Aplicações dos criogénicos em processos industriais do setor alimentar

Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia MecânicaAtualmente, a conservação por frio de um produto transformou-se num simples elo na cadeia de processos industriais que constituem a elaboração e comercialização dos alimentos. Como tal, deve estar orientado para maximizar a qualidade do produto final, otimizar a produtividade e incidir da menor forma possível no aumento dos custos. Como resposta ao anterior, os fluídos criogénicos permitiram-nos contar com uma alternativa ao tradicional método de refrigeração por meio de um fluído refrigerante num ciclo de expansão-compressão, o que normalmente designamos por frio mecânico. Assim, o frio criogénico tem a sua fronteira térmica nos processos que operam a temperaturas inferiores a -45 ºC, conhecido como o limite térmico tecnicamente comum dos equipamentos de arrefecimento mecânico. A obtenção de temperaturas de trabalho inferiores é possível pelo aproveitamento da elevada potência térmica dos fluídos criogénicos, como o azoto e o dióxido de carbono líquidos, cujas temperaturas de ebulição à pressão atmosférica correspondem a - 195,6 ºC e -78,9 ºC, respetivamente. Este trabalho incide sobretudo na apresentação das soluções criogénicas alternativas ao frio mecânico aplicadas nos processos de conservação dos produtos alimentares. Demonstrando as vantagens na sua utilização, principalmente da importância na formação de cristais de gelo durante o processo de congelação criogénica. Faz-se também uma descrição dos equipamentos utilizados neste tipo de processo criogénico, ou as adaptações necessárias para esse efeito, descrevendo o seu modo de funcionamento e os cuidados a ter para um aproveitamento ideal. Por fim exemplifica-se um caso de estudo criogénico aplicado à ultracongelação de framboesas e morangos, onde se adota uma solução crio-mecânica mediante dois possíveis cenários. Este estudo pretende demonstrar a capacidade frigorifica necessária e o consumo de azoto, para cada um dos cenários, aproveitando ainda para quantificar economicamente as consequências do fenómeno de desidratação dos produtos alimentares com alto teor de água. Permitindo tirar algumas conclusões interessantes sobre o impacto económico no produto devido ao custo e consumo do azoto como agente criogénico.Currently, the cold storage of a product has become a simple link in the chain of industrial processes that constitute the elaboration and commercialization of foods. As such, it should be geared to maximize the quality of the final product, optimize productivity and focus as little as possible on increasing costs. In response to the above, the cryogenic fluids have enabled us to rely on an alternative to the traditional refrigeration method by means of a refrigerant in an expansion-compression cycle, which is usually referred to as mechanical cold. Thus, cryogenic cold has its thermal boundary in processes operating at temperatures below -45 ° C, known as the technically common thermal limit of mechanical cooling equipment. Lower working temperatures are achieved by exploiting the high thermal power of cryogenic fluids, such as liquid nitrogen and carbon dioxide, whose boiling temperatures at atmospheric pressure correspond to - 195,6 ºC and -78,9 ºC, respectively. This work focuses mainly on the presentation of alternative cryogenic solutions to mechanical cold applied in food preservation processes. Demonstrating the advantages in its use, especially in the importance of the formation of ice crystals during the cryogenic freezing process. A description is also given of the equipment used in this type of cryogenic process, or the adaptations necessary for this purpose, describing its operation and the care to be taken for optimal use. Finally, a case of cryogenic study applied to deep-freezing of raspberries and strawberries is presented, where a cryo-mechanical solution is adopted through two possible scenarios. This study aims to demonstrate the necessary refrigeration capacity and nitrogen consumption for each of the scenarios, taking advantage of the economical quantification of the consequences of the dehydration phenomenon of food products with high water content. Allowing to draw some interesting conclusions about the economic impact on the product due to the cost and consumption of nitrogen as a cryogenic agent.N/