanques fez com que uma parte da área
superficial do tanque (equivalente a 3 vezes a área de face de cada sensor) ficasse praticamente
indisponível para a troca térmica durante o teste. Dessa maneira, o valor da área de superfície de
troca térmica (A
s
) de cada tanque utilizado nos cálculos foi obtido descontando-se a área de 3
faces do sensor de temperatura (total de 0,03 m²).
4.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os dados de temperaturas utilizadas para os cálculos de
h
foram aqueles obtidos a partir
do momento em que as portas dos túneis já se encontravam fechadas e a temperatura do ar ao
redor do tanque, lida pelo sensor, já era constante ou sofria apenas pequenas flutuações. As
temperaturas foram lidas em intervalos de 2 minutos, até que a temperatura da solução se
tornasse constante e igual à temperatura do ar. Os valores de h foram calculados para cada
intervalo de 10 minutos, suficientes para se verificar variações sensíveis na temperatura da
solução alcoólica. Os testes foram feitos em duplicata para cada uma das 4 posições analisadas
em cada túnel, e os valores de
h
foram obtidos a partir da média aritmética de todos os valores
de h dos experimentos realizados em duplicata.
O tempo de cada teste era limitado pela taxa de resfriamento da solução contida no
tanque. Quando T
tq
se aproximava muito de T
∞
, as variações de T
tq
eram muito pequenas, assim
como os valores da diferença (T
tq
- T
∞
). Os dados obtidos nessas condições não foram usados nos
cálculos de h. Dessa forma, o mapeamento dos valores experimentais dos coeficientes
convectivos de transferência de calor nas diferentes posições dos túneis pôde ser feito somente
em uma parte inicial do comprimento total do mesmo. Esse comprimento avaliado variou com
cada túnel.
Capítulo 4
55
Analisando-se os túneis de acordo com a semelhança entre si na disposição e
características dos ventiladores, pôde-se agrupá-los para realizar a comparação entre os
resultados. Os túneis A, C, D e E eram semelhantes, pois possuíam 14 ventiladores de 0,9 m de
diâmetro e 3 cv, dispostos de forma inclinada em uma das laterais superiores dos mesmos, onde
havia também 2 defletores por todo o comprimento dos túneis. Primeiramente foram analisados
os túneis A e C, com ventiladores na lateral superior direita. Os gráficos contendo os respectivos
valores de
h
são dados nas Figuras 4.8 e 4.9. Os valores de
h
foram calculados pela média
aritmética dos valores de h determinados nos diferentes períodos dos ensaios. As dispersões
observadas podem estar associadas com as considerações de meio completamente misturado (Bi
= 0) e com o uso de diferenças médias de temperatura para a transferência de calor por
convecção. Além disso, observou-se a ocorrência de flutuações macroscópicas na circulação de
ar nos túneis. Isso implica que os coeficientes convectivos de transferência de calor locais
também variam com o tempo, em uma dada posição fixa no interior dos túneis. Assim, a
comparação dos valores de h deve ser realizada através dos valores médios.
Figura 4.8. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel A.
Capítulo 4
56
Figura 4.9. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel C.
Os túneis semi-contínuos A e C não demonstraram ter problemas com a distribuição de
velocidades do ar, ou seja, os valores de
h
não tiveram grandes variações com a posição dentro
dos mesmos. No túnel A foram obtidos valores que variaram de 24 W/m².°C na posição N9V
(Figura 4.8) a 65 W/m².°C na posição N1V, enquanto no túnel C, os valores de
h
variaram de 25
W/m².°C na posição N9V a 68 W/m².°C na posição N1P. Apesar da pequena amplitude dos
h
obtidos em um mesmo túnel, observou-se que as duas posições situadas no nível mais elevado do
carrinho (N9V e N9P) nos túneis A e C foram relativamente prejudicadas pela formação de
caminhos preferenciais de escoamento do ar na parte inferior do mesmo. Supõe-se que isso possa
ter ocorrido devido à incorreta inclinação dos ventiladores ou à presença de defletores com
ângulos de inclinação inadequados.
Analisando-se os túneis D e E, com ventiladores dispostos na lateral superior esquerda,
pôde-se verificar variações de até 1 ordem de grandeza nos valores de
h
. Os resultados podem
ser visualizados nas Figuras 4.10 e 4.11.
Capítulo 4
57
Figura 4.10. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel D.
Figura 4.11. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel E.
Capítulo 4
58
No túnel D, a posição mais beneficiada pela existência de canais preferenciais de
escoamento do ar foi a posição N1P, com valor de
h
igual a 181 W/m².°C, conforme pode ser
observado na Figura 4.10. Os valores de
h
calculados a partir dos dados obtidos nas outras
posições foram semelhantes entre si, mas bem inferiores, variando de 38 W/m².°C na posição
N9V a 55 W/m².°C na posição N1V. Supõe-se, através da análise das Figuras 4.7 e 4.10, que a
direção do fluxo de ar no túnel D possa ter promovido a sua passagem pelos ventiladores e
defletores, incidindo preferencialmente sobre o tanque na posição N1P devido à posição dos
defletores nas paredes laterais. Soma-se a isso uma suposta inclinação incorreta dos mesmos,
resultando na grande variação dos valores de
h
encontrados.
Por outro lado, a mesma posição beneficiada no túnel D (N1P) foi a que teve o menor
valor de
h
no túnel E, conforme se observa na Figura 4.11. O valor de
h
nessa posição foi de 18
W/m².°C, mais de 7 vezes menor que na posição mais beneficiada pela formação de canais
preferenciais do ar no mesmo túnel (N9P). Os 4 valores de
h
tiveram variações consideráveis no
túnel E. Na posição N1P, o
h
calculado foi cerca de 3 vezes menor que na posição N9V, e 5
vezes menor que na posição N1V.
No túnel F, com ventiladores situados em uma de suas laterais, conforme Figura 4.5b, o
valor de
h
na posição N1V foi consideravelmente maior (281 W/m².°C) que nas outras posições,
chegando a quase 8 vezes o valor de
h
nas outras posições, que não variaram muito entre si
(Figura 4.12). Apesar disso, os valores encontrados em todas as 4 posições estão dentro do
intervalo citado por autores como HOLMAN (1983), INCROPERA (2003) e TOLEDO (1999)
para gases sob convecção forçada. Uma hipótese que pode explicar os resultados obtidos é a de
que os ventiladores não estavam bem distribuídos ao longo da parede, localizando-se
preferencialmente na metade inferior da altura da mesma. Dessa forma, o fluxo de ar incidia
diretamente sobre o tanque experimental localizado na posição mais inferior do carrinho, próxima
aos ventiladores (N1V).
Capítulo 4
59
Figura 4.12. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel F.
No túnel B, os valores experimentais de
h
variaram pouco nas 4 posições, como mostra a
Figura 4.13. As posições situadas do lado oposto dos ventiladores, N1P e N9P, estão relacionados
aos maiores valores de
h
. Esses valores foram próximos entre si (63 e 69 W/m².°C,
respectivamente), da mesma forma que aqueles encontrados nas posições mais próximas dos
ventiladores (37 W/m².°C em N9V e 40 W/m².°C em N1V). Apesar da presença de 21
ventiladores situados lateralmente e na parte superior do túnel, os valores de
h
foram
semelhantes aos obtidos nos outros túneis. Isso significa que o aumento do número de
ventiladores e a variação de sua disposição ao longo do túnel reforçam a distribuição de
velocidades do ar, o que diminui a heterogeneidade das temperaturas dos produtos ao final do
processo de congelamento.
Capítulo 4
60
Figura 4.13. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel B.
O túnel SD1, que faz parte do túnel semi-contínuo duplo (SD), foi analisado
separadamente do túnel SD2, já que o fluxo de carrinhos no mesmo independe do fluxo no SD2.
Convém lembrar que os ventiladores que geram a circulação forçada de ar no túnel SD1
localizam-se na parede lateral do túnel SD2, não havendo nenhuma divisória entre as duas partes
do túnel, conforme esquematizado na Figura 4.6. Os resultados obtidos para o túnel SD1
demonstraram um possível caminho preferencial do ar (relativo ao mesmo túnel) na localização
N9V, ou seja, na parte central (entre os dois trilhos de carrinhos) e superior do túnel duplo. Os
valores obtidos para cada posição podem ser visualizados na Figura 4.14. Conforme se observa,
na posição superior mais próxima do centro do túnel duplo o valor de
h
chegou a ser quase 5
vezes maior que nas outras 3 posições.
Capítulo 4
61
Figura 4.14. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel SD1.
No túnel SD2 (Figura 4.15), a posição mais beneficiada pela presença de caminhos
preferenciais do ar foi a posição superior, lado oposto dos ventiladores (N9P). Os resultados
confirmaram o que já foi observado na análise do túnel SD1, apesar de que neste, o valor de
h
(207 W/m².°C) foi cerca de 3 vezes maior que no túnel SD2 (66 W/m².°C), na posição mais
beneficiada (parte central e superior do túnel duplo). Os 4 valores dos coeficientes obtidos
experimentalmente no túnel SD2 mostraram que a distribuição de velocidades do ar é homogênea
nessa parte (metade) do túnel duplo, já que a variação dos coeficientes foi relativamente pequena,
diferentemente do que ocorre em SD1.
Pode-se concluir que, no túnel duplo, os ventiladores situados em uma das laterais
promovem uma adequada distribuição de velocidades do ar em SD2, mas não são eficientes o
suficiente para impedir a formação de canais preferenciais de escoamento de ar em SD1.
Capítulo 4
62
Figura 4.15. Valores de
h
nas 4 diferentes posições analisadas no túnel SD2.
Os resultados obtidos para os valores de
h
em cada túnel podem ser vistos na Tabela 4.3.
Eles foram coerentes com os dados existentes na literatura. A variação desses valores, existente
dentro de um mesmo túnel e quando se comparou dois ou mais túneis, ocorreu devido à formação
de canais preferenciais de escoamento do ar. Isso é acarretado pela incorreta disposição e
inclinação dos defletores, pelo inadequado ângulo de inclinação de ventiladores e pelo excesso de
produtos nos carrinhos, impedindo o fluxo de ar entre os produtos. Vale enfatizar que os dados
obtidos sobre a heterogeneidade de distribuição de velocidades do ar a partir da utilização da
metodologia desenvolvida neste trabalho foram comparados com as taxas de congelamento de
produtos alimentícios (padronizados para os testes) nas mesmas posições, com a finalidade de se
verificar esses resultados. Naquelas posições onde o
h
obtido era muito menor do que nas outras,
o produto levava mais tempo para congelar, ocorrendo o contrário nas posições onde
h
era
maior, como era de se esperar.
Capítulo 4
63
Tabela 4.3. Valores de
h
obtidos experimentalmente.
VALORES DE
h
(W/m².°C)
POSIÇÃO PRÓXIMA AOS
VENTILADORES
POSIÇÃO OPOSTA AOS
VENTILADORES
TÚNEIS
NÍVEL
SUPERIOR
NÍVEL
INFERIOR
NÍVEL
SUPERIOR
NÍVEL INFERIOR
A 24 65 34 58
B 37 40 69 63
C 25 52 41 68
D 38 55 48 181
E 58 92 131 18
F 38 281 42 44
SD1 207 42 47 49
SD2 35 64 66 59
Ressalta -se que não foi possível a verificação indireta da distribuição do fluxo do ar ao
longo de todo o comprimento do túnel, devido à não colocação dos tanques a partir de um ponto
intermediário do mesmo. Para este estudo, a distribuição dos valores de
h
foi considerada
constante ao longo do comprimento, o que certamente poderia ocorrer se os ventiladores tivessem
uma distribuição homogênea e as serpentinas e defletores estivessem sempre limpas e bem
distribuídas ao longo do túnel. Como se tratou de um trabalho desenvolvido em uma planta
industrial, os resultados obtidos foram utilizados para o mapeamento dos túneis. Várias mudanças
já foram implementadas, através do aumento do número de ventiladores e da modificação da
disposição dos mesmos em alguns túneis, com resultados muito satisfatórios. Porém, com essa
metodologia pode-se apenas constatar valores de
h
, sem, entretanto, predizer o seu valor com a
modificação dos parâmetros do túnel.
4.5 CONCLUSÃO
A metodologia empregada neste trabalho, cujo princípio é a utilização de um dispositivo
montado para a aplicação do Método da Capacidade Térmica Concentrada, mostrou ser uma
técnica alternativa ao procedimento tradicional para a avaliação das medidas dos coeficientes de
transferência de calor convectivos e para o estudo da homogeneidade do escoamento do ar. A
técnica permitiu uma estimativa da distribuição das velocidades do ar em túneis de congelamento
semi-contínuos, por meio de experimentos simples, o que possibilitou a detecção de problemas
Capítulo 4
64
existentes provavelmente devido à má disposição dos ventiladores. Analisou-se as distribuições
dos valores experimentais dos coeficientes convectivos de transferência de calor ,
h
, nas
diferentes posições dos túneis, o que permitiu inferir sobre as variações nas distribuições de
velocidades do ar nos mesmos. Os túneis de congelamento SD1, D, E e F possuíam
heterogeneidades relativamente grandes em seu interior, quanto à capacidade de
resfriamento/congelamento, com valores de
h
variando, em alguns casos, em mais de 7 vezes.
Os resultados dos testes serviram para fazer um mapeamento dos túneis e para verificar se
havia algum problema no que diz respeito à disposição dos ventiladores e à formação de
caminhos preferenciais de escoamento do ar. Dessa forma, a metodologia aqui desenvolvida
demonstrou ser adequada à avaliação e quantificação dos valores experimentais dos coeficientes
convectivos de transferência de calor em túneis de congelamento semi-contínuos, estendendo-se
também a túneis automáticos. O dispositivo desenvolvido demonstrou ser uma alternativa ao uso
de anemômetros, já que se trata de uma maneira diferente de se qualificar as “velocidades do ar”,
podendo ajudar especialistas a obter o diagnóstico dos fluxos de ar em grandes plantas
industriais.
Capítulo 5
65
CAPÍTULO 5
Este capítulo é apresentado sob a forma de artigo científico. A análise da resistência
térmica de embalagens de papelão utilizadas durante o congelamento industrial de cortes de aves
e outros produtos é realizada de forma empírica. Valores de resistência térmica efetiva foram
obtidos com boa reprodutibilidade através da realização de quatro experimentos.
Capítulo 5
66
TÍTULO: ESTUDO EMPÍRICO DA RESISTÊNCIA TÉRMICA EFETIVA DE
EMBALAGENS DE PAPELÃO ONDULADO
5.1 RESUMO
Utilizando-se do dispositivo apresentado no capítulo 4 para a determinação experimental dos
coeficientes de transferência de calor convectivos em túneis de congelamento com convecção de
ar forçada, foi possível determinar e quantificar experimentalmente a resistência térmica efetiva
de embalagens de papelão ondulado utilizadas comercialmente (
_
efet pap
R ). Para isso, foram
utilizados dois tanques de aço galvanizado preenchidos com solução de álcool etílico a 93,1% em
massa. Um deles teve a sua superfície totalmente recoberta com papelão ondulado, utilizado
como embalagem secundária de cortes de aves submetidos ao congelamento. Os dois tanques,
inicialmente à mesma temperatura, foram colocados em um túnel de congelamento semi-contínuo
com convecção de ar forçada. Através da comparação entre as medidas da evolução temporal da
temperatura do sistema tanque-solução (Sistema 1) com as do sistema papelão-tanque-solução
(Sistema 2), pôde-se determinar experimentalmente os valores médios da resistência térmica
efetiva do papelão ondulado. Os resultados foram reprodutíveis e demonstraram que a
metodologia utilizada foi adequada para a determinação das resistências térmicas totais de cada
sistema e da resistência térmica efetiva do papelão ondulado estudado. O valor estimado desta
última foi de 0,277 °C/W, com desvio padrão de 0,042 °C/W.
Palavras chaves: resistência térmica, papelão ondulado, taxa de resfriamento.
5.2 INTRODUÇÃO
A embalagem dos alimentos durante o processo de congelamento faz-se necessária para
evitar a desidratação pelo frio, com conseqüentes alterações na cor, textura, sabor e valor
nutricional do produto (SILVA, 2000). Conforme citam RESENDE et al. (2003), o processo de
congelamento de alimentos dentro de caixas com grandes quantias de produto pode ser muito
Capítulo 5
67
complexo em situações industriais. Durante o congelamento de cortes de aves interfolhadas
embaladas em caixas de papelão ondulado, por exemplo, observa-se a presença de várias
“barreiras” que interferem no tempo de congelamento do produto, como já foi discutido no
capítulo 3. Estudando-se isoladamente cada caixa, pode-se identificar as diferentes resistências
térmicas à transferência de calor do produto para o ar frio, como mostra a Figura 3.6 do capítulo
3. Para a avaliação qualitativa da resistência térmica devida somente à espessura e ao material da
embalagem secundária, pode-se realizar uma comparação entre a evolução temporal das
temperaturas no centro térmico do produto embalado em caixas de papelão com a evolução
temporal das temperaturas no centro térmico do mesmo produto embalado em caixa teladas de
aço inoxidável, como foi feito nos experimentos do capítulo 3. O valor da resistência térmica da
caixa, neste caso, é de difícil determinação. A uniformidade da temperatura inicial do produto
antes de ser submetido ao processo de congelamento, bem como a homogeneidade da
composição do mesmo, não é totalmente garantida. Além disso, há a possibilidade da existência
de bolsas de ar ou bolhas cheias de gás dentro do produto e das embalagens, e os produtos podem
ter forma e tamanho irregulares (RESENDE et al., 2003). Há ainda o fato de que grandes
variações nos coeficientes de transferência de calor convectivos possam ocorrer em diferentes
posições do produto no túnel, como já foi discutido no capítulo 4. Faz-se necessária, então, uma
avaliação sobre a interferência da embalagem de papelão no tempo de congelamento dos
produtos sem que haja a interferência da composição desses produtos e de sua localização nos
túneis. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo a avaliação quantitativa da resistência
térmica efetiva da embalagem de papelão ondulado através da comparação entre as resistências
térmicas totais de dois sistemas montados com base nos dispositivos desenvolvidos no capítulo 4
deste trabalho.
5.3 MATERIAL E MÉTODOS
5.3.1 Montagem e instrumentação dos dispositivos usados para a determinação de
_
efet pap
R
O dispositivo esquematizado na Figura 4.1 do Capítulo 4 foi utilizado neste estudo, sendo
chamado de Sistema 1. Um segundo dispositivo, Sistema 2, foi montado da mesma forma, mas a
área superficial externa do tanque foi totalmente recoberta por uma camada de papelão ondulado.
Capítulo 5
68
A espessura (L) do papelão ondulado utilizado era de 2.10
-
³ m. Os dados sobre o calor
específico (c
p
) e a condutividade térmica (k) do papelão foram encontrados na literatura
disponível, sendo o c
p
=1,254 kJ/kg.K (ASHRAE, 1989), e o valor do k=0,064W/m.K
(HOLMAN, 1983). A massa (m) de papelão necessária para o recobrimento do tanque foi de
0,199 kg.
Foram utilizados os tanques 1 e 3, os mesmos empregados nos testes do capítulo 4, sendo
este último o que recebeu o recobrimento de papelão ondulado. Ambos tinham espessura de placa
de aço de 2.10
-
³ m e volume interno de aproximadamente 7,17 litros (7,17.10
-
³ m³). As dimensões
e as características de cada tanque são apresentadas na Tabela 5.1.
Tabela 5.1. Características dos tanques utilizados para os testes.
N° DO
TANQUE
DIMENSÕES
(m)
ÁREA
SUPERFICIAL EXTERNA
TOTAL DO TANQUE
(m²)
MASSA DO
TANQUE
VAZIO
(kg)
MASSA DE SOLUÇÃO
ALCOÓLICA
(kg)
1 0,430x0,340x0,054
0,376 4,750 4,460
3 0,440x0,340x0,053
0,382 4,765 4,180
O calor específico (c
p
) do aço galvanizado usado na confecção dos tanques era de 0,444
kJ/kg.K (INCROPERA e DEWITT, 2003).
Os tanques tiveram os seus volumes internos totalmente preenchidos pela solução
alcoólica, cuja temperatura deveria ser monitorada durante a permanência dos tanques nos túneis.
Foi utilizado álcool etílico hidratado a 93,1 % (grau INPM), mesma solução utilizada nos
experimentos descritos no capítulo 4. Como a sua temperatura de solidificação era muito abaixo
da temperatura de trabalho dos túneis (T
solidificação
~ –112°C, segundo PERRY e CHILTON,
1980), as propriedades termofísicas desse fluido foram consideradas constantes. O seu calor
específico, determinado experimentalmente através do Método Calorimétrico de Mistura
(HENSE, 1990), foi de 2,27 + 0,0981 kJ/kg.K.
A temperatura de todo o volume dos dispositivos foi considerada homogênea e igual à
temperatura medida pelo sensor no centro térmico da solução. Essa homogeneização foi
provocada pelo movimento dos carrinhos que transportavam as embalagens dentro dos túneis,
desconsiderando-se, dessa forma, os gradientes internos de temperatura. As evoluções temporais
das temperaturas da referida solução em cada um dos tanques durante o seu resfriamento nos
Capítulo 5
69
túneis foram usadas para o cálculo da resistência térmica total de cada um dos sistemas
montados.
Os dados necessários para a realização dos cálculos e determinação dos valores médios
das resistências térmicas totais foram as temperaturas do ar, da superfície externa do dispositivo e
da solução nele contida, tendo-se como conhecidos as massas e as propriedades termofísicas do
fluido, do aço galvanizado e do papelão, bem como as dimensões do tanque. Destes dados foi
inferida a resistência térmica total de cada sistema, através do qual pôde ser obtida a resistência
térmica efetiva do papelão ondulado.
5.3.2 Obtenção de dados tempo/ temperatura
Sensores portáteis do tipo PT-100 (marca Temprecord International Limited, modelo
Multi-Trip, Nova Zelândia) foram utilizados. Os sensores eram previamente identificados e
programados para registrar e armazenar os dados a cada intervalo de tempo de 2 minutos, para
posterior leitura através de uma interface ligada a um microcomputador. A programação desses
sensores e posterior leitura foi feita com o auxílio do software TempRecord for Windows. Na
Figura 5.1 são apresentadas as fotos de um sensor e de uma interface.
(a) (b)
Figura 5.1. (a) Sensor de temperatura; (b) Interface para transferência
dos dados para o computador.
Capítulo 5
70
Após a programação de cada sensor de temperatura, fez-se a fixação dos mesmos em 3
diferentes pontos do tanque, de modo a captar as variações de temperatura do fluido, da
superfície do sistema e do ar.
5.3.3 Túneis de congelamento
Os testes foram realizados em túneis de congelamento semi-contínuos, onde o transporte
dos produtos era feito com o auxílio de carrinhos, como já foi discutido no capítulo 4. Foram
usados os túneis E, SD1 e SD2.
Os testes foram realizados no nível mais elevado dos carrinhos, nível 9 (N9). A posição
de cada dupla de tanques variou: nos túneis E e SD1, os dois sistemas foram colocados na
posição mais próxima dos ventiladores (N9V), enquanto no túnel SD2 foram posicionados mais
distantes dos mesmos (N9P).
5.3.4 Procedimento experimental
Os tanques 1 e 3 foram pesados e identificados, sendo suas massas dadas na Tabela 5.1. O
tanque 3 foi totalmente recoberto com papelão ondulado, deixando-se à mostra somente o bocal
de entrada do fluido e o orifício para a inserção do sensor de temperatura, conforme
esquematizado na Figura 5.2..
Figura 5.2. Tanque de aço galvanizado (tanque 3) totalmente recoberto com papelão ondulado
(Sistema 2) e com o sensor de temperatura inserido em seu centro geométrico.
Esse tanque foi novamente pesado, obtendo-se assim a massa de papelão utilizada.
Capítulo 5
71
Em seguida, os tanques foram completamente preenchidos com a solução alcoólica e
novamente pesados para o cálculo da massa de solução. Os bocais no tanque foram
posteriormente fechados e efetuou-se a inserção/fixação dos sensores de temperatura (já
identificados e programados para leitura) no orifício central dos tanques. Outros dois sensores
foram fixados de tal forma a medir e registrar as temperaturas do ar frio e da superfície externa de
cada sistema.
Diferentemente dos testes realizados para a determinação dos valores experimentais de h
(capítulos 4), os carrinhos necessários para o transporte dos tanques dentro dos túneis já se
encontravam no interior dos mesmos antes do início de cada teste. Os dois dispositivos foram
colocados, um a um, em um mesmo carrinho de nove níveis de altura (Figura 4.3 do capítulo 4),
no nível mais elevado, em uma mesma posição. Todos os outros níveis e posições já continham
caixas de asa de frango interfolhada, mesmo produto padronizado e utilizado nos experimentos
dos capítulos 3 e 4. De um total de 25 carrinhos em 25 metros de comprimento, foi escolhida a
posição do oitavo carrinho a partir da entrada do túnel, a aproximadamente 8 metros da mesma.
Isso garantiu uma maior homogeneidade da temperatura do ar, que não sofreria tantas oscilações
decorrentes da abertura de portas e da elevada carga térmica inicial dos produtos. Isso permitiu
resultados mais rápidos e precisos.
Foram realizados quatro experimentos, em datas diferentes, em três túneis de
congelamento semi-contínuos. Os dois primeiros experimentos foram efetuados no túnel E,
enquanto os outros dois foram feitos nos túneis SD2 e SD1, respectivamente. A posição dos
tanques nos carrinhos é esquematizada na Figura 5.3.
Capítulo 5
72
(a)
(b)
Figura 5.3. Esquema geral da disposição dos tanques no carrinho dentro dos túneis, vista
superior. (a) túneis E (1° e 2° teste) e SD1; (b) túnel SD2.
Os horários de entrada e saída dos tanques foram monitorados. O tempo total de cada
experimento era determinado pelo tempo de retenção dos produtos nos 17 metros de
comprimento restantes dos túneis, cerca de 7 horas.
Após o término do teste, procedeu-se à leitura dos sensores e à análise dos resultados.
5.3.5 Determinação da resistência térmica efetiva do papelão ondulado
A taxa de transferência de calor através dos sistemas estudados pode ser obtida em termos
da diferença de temperatura total (T
álc
- T
ar frio
,) e da resistência térmica total do mesmo (
R
∑
),
como segue
Capítulo 5
73
álc arfrio
T T
q
R
−
=
∑
(5.1)
Partindo-se desse princípio, tendo-se como conhecidos as evoluções temporais das
temperaturas das soluções alcoólicas dentro dos tanques, da superfície externa dos dois sistemas e
do ar em torno dos mesmos, foi possível estimar valores da resistência térmica total de cada um
dos sistemas a partir de cálculos da taxa de transferência de calor através dos mesmos.
Explicitando
R
∑
, tem-se
álc arfrio
T T
R
q
−
=
∑
(5.2)
Com os valores da resistência térmica total de cada sistema, pôde-se determinar a
resistência térmica efetiva do papelão ondulado. Todos os cálculos envolvidos nessa
determinação são detalhados a seguir. Cabe ressaltar que o fluxo de calor através dos dispositivos
utilizados foi considerado, para simplificar os cálculos, como unidimensional em uma parede
plana. Isso pode ser justificado pelo fato de que a área de uma das superfícies dos tanques usados
nos experimentos era cerca de 6,3 vezes maior do que a área das outras duas superfícies, e o
comprimento do tanque era aproximadamente 8 vezes maior do que a espessura do mesmo, o que
pode ser verificado pelos dados contidos na Tabela 5.1.
O circuito térmico equivalente representa o número de resistências térmicas envolvidas
em um sistema, tais como paredes compostas, sendo que essas resistências podem estar
associadas tanto em série quanto em paralelo. O fluxo de calor através do Sistema 1, bem como o
circuito térmico equivalente a ele relacionado, podem ser visualizados na Figura 5.4.
Capítulo 5
74
Figura 5.4. Transferência de calor através de uma das faces do Sistema 1. Distribuição de
temperaturas e circuito térmico equivalente.
A transferência de calor neste sistema ocorre por convecção da solução alcoólica (T
álc
,)
para a superfície interna do tanque (T
si
), por condução através da parede do mesmo e por
convecção da parede externa do tanque (T
se
) para o ar frio (T
ar frio
). Considerou-se (confirmando-
se posteriormente) que a solução alcoólica era constantemente homogeneizada, ou seja,
completamente misturada, não havendo gradientes de temperatura internos, como já foi discutido
anteriormente. Dessa forma, a temperatura da superfície interna do tanque, bem como em
qualquer outro ponto dentro do tanque foi considerada igual à temperatura medida pelo sensor no
centro da solução (T
álc
).
Como as resistências térmicas envolvidas (convectiva e condutiva) estão associadas em
série, a resistência térmica total pode ser obtida através do somatório das resistências individuais,
como segue
1 1
int
1
1 1
total
tq ext
L
R R
h A kA h A
= = + +
∑
(5.3)
Capítulo 5
75
Os termos k e h são a condutividade térmica do tanque (aço) e o coeficiente de
transferência de calor convectivo, respectivamente, L é a espessura da parede do tanque e A é a
área normal à direção do fluxo de calor. A resistência térmica total através do Sistema 1 também
pode ser obtida em termos da taxa de transferência de calor através da parede e da diferença de
temperatura total (T
álc
- T
ar frio
),
(
)
1
1
1
álc arfrio
T T
R
q
−
=
∑
(5.4)
Como a solução contida no tanque foi apenas resfriada, houve variação da temperatura da
solução sem mudança de fase. Dessa forma, tem-se
1 1 1
1
p
m c T
q
t
∆
=
∆
(5.5)
em que q
1
é a taxa de transferência de calor do Sistema 1, m é a massa do sistema, c
p
o seu calor
específico e
∆
T a variação da temperatura. Como se trata de um sistema composto pelo tanque e
pela solução, a Equação 5.5 fica na forma
(
)
(
)
1
1
1
tq álc
tq p tq álc p álc
m c T m c T
q
t
∆ + ∆
=
∆
(5.6)
Devido ao fato de a espessura da placa de aço que constitui o tanque ser muito pequena
(2.10
-3
m) e de o aço ser um material altamente condutivo (k ~ 43W/m.K a 27°C, segundo
INCROPERA e DEWITT, 2003, e HOLMAN, 1983), desconsiderou-se os gradientes de
temperatura através da espessura da parede. Dessa forma, a variação da temperatura da placa
(
tq
T
∆
) no intervalo de tempo
t
∆
foi considerada como a variação da temperatura da superfície
externa do tanque (
se
T
∆
), medida pelo sensor. A Equação 5.6 fica então
Capítulo 5
76
(
)
(
)
1
1
1
tq álc
tq p se álc p álc
m c T m c T
q
t
∆ + ∆
=
∆
(5.7)
Como os cálculos foram realizados para intervalos de tempo pré-definidos, tem-se
(
)
1 ( 0) ( )
1
álc t t t
álc
T T T
= =∆
∆ = − (5.8)
e
(
)
1 ( 0) ( )
1
se t t t
se
T T T
= =∆
∆ = − (5.9)
Substituindo-se a Equação 5.7 na Equação 5.4 e considerando-se uma força motriz média
para a transferência de calor, no intervalo de tempo
t
∆
,
( )
(
)
(
)
1( 0) 1( )
1
2
álc ar álc ar
t t t
álc ar
T T T T
T T
= =∆
− + −
− = (5.10)
pôde-se calcular os valores da resistência térmica total do Sistema 1 para cada experimento.
O Sistema 2 foi montado para se estimar o valor médio da resistência térmica total do
tanque envolto pelo papelão ondulado. Porém, devido à resistência térmica de contato entre o
papelão e o tanque de aço, o valor da resistência térmica do papelão ondulado (R
pap
) equivale ao
somatório da resistência térmica de contato com a resistência térmica do papelão, e foi chamada
de resistência térmica efetiva do papelão (
_
efet pap
R ). Na Figura 5.5 apresenta-se o circuito
térmico relacionado ao Sistema 2.
Capítulo 5
77
Figura 5.5. Transferência de calor através de uma das faces do Sistema 2 e a distribuição de
temperatura.
A resistência térmica total do sistema pode ser obtida através do somatório das
resistências individuais,
2 2
2
1 1
tq pap
total cont
int tq tq pap pap ext
L L
R R R
h A k A k A h A
= = + + + +
∑
(5.11)
A resistência térmica total foi calculada em termos de diferença de temperatura total,
como segue
(
)
2
2
2
álc arfrio
T T
R
q
−
=
∑
(5.12)
Da mesma forma que no Sistema 1, a taxa de transferência de calor foi calculada
analisando-se o resfriamento da solução alcoólica contida no tanque, como mostra a Equação
5.13.
Capítulo 5
78
2 2 2
2
p
m c T
q
t
∆
=
∆
(
)
2
tq álc pap
tq p tq álc p álc pap p pap
m c T m c T m c T
t
∆ + ∆ + ∆
=
∆
(5.13)
Como a espessura da placa de aço era muito pequena e sua superfície externa não estava
em contato direto com o ar frio, a variação da temperatura do tanque (
tq
T
∆
) foi considerada
igual à variação da temperatura da solução (
álc
T
∆ ). Isso também foi feito porque não foram
colocados sensores de temperatura entre o tanque e o papelão, para evitar que houvesse grandes
variações na resistência térmica de contato entre esses dois materiais. Assim, a Equação 5.13
pode ser dada por
(
)
2
2
tq álc pap
tq p álc álc p álc pap p pap
m c T m c T m c T
q
t
∆ + ∆ + ∆
=
∆
(5.14)
As variações das temperaturas da solução alcoólica (
álc
T
∆ ) foram calculadas a partir da
Equação 5.15, sendo T
álc
a temperatura medida pelo sensor colocado na solução.
(
)
2 ( 0) ( )
2
álc t t t
álc
T T T
= =∆
∆ = − (5.15)
Para o cálculo de
pap
T
∆ seriam necessárias as evoluções temporais das temperaturas das
superfícies interna e externa do papelão. Como só a sua temperatura externa foi monitorada,
assumiu-se uma média entre a temperatura medida em sua superfície externa e a temperatura da
solução alcoólica, a cada intervalo de tempo
t
∆
. Assim, a variação da temperatura do papelão no
intervalo de tempo
t
∆
foi calculada pela Equações 5.16.
(
)
2 ( 0) ( )
2
pap t t t
pap
T T T
= =∆
∆ = −
( 0)s ( 0) ( )s ( )
2
2 2
t e pap t álc t t e pap t t álc
T T T T
= − = =∆ − =∆
+ +
= −
(5.16)
Com as Equações 5.15 e 5.16, calculou-se q
2
pela Equação 5.14.
Capítulo 5
79
Tendo-se calculado o valor de q
2
, foi possível obter a resistência térmica total do Sistema
2 através da utilização da Equação 5.10 para o mesmo sistema,
( )
(
)
(
)
2( 0) 2( )
2
2
2 2
2
álc arfrio álc arfrio
t t t
álc arfrio
T T T T
T T
R
q q
= =∆
− + −
−
= =
∑
(5.17)
Dessa forma, foram calculados
1
R
∑
e
2
R
∑
a cada
t
∆
. Assim, a resistência térmica
efetiva do papelão pôde ser obtida também para cada
t
∆
fazendo-se
( )
2 1 _
pap efetiva pap
contato pap tq
R R R R R
−
− = + =
∑ ∑
(5.18)
A resistência térmica efetiva média em cada um dos quatro experimentos,
_
efet pap
R ,
pôde ser obtida através da média aritmética dos valores de
_
efet pap
R .
Cabe ressaltar que antes da realização dos cálculos, foi feita uma análise prévia das
temperaturas do ar medidas pelo sensor ao redor de cada tanque, já que os dois sistemas não
foram colocados nos túneis em um mesmo momento. Essas temperaturas foram plotadas em um
gráfico. Como os dois dispositivos deveriam sofrer as mesmas influências das condições do
ambiente para que pudessem ser comparados, as temperaturas do ar ao redor de cada sistema
foram igualadas através da verificação de pequenos picos. Estipulou-se como tempo inicial real
de cada teste (t = 0) o momento em que os dois tanques já se encontravam nos túneis e sofriam as
mesmas variações das condições ambientes, com a temperatura do ar constante.
5.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
As temperaturas da solução, da superfície de cada sistema e do ar foram lidas pelos
sensores em intervalos de tempo de 2 minutos. Os valores das resistências térmicas totais foram
calculados para cada intervalo de 10 minutos, suficientes para se verificar variações sensíveis na
temperatura da solução alcoólica.
Capítulo 5
80
O tempo real dos experimentos foi limitado pela taxa de resfriamento da solução contida
no tanque não recoberto pelo papelão (Sistema 1). Essa solução atingia a temperatura de
equilíbrio com o ar do túnel mais rapidamente do que a solução do Sistema 2, como era de se
esperar. Quando
1
álc
T
se aproximava muito de
1
arfrio
T , as variações de
1
álc
T
com o tempo eram
muito pequenas, assim como os valores da diferença (
1
álc
T
-
1
arfrio
T ). Os dados obtidos a partir
desse ponto não foram utilizados nos cálculos da resistência térmica efetiva média da caixa de
papelão,
_
efet pap
R . A evolução temporal das temperaturas da solução e do ar, medidas pelos
sensores no primeiro teste realizado no túnel semi-contínuo E pode ser observada na Figura 5.6.
Nota-se que a temperatura da solução do Sistema 1 levou aproximadamente 100 min para se
estabilizar.
Figura 5.6. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo, no
experimento 1 do túnel E.
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 60 120 180 240 300
Tempo (min)
Temperatura (°C)
Tálc 1
Tálc 2
Tar frio 1
Tar frio 2
Capítulo 5
81
Na Figura 5.7, pode-se visualizar os valores de
1
R
∑
,
2
R
∑
e
_
efet pap
R , calculados a
partir dos dados desse primeiro teste. Pôde-se confirmar que somente os dados obtidos no início
de cada experimento se mostravam confiáveis para o cálculo de
_
efet pap
R .
Figura 5.7. Valores das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência térmica
efetiva, no experimento 1 do túnel E.
Os valores calculados de
1
R
∑
,
2
R
∑
e de
_
efet pap
R são aproximadamente constantes
enquanto há diferenças entre a temperatura do ar e da solução do Sistema 1. A partir do ponto
onde
1
álc
T
se aproximou de
1
arfrio
T , esses valores se dispersaram, além de terem ficado muito
mais susceptíveis às pequenas flutuações da temperatura do ar dos túneis.
O tempo útil de cada experimento variou de acordo com o túnel de congelamento
utilizado, ou seja, com a velocidade e a temperatura do ar do túnel, responsáveis pela velocidade
de resfriamento da solução. Quanto mais rápido esse resfriamento, menor o tempo útil do
experimento.
Para a análise dos dados obtidos somente durante o tempo útil de cada experimento,
evoluções temporais das temperaturas do ar e da solução dos dois sistemas foram graficadas.
Capítulo 5
82
Dessa forma, pôde-se verificar as pequenas flutuações das temperaturas do ar e a sua influência
sobre os valores das resistências térmicas totais calculadas. Na Figura 5.8 são mostradas as
evoluções temporais de
álc
T
e
arfrio
T obtidas durante o tempo útil do experimento 1 (túnel E),
enquanto na Figura 5.9 são apresentados os valores
1
R
∑
,
2
R
∑
e
_
efet pap
R calculados com os
dados desse primeiro experimento.
Figura 5.8. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo útil para
o experimento 1 do túnel E.
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Temperatura (°C)
Tálc 1
Tálc 2
Tar frio 1
Tar frio 2
Capítulo 5
83
Figura 5.9. Valores das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência térmica
efetiva para o experimento 1 do túnel E durante o tempo útil do experimento.
Foi verificada uma pequena diferença entre as temperaturas do ar em torno dos Sistemas 1
e 2 nos primeiros minutos de teste. Isso causou variação nos valores de
_
efet pap
R . Dessa forma,
para a determinação de
_
efet pap
R , somente os pontos situados entre t=10 min e t=84 min foram
considerados. Na Figura 5.10 são apresentados os valores de
_
efet pap
R calculados, plotados
juntamente com as temperaturas da solução dos Sistemas 1 e 2. Na Figura 5.11 são apresentados
os valores de
_
efet pap
R juntamente com o seu valor médio,
_
efet pap
R .
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0 15 30 45 60 75
Tempo (min)
Resistências térmicas (°C/W)
R total Sistema 1
R total Sistema 2
R térmica efetiva (R2-R1)
Capítulo 5
84
Figura 5.10. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as temperaturas
da solução e do ar, para o experimento 1 do túnel E.
Figura 5.11. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as temperaturas da
solução e do ar para o experimento 1 do túnel E.
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
0 60 120 180 240 300
Tempo (min)
R efet_ pap (°C/W)
-35
-25
-15
-5
5
Temperatura (°C)
R efet _ pap
T álc 1
T álc 2
Tmédia ar
0,30
0,32
0,34
0,36
0,38
10 20 30 40 50 60 70 80
Tempo (min)
R efet _pap (°C/W)
-31
-26
-21
-16
-11
-6
-1
4
9
Temperatura (°C)
R efet_ pap
R efet_pap média
Tálc 1
Tálc 2
Tmédia ar
Capítulo 5
85
Foram calculados valores de
_
efet pap
R que variaram de 0,300 a 0,368 °C/W, com
_
efet pap
R = 0,328 °C/W e desvio padrão de 0,017. Isso implica em um coeficiente de variação de
apenas 5,2%, o que é pequeno, se considerarmos que se tratam de dados obtidos em uma planta
industrial.
Por meio da razão
2
R
∑
/
1
R
∑
, foi possível verificar o quanto a resistência térmica do
sistema recoberto pelo papelão é maior do que a do sistema modelo (Sistema 1). A partir dos
dados desse primeiro experimento, verificou-se que
2
R
∑
é cerca de 2,88 vezes maior do
que
1
R
∑
.
Os dados relativos aos outros três experimentos encontram-se em anexo a este trabalho.
Com relação ao experimento 2, foram observadas diferenças entre as temperaturas do ar
ao redor de cada sistema nos minutos iniciais e intermediários do teste, de forma que somente
entre 14 e 38 minutos e entre 64 e 98 minutos de teste essas temperaturas se encontravam
equiparadas. Apesar disso, como a temperatura da solução demorava mais para “sentir” a
variação da temperatura do ar, os valores de
1
R
∑
e
2
R
∑
calculados nos intervalos de tempo
onde
1
ar
T
= T
ar2
também foram comprometidos, não sendo confiáveis para os cálculos de
_
efet pap
R , conforme é apresentado nas Figuras 5.12 a 5.21 em anexo. Como T
ar1
variou bem
menos que T
ar2
, os valores de
1
R
∑
foram mais constantes que os de
2
R
∑
, o que comprometeu
ainda mais a
_
efet pap
R , resultante de
2
R
∑
-
1
R
∑
a cada 10 min. Verificou-se que a amplitude
dos valores de
_
efet pap
R foi muito grande, variando de 0,245 a 0,700 °C/W, com média de 0,419
°C/W e desvio padrão de 0,110. Dessa maneira, os resultados alcançados com a realização deste
segundo teste não foram considerados confiáveis para a análise sugerida neste trabalho.
Os resultados equivalentes aos quatro experimentos realizados podem ser vistos na
Tabela 5.2.
Capítulo 5
86
Tabela 5.2. Valores experimentais estimados.
EXPERIMENTO/TÚNEL
t
(min)
2
R
∑
/
1
R
∑
(°C/W)
_
efet pap
R
(°C/W)
DESVIO
PADRÃO
(°C/W)
1/E 84 2,88 0,328 0,017
2/E 94 3,96 0,419 0,110
3/SD2 58 2,68 0,226 0,060
4/SD1 36 3,23 0,276 0,013
MÉDIA
(EXCLUINDO-SE 2/E)
-
2,93
0,277
0,042
Como se observa, desconsiderando-se os resultados do experimento 2 do túnel E, os
valores de
_
efet pap
R
calculados a partir dos dados experimentais tiveram pouca dispersão, com
um pequeno desvio padrão de 0,042 °C/W.
O valor da resistência térmica do papelão também foi calculado a partir de dados
encontrados na literatura, para efeito de comparação. Segundo HOLMAN (1983) e ASHRAE
(1989), a condutividade térmica do papelão ondulado, k, é de aproximadamente 0,07 W/m.°C.
Sendo A, área da superfície normal ao fluxo de calor, de (0,430x0,340x2) m² = 0,292 m² e L =
2.10
-3
m (espessura da placa de papelão), o valor de
pap
R
pôde ser calculado através da Equação
5.19.
pap
pap
pap pap
L
R
k A
= ~ 0,098 °C/W (5.19)
O valor de
_
efet pap
R equivale à soma da resistência térmica de contato entre o papelão e o
tanque de aço com a resistência térmica do papelão (
_
efet pap
R =
pap
R
+
cont
R
). Comparando-se
o valor calculado a partir de dados da literatura,
pap
R
= 0,098 °C/W, com o valor médio estimado
experimentalmente,
_
efet pap
R = 0,277 °C/W, observou-se que a resistência térmica de contato
pode estar associada a mais de 64% da resistência térmica efetiva. Como a resistência térmica de
contato é de difícil determinação, não há como calcular o erro experimental associado. Além
disso, caso esse erro seja considerável, pode estar relacionado aos dados encontrados na
literatura, referentes à condutividade térmica do papelão. Os autores não mencionam o tipo de
Capítulo 5
87
papelão ondulado caracterizado e nem a metodologia para a determinação do k. Como cada tipo
de papelão ondulado possui características diferentes, como o número de camadas, número de
ondas, etc., a variação do volume de ar ocluso entre essas camadas poderá influenciar na
determinação do k.
Foram obtidos, ainda neste terceiro estudo, resultados que confirmam a variação dos
valores de
h
estimados nos experimentos realizados no capítulo 4. Constatou-se que os menores
valores médios de
1
R
∑
e
2
R
∑
calculados estavam relacionados às posições onde foram
verificados os maiores valores de
h
, e vice-versa. Isso ocorreu porque as temperaturas médias do
ar, bem como os coeficientes convectivos de transferência de calor locais (h) são diretamente
responsáveis pela maior ou menor velocidade de resfriamento da solução alcoólica contida nos
dispositivos. Como o coeficiente convectivo de transferência de calor (h) do ar está embutido no
valor da resistência térmica total, quanto menor o valor de
h
da posição estudada, maiores os
valores de
1
R
∑
e
2
R
∑
na mesma posição. Entenda-se que não se trata do valor de
_
efet pap
R
estimado, já que essa resistência não deve variar com a posição do produto, pois é uma
característica do material da embalagem. Foram estudadas as posições situadas no nível 9 de
cada túnel, e os resultados obtidos foram comparados na Tabela 5.3.
Tabela 5.3. Comparação entre as resistências térmicas totais e os coeficientes convectivos de
transferência de calor nos túneis estudados.
NÍVEL SUPERIOR (N9)
POSIÇÃO PRÓXIMA AOS
VENTILADORES (N9V)
POSIÇÃO OPOSTA AOS
VENTILADORES (N9P)
TÚNEIS
h
(W/m².°C)
1
R
∑
(°C/W)
2
R
∑
(°C/W)
h
(W/m².°C)
1
R
∑
(°C/W)
2
R
∑
(°C/W)
E
58 0,176 e 0,147 0,504 e 0,567
131 _ _
SD1
207 0,127 0,396 47 _ _
SD2
35 _ _ 66 0,145 0,367
Capítulo 5
88
5.5 CONCLUSÃO
A metodologia empregada neste trabalho permitiu uma estimativa da distribuição das
resistências térmicas totais em paredes compostas. Além disso, a partir da análise da taxa de
transferência de calor de uma solução anticongelante submetida ao resfriamento em túneis de
congelamento, foi possível, através de comparações, avaliar quantitativamente a resistência
térmica de embalagens de papelão ondulado comercialmente utilizadas durante o congelamento
de produtos alimentícios em túneis com convecção de ar forçada.
A partir dos resultados de três experimentos realizados independentemente, em diferentes
túneis de congelamento semi-contínuos, foram determinados valores de resistência térmica
efetiva média da embalagem estudada entre 0,226 e 0,328 °C/W, sendo o desvio padrão de 0,042
°C/W. Os resultados estimados a partir dos testes foram coerentes com aqueles calculados a partir
de dados encontrados na literatura, quando se considera a resistência térmica de contato. Dessa
forma, a metodologia desenvolvida demonstrou ser adequada à avaliação e quantificação das
resistências à transferência de calor de embalagens de papelão, podendo também ser aplicada à
determinação da resistência térmica de outros materiais, desde que tenham condutividade térmica
relativamente baixa, quando comparadas à condutividade do aço. Além disso, essa metodologia
pode ser perfeitamente utilizada em quaisquer outros tipos de túneis de congelamento e em
laboratório.
Conclusões Gerais e Sugestões
89
6 CONCLUSÕES GERAIS E SUGESTÕES
Os estudos realizados e as técnicas desenvolvidas neste trabalho permitiram uma
avaliação global do processo de transferência de calor envolvido durante o congelamento de
produtos cárneos embalados.
O estudo apresentado no capítulo 3 mostrou que a substituição das caixas de papelão
comercialmente utilizadas pelas caixas metálicas teladas pode proporcionar resultados de grande
impacto tecnológico e econômico para a empresa produtora de alimentos. Os consideráveis
ganhos de tempo de congelamento resultam em aumento de produtividade. Além disso, a redução
do tamanho dos cristais de gelo formados promove uma melhor qualidade ao produto final.
Com relação à metodologia desenvolvida no capítulo 4, foi possível realizar uma
avaliação das medidas dos coeficientes de transferência de calor convectivos em túneis de
congelamento. Foram encontradas variações de
h
de até uma ordem de grandeza em um mesmo
túnel. Isso dá indícios da má disposição e distribuição de ventiladores e da presença de obstáculos
em excesso, formando caminhos preferenciais do ar e impedindo a homogeneização das
temperaturas dentro do túnel.
Os dispositivos desenvolvidos permitiram a realização do mapeamento dos túneis
estudados, apontando a grande heterogeneidade de distribuição espacial de ar existente nos
mesmos. Com esse estudo, verificou-se também que o emprego da técnica desenvolvida pode ser
uma alternativa ao uso de anemômetros quando se deseja a obtenção do diagnóstico dos fluxos de
ar em grandes plantas industriais, já que esses equipamentos são cercados de inconvenientes
quando utilizados a temperaturas muito baixas.
Foi possível também, através dos mesmos dispositivos, avaliar quantitativamente a
resistência térmica de embalagens de papelão ondulado, comercialmente utilizadas durante o
congelamento de produtos cárneos. Nos estudos apresentados no capítulo 5, a técnica
desenvolvida mostrou ser bastante apropriada, podendo também ser utilizada para a determinação
da resistência térmica efetiva de outros materiais de embalagens.
Dados quantitativos e qualitativos acerca da distribuição de temperaturas e de velocidades
do ar nos túneis de congelamento, além de dados de resistência térmica de embalagens puderam
ser obtidos de maneira simples. As técnicas empregadas foram muito satisfatórias, mas estudos
Conclusões Gerais e Sugestões
90
mais aprofundados poderão ainda ser feitos. Novas modificações nas embalagens de papelão
poderão ser analisadas e propostas. Além disso, sugere-se que modificações no número e posição
dos ventiladores no interior dos túneis sejam estudadas em detalhes, para que seja implementada
a configuração ótima, dos pontos de vista técnico e econômico. Para isso, propõe-se o estudo da
otimização dos mesmos através de simulações gráficas e numéricas com o programa CFX, que
promove todo o mapeamento da dinâmica de fluidos existente dentro dos túneis e permite simular
a influência de troca ou acréscimo de ventiladores ou obstáculos nos mesmos, obtendo-se assim,
resultados de elevada precisão.
Referências Bibliográficas
91
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASHRAE, American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditionig Engineers _
Refrigeration Handbook. Food Storage and Equipment, Food Refrigeration. Atlanta: 1998.
BOWATER, F. J. Design of carton air blast freezing systems. The International Institute of
Refrigeration, p. 1-5, 2004.
BRENNAN, J. G.; BUTTERS, J. R.; COWELL, N. D., LILLY, A.E. Las operaciones de la
ingenieria de los alimentos. 2. ed. Zaragoza (España): Acribia, 1980. p. 367-377.
DAUDIN, J. D.; VAN GERWER, R. J. M. Air circulation: how to cope with this critical point.
New developments in meat refrigeration. International Institute of Refrigeration, Chillers, p.
30-37. 1996.
DICKEL, E. L. Barreiras sanitárias na comercialização de carnes de aves – cenário das
salmonelas. In: V SIMPÓSIO BRASIL SUL DE AVICULTURA, 2004, Chapecó, SC - Brasil.
Anais...Chapecó: Embrapa Suínos e Aves, Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento,
2004. p. 11-18.
EVANGELISTA, J. Tecnologia de alimentos. 2.ed. Rio de Janeiro; São Paulo: Atheneu, 1989.
p. 371-383.
GEANKOPLIS, C. J. Transport processes and unit operations. 3rd ed. New Jersey, USA:
Prentice Hall, 1993. p. 214-370, 883.
HELDMAN, D. R.; HARTEL, R. W. Principles of food processing. Gaithersburg: Aspen
Publishers, 1998. p. 113-137.
HELDMAN, D. R. Food Freezing. In: HELDMAN, D. R.; LUND, D. B. (eds.) Handbook of
Food Engineering, New York: Marcel Dekker, 1992. p. 277-315.
HENSE, H. Avaliação dos parâmetros termofísicos e cinética de congelamento do cação.
Campinas-SP, 1990. 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos), Faculdade de
Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas.
Referências Bibliográficas
92
HENSE, H. Congelamento de cação com transmissão de calor unidirecional: 1 – dados
experimentais. Boletim da Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos,
Campinas, v. 27, n. 2, p. 118-127. 1993.
HOLMAN, J. P. Transferência de calor. São Paulo; Rio de Janeiro: McGraw-Hill do Brasil,
1983. 639 p.
INCROPERA, F. P.; DEWITT, D. P. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 5.
ed. São Paulo: LTC, 2003. p. 5, 62-65, 170-175, 643-655.
KONDJOYAN, A.; DAUDIN, J. D. Heat and mass transfer at the surface of a pork hindquater.
Journal of Food Engineering, v. 32, p. 225-240. 1997.
LAWRIE, R. A. Meat science. 4.ed. New York: Pergamon, 1985. p. 112-134.
MICROSOFT CORPORATION. Temprecord for Windows 3.11. New Zealand, 1998. 1
disquete; 3,5 pol. Armazenamento e leitura da evolução temporal de temperaturas.
MIRADE, P. S.; DAUDIN, J. D. A new experimental methods for visualizing air flow in large
food plants. Journal of Food Enginnering, Great Britain, v. 36, p. 31-49. 1998.
PARDI, M. C.; SANTOS, I. F.; SOUZA, E. R.; PARDI, H. S. Ciência, higiene e tecnologia da
carne. 2. ed. Goiânia: UFG, 2001. v. 1: Ciência e higiene da carne. Tecnologia da sua obtenção e
transformação. p. 560-571.
PERRY, R. H.; CHILTON, C. H. Manual de engenharia química. 5 ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Dois S. A., 1980.
RAMAKRISHNAN, S.; WYSK, R. A.; PRABHU, V. V. Prediction of process parameters for
intelligent control of tunnel freezers using simulation. Journal of Food Engineerig, v. 65, p. 23-
31, 2004.
RESENDE, J. V.; NEVES FILHO, L. C.; SILVEIRA JÚNIOR, V. Escoamento de ar através de
embalagens de polpa de frutas em caixas comerciais: efeito sobre os perfis de velocidade em
Referências Bibliográficas
93
túneis de congelamento. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 22, n. 2, p. 184-191,
maio./ago. 2002 (a).
RESENDE, J. V.; SILVEIRA JÚNIOR, V. Medidas da condutividade térmica efetiva de modelos
de polpas de frutas no estado congelado. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 22,
n. 2, p. 177-183, maio./ago. 2002.
RESENDE, J.V.; SILVEIRA JÚNIOR, V.; NEVES FILHO, L. Air blast freezing of fruit pulp
models in commercial boxes: Influence of preferential channels in the bed on freezing times
estimating. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 22, n. 3, p. 319-327, set./dez.
2002 (b).
RESENDE, J. V.; SILVEIRA JÚNIOR, V.; NEVES FILHO, L. C. Experimental measures of the
effective heat transfer coefficients in air blast freezers for the processing of fruit pulps.
Engenharia Térmica, n. 3, p. 11-18. 2003.
SILVA, J. A. Tópicos da tecnologia de alimentos. São Paulo: Livraria Varela, 2000. p.147-159.
SINGH, R. P.; HELDMAN, D. R. Introducción a la ingeniería de los alimentos. Zaragoza
(España): Acribia, 1997.
TOCCI, A. M.; MASCHERONI, R. H. Heat and mass transfer coefficients during the
refrigeration, freezing and storage of meats, meat products and analogues. Journal of Food
Engineering, Great Britain, v. 26, p. 147-160. 1995.
TOLEDO, R. T. Fundamentals of food process engineering. 2nd ed. Gaithersburg: Aspen,
1999. p. 232-301, 398-436.
Anexos
94
ANEXOS
Anexos
95
Figura A.1. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo útil
para o experimento 2 do túnel E.
Figura A.2. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência
térmica efetiva para o experimento 2 do túnel E durante o tempo útil do experimento.
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Tempo (min)
Temperatura (°C)
Tálc 1
Tálc 2
Tar frio 1
Tar frio 2
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Tempo (min)
Resistências térmicas (°C/W)
R total Sistema 1
R total Sistema 2
R térmica efetiva (R2-R1)
Anexos
96
Figura A.3. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as temperaturas da
solução e do ar para o experimento 2 do túnel E.
Figura A.4. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo útil, no
experimento 3, túnel SD2.
0,24
0,28
0,32
0,36
0,40
0,44
0,48
0,52
0,56
0,60
0,64
0,68
0,72
0 30 60 90
Tempo (min)
R efet _ pap (°C/W)
-33
-28
-23
-18
-13
-8
-3
Temperatura (°C)
R efet _pap
R efet _ pap média
Tálc 1
Tálc 2
T média do ar
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Temperatura (°C)
Tálc 1
Tálc 2
Tar frio 1
Tar frio 2
Anexos
97
Figura A.5. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência
térmica efetiva no experimento 3, túnel SD2.
Figura A.6. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência
térmica efetiva para o experimento 3, túnel SD2, durante o tempo útil do experimento.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 30 60 90
Tempo (min)
Resistências térmicas (°C/W)
R total Sistema 1
R total Sistema 2
R térmica efetiva (R2-R1)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0 8 16 24 32 40 48 56
Tempo (min)
Resistências térmicas (°C/W)
R total Sistema 1
R total Sistema 2
R térmica efetiva (R2-R1)
Anexos
98
Figura A.7. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as temperaturas da
solução e do ar para o experimento 3, túnel SD2.
Figura A.8. Evolução das temperaturas do ar e da solução alcoólica no decorrer do tempo útil
para o experimento 4, túnel SD1.
0,13
0,15
0,17
0,19
0,21
0,23
0,25
0,27
0,29
0,31
0,33
0 10 20 30 40 50
Tempo (min)
R efet_ pap (°C/W)
-32
-27
-22
-17
-12
-7
-2
3
Temperatura (°C)
R efet _pap
R efet _ pap média
Tálc 1
Tálc 2
T média do ar
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 30 60 90 120
Tempo (min)
Temperatura (°C)
Tálc 1
Tálc 2
T ar frio 1
T ar frio 2
Anexos
99
Figura A.9. Valores pontuais das resistências térmicas totais dos Sistemas 1 e 2 e da resistência
térmica efetiva para o experimento 4, túnel SD1, durante o tempo útil do experimento.
Figura A.10. Valores pontuais da resistência térmica efetiva. Comparação com as
temperaturas da solução e do ar para o experimento 4, túnel SD1.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (min)
Resistências térmicas (°C/W)
R total Sistema 1
R total Sistema 2
R térmica efetiva (R2 - R1)
0,25
0,26
0,26
0,27
0,27
0,28
0,28
0,29
0,29
0,30
0,30
0 10 20 30
Tempo (min)
R efet _ pap (°C/W)
-30
-20
-10
0
Temperatura (°C)
R efet _ pap
R efet _ pap média
Tálc 1
Tálc 2
T média ar
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
