Viabilidade de Câmara Fria para Conservação e Congelamento de Produtos, Resumos de Refrigeração e Ar Condicionado

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CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA MECÂNICA

LEOMAR JOSE GREZZANA

INSTALAÇÃO DE UMA CAMARA FRIGORÍFICA EM UMA INDUSTRIA

DE ALIMENTOS DE PEQUENO PORTE

Caxias do Sul 2024

LEOMAR JOSE GREZZANA

INSTALAÇÃO DE UMA CAMARA FRIGORÍFICA EM UMA INDUSTRIA

DE ALIMENTOS DE PEQUENO PORTE

Trabalho apresentado para o Curso de Engenharia Mecânica, do Centro Universitário Uniftec como parte dos requisitos para avaliação da unidade curricular de TCC. Orientador (a): Prof. Me. Marcelo Dalla Corte Caxias do Sul 2024

DEDICATÓRIA

(Opcional)

AGRADECIMENTOS

(Opcional)

INSTALAÇÃO DE UMA CAMARA FRIGORÍFICA EM UMA INDUSTRIA

DE ALIMENTOS DE PEQUENO PORTE

Nome do aluno (a) Leomar Jose Grezzana leo.grezzana@gmail.com Nome do professor (a) Orientador: Prof. Me. Marcelo Dalla Corte marcelocorte@acad.ftec.com.br Resumo: É uma descrição sumária da totalidade do TCC utilizando-se 150 a 500 palavras, são destacados os objetivos, o método, os resultados e conclusões mais importantes. Deve ser utilizada fonte 10, espaçamento simples em um único parágrafo, de forma discursiva afirmativa e não apenas uma lista de tópicos. O verbo utilizado deve estar na terceira pessoa. A ideia central do texto deve aparecer logo na primeira frase e, sequência informar a forma da pesquisa. Palavras-chave: Xxxxx. Xxxxx. Xxxxx. Xxxxx. Xxxxx.

INSTALAÇÃO DE UMA CAMARA FRIGORÍFICA EM UMA INDUSTRIA DE

ALIMENTOS DE PEQUENO PORTE

Leomar Jose Grezzana leo.grezzana@gmail.com Teacher Me. Marcelo Dalla Corte marcelocorte@acad.ftec.com.br Abstract: It is a summary of the entire TCC using 150 -500 words, objectives, methodology, results and important findings are highlighted. It should be used font size 10, single spaced in a single paragraph, affirmative discourse and not just a list of topics. The verb used must be in the third person. The central idea of the text should appear soon in the first sentence and, after informing the form of research. Key-words: Xxxxx. Xxxxx xxxxx. Xxxxx. Xxxxx.

LISTA DE TABELAS

(Opcional para menos de três)

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

(Opcional para menos de três)

1 INTRODUÇÃO

Desde a antiguidade sabe-se que o frio auxilia na conservação dos alimentos o gelo natural era o meio utilizado de conservação dos alimentos estocados em galpões (Ice Houses) e câmaras subterrâneas. Existem vários métodos para conservação dos alimentos, mas o mais comum atualmente utilizado é a refrigeração. Atualmente, a conservação dos alimentos é uma preocupação constante para garantir a qualidade e a segurança dos produtos que chegam à mesa dos consumidores. Nesse contexto, o frio desempenha um papel fundamental, tanto na preservação das propriedades nutricionais quanto na prevenção do crescimento de microrganismos. O mercado de produtos resfriados ou congelados experimentou um crescimento evidente, refletindo a demanda crescente por opções alimentares básicas, saborosas e duradouras. Para explorar a relação entre o frio e a conservação de alimentos, é importante destacar o mercado atual de produtos resfriados ou congelados, que investe constantemente em equipamentos que garantem a qualidade dos produtos entregues aos consumidores. A utilização das câmaras frigorificas desempenha um papel significativo nesse cenário, proporcionando um ambiente controlado para a conservação de alimentos perecíveis, estendendo sua vida útil e mantendo a qualidade. Existem basicamente dois tipos de câmaras frigorificas: Câmaras de resfriados, utilizada para preservar os produtos com temperaturas próximas de 0 ºC e as câmaras de congelados, cuja proposito e é estender o período de estocagem dos produtos, à baixas temperaturas, em geral na faixa de -18 ºC. Outro equipamento muito utilizado em sistemas frigoríficos são os tuneis de congelamento rápido que são utilizados para reduzir a temperatura dos alimentos no menor tempo possível, buscando preservar o sabor a cor e textura.

Figura 1- Ice House in Kashan, Iran Fonte: www.historyofrefrigeration.com A história conta que um dos primeiros estudos sobre a produção de gelo artificial foi em 1755 com o escocês William Cullen, com uma bomba de vácuo e éter dietílico, construiu uma pequena máquina de refrigeração na época sem aplicação prática. Em 1805 O americano Oliver Evans projetou o primeiro ciclo de refrigeração por compressão de vapor, mas somente em 1834 Jacob Perkins construiu a primeira máquina baseado na teoria de Oliver Evans. James Harrison, em 1850 construiu, uma máquina de refrigeração por compressão de vapor, que entrou em operação comercial sendo utilizado em uma fábrica de cerveja para conservação durante o processo de fabricação. Esta criação teve grande contribuição na indústria de carnes processadas para exportação. A tecnologia do sistema de refrigeração das câmaras frigorificas mantém o controle de temperatura de modo totalmente seguro e estável. Este trabalho irá abordar o dimensionamento da carga térmica para uma câmara frigorifica de congelamento e estocagem para uma indústria de alimentos de pequeno porte. Analisando custos e a viabilidade para substituição do sistema atual, onde são utilizados freezer convencionais buscando maior controle e segurança na conservação dos alimentos produzidos.

Com o objetivo de melhor organizar os produtos e melhorar qualidade do seu armazenamento a empresa está buscando viabilizar a instalação de uma câmara fria, com isso será feito uma análise da carga térmica necessária para atender a nova demanda, considerando que a empresa tem como meta de crescimento na produção em 40% para os próximos 2 anos será considerado uma possível ampliação onde possa ser ampliada a capacidade da câmara frigorifica. A empresa atualmente não tem controle da produção, sendo os produtos são produzidos conforme a necessidade, ou disponibilidade para estocagem. A baixa capacidade de estocagem dificulta um controle melhor os produtos que são produzidos são estocados junto com as matérias primas para a produção. Outro ponto é a dificuldade na compra de matéria prima, onde precisa comprar lotes pequenos dificultando na negociação de bons preços na compra de lotes maiores. Para conseguir estimar a carga térmica necessária será necessário fazer um levantamento da produção dos produtos durante um período.

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS

Os alimentos sofrem decomposição com o passar do tempo, por esse motivo precisam passar por processos de conservação. Os alimentos podem ser divididos em dois grupos: a) Não perecíveis – possuem longos prazos de durabilidade e não necessitam ser refrigerados ou congelados; b) Perecíveis - são alimentos considerados frágeis e necessitam ser conservados refrigerados para consumo no curto prazo e congelados para consumo no longo prazo. Segundo Rosa (2000) o crescimento da população trouxe a necessidade da produção de alimentos em larga escala produzidos longe dos centros urbanos, gerando a necessidade aprimoramento dos métodos de conservação em toda a sua cadeia, alguns alimentos são conservados por horas, dias ou até anos. Em escala industrial os métodos de conservação de alimentos começaram a ser utilizado no final do século XVIII, onde foi descoberto o processo de esterilização pelo calor e desenvolvida a secagem artificial. Na metade do século XIX foi inventada a máquina frigorifica onde se percebeu que os alimentos podem ser conservados por mais tempo com temperaturas abaixo de 0°C, conhecidas como técnicas de refrigeração. Diferente de outros processos de conservação a refrigeração é o único capaz de manter o sabor e o aspecto natural dos alimentos (Costa, 1982). No processo de congelamento dos alimentos ocorre a mudança da estrutura dos alimentos onde ocorre a formação de cristais de gelo, quando o congelamento é lento a formação destes cristais de água é maior já no congelamento rápido essa formação destes cristais é menor, assegurando menor perda de água no descongelamento, mantendo a qualidade dos alimentos. A velocidade que estes processos ocorrem tem influência direta na qualidade. (Colla, Prentice-Hernándes, 2003). As condições de armazenamento têm grande influência no prazo que se deseja conservar um produto, armazenar por um curto período exige menor controle

Todos os seres vivos têm uma temperatura ótima para seu desenvolvimento, os microrganismos são mais sensíveis as alterações de temperatura onde em algumas faixas podem se desenvolver mais ou menos. Eles podem ser: a) Termófilos – se proliferam acima de 45°C; b) Menófilos – vivem acima de 10°C e se proliferam entre 30°C e 37°C (microrganismos patogênicos) c) Creófilos – se proliferam entre 15°C e 20°C, mas resistem a temperaturas até -7°C. O aumento da temperatura provoca a diminuição da vitalidade dos microrganismos, impossibilitando a reprodução, algumas técnicas podem ser utilizadas para eliminação dos microrganismos, como a esterilização comercial, pasteurização, branqueamento. 3.1.2 Propriedades Térmicas Dos Alimentos As propriedades térmicas dos alimentos, precisam ser conhecidas para estimar tempos de refrigeração congelamento, aquecimento ou secagem dos alimentos ou bebidas essas propriedades estão ligadas a composição química e da temperatura, porém é quase impossível determinar para todas as condições e composições. No entanto os dados de composição estão disponíveis nas tabelas nutricionais dos alimentos, que consiste na fração de massa dos principais componentes. As propriedades térmicas podem ser previstas utilizando dados de composição juntamente com dados de temperatura. As propriedades termo físicas são utilizadas para cálculo de transferência de calor como densidade (), calor específico ( Cp ) entalpia (h), condutividade térmica(k), e difusividade térmica (). Para vários alimentos essas propriedades são conhecidas e fornecidas (ASHRAE Handbook, 2018). Choi e Okos (1986) desenvolveram modelos matemáticos para determinar as propriedades térmicas através dos principais componentes dos alimentos como a água, proteínas, gordura, carboidratos fibras e outros resíduos (cinzas), para uma faixa de temperatura de -40°C a 150°C. Juntamente desenvolveram modelos para água e o gelo. A água é um componente predominante na maioria doa alimentos e tem

grande influência nas propriedades. O ponto de congelamento dos alimentos é um pouco inferior à da água a fração dela interfere no ponto de congelamento. Para produtos processados, o teor de água depende do processo ou produto específico. (ASHRAE Handbook, 2018). Nas tabelas 1 e 2 podemos calcular o calor específico através das propriedades alimentares dos alimentos. Para o trabalho foram considerados as propriedades da água na faixa de temperatura de 0° a 150°C e do gelo para temperaturas abaixo de 0°C. Tabela 1- Calor específico de componentes alimentares (-40°C a 150°C) kJ/(kg·K) Calor Específico ( ci ) para Componentes Alimentares Proteína 2.0082 + 1.2089 × 10–3t – 1.3129 × 10–6t 2 Gorduras 1.9842 + 1.4733 × 10–3t – 4.8008 × 10–6t 2 Carboidratos 1.5488 + 1.9625 × 10–3t – 5.9399 × 10–6t 2 Fibras 1.8459 + 1.8306 × 10–3t – 4.6509 × 10–6t 2 Outras (cinzas) 1.0926 + 1.8896 × 10–3t – 3.6817 × 10–6t 2 Fonte: Adaptado da ASHRAE, 2018 Tabela 2 - Calor específico para água e gelo (-40°C a 150°C) kJ/(kg·K) Calor Específico ( ci ) para Água e Gelo - kJ/(kg·K) Água (0°C - 150°C) 4.1289 – 9.0864 × 10–5t + 5.4731 × 10–6t 2 Água (–40°C - 0°C) 4.1289 – 5.3062 × 10–3t + 9.9516 × 10–4t 2 Gelo 2.0623 + 6.0769 × 10–3t Fonte: Adaptado da ASHRAE, 2018 O calor específico de um alimento, pode ser obtido a partir da fração de massa do calor específicos dos componentes do alimento. Assim, o calor específico Cp (^) de um alimento pode ser obtido:

Cp =∑ ci. xi (1)

Onde: Cp - Calor específico; ci (^) - Calor específico do componente; xi (^) - Fração do componente no produto.